alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2023.09.012-027alternative-2492Research ArticleII. НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 9. Атомная энергетика. 9-1-0-0 Атомно-водородная энергетикаII. NON-RENEWABLE ENERGY. 9. Atomic energy. 9-1-0-0 Atomic-hydrogen energyМногоканальное общестанционное резервирование собственных нужд АЭС на основе комбинирования с автономным водородным энергокомплексомMulti-channel common-plant reservation of NPP own needs based on combination with an autonomous hydrogen energy complexЮринВ. Е.YurinV. E.

Валерий Евгеньевич Юрин, док. тех. наук, профессор

кафедра Тепловая и атомная энергетика

410054; ул. Политехническая, 77; Саратов

Образование: Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., 2012г. Область научных интересов: энергетические системы на органическом топливе, водородная энергетика, ядерная и радиационная безопасность, тепловые аккумуляторы. Публикации: 105

тел. (845-2) 99-86-03; факс: (845-2) 99-86-04

e-mail: sstu_office@sstu.ru

Valeriy Evgenievich Yurin, doctor of technical science in Engineering, professor

410054; st. Politekhnicheskaya, 77; Saratov

Education: Yuri Gagarin State Technical University of Saratov, 2012. Research area: energy systems on organic fuel, hydrogen energy, nuclear and radiationsafety, heat accumulators. Publications: 105

tel. (845-2) 99-86-03; fax (845-2) 99-86-04

e-mail: sstu_office@sstu.ru

urin1990777@bk.ruЕгоровА. Н.EgorovA. N.

Александр Николаевич Егоров, канд. тех. наук, старший научный сотрудник

410028; ул. Рабочая 24; Саратов

Образование: Саратовский государственный технический университет, 2010 г. Область научных интересов: водородная энергетика, атомная энергетика, энерго- и ресурсосберегающие, экологически чистые химико-технологические процессы, моделирование технических систем, термодинамические процессы в технических системах, процессы тепло- и массообмена, возобновляемые источники и системы прямого преобразования энергии. Публикации: 95

тел. (845-2)27-14-36; факс (845-2)27-14-36

Aleksandr Nicolaevich Egorov, Ph.D. in Engineering, Senior Researcher

Education: Saratov State Technical University, 2010. Research area: hydrogen energy, nuclear energy, energy resourses savings, ecological clean and chemical-technological processes, modeling of technical systems, thermodinamics processes in technical systems, processes thermal and mass ex-change, renewable and systems of direct trans-form energy. Publications: 95

410028; st. Rabochaya 24; Saratov

tel. (845-2)27-14-36, fax (845-2)27-14-36

wwwean@gmail.comСаратовский Государственный Технический Университет имени Гагарина Ю.А.РоссияSaratov State Technical University named after Yu.A. GagarinRussian FederationФедеральный исследовательский центр «Саратовский научный центр» Российской Академии НаукРоссияFederal State Budgetary Institution of Science Saratov Scientific Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202310112024091227Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20242024Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2492

   Авторами разработан автономный водородный энергокомплекс, проведен анализ его экономической эффективности. Разработанный энергокомплекс является многофункциональным. Основным результатом работы является производство и отпуск электроэнергии в энергосистему в часы повышенной нагрузки. Кроме того, входящие в энергокомплекс маломощные паровые турбины могут обеспечивать общестанционное резервирование собственных нужд АЭС на случай обесточивания станции: на основе опытных данных Балаковской АЭС ранее было показано, что один энергоблок с маломощной турбиной с использованием энергии остаточного тепловыделения реактора может при разрыве связи АЭС с энергосистемой длительное время обеспечивать электроэнергией несколько энергоблоков. Благодаря установке маломощных турбин в составе водородного энергокомплекса будет обеспечено их постоянное прогретое состояние и самоокупаемость за счет выработки электроэнергии в энергосистему или на собственные нужды в штатном режиме. В работе рассмотрены варианты установки автономного водородного энергокомплекса с и без замещения дорогостоящих внешних теплообменников системы пассивного отвода тепловыделения активной зоны реактора. Также рассчитана эффективность альтернативного варианта без установки системы аккумулирования с продажей в энергосистему внепиковой электроэнергии, которая в варианте с АВК используется для выработки водорода/кислорода методом электролиза, в зависимости от тарифа на внепиковую электроэнергию. Ввиду отсутствия действующих аналогов водородного энергокомплекса, было рассмотрено несколько вариантов предполагаемых капиталовложений. Результаты исследования выявили, что замещение дорогостоящего оборудования системы пассивного отвода тепловыделения значительно повышает экономическую эффективность предлагаемой системы резервирования. Для принятых вариантов капитальных вложений показаны граничные значения внепикового отпускного тарифа на электроэнергию, при которых использование аккумулирующей системы эффективнее в сравнении с продажей ночной электроэнергии в энергосистему.

   The authors have developed an autonomous hydrogen energy complex and analyzed its economic efficiency. The developed energy complex is multifunctional. The main result of the work is the production and supply of electricity to the power system during high load hours. In addition, low-power steam turbines included in the energy complex can provide plant-wide backup for the NPP’s own needs in the event of a station blackout: based on experimental data from the Balakovo NPP, it was previously shown that one power unit with a low-power turbine using the energy of the decay heat of the reactor can, if the connection between the NPP and the power system is broken, provide electricity to several power units for a long time. Thanks to the installation of low-power turbines as part of the hydrogen energy complex, their constant heated state and self-sufficiency will be ensured by generating electricity into the power system or for their own needs in normal mode. The work discusses options for installing an autonomous hydrogen energy complex with and without replacing expensive external heat exchangers of the passive heat removal system of the reactor core. The efficiency of an alternative option without installing a storage system with the sale of off-peak electricity to the power system, which is used to produce hydrogen/oxygen by electrolysis, depending on the tariff for off-peak electricity, is also calculated. Due to the lack of operating analogues of the hydrogen energy complex, several options for proposed capital investments were considered. The results of the study revealed that replacing expensive equipment of a passive heat removal system significantly increases the economic efficiency of the proposed redundancy system. For the accepted capital investment options, the boundary values of the off-peak selling tariff for electricity are shown, at which the use of a storage system is more effective in comparison with the sale of nighttime electricity to the power system.

атомная энергетикаводородная энергетикарезервирование собственных нужд АЭСаккумулирование энергиитехнико-экономическая эффективностьnuclear energyhydrogen energybackup of nuclear power plant's own needsenergy storagetechnical and economic efficiencyИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-10211, https://rscf.ru/project/22-79-10211/The study was supported by a grant from the Russian scientific fund No. 22-79-10211, https://rscf.ru/project/22-79-10211/ReferencesЭнергетическая стратегия России на период до 2035 г. Москва: Правительство Российской Федерации, 2020. 79 с.Energy strategy of Russia for the period until 2035. Moscow: Government of the Russian Federation, 2020. 79 p.Головин Р.А. Стратегия деятельности Госкорпорации «Росатом». М.: Росатом, 2018.Golovin R.A. Strategy for the activities of the State Corporation Rosatom. M.: Rosatom, 2018.Samet J., Seo J. The Financial Costs of the Chernobyl Nuclear Power Plant Disaste r: A Review of the Literature. 2016. www.greencross.ch/uploads/media/2016_chernobyl_costs_report.pdf. (дата обращения 25. 05. 2023)Samet J., Seo J. The Financial Costs of the Chernobyl Nuclear Power Plant Disaster : A Review of the Literature. 2016. www.greencross.ch/uploads/media/2016_chernobyl_costs_report.pdf. (date of access 25. 05. 2023)Committee for Reforming TEPCO and Overcoming 1F Challenges (TEPCO Committee), “TEPCO’s Reform Plan” of 14 December 2016 (in Japanese) accessed on 7 February 2017 at. http://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/energy_environment/touden_1f/pdf/007_01_00.pdf. (дата обращения 25. 05. 2023)Committee for Reforming TEPCO and Overcoming 1F Challenges (TEPCO Committee), “TEPCO’s Reform Plan” of 14 December 2016 (in Japanese) accessed on 7 February 2017 at. http://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/energy_environment/touden_1f/pdf/007_01_00.pdf. (date of access 25. 05. 2023)Green J. The economic impacts of the Fukushima disaster // World Information Service on Energy. Nuclear Monitor Issue: 836. Number 4609. 2016. https://wiseinternational.org/nuclear-monitor/836/economic-impacts-fukushima-disaster. (дата обращения 25. 05. 2023)Green J. The economic impacts of the Fukushima disaster // World Information Service on Energy. Nuclear Monitor Issue: 836. Number 4609. 2016. https://wiseinternational.org/nuclear-monitor/836/economic-impacts-fukushima-disaster. (date of access 25. 05. 2023)Yurin V.E., Egorov A.N., Bashlykov D.O. Cooldown of a water-cooled reactor during the natural circulation mode using decay heat of the core and a low-power steam turbine // Nuclear Engineering and Design. V. 409. 2023. 112364.Yurin V.E., Egorov A.N., Bashlykov D.O. Cooldown of a water-cooled reactor during the natural circulation mode using decay heat of the core and a low-power steam turbine // Nuclear Engineering and Design. V. 409. 2023. 112364.Aminov R.Z., Egorov A.N. Comparison and analysis of residual heat removal systems of reactors in station blackout accidents // Atomic Energy. 2017. V. 121. № 6. pp. 402-408.Aminov R.Z., Egorov A.N. Comparison and analysis of residual heat removal systems of reactors in station blackout accidents // Atomic Energy. 2017. V. 121. № 6. pp. 402-408.Аминов Р.З., Юрин В.Е., Кузнецов Д.Ю. Исследование процессов расхолаживания водо-водяных реакторов на основе использования энергии остаточного тепловыделения для выработки электроэнергии в аварийных ситуациях с обесточиванием // Атомная энергия. Т. 128. № 4. С. 197-203.Aminov, R.Z., Yurin, V.E. & Kuznetsov, D.Y. Investigation of the Cooling of Water-Cooled and -Moderated Reactors Based on Electricity Generation Via Residual Heat in Emergency Situations with De-Energization. Atomic Energy (2020) 128(4), 211-217. DOI: 10.1007/s10512-020-00676-6.Аминов Р.З., Юрин В.Е., Егоров А.Н. Комбинирование АЭС с многофункциональными энергетическими установками. М.: Наука, 2018. 240 с.Aminov R.Z., Yurin V.E., Egorov A.N. Combining nuclear power plants with multifunctional power plants. M.: Nauka, 2018. 240 p.Hafele W., Sassin W. Applications of nuclear power other than for electricity generation // European Nuclear Conference on Nuclear Energy Maturity. 1975. 126 p.Hafele W., Sassin W. Applications of nuclear power other than for electricity generation // European Nuclear Conference on Nuclear Energy Maturity. 1975. 126 p.Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.Л., Кулешов Г.Г. Введение в водородную энергетику / М.: Энергоатомиздат, 1984. 264 с.Shpilrain E.E., Malyshenko S.L., Kuleshov G.G. Introduction to hydrogen energy / M.: Energoatomizdat, 1984. 264 p.Малышенко С.П., Назаров О.В., Сарумов Б.А. Термодинамические аспекты использования водорода для решения некоторых задач энергетики // Теплоэнергетика. 1986. № 10. С.43-47.Malyshenko S.P., Nazarov O.V., Sarumov B.A. Thermodynamic aspects of using hydrogen to solve some energy problems // Thermoenergetics. 1986. No. 10. P.43-47.Forsberg C.W., Kazimi M.S. Nuclear hydrogen using high-temperature electrolysis and light-water reactors for peak electricity production // MIT-NES-TR-10. 2009.Forsberg C.W., Kazimi M.S. Nuclear hydrogen using high-temperature electrolysis and light-water reactors for peak electricity production // MIT-NES-TR-10. 2009.Levene J.I. Production of Hydrogen at the Forecourt Using Off-Peak Electricity // USA National Renewable Energy Laboratory. 2005. 45 p.Levene J.I. Production of Hydrogen at the Forecourt Using Off-Peak Electricity // USA National Renewable Energy Laboratory. 2005. 45 p.Forsberg C.W. Nuclear hydrogen for peak electricity production and spinning reserve // Oak Ridge National Laboratory. 2005. 54 p.Forsberg C.W. Nuclear hydrogen for peak electricity production and spinning reserve // Oak Ridge National Laboratory. 2005. 54 p.Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В. Водород для производства энергии: проблемы и перспективы // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология АЭЭ. № 8(40). 2006. С.72-90.Tarasov B.P., Lototsky M.V. Hydrogen for energy production: problems and prospects // International scientific journal Alternative energy and ecology of AEE. No. 8(40). 2006. P. 72-90.Malyshenko S.P. JIHT RAS research and development in the field of hydrogen energy technologies // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. №3(95). 2011. pp. 10-34.Malyshenko S.P. JIHT RAS research and development in the field of hydrogen energy technologies // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. № 3(95). 2011. pp. 10-34.Аминов Р.З., Байрамов А.Н. Комбинирование водородных энергетических циклов с атомными электростанциями. М.: Наука, 2016. 254 с.Aminov R.Z., Bayramov A.N. Combining hydrogen energy cycles with nuclear power plants. M.: Nauka, 2016. 254 p.Аминов Р.З., Егоров А.Н. Проблемы и пути обеспечения неравномерного электропотребления в условиях растущей доли АЭС в энергосистемах. Саратовский научный центр РАН. М.: Наука, 2020. 271 с.Aminov R.Z., Egorov A.N. Problems and ways to ensure uneven power consumption in the context of the growing share of nuclear power plants in energy systems. Saratov Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. M.: Nauka, 2020. 271 p.Aminov R.Z., Egorov A.N., Yurin V.E. Hydrogen cycle based backup for NPP internal needs during a blackout // Atomic Energy. 2013. V. 114. I. 4. pp. 289-292.Aminov R.Z., Egorov A.N., Yurin V.E. Hydrogen cycle based backup for NPP internal needs during a blackout // Atomic Energy. 2013. V. 114. I. 4. pp. 289-292.Yurin V.E., Egorov A.N. Predictive economic efficiency of combining nuclear power plants with autonomous hydrogen power complex // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. I. 63, pp. 20-27.Yurin V.E., Egorov A.N. Predictive economic efficiency of combining nuclear power plants with autonomous hydrogen power complex // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. I. 63, pp. 20-27.Официальный сайт о размещении заказов на закупки товаров, работ и услуг для нужд Госкорпорации «Росатом» http://zakupki.rosatom.ru (дата обращения 25. 05. 2023).Official website about placing orders for the purchase of goods, works and services for the needs of the State Corporation Rosatom http://zakupki.rosatom.ru (дата обращения 25. 05. 2023).Свириденко И.И., Тимофеев В.А., Шевелев Д.В. Исследование характеристик пассивной тепловой защиты конечного поглотителя СПОТ реакторной установки c ВВЭР-1000 // Вісник СевНТУ. Севастополь. Вид-во СевНТУ. 2009. № 97. С. 69-74.Sviridenko I.I., Timofeev V.A., Shevelev D.V. Study of the characteristics of passive thermal protection of the final PHRS absorber of a reactor plant with VVER-1000 // News of SevNTU. Sevastopol. View of SevNTU. 2009. No. 97. With. 69-74.Кордон М.Я., Симакин В.И., Горешник И.Д. Теплотехника. Учебное пос. Пенза, 2005. 167 с.Kordon M.Ya., Simakin V.I., Goreshnik I.D. Heat engineering. Educational village Penza, 2005. 167 p.Справочное пособие к СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». НИИ строительной физики РААСН. Москва, 2006. 261 с.Reference manual for SNiP 23-01-99 “Construction climatology”. Research Institute of Construction Physics RAASN. Moscow, 2006. 261 p.Открытое акционерное общество «Администратор торговой системы оптового рынка электроэнергии» https://www.atsenergo.ru (дата обращения 25. 05. 2023).Open joint-stock company “Administrator of the trading system of the wholesale electricity market” https://www.atsenergo.ru (date of the application 25. 05. 2023).Прогноз долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года http://economy.gov.ru/minec/activity/sections/macro/prognoz/doc20130325_06 (дата обращения 25. 05. 2023).Forecast of long-term socio-economic development of the Russian Federation for the period until 2030 http://economy.gov.ru/minec/activity/sections/macro/prognoz/doc20130325_06 (date of the application 25. 05. 2023).Egorov A.N., Shaituro M.I., Moskalenko A.B. Current state and development trends of hydrogen technologies // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2023. 1154. 012038.Egorov A.N., Shaituro M.I., Moskalenko A.B. Current state and development trends of hydrogen technologies // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2023. 1154. 012038.Aminov R.Z., Bairamov A.N., Garievskii M.V. Assessment of the performance of a nuclear-hydrogen power generation system // Thermal Engineering. 2019. V. 66. I. 3. pp. 196-209.Aminov R.Z., Bairamov A.N., Garievskii M.V. Assessment of the performance of a nuclear-hydrogen power generation system // Thermal Engineering. 2019. V. 66. I. 3. pp. 196-209.Stewart W.R., Shirvan K. Capital cost estimation for advanced nuclear power plants // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. V. 155. 111880.Stewart W.R., Shirvan K. Capital cost estimation for advanced nuclear power plants // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. V. 155. 111880.Байрамов А.Н. Разработка научных основ повышения эффективности АЭС при комбинировании с водородным комплексом. Саратов: СГТУ им. Гагарина Ю.А., 2022. 397 с.Bayramov A.N. Development of the scientific basis for increasing the efficiency of nuclear power plants when combined with a hydrogen complex. Saratov: SSTU im. Gagarina Yu.A., 2022. 397 p.Тахтамышев А.Г. Примеры расчета стальных конструкций. М.: Стройиздат, 1978. 239 c.Takhtamyshev A.G. Examples of calculations of steel structures. M.: Stroyizdat, 1978. 239 p.Аминов Р.З., Байрамов А.Н. Оценка удельных капиталовложений в цилиндрические емкости для хранения газообразного водорода // Известия Высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2007. №5-6. С.69-77.Aminov R.Z., Bayramov A.N. Assessment of specific investments in cylindrical containers for storing hydrogen gas // News of Higher Educational Institutions. Energy problems. 2007. No. 5-6. P.69-77.Столяревский А.Я. Хемотермические циклы и установки аккумулирования энергии // Альтернативная энергетика и экология. 2005. № 3 (23). С.45-58.Stolyarevsky A.Ya. Chemothermal cycles and energy storage units // Alternative energy and ecology. 2005. No. 3 (23). P. 45-58.Текущий ремонт газотурбинных установок ГТУ ст.№ 6-9 СП «Майская ГРЭС». Центр электронных торгов. www.b2b-center.ru. (дата обращения 25. 05. 2023)Current repairs of gas turbine units of gas turbine units No. 6-9 of the Mayskaya GRES JV. Electronic trading center. www.b2b-center.ru. date of the application 25. 05. 2023)Grigoriev S. A. [et al.] Current status, research trends, and challenges in water electrolysis science and technology // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. V. 45. I. 49. pp. 26036-26058.Grigoriev S. A. [et al.] Current status, research trends, and challenges in water electrolysis science and technology // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. V. 45. I. 49. pp. 26036-26058.Zhao G. [et al.] Life cycle assessment of H<sub>2</sub>O electrolysis technologies // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. V. 45. I. 43. pp. 23765-23781.Zhao G. [et al.] Life cycle assessment of H<sub>2</sub>O electrolysis technologies // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. V. 45. I. 43. pp. 23765-23781.Fragiacomo P., Genovese M. Developing a mathematical tool for hydrogen production, compression and storage // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. V. 45. I. 35. pp. 17685-17701.Fragiacomo P., Genovese M. Developing a mathematical tool for hydrogen production, compression and storage // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. V. 45. I. 35. pp. 17685-17701.Xu P. Enhancing hydrogen storage performance via optimizing Y and Ni element in magnesium alloy // Journal of Magnesium and Alloys. 2022. V. 10. I. 3. pp. 821-835.Xu P. Enhancing hydrogen storage performance via optimizing Y and Ni element in magnesium alloy // Journal of Magnesium and Alloys. 2022. V. 10. I. 3. pp. 821-835.Elberry A.M. Large-scale compressed hydrogen storage as part of renewable electricity storage systems // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. I. 29. pp. 15671-15690.Elberry A.M. Large-scale compressed hydrogen storage as part of renewable electricity storage systems // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. I. 29. pp. 15671-15690.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.