References

alternative

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)

1608-8298

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

10.15518/isjaee.2025.06.096-116

alternative-2666

Research Article

II. НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 9. Атомная энергетика. 9-1-0-0 Атомно-водородная энергетика

II. NON-RENEWABLE ENERGY. 9. Atomic energy. 9-1-0-0 Atomic-hydrogen energy

Разработка и исследование технологических схем АЭС с интегрированными системами водородного аккумулирования

Research and development of nuclear power plants with integrated hydrogen storage systems

https://orcid.org/0000-0002-8406-7901

Киндра

В. О.

Kindra

V. O.

Киндра Владимир Олегович - кандидат технических наук, доцент. Образование: ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», 2015.

Область научных интересов: безуглеродные технологии; кислородно-топливное сжигание; водородная энергетика; атомные электрические станции.

Публикации: более 200

Hi -index: 12

Researcher ID: C-6347-2014 Scopus ID: 57023993700

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1

Kindra Vladimir Olegovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor.

Education: Moscow Power Engineering Institute, 2015.

Area of scientific interests: zero-emission technologies; oxy-fuel combustion; hydrogen energy; nuclear power plants.

Publications: more than 200

Hi -index: 12

Researcher ID: C-6347-2014 Scopus ID: 57023993700

111250, Moscow, Krasnokazarmennaya str., 14, build. 1

https://orcid.org/0000-0002-0660-6631

Ковалев

Д. С.

Kovalev

D. S.

Ковалев Дмитрий Сергеевич - аспирант, ассистент.

Образование: ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», 2022.

Область научных интересов: атомная энергетика, водородные технологии; экологическая безопасность; возобновляемая энергетика, машиностроение.

Публикации: 10

Hi -index: 2

Scopus ID: 57426119300

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1

Kovalev Dmitriy Sergeevich - post-graduate student, Assistant Professor. Education: Moscow Power Engineering Institute, 2022.

Area of scientific interests: nuclear energy; hydrogen technologies; environmental safety; renewable energy; mechanical engineering.

Publications: 10

Hi-index: 2 Scopus ID: 57426119300

111250, Moscow, Krasnokazarmennaya str., 14, build. 1

kov-d-s@mail.ru

https://orcid.org/0000-0001-7256-0144

Опарин

М. В.

Oparin

M. V.

Опарин Максим Витальевич - доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой инновационных технологий наукоемких отраслей.

Образование: МЭИ, 2009.

Область научных интересов: сжигание водорода; тепловые и атомные электрические станции; безуглеродные технологии; управление в энергетике.

Публикации: более 200

Hi -index: 12Researcher ID: M-8013-2016

Scopus ID: 34980078500

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1

Oparin Maxim Vitalievich - junior research assistant. Education: Moscow Power Engineering Institute, 2021.

Area of scientific interests: zero-emission technologies; digital twins; hydrogen energy; nuclear power plants.

Publications: more than 30

Hi -index: 5 Scopus ID: 36156158100

111250, Moscow, Krasnokazarmennaya str., 14, build. 1

https://orcid.org/0000-0001-7256-0144

Рогалев

А. Н.

Rogalev

A. N.

Рогалев Андрей Николаевич - доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой инновационных технологий наукоемких отраслей.

Образование: МЭИ, 2009.

Публикации: более 200

Hi -index: 12 Researcher ID: M-8013-2016 Scopus ID: 34980078500

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1

Rogalev Andrey Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Head of Department of Innovative Technologies for High-Tech Industries. Education: Moscow Power Engineering Institute, 2009.

Area of scientific interests: hydrogen combustion; thermal and nuclear power plants; zero-emission technologies; energy management.

Publications: more than 200

Hi -index: 12 Researcher ID: M-8013-2016 Scopus ID: 34980078500

111250, Moscow, Krasnokazarmennaya str., 14, build. 1

https://orcid.org/0000-0002-6458-2869

Рогалев

Н. Д.

Rogalev

N. D.

Рогалев Николай Дмитриевич - доктор технических наук, профессор, ректор, заведующий кафедрой тепловых электрических станций (ТЭС) .

Образование: МЭИ, 1985 г.

Область научных интересов: научные, технологические и экономические проблемы топливно-энергетического комплекса, включая возобновляемые источники энергии, цифровизацию энергетики и водородную энергетику; трансфер и коммерциализация технологий, развитие инноваций, проблемы инженерного образования.

Публикации: более 250

Hi-index: 10 Researcher ID: AAE-7314-2022 Scopus ID: 6507029432

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1

Rogalev Nikolay Dmitrievich - Doctor of Engineering Sciences, Professor, Rector, Head of the Department of Thermal Power Plants (TPP)

Education: MPEI, 1985.

Area of scientific interests: scientific, technological and economic problems of the fuel and energy complex, including renewable energy sources, digitalization of energy and hydrogen energy; technology transfer and commercialization, innovation development, problems of engineering education.

Publications: более 250

Hi-index: 10 Researcher ID: AAE-7314-2022 Scopus ID: 6507029432

111250, Moscow, Krasnokazarmennaya str., 14, build. 1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University «Moscow Power Engineering Institute»Russian Federation

2025

24082025

0696116

2025

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

https://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNotice

https://www.isjaee.com/jour/article/view/2666

Одним из препятствий на пути широкомасштабного внедрения АЭС является низкая маневренность атомных энергоблоков, повысить которую возможно за счет интеграции системы аккумулирования энергии. Возможным способом решения данной проблемы является производство водорода с помощью электролиза воды в периоды провала нагрузки и его сжигание в газотурбинной установке в часы пикового потребления. В настоящей работе описаны разработанная технологическая схема АЭС с электролизером и водородной газотурбинной установкой, методика и результаты моделирования. Расчетным путем установлено, что КПД разработанного технологического решения превышает на 1,7% КПД АЭС с электролизером и топливным элементом. Кроме того, установлено, что для АЭС с электролизером и водородной газотурбинной установкой появляется маржинальная прибыль при отношении цен на электроэнергию в периоды пика и провала, превышающим 4.

One of the obstacles to the large-scale implementation of NPPs is the low maneuverability of nuclear power units, which can be increased by integrating an energy storage system. A possible solution to this problem is to produce hydrogen using water electrolysis during periods of load failure, and to burn it in a gas turbine unit during peak consumption hours. This paper describes the developed process flow diagram of the NPP with an electrolyzer and a hydrogen gas turbine unit, the methodology and results of modeling. It has been calculated that the efficiency of the developed process solution exceeds the efficiency of the NPP with an electrolyzer and a fuel cell by 1,7%. In addition, it has been found that for the NPP with an electrolyzer and a hydrogen gas turbine unit, marginal profit appears when the ratio of electricity prices during peak and trough periods exceeds 4.

электролизводородная энергетикаводо-водяной энергетический реактортермодинамический анализтехнологические схемыэнергетическая эффективностьмаржинальная прибыль

electrolysishydrogen energywater-moderated power reactorthermodynamic analysisprocess flow diagramsenergy efficiencymarginal profit

References1

. Акаев А. А. Влияние углеводородных энергоресурсов на динамику мирового экономического развития в XXI в // Экономическая наука современной России. – 2014. – №. 2 (65). – С. 34-46.

. Akaev A. A. The impact of hydrocarbon energy resources on the dynamics of global economic development in the 21st century // Economic Science of Modern Russia. – 2014. – No. 2 (65). – Pp. 34-46.

. McNeill J. R. Something New Under the Sun: An Environmental History of the Twentieth-Century World (The Global Century Series). W.W. Norton & Company. – 2001. – 452 p.

. Cooper R. N., Houghton J. T., McCarthy J. J., Metz B. Climate Change 2001: The Scientific Basis // Foreign Affairs. – 2002. – № 1. – Т. 81. – С. 208.

. Cooper R. N., Houghton J. T., McCarthy J. J., Metz B. Climate Change 2001: The Scientific Basis // Foreign Affairs. – 2002. – № 1. – V. 81. – P. 208.

. «Новатэк» и «Северсталь» к 2023 г. запустят совместный водородный проект // Ведомости. – 2021. [Электронный ресурс]. URL: https://www.vedomosti.ru/business/articles/2021/06/03/872835-novatek-severstal (Дата обращения: 06.07.2023).

. «Novatek» and «Severstal» will launch a joint hydrogen project by 2023. / Vedomosti. 2021. [Electronic resource]. URL: https://www.vedomosti.ru/business/articles/2021/06/03/872835-novatek-severstal (Accessed: 06.07.2023).

. «Газпром» планирует участвовать в реализации пилотных проектов водородной энергетики в России. [Электронный ресурс]. URL: https://www.gazprom.ru/press/news/2021/november/article543362/ (Дата обращения: 06.07.2023).

. «Gazprom» plans to participate in the implementation of pilot hydrogen energy projects in Russia [Electronic resource]. URL: https://www.gazprom.ru/press/news/2021/november/article543362/ (Accessed:

. Qazi U. Y. Future of hydrogen as an alternative fuel for next-generation industrial applications; challenges and expected opportunities // Energies. – 2022. – №. 13. – V. 15. – P. 4741.

. Qazi U. Y. Future of hydrogen as an alternative for next-generation industrial applications; challenges and expected opportunities // Energies. – 2022. – № 13. – V. 15. – P. 4741.

. Incer-Valverde J., Korayem A., Tsatsaronis G., Morosuk T. «Colors» of hydrogen: Definitions and carbon intensity // Energy conversion and management. – 2023. – V. 291. – P. 117294.

. Roy R., Antonini G., Hayibo K. S., Rahman M. M., Khan S., Tian W., Pearce J. M. Comparative techno-environmental analysis of grey, blue, green/ yellow and pale-blue hydrogen production // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025. – V. 116. – Pp. 200-210.

. Roy R., Antonini G., Hayibo K. S., Rahman M. M., Khan S., Tian W., Pearce J. M. Comparative techno-environmental analysis of grey, blue, green/yellow and pale-blue hydrogen production // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025. – V. 116. – Pp. 200-210.

. Sebbahi S., Nabil, N., Alaoui-Belghiti A., Laasri S., Rachidi S., Hajjaji A. Assessment of the three most developed water electrolysis technologies: alkaline water electrolysis, proton exchange membrane and solid-oxide electrolysis // Materials today: proceedings. – 2022. – V. 66. – Pp. 140-145.

. Balthasar W. Hydrogen production and technology: today, tomorrow and beyond // International Journal of Hydrogen Energy. – 1984. – № 8. – V. 9. – Pp. 649-668.

. Balthasar W. Hydrogen production and techno ogy: today, tomorrow and beyond // International Journal of Hydrogen Energy. – 1984. – № 8. – V. 9. – Pp. 649-668.

. Holladay J. D., Hu J., King D. L., Wang Y. An overview of hydrogen production technologies // Catalysis Today. – 2009. – № 4. – V. 139. – Pp. 244-260.

. Ji M., Wang J. Review and comparison of various hydrogen production methods based on costs and life cycle impact assessment indicators // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – № 78. – V. 46. – Pp. 38612-38635.

. Wang L., Chen M., Küngas R., Lin T. E., Diethelm S., Maréchal F. Power-to-fuels via solid-oxide electrolyzer: Operating window and techno-economics // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2019. – V. 110. – Pp. 174-187.

. Cinti G., Discepoli G., Bidini G., Lanzini A., Santarelli M. Co-electrolysis of water and CO2 in a solid oxide electrolyzer (SOE) stack // International Journal of Energy Research. – 2016. – №. 2. – V. 40. – Pp. 207-215.

. Cinti G., Discepoli G., Bidini G., Lanzini A., Santarelli M. Co⁰electrolysis of water and CO2 in a solid oxide electrolyzer (SOE) stack // International Journal of Energy Research. – 2016. – №. 2. – V. 40. – Pp. 207-215.

. Kindra V. O., Maksimov I. A., Komarov I. I., Osipov S. K., Zlyvko O. V. Small power nuclear plants: technical level and prospects for commercialization // Thermal Engineering. – 2024. – №. 4. – V. 71. – Pp. 287-300.

. Kindra V. O., Rogalev A. N., Kovalev D. S., Ilin I. V., Levina A. I. Research and development of high temperature gas-cooled reactor nuclear power plants for combined production of electricity, heat and hydrogen // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025; 148:149968

. Aminov R., Egorov A. Increasing capacity of a nuclear power plant unit using the hydrogen-fueled feedwater heating system // International Journal of Energy Research. – 2020. – №. 7.– V. 44. – Pp. 5609-5620.

. Brown L. C., Besenbruch G. E., Lentsch R. D., Schultz K. R., Funk J. F., Pickard P. S., Showalter S. K. High efficiency generation of hydrogen fuels using nuclear power. General Atomics, San Diego, CA (United States). – 2003.

. Naterer G. F., Dincer I., Zamfirescu C. Hydrogen production from nuclear energy. – London: Springer, 2013. – P. 492.

. Kindra V., Maksimov I., Oparin M., Zlyvko O., Rogalev A. Hydrogen technologies: a critical review and feasibility study // Energies. – 2023. – №. 14. – V. 16. – P. 5482.

. Aminov R. Z., Egorov A. N., Bairamov A. N. Assessing the Effectiveness of NPP Participation in Covering Peak Electrical Loads Based on Hydrogen Technology // Thermal Engineering. – 2024. – №. 2. – V. 71. – Pp. 125-141.

. Kopasz J. et al. 2020 Hydrogen and Fuel Cell Technologies Market Report. – Argonne National Lab. (ANL), Argonne, IL (United States), 2022. – №. ANL-22/04.

. Nose M., Kawakami T., Araki H., Senba N., Tanimura S. Hydrogen-fired Gas Turbine Targeting Realization of CO2-free Society. – 2018. – № 4. – V. 55.

. Aziz M., Wijayanta A. T., Nandiyanto A. B. D. Ammonia as Effective Hydrogen Storage: A Review on Production, Storage and Utilization: 12 // Energies. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. – 2020. – № 12. – V. 13. – P. 3062.

. Inoue K., Miyamoto, K., Domen S., Tamura I., Kawakami T., Tanimura S. Development of hydrogen and natural gas co-firing gas turbine // Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. – 2018; 55(2):1.

. Inoue K., Miyamoto K., Domen S., Tamura I., Kawakami T., Tanimura S. Development of hydrogen and natural gas co-firing gas turbine // Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. 2018; 55(2):1.

. Костарев В. С., Ширманов И. А., Литвинов Д. Н., Щеклеин С. Е. Об определении оптимальных термодинамических параметров реактора ВВЭР-1200 при помощи компьютерного моделирования // Физика. Технологии. Инновации (ФТИ-2021). – Екатеринбург, УрФУ. – 2021. – C. 484-492.

. Kostarev V. S., Shirmanov I. A., Litvinov D. N., Shcheklein S. E. On the determination of optimal thermodynamic parameters of the VVER-1200 reactor using computer modeling // Physics. Technologies. Innovations (PTI-2021). – Yekaterinburg, UrFU. – 2021. – Pp. 484-492.

. Aspen Technology, Inc. Aspen Plus. [Available online] URL: https://www.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-plus (Accessed on 19 July 2021).

. Lemmon E. W., Bell I. H., Huber M. L., McLinden M. O. NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP; Version 10.0, National Institute of Standards and Technology; Standard Reference Data Program: Gaithersburg, MA, USA, 2018.

. Кархов А. Н. Проблемы оценки инвестиционных проектов АЭС // Экономическая динамика и инновационное развитие. – М.: Изд-во ИНП. – 2007.

. Karkhov A. N. Problems of assessing investment projects of nuclear power plants // Economic dynamics and innovative development. Moscow: Publishing house of INP. – 2007.

. Purnami P., Nugroho W. S., Hakim L., Gede Wardana I. N. Development of a magnetic rotator to enhance the hydrogen evolution reaction in a proton exchange membrane water electrolysis cell // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2024. – № 1. – V. 131.

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