alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.07-09.090-104alternative-963Research ArticleТРАНСПОРТНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВАО НЕКОТОРЫХ НИШЕВЫХ ПРИМЕНЕНИЯХ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ И ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКЕSOME APPLICATIONS OF SUPERCAPACITORS IN DISTRIBUTED AND RENEWABLE ENERGYКиселеваС. В.KiselevaS. V.

канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Научно- исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Ph.D (physics and mathematics), Senior Scientific Researcher of Renewable Energy Sources Laboratory (Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography)

k_sophia_v@mail.ruТарасенкоА. Б.TarasenkoA. B.

научный сотрудник Объединенного института высоких температур РАН, ведущий инженер ООО ТЭЭМП

Researcher of Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences, Lead Engineer of TEEMP LLC

k_sophia_v@mail.ruМГУ имени М.В. Ломоносова, географический факультет Научно-исследовательская лаборатория возобновляемых источников энергии Объединенный институт высоких температур РАНРоссияLomonosov Moscow State University Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of SciencesRussian FederationОбъединенный институт высоких температур РАН ООО «Товарищество энергетических и электромобильных проектов»РоссияJoint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences TEEMP LLC (“Partnership for Energy and Electromobile Projects”)Russian Federation20172703201707-990104Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/963

В статье на основе анализа литературных данных рассмотрены ниши для использования суперконденсаторных накопителей в составе ветроэнергетических установок и газовых микротурбин. Проведены расчеты и даны результаты технико-экономических оценок различных накопителей (свинцово-кислотный аккумулятор и суперконденсатор) в составе: 1) стартерной батареи турбины Capstone и 2) буферного накопителя ветродизельного комплекса, способного обеспечить выдачу энергии в период остановки ветрогенератора и выхода дизель-генератора на режим. Показано, что в ряде рассматриваемых ниш суперконденсаторы конкурентоспособны уже сегодня, но для более широкого их применения требуется снижение удельной стоимости.

 

Тhe present paper considers the niches for use of supercapacitor as part of wind turbines and gas microturbines on the base of an analysis of published data. Moreover, the paper gives the calculations and results of the technical and economic assessments using different drives (lead-acid battery and a supercapacitor) as: 1) starter battery of turbine Capstone and 2) a buffer store of wind-diesel complex capable to ensure the issuance of energy during stopping the wind turbine and the output of diesel generator on mode. It is shown that a number of these niches supercapacitors are competitive today, but for their wider application it is necessary to reduce of unit cost.

 

суперконденсаторэлектрохимический аккумуляторниши использованияраспределенная и возобновляемая энергетикаветроэнергетическая системагазовые микротурбинытехнико-экономические оценкиsupercapacitoran electrochemical batteryarea of usedistributed and renewable energywind power systemgas microturbinestechnical and economic evaluationReferencesВольфкович, Ю.М. Электрохимические конденсаторы [Текст] / Ю.М. Вольфкович, Т.М. Сердюк // Электрохимия. – 2002. – Т. 38. – № 9. – С. 1043– 1068.Volfkovich Yu.M., Serdyuk T.M. Èlektrohimičeskie kondensatory. Èlektrohimiâ. 2002;(38/9):1043–1068 (in Russ.).Фиалков, А.С. Углерод в химических источниках тока [Текст] / А.С. Фиалков // Электрохимия. – 2000. – Т. 36. – № 4. – С. 389–414.Fialkov A.S. Uglerod v himičeskih istočnikah toka. Èlektrohimiâ. 2000;(36/4):389–414 (in Russ.).Mamaghani, A.H. Techno-economic feasibility of photovoltaic, wind, diesel and hybrid electrification systems for off-grid rural electrification in Colombia [Текст] / A.H. Mamaghani [et al] // Renewable Energy. – 2016. – Vol. 97. – P. 293–305Mamaghani A.H., Escandon S.A.A., Najafi B., Shirazi A., Rinaldi F. Techno-economic feasibility of photovoltaic, wind, diesel and hybrid electrification systems for off-grid rural electrification in Colombia. Renewable Energy. 2016;(97):293–305 (in Eng).Mahela, O.P. Comprehensive overview of grid interfaced wind energy generation systems [Текст] / O.P. Mahela, A.G. Shaik // Renewable and Sustainable Energy Reviews 2016. – Vol. 57. – P. 260–281.Om Prakash Mahela, Abdul Gafoor Shaik, Comprehensive overview of grid interfaced wind energy generation systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016;(57):260–281 (in Eng).Díaz-González, F. Energy management of fly wheel-based energy storage device for wind power smoothing [Текст] / F. Díaz-González [et al.] // Appl. Energy. – 2013. – Vol. 110. – P. 207–19.Díaz-González F, Sumper A, Gomis-Bellmunt O, Bianchi FD. Energy management of fly wheel-based energy storage device for wind power smoothing. Appl. Energy. 2013;(110):207–219 (in Eng).Cimuca, G. Design and control strategies of an induction-machine-based fly wheel energy storage system associated to a variable-speed wind generator [Текст] / G. Cimuca [et al.] // IEEE Trans Energy Convers. 2010. – Vol. 25. – No 2. – P. 526–534.Cimuca G., Breban S., Radulescu M., Saudemont C., Robyns B. Design and control strategies of an induction-machine-based fly wheel energy storage system associated to a variable-speed wind generator. IEEE Trans Energy Convers. 2010;(25/2):526–34 (in Eng).Díaz-González, F. Coordinated operation of wind turbines and fly wheel storage for primary frequency controls upport [Текст] / F. Díaz-González [et al.] // Electrical Powerand Energy Systems. – 2015. – Vol. 68. P. 313–326.Díaz-González F., Hau M., Sumper A., GomisBellmunt O. Coordinated operation of wind turbines and fly wheel storage for primary frequency controls upport. Electrical Powerand Energy Systems. 2015;(68):313– 326 (in Eng).Gkavanoudis, S.I. Fault ride-through capability of a DFIG in isolated grids employing DVR and supercapacitor energy storage [Текст] / S.I. Gkavanoudis, Ch.S. Demoulias // Electrical Powerand Energy Systems. 2015. – Vol. 68. – P. 356–363.Gkavanoudis S.I., Demoulias Ch.S. Fault ridethrough capability of a DFIG in isolated grids employing DVR and supercapacitor energy storage. Electrical Powerand Energy Systems. 2015;(68)356–363 (in Eng).Gkavanoudis, S.I. A combined fault ride-through and power smoothing control method for full-converter wind turbines employing Supercapacitor Energy Storage System [Текст] / S.I. Gkavanoudis, Ch.S. Demoulias // Electric Power Systems Research. – 2014. – Vol. 106. – P. 62–72.Gkavanoudis S.I., Demoulias Ch.S. A combined fault ride-through and power smoothing control method for full-converter wind turbines employing Supercapacitor Energy Storage System. Electric Power Systems Research. 2014;(106):62–72 (in Eng).Mullane, A. Wind-turbine fault ride-through enhancement [Текст] / A. Mullane, G. Lightbody, R. Yacamini // IEEE Transactions on Power Systems. – 2005. – Vol. 20. – No 4. – P. 1929–1937.Mullane A., Lightbody G., Yacamini R. Windturbine fault ride-through enhancement. IEEE Transactions on Power Systems. 2005;(20/4):1929–1937 (in Eng).Muyeen, S.M. A variable speed wind turbine control strategy to meet wind farm grid code requirements [Текст] / S.M. Muyeen [et al.] // IEEE Transactions on Power Systems. – 2010. – Vol. 25. – P. 331–340.Muyeen S.M., Takahashi R., Murata T., Tamura J. A variable speed wind turbine control strategy to meet wind farm grid code requirements. IEEE Transactions on Power Systems. 2010;(25):331–340 (in Eng).Changling, L. Strategies to smooth wind power fluctuations of wind turbine generator [Текст] / L. Changling [et al.] // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2007. – Vol. 22. – P. 341–349.Changling L., Banakar H., Baike S., Boon-Teck O. Strategies to smooth wind power fluctuations of wind turbine generator. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2007;(22):341–349 (in Eng).Bensmaine, F. LMI approach of state-feedback controller design for a STATCOM-supercapacitors energy storage system associated with a wind generation [Текст] / F. Bensmaine [et al.] // Energy Conversionand Management. – 2015. – Vol. 96. – P. 463–472.Bensmaine F., Bachelier O., Tnani S., Champenois G., Mouni E. LMI approach of statefeedback controller design for a STATCOMsupercapacitors energy storage system associated with a wind generation. Energy Conversionand Management. 2015;(96):463–472 (in Eng).Peñate, B. Assessment of a stand-alone gradual capacity reverse osmosis desalination plant to adapt to wind power availability: A case study [Текст] / B. Peñate [et al.] // Energy. – 2011. – Vol. 36. – P. 4372– 4384.Peñate B., Castellano F., Bello A., GarcíaRodríguez L. Assessment of a stand-alone gradual capacity reverse osmosis desalination plant to adapt to wind power availability: A case study. Energy. 2011;(36):4372–4384 (in Eng).Richards, B.S. Renewable energy powered membrane technology: Brackish water desalination system operated using real wind fluctuations and energy buffering [Текст] / B.S. Richards [et al.] //Journal of Membrane Science. – 2014. – Vol. 468. – P. 224–232.Richards B.S., Park G.L., Pietzsch Th., Schäfer A.I. Renewable energy powered membrane technology: Brackish water desalination system operated using real wind fluctuations and energy buffering. Journal of Membrane Science. 2014;(468):224–232 (in Eng).Интернет-сайт компании БПЦ Инжиниринг [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://bpcenergy.ru/equipment/capstone/1259 – (Дата обращения: 14.04.2016).Web-site of BPC Inžiniring. Available at: http://bpcenergy.ru/equipment/capstone/1259 (14.04.2016) (in Russ.).Руководство пользователя микротурбины Capstone С30 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.wmrc.edu/projects/BARenergy/manuals/c- 30-manuals/400001_C30_C60_MicroTurbine_ Users_Manual.pdf – (Дата обращения: 14.04.2016).Rukovodstvo pol’zovatelâ mikroturbiny Capstone S30. Available at: http://www.wmrc.edu/projects/BARenergy/manuals/c-30- manuals/400001_C30_C60_ MicroTurbine_Users_Manual.pdf (14.04.2016) (in Russ.).Интернет-сайт компании ООО «ЗАИТ-СПб» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.valgen.ru/assortiment_i_ceny – (Дата обра- щения: 14.04.2016).Web-site of Ltd “ZAIT-SPb”. Available at: http://www.valgen.ru/assortiment_i_ceny (14.04.2016) (in Russ.).Интернет-сайт компании UE DirectDrive [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mtoi.es:8008/en/productos-yservicios/aerogeneradores-UE_165.aspx – (Дата обращения: 20.04.2016).Internet-sajt kompanii UE DirectDrive. Available at: http://www.mtoi.es:8008/en/productos-yservicios/aerogeneradores-UE_165.aspx (20.04.2016).Архив погоды [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://rp5.ru/ – (Дата обращения: 18.04.2016).Arhiv pogody. Available at: http://rp5.ru/ (18.04.2016) (in Eng).The NASA Surface meteorology and Solar Energy// 2016. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://eosweb.larc.nasa.gov/sse// – (Дата обращения: 01.04.2016).The NASA Surface meteorology and Solar Energy// 2016. Available at: https://eosweb.larc.nasa.gov/sse// (01.04.2016) (in Eng).

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