Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ВОДОРОДА В КАЧЕСТВЕ РЕШЕНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ: НА ПРИМЕРЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ИТАЛИИ

https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.31-36.035-051

Полный текст:

Аннотация

Пригодность водорода для решения вопроса регулирования энергопотребления на гидроэлектростанции в центральной части Италии оценивается с точки зрения жизненного цикла. Рассматривается производство водорода в непиковые часы посредством электролиза, а также потенциальное хранение водорода в гидридах металлов с последующим использованием водорода в пиковые часы для выработки электроэнергии с помощью технологии топливных элементов. Выработка гидроэлектроэнергии и выработка водорода определяются как подсистемы, в наибольшей степени соответствующие девяти оцененным категориям воздействия (например, глобальное потепление, абиотическое истощение и совокупная потребность в энергии). Получаемый возобновляемый водород демонстрирует более благоприятные экологические и энергетические характеристики в течение жизненного цикла, чем традиционный водород, образующийся при риформинге с водяным паром. Кроме того, при расширении системы с использованием водорода для выработки электроэнергии возобновляемый продукт электроэнергии показывает лучшие параметры жизненного цикла по сравнению с традиционным электричеством для итальянской электрической сети. В целом, с точки зрения жизненного цикла, водород является подходящим энергетическим решением на гидроэлектростанциях как в виде самого водорода (например, для транспортировки), так и в качестве исходного сырья для последующего производства электроэнергии в часы пик.

Об авторах

А. Валенте
Отдел системного анализа, Институт IMDEA Энергия
Испания

Антонио Валенте - магистр, научный сотрудник Института энергетики IMDEA в Мадриде; Секретарь / Казначей Отдела водородных энергетических систем IAHE

28935, Мостолес, тел.: +34 (91) 737-11-19



Д. Ирибаррен
Отдел системного анализа, Институт IMDEA Энергия
Испания

Диего Ирибаррен - доктор наук, научный сотрудник отдела системного анализа IMDEA Energy (Испания); эксперт по задачам IEA HIA 30 и 36; председатель испанской сети оценки жизненного цикла esLCA

28935, Мостолес, тел.: +34 (91) 737-11-19



Х. Дюфур
Отдел системного анализа, Институт IMDEA Энергия; Кафедра химической и энергетической технологии, ESCET, Университет Рей Хуана Карлоса
Испания

Хавьер Дюфур - доктор наук, профессор Университета Рей Хуана Карлоса; профессор исследователь и руководитель отдела системного анализа в энергетическом институте IMDEA; Заместитель председателя Межотраслевых исследований Hydrogen Europe Research; бывший председатель испанской сети оценки жизненного цикла (esLCA); операционный агент задачи 36 «Оценка устойчивости жизненного цикла водородных энергетических систем». Водородное соглашение Международного энергетического агентства. 01/01 /15-31 / 12/17

28933, Мостолес

28935, Мостолес, тел.: +34 (91) 737-11-19



Дж. Спаццафумо
Кафедра гражданского машиностроения, Университет Кассино и Южного Лацио
Италия

Джузеппе Спаццафумо - доктор наук; доцент Университета Кассино и Южного Лацио; координатор международных симпозиумов HYPOTHESIS («Теоретические и технические решения по водородной энергетике»); член совета директоров IAHE (Международная ассоциация водородной энергетики); президент отдела энергетических систем IAHE

д. 43, Виа-Гаэтано-ди-Биасио, I-03043 Кассино, тел.: +39 0585 52761



Список литературы

1. British Petroleum. BP statistical review of world energy. 2014. Available on: www.bp.com/content/dam/bp/pdf/Energy-economics/statistical-review-2014/BP-statistical-review-ofworldenergy- 2014-full-report.pdf [accessed 02.03.15].

2. Intergovernmental Panel on Climate Change. Fifth Assessment Report. Available on: www.ipcc.ch/report/ar5 [accessed 02.03.15].

3. Zamfirescu C., Dincer I. Assessment of a new integrated solar energy system for hydrogen production. Sol. Energy, 2014;107:700–13.

4. Khalilnejad A., Riahy G.H. A hybrid wind-PV system performance investigation for the purpose of maximum hydrogen production and storage using advanced alkaline electrolyzer. Energy Convers Manag., 2014;80:398–406.

5. Carr S., Premier G.C., Guwy A.J., Dinsdale R.M., Maddy J. Hydrogen storage and demand to increase wind power onto electricity distribution networks. Int. J. Hydrogen Energy, 2014;39:10195–207.

6. Ahmadi S., Rezaei Mirghaed M., Roshandel R. Performance of a standalone wind-hydrogen power system for regions with seasonal wind profile: a case study in Khaf region. Sustain. Energy Technol. Assess, 2014;7:265–78.

7. Mansilla C., Avril S., Imbach J., Le Duigou A. CO2-free hydrogen as a substitute to fossil fuels: what are the targets? prospective assessment of the hydrogen market attractiveness. Int. J. Hydrogen Energy, 2012;37:9451–8.

8. Contaldi M., Gracceva F., Mattucci A. Hydrogen perspectives in Italy: analysis of possible deployment scenarios. Int. J. Hydrogen Energy, 2008;33:1630–42.

9. Dincer I. Green methods for hydrogen production. Int. J. Hydrogen Energy, 2012;37:1954–71.

10. ISO 14040. Environmental management e life cycle assessment e principles and framework. Int Organ Stand 2006.

11. ISO 14044. Environmental management e life cycle assessment e requirements and guidelines. Int Organ Stand 2006.

12. Enel. Fonte Cupa Hydropower plant. Available on: http://www.enel.it/it-IT/impianti/mappa/dettaglio/fonte-cupa-fontana-liri/p/090027d98192f81d [accessed 02.03.15].

13. Dufour J., Serrano D.P., Gálvez J.L., González A., Soria E., Fierro J.L.G. Life cycle assessment of alternatives for hydrogen production from renewable and fossil sources. Int. J. Hydrogen Energy, 2012;37:1173–83.

14. Centro Funzionale Regione Lazio. Liri Ad Isola Del Liri LII_29. Available on: www.idrografico.roma.it/asp.net/schede/Stazioni_Misura_Portata/35.pdf [accessed 02.03.15].

15. Citrini D., Noseda G. Hydraulics [in Italian]. Milan: Ambrosiana; 1994.

16. Della Volpe R. Machines [in Italian]. Naples: Liguori Editore; 2002.

17. Cordova M.M., Finardi E.C., Ribas F.A.C., de Matos V.L., Scuzziato M.R. Performance evaluation and energy production optimization in the real-time operation of hydropower plants. Electr. Power Syst. Res., 2014;116:201–7.

18. Terna Rete Italia. Italian electrical grid: data. 2013. Available on: www.terna.it/default.aspx?tabidј380 [accessed 02.03.15].

19. Carmo M., Fritz D.L., Mergel J., Stolten D. A. comprehensive review on PEM water electrolysis. Int. J. Hydrogen Energy, 2013;38:4901–34.

20. Hydrogenics HySTAT™-60. Available on: www.hydrogenics.com/ hydrogen-productssolutions/industrial-hydrogengenerators- byelectrolysis/outdoor-installation/hystattrade- 60 [accessed 02.03.15].

21. Flury K., Frischknecht R. Life cycle inventories of hydroelectric power generation. Uster ESU-services 2012.

22. Dones R., Bauer C., Bolliger R., Burger B., Faist-Emmenegger M., Frischknecht R., et al. Life cycle inventories of energy systems: results for current systems in Switzerland and other UCTE countries, ecoinvent report No. 5. Dűbendorf: Swiss centre for life cycle inventories. 2007.

23. Enel. Environmental statement. Hydropower plants [in Italian]. 2013. Available on: www.enel.it/itIT/doc/azienda/ambiente/dichiarazioni_ambientali/20130624_da_emiliatoscana_2013.pdf [accessed 02.03.15].

24. ENEA. Climate archive: Climate profile of Italy – Lazio – Frosinone. Available on: clisun.casaccia.enea.it/Profili/_images/regionimappe/lazioprovin/fros.html [accessed 02.03.15].

25. Dragoni W, Valigi D. Contribution to the estimation of evaporation from liquid surfaces in Central Italy [in Italian]. Geol. Romana, 1994;30:151–8.

26. Maack M.H. Deliverable nº 8-5 RS1a e generation of the energy carrier hydrogen in context with electricity buffering generation through fuel cells. Reykjavik: Icelandic New Energy; 2008.

27. Susmozas A., Iribarren D., Dufour J. Life-cycle performance of indirect biomass gasification as a green alternative to steam methane reforming for hydrogen production. Int. J. Hydrogen Energy, 2013;38:9961–72.

28. Frischknecht R., Jungbluth N., Althaus H.J., Doka G., Heck T., Hellweg S., et al. Overview and Methodology, ecoinvent report No. 1. Dűbendorf Swiss Centre Life Cycle Invent, 2007.

29. Goedkoop M., Oele M., Leijting J., Ponsioen T., Meijer E. Introduction to LCA with SimaPro. Amersfoort PRé Consult 2013.

30. Guinée J.B., Gorrée M., Heijungs R., Huppes G., Kleijn R., de Koning A., et al. Life cycle assessment e an operational guide to the ISO standards. Leiden: Centre of Environmental Science; 2001.

31. Myhre G., Shindell D., Bréon F.M., Collins W., Fuglestvedt J., Huang J., et al. Anthropogenic and natural radiative forcing. In: Stocker T.F., Qin D., Plattner G.K., Tignor M., Allen S.K., Boschung J., et al., editors. Climate change 2013: the physical science basis e contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge: Cambridge University Press; 2013. p. 659–740.

32. VDI. VDI guideline 4600: cumulative energy demand (KEA) e terms, definitions, methods of calculation. Dűsseld Ver Dtsch Ingenieure 2012.

33. Koroneos C., Dompros A., Roumbas G., Moussiopoulos N. Life cycle assessment of hydrogen fuel production processes. Int. J. Hydrogen Energy, 2004;29:1443–50.

34. Bhandari R., Trudewind C.A., Zapp P. Life cycle assessment of hydrogen production via electrolysis e a review. J. Clean. Prod., 2014;85:151–63.

35. Terna Rete Italia National and regional energy balances in 2013. Available on: www.terna.it/default/Home/SISTEMA_ELETTRICO/statistiche.aspx [accessed 02.03.15].

36. Chandra D., Reilly J.J., Chellappa R. Metal hydrides for vehicular applications: the state of the art. J. Min. Met. Mater. Soc., 2006;58:26–32.

37. Hubbard W.N., Rawlins P.L., Connick P.A., Stedwell R.E., O'Hare P.A.G. The standard enthalpy of formation of LaNi5 – the enthalpies of hydriding of LaNi5–xAlx. J. Chem. Thermodyn., 1983;15:785–98.

38. Delhomme B., Lanzini A., Ortigoza-Villalba G.A., Nachev S., de Rango P., Santarelli M., et al. Coupling and thermal integration of a solid oxide fuel cell with a magnesium hydride tank. Int. J. Hydrogen Energy, 2013;38:4740–7.

39. Cicconardi S.P., Jannelli E., Spazzafumo G. Hydrogen energy storage: hydrogen and oxygen storage subsystems. Int. J. Hydrogen Energy, 1997;22:897–902.

40. Miller H.I., Murray J., Laury E., Reinhardt J., Goudy A.J. The hydriding and dehydriding kinetics of FeTi and Fe0.9TiMn0.1. J. Alloy Compd., 1995;231:670–4.

41. Lototskyy M.V., Yartys V.A., Pollet B.G., Bowman R.C. Metal hydride hydrogen compressors: a review. Int. J. Hydrogen Energy, 2014;39:5818–51.

42. Ballard. Distributed generation – ClearGen® 1 MW. Available on: www. ballard.com/files/PDF/Distributed_Generation/CLEARgen_Spec_Sheet.pdf [accessed 02.03.15].

43. Bizon N. Improving the PEMFC energy efficiency by optimizing the fueling rates based on extremum seeking algorithm. Int. J. Hydrogen Energy, 2014;39:10641–54.

44. Venturelli L., Santangelo P.E., Tartarini P. Fuel cell systems and traditional technologies e part II: experimental study on dynamic behavior of PEMFC in stationary power generation. Appl. Therm. Eng,. 2009;29:3469–75.

45. Pérez L.C., Rajala T., Ihonen J., Koski P., Sousa J.M., Mendes A. Development of a methodology to optimize the air bleed in PEMFC systems operating with low quality hydrogen. Int. J. Hydrogen Energy, 2013;38:16286–99.

46. Yu J., Jiang Z., Hou M., Liang D., Xiao Y., Dou M., et al. Analysis of the behavior and degradation in proton exchange membrane fuel cells with a dead-ended anode. J. Power Sources, 2014;246:90–4.

47. Gomez A., Raj A., Sasmito A.P., Shamim T. Effect of operating parameters on the transient performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell stack with a dead-end anode. Appl. Energy, 2014;130:692–701.

48. Álvarez G., Alcaide F., Cabot P.L., Lázaro M.J., Pastor E., Solla- Gull_on J. Electrochemical performance of low temperature PEMFC with surface tailored carbon nanofibers as catalyst support. Int. J. Hydrogen Energy, 2012;37:393–404.

49. Chen P., Zhu M. Recent progress in hydrogen storage. Mater. Today, 2008;11:36–43.

50. Asano K., Yamazaki Y., Iijima Y. Hydrogenation and dehydrogenation behavior of LaNi5–xCox (x = 0, 0.25, 2) alloys studied by pressure differential scanning calorimetry. Mater. Trans., 2002;43:1095–9.

51. An X.H., Gu Q.F., Zhang J.Y., Chen S.L., Yu X.B., Li Q. Experimental investigation and thermodynamic reassessment ofof La–Ni and LaNi5–H systems. Calphad., 2013;40:48–55.

52. Zhao Y.J., Freeman A.J. Accurate heat of formation for fully hydrided LaNi5 via the all-electron fullpotential linearized augmented plane wave approach. J. Appl. Phys., 2007:102. 033518/1–033518/5.

53. Mellouli S., Dhaou H., Askri F., Jemni A., Ben Nasrallah S. Hydrogen storage in metal hydride tanks equipped with metal foam heat exchanger. Int. J. Hydrogen Energy, 2009;34:9393–401.

54. Garraín D, Lechón Y. Exploratory environmental impact assessment of the manufacturing and disposal stages of a new PEM fuel cell. Int. J. Hydrogen Energy, 2014;39:1769–74.

55. Italian Regulatory Authority for Electricity, Gas and Water. Gross electricity production by source. www.autorita.energia.it/it/dati/eem6.htm [accessed 02.03.15].

56. Gutiérrez-Martín F., García-De María J.M., Baïri A., Laraqi N. Management strategies for surplus electricity loads using electrolytic hydrogen. Int. J. Hydrogen Energy, 2009;34:8468–75.

57. Martín-Gamboa M., Iribarren D., Dufour J. On the environmental suitability of high- and low-enthalpy geothermal systems. Geothermics, 2015;53:27–37.


Для цитирования:


Валенте А., Ирибаррен Д., Дюфур Х., Спаццафумо Д. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ВОДОРОДА В КАЧЕСТВЕ РЕШЕНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ: НА ПРИМЕРЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ИТАЛИИ. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2018;(31-36):35-51. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.31-36.035-051

For citation:


Valente A., Iribarren D., Dufour J., Spazzafumo G. LIFE-CYCLE PERFORMANCE OF HYDROGEN AS AN ENERGY MANAGEMENT SOLUTION IN HYDROPOWER PLANTS: A CASE STUDY IN CENTRAL ITALY. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2018;(31-36):35-51. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.31-36.035-051

Просмотров: 296


ISSN 1608-8298 (Print)