Купить (120 RUB)
|сгенерировать QR код
Открытый доступ
Доступ платный или только для Подписчиков
Повышение срока службы электролизера AC-DC преобразователя, работающего в условиях офшорной ветроэнергетической установки
https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.03.030-048
Аннотация
Энергоресурс на основе зеленного водорода в настоящее время начинает получать значительное распространение и интерес. Существуют различные виды производства водорода, однако, зеленый водород становится привлекательным энергетическим направлением развития, который может заменить синий и серый водород, а также ископаемое топливо, тем самым снижая углеродный след для ряда промышленных процессов. Применяемые для производства экологически чистого водорода протонообменные электролизные установки имеют главный недостаток, который состоит в малом сроке службы оборудования. В статье представлено сравнительное исследование применяемого ФАПЧ управления AC-DC преобразователя. Для совершенствования управления протонообменной мембраны электролизной установки принят подход векторного управления, который позволяет, используя контуры подчиненного управления, сформировать возможность поддержания различного уровня напряжения вставки постоянного тока и, тем самым, расширить диапазон изменения входного напряжения звена постоянного тока.
При поддержке: Исследование поддержано Грантом Президента Российской Федерации на проект МК-3371.2022.4.
Об авторах
А. Ачитаев
Сибирский федеральный университет
Россия
Россия
Ачитаев Андрей Александрович - Саяно-Шушенский
филиал
Саяногорск
А. Суворов
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Россия
Россия
Суворов Алексей Александрович - Отделение электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики
634050, Томск
П. Илюшин
Институт энергетических исследований Российской академии наук
Россия
Россия
Илюшин Павел Владимирович
117186, Москва
И. Волкова
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Россия
Россия
Волкова Ирина Олеговна - Институт экономики и регулирования инфраструктурных отраслей
101000, Москва, ул. Мясницкая, 20
Кан Кан
Университет Хохай
Китай
Китай
Prof. Dr. Kan Kan - Колледж энергетики и электротехники
211100, Нанкин
К. Суслов
Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт»;
Иркутский национальный исследовательский политехнический университет
Россия
Россия
Суслов Константин Витальевич - Кафедра гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии
111250, Москва;
Кафедра электроснабжения и электротехники
664047, Иркутск
Список литературы
1. . Z. Li, K. Li, P. Du, M. Mehmandoust, F. Karimi, N. Erk, Carbon-based photocatalysts for hydrogen production: A review, Chemosphere. 308 (2022) 135998. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.135998.
2. . J. Koponen, A. Poluektov, V. Ruuskanen, A. Kosonen, M. Niemelä, J. Ahola, Comparison of thyristor and insulated-gate bipolar transistor -based power supply topologies in industrial water electrolysis applications, Journal of Power Sources. 491 (2021) 229443. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.229443.
3. . S. Öberg, M. Odenberger, F. Johnsson, The value of flexible fuel mixing in hydrogen-fueled gas turbines – A techno-economic study, International Journal of Hydrogen Energy. 47 (2022) 31684–31702. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.07.075.
4. . H.C. Mantripragada, H. Zhai, E.S. Rubin, Boundary Dam or Petra Nova – Which is a better model for CCS energy supply?, International Journal of Greenhouse Gas Control. 82 (2019) 59–68. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2019.01.004.
5. . M. Temiz, I. Dincer, Development of solar and wind based hydrogen energy systems for sustainable communities, Energy Conversion and Management. 269 (2022) 116090. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116090.
6. . S. Shiva Kumar, H. Lim, An overview of water electrolysis technologies for green hydrogen production, Energy Reports. 8 (2022) 13793–13813. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.127.
7. . J. Li, J. Chen, Z. Yuan, L. Xu, Y. Zhang, M. AlBahrani, Multi-objective risk-constrained optimal performance of hydrogen-based multi energy systems for future sustainable societies, Sustainable Cities and Society. 87 (2022) 104176. https://doi.org/10.1016/j.scs.2022.104176.
8. . Y. Zhao, Q. Liu, Y. Duan, Y. Zhang, Y. Huang, L. Shi, J. Wang, Q. Yi, A multi-dimensional feasibility analysis of coal to methanol assisted by green hydrogen from a life cycle viewpoint, Energy Conversion and Management. 268 (2022) 115992. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115992.
9. . M.M. Hasan, G. Genç, Techno-economic analysis of solar/wind power based hydrogen production, Fuel. 324 (2022) 124564. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124564.
10. . G. Durakovic, P.C. del Granado, A. Tomasgard, Powering Europe with North Sea offshore wind: The impact of hydrogen investments on grid infrastructure and power prices, Energy. 263 (2023) 125654. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125654.
11. . F. Posso, M. Galeano, C. Baranda, D. Franco, A. Rincón, J. Zambrano, C. Cavaliero, D. Lópes, Towards the Hydrogen Economy in Paraguay: Green hydrogen production potential and end-uses, International Journal of Hydrogen Energy. 47 (2022) 30027–30049. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.05.217.
12. . M. Ozturk, I. Dincer, System development and assessment for green hydrogen generation and blending with natural gas, Energy. 261 (2022) 125233. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125233.
13. . O.A. Dabar, M.O. Awaleh, M.M. Waberi, A.- B.I. Adan, Wind resource assessment and technoeconomic analysis of wind energy and green hydrogen production in the Republic of Djibouti, Energy Reports. 8 (2022) 8996–9016. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.07.013.
14. . W. Chaichan, J. Waewsak, R. Nikhom, C. Kongruang, S. Chiwamongkhonkarn, Y. Gagnon, Optimization of stand-alone and grid-connected hybrid solar/wind/fuel cell power generation for green islands: Application to Koh Samui, southern Thailand, Energy Reports. 8 (2022) 480–493. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.07.024.
15. . S. Kolb, J. Müller, N. Luna-Jaspe, J. Karl, Renewable hydrogen imports for the German energy transition – A comparative life cycle assessment, Journal of Cleaner Production. 373 (2022) 133289. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.133289.
16. . I. Dincer, N. Javani, G.K. Karayel, Sustainable city concept based on green hydrogen energy, Sustainable Cities and Society. 87 (2022) 104154. https://doi.org/10.1016/j.scs.2022.104154.
17. . M. Nasser, T.F. Megahed, S. Ookawara, H. Hassan, Performance evaluation of PV panels/wind turbines hybrid system for green hydrogen generation and storage: Energy, exergy, economic, and enviroeconomic, Energy Conversion and Management. 267 (2022) 115870. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115870.
18. . A. Fatih Güven, M. Mahmoud Samy, Performance analysis of autonomous green energy system based on multi and hybrid metaheuristic optimization approaches, Energy Conversion and Management. 269 (2022) 116058. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116058.
19. . A. Okunlola, M. Davis, A. Kumar, The development of an assessment framework to determine the technical hydrogen production potential from wind and solar energy, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 166 (2022) 112610. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112610.
20. . J. Wang, J. Mao, R. Hao, S. Li, G. Bao, Multienergy coupling analysis and optimal scheduling of regional integrated energy system, Energy. 254 (2022) 124482. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124482.
21. . W. Zhang, A. Maleki, M. Alhuyi Nazari, Optimal operation of a hydrogen station using multi-source renewable energy (solar/wind) by a new approach, Journal of Energy Storage. 53 (2022) 104983. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104983.
22. . A. Izadi, M. Shahafve, P. Ahmadi, N. Javani, Transient simulation and techno-economic assessment of a near-zero energy building using a hydrogen storage system and different backup fuels, International Journal of Hydrogen Energy. 47 (2022) 31927–31940. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.06.033.
23. . V. Mariani, F. Zenith, L. Glielmo, Operating Hydrogen-Based Energy Storage Systems in Wind Farms for Smooth Power Injection: A Penalty Fees Aware Model Predictive Control, Energies. 15 (2022) 6307. https://doi.org/10.3390/en15176307.
24. . T. Liu, Z. Yang, Y. Duan, S. Hu, Technoeconomic assessment of hydrogen integrated into electrical/thermal energy storage in PV+ Wind system devoting to high reliability, Energy Conversion and Management. 268 (2022) 116067. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116067.
25. . A.A. Alturki, Optimal design for a hybrid microgrid-hydrogen storage facility in Saudi Arabia, Energ Sustain Soc. 12 (2022) 24. https://doi.org/10.1186/s13705-022-00351-7.
26. . H.S. Salama, G. Magdy, A. Bakeer, I. Vokony, Adaptive coordination control strategy of renewable energy sources, hydrogen production unit, and fuel cell for frequency regulation of a hybrid distributed power system, Prot Control Mod Power Syst. 7 (2022) 34. https://doi.org/10.1186/s41601-022-00258-7.
27. . J. Sun, W. Zhou, H. Zhou, A novel principle for PLL and its application in digital innovation experiment of circuits in active hydrogen maser, in: 2010 IEEE International Frequency Control Symposium, IEEE, Newport Beach, CA, USA, 2010: pp. 431–434. https://doi.org/10.1109/FREQ.2010.5556295.
28. . H. Zhang, T. Yuan, Optimization and economic evaluation of a PEM electrolysis system considering its degradation in variable-power operations, Applied Energy. 324 (2022) 119760. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119760.
29. . F. K/bidi, C. Damour, D. Grondin, M. Hilairet, M. Benne, Power Management of a Hybrid Micro-Grid with Photovoltaic Production and Hydrogen Storage, Energies. 14 (2021) 1628. https://doi.org/10.3390/en14061628.
30. . M. Tao, J.A. Azzolini, E.B. Stechel, K.E. Ayers, T.I. Valdez, Review—Engineering Challenges in Green Hydrogen Production Systems, J. Electrochem. Soc. 169 (2022) 054503. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac6983.
31. . B. Yodwong, D. Guilbert, M. Phattanasak, W. Kaewmanee, M. Hinaje, G. Vitale, AC-DC Converters for Electrolyzer Applications: State of the Art and Future Challenges, Electronics. 9 (2020) 912. https://doi.org/10.3390/electronics9060912.
32. . D. Concha, H. Renaudineau, M.S. Hernández, A.M. Llor, S. Kouro, Evaluation of DCX converters for off-grid photovoltaic-based green hydrogen production, International Journal of Hydrogen Energy. 46 (2021) 19861–19870. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.129.
33. . N.K. Singh, S. Saxena, V.K. Sethi, Performance Evaluation of A PV- Powered Alkaline Water Electrolyzer for Sustainable Green Hydrogen Production, IJETT. 70 (2022) 337–348. https://doi.org/10.14445/22315381/IJETT-V70I6P235.
34. . V. Subotić, C. Hochenauer, Analysis of solid oxide fuel and electrolysis cells operated in a real-system environment: State-of-the-health diagnostic, failure modes, degradation mitigation and performance regeneration, Progress in Energy and Combustion Science. 93 (2022) 101011. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2022.101011.
35. . C.H. Li, X.J. Zhu, Q.J. Zeng, Y.L. Wang, Modeling of Hydrogen Production in a Stand-Alone Photovoltaic System, AMR. 512–515 (2012) 1413–1417. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.512-515.1413.
36. . F. Moazeni, J. Khazaei, Electrochemical optimization and small-signal analysis of grid-connected polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells for renewable energy integration, Renewable Energy. 155 (2020) 848–861. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.03.165.
37. . J. Khazaei, F. Moazeni, B. Trussell, A. Asrari, Small-signal Modeling and Analysis of a GridConnected PEM Fuel Cell, in: 2019 North American Power Symposium (NAPS), IEEE, Wichita, KS, USA, 2019: pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/NAPS46351.2019.9000355.
Рецензия
Для цитирования:
Ачитаев А., Суворов А., Илюшин П., Волкова И., Кан К., Суслов К. Повышение срока службы электролизера AC-DC преобразователя, работающего в условиях офшорной ветроэнергетической установки. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2023;(3):30-48. https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.03.030-048
For citation:
Achitaev A.A., Suvorov A.A., Ilyushin P.V., Volkova I.O., Kan K., Suslov K. Extending the lifetime of AC-DC converters for electrolyzer operating as part of offshore wind turbines. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023;(3):30-48. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.03.030-048
Просмотров:
446
Послать статью по эл. почте 