Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

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

Определение энергетической эффективности жизненных циклов ветроэлектростанций по укрупнённым показателям затрат энергии

https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.04.025-041

Аннотация

   В статье приведена методика определения энергоэффективности жизненного цикла ветроэлектростанций (ВЭС) по укрупнённым показателям затрат энергии. Дано обоснование использования укрупнённых показателей для определения затрат энергии в течение жизненного цикла ВЭС. Приведена классификация элементов ветроэнергетических установок (ВЭУ) и ВЭС по параметрам и техническим характеристикам элементов с последующим разделением на группы, для которых определены укрупнённые показатели затрат энергии. В рамках методики разработан алгоритм определения энергетических затрат на производство элементов ВЭУ и ВЭС и предложены формулы для их расчета в течение жизненного цикла ВЭС. В рамках апробации методики были рассчитаны затраты энергии в течение жизненного цикла двух ВЭС с ВЭУ, отличающимися по параметрам и техническим характеристикам элементов, и определена их энергоэффективность. Дополнительно в статье приведены данные, из которых следует, что использование накопителя водорода в составе ВЭC позволяет эффективно использовать энергию в периоды простоев и повысить коэффициент полезного действия установки на 25-30 %. Ветроводородная электростанция позволяет не только аккумулировать избыточную энергию, но и экономить ресурс ВЭУ. Когда запас энергии в водородной батарее приближается к полному, часть ВЭУ ветроводородной электростанции может автоматически временно останавливаться в заданном порядке.

Об авторах

П. Ю. Михеев
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Россия

Павел Юрьевич Михеев, кандидат технических наук, старший преподаватель

Высшая школа гидротехнического и энергетического строительства

195251; ул. Политехническая, д. 29, литера Б; Санкт-Петербург; вн. тер. г. Муниципальный округ Академическое

Образование: Санкт-Петербургский политехнический университет, 2006 г.

Область научных интересов: энергетика и экология

Публикации: более 35

H-index: 5

Researcher ID: K-1289-2013

Scopus ID: 57202760535



М. П. Фёдоров
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Россия

Михаил Петрович Федоров, Академик РАН, доктор технических наук, Президент ФГАОУ ВО «СПбПУ»

195251; ул. Политехническая, д. 29, литера Б; Санкт-Петербург; вн. тер. г. Муниципальный округ Академическое

Образование: Ленинградский политехнический институт, 1968 г.

Область научных интересов: энергетика и экология

Публикации: более 200

Hi-index: 16

Researcher ID: GVU-4729-2022



А. Н. Чусов
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Россия

Александр Николаевич Чусов, кандидат технических наук, доцент

195251; ул. Политехническая, д. 29, литера Б; Санкт-Петербург; вн. тер. г. Муниципальный округ Академическое

Образование: Ленинградский политехнический институт, 1982 г.

Область научных интересов: Энергетика и экология

Публикации: 223

Hi-index: 17

Researcher ID: M-6874-2014



Н. А. Политаева
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Россия

Наталья Анатольевна Политаева, доктор технических наук, профессор

Высшая школа гидротехнического и энергетического строительства

195251; ул. Политехническая, д. 29, литера Б; Санкт-Петербург; вн. тер. г. Муниципальный округ Академическое

Образование: ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет», 1994 г.

Область научных интересов: Инновационные сорбционные материалы для очистки сточных вод. Использование и переработка отходов по
принципу циркулярной экономики. Получение биодизеля из биомассы. Интенсификация фиторемедиационных технологий для доочистки стоков. Разработка технологических режимов выращивания микроорганизмов-продуцентов (культивирование микроводорослей)
для получения биомассы, ее компонентов, продуктов метаболизма. Создание эффективных композиций биопрепаратов и разработка способов их применения. Сгущение биомассы, разделения клеточных суспензий, сушки, грануляции, экстракции, выделения, фракционирования, очистки, контроля и хранения конечных целевых продуктов

Публикации: более 300 научных работ, опубликованных в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК и входящие в базу данных SCOPUS (87 научных статей), автор 10 патентов, 8 монографий (3 монографии изданы за рубежом), автор 8 учебных пособий



Список литературы

1. Renewables Global Status Report 2022. Available online: https://www.ren21.net/wp-content/up-loads/2019/05/GSR2023_Full_Report.pdf (accessed on 13 May 2023).

2. Sidorenko G. I., Mikheev P. Yu. Analysis of changes in the values of capital investments for the construction of power facilities based on renewable energy sources. Energetic. – 2017. – № 10. – pp. 34-37.

3. Renewable Power Generation Costs in 2022. Available online: https://www.irena.org/publications/2022/Jul/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2021 (accessed on 13 April 2023).

4. Sidorenko G. I., Mikheev P. Yu. On the issue of the efficiency of renewable energy facilities. Energy: economics, technology, ecology. – 2018. – № 2. – pp. 9-16.

5. Fedorov M. P., Okorokov V. R., Okorokov R. V. Energy Technology and Global Economic Development: Past, Present, Future. St. Petersburg: Science. – 2010. – 412 p.

6. Sidorenko G. I., Mikheev P. Yu. Assessment of energy efficiency of power plant life cycles on the basis of res. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology, 2017. – № 1-3. – pp. 101-110.

7. Fonseca L., Carvalho M. Greenhouse gas and energy payback times for a wind turbine installed in the Brazilian Northeast. Frontiers in Sustainability. – 2022. – pp. 1-10.

8. Gomaa M. R., Rezk H. Mustafa R. J., Al-Dhaifallah M. Evaluating the Environmental Impacts and Energy Performance of a Wind Farm System Utilizing the Life-Cycle Assessment Method: A Practical Case Study. Energies. – № 12. – 2019.

9. International Organization for Standardization. Environmental management – Life cycle assessment – Re quirements and guidelines. Switzerland: ISO 14044:2006. – 46 p.

10. International Organization for Standardization. Environmental management – Life cycle assessment – Principles and framework. Switzerland: ISO 14040:2006. – 28 p.

11. International Organization for Standardization. Greenhouse gases – Carbon footprint of products – Requirements and guidelines for quantification. Switzerland: ISO 14067:2018. – 42 p.

12. International Organization for Standardization. Greenhouse gases – Carbon footprint of products – Requirements and guidelines for quantification. Switzerland: ISO 14067:2018. – 42 p.

13. International Organization for Standardization. Environmental management – Life cycle assessment – Critical review processes and reviewer competencies: Ad ditional requirements and guidelines to ISO 14044:2006. Switzerland: ISO/TS 14071:2014. – 11 p.

14. Wind Technologies Market Report 2018. U. S. Department of Energy. Office Energy Efficiency and Renewable Energy. Available online: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2019/08/f65/2018%20Wind%20Technologies%20Market%20Report%20FINAL.pdf (accessed on 13 April 2022).

15. Land-Based Wind Market Report: 2021 Edition. U. S. Department of Energy. Office of Energy Efficiency and Renewable Energy. Available online: https://www.energy.gov/sites/default/files/2021-08/Land-Based%20Wind%20Market%20Report%202021%20Edition_Full%20Report_FINAL.pdf (accessed on 13 April 2022).

16. Land-Based Wind Market Report: 2022 Edition. U. S. Department of Energy. Office of Energy Efficiency and Renewable Energy. Available online: https://www.energy.gov/sites/default/files/202208/land_based_wind_market_report_2202.pdf (accessed on 13 April 2022).

17. Sidorenko G. I., Mikheev P. Yu. Influence of parameters and technical characteristics of wind turbine elements on financial costs, energy costs and emissions of pollutants. Industrial Energy. – 2018. – № 4. – pp. 101–110.

18. Garrett P., Ronde K. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V100-1.8 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2011. – 105 p.

19. Garrett P., Ronde K. Life cycle assessment of electricity production from a V80-2.0 MW gridstreamer wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2011. – 104 p.

20. Garrett P., Ronde K. Life cycle assessment of electricity production from a V90-2.0 MW gridstreamer wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2011. – 105 p.

21. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V100-2.0 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2015. – 130 p.

22. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V110-2.0 MW Wind Plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2015. – 129 p.

23. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V116-2.0 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2018. – 134 p.

24. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V120-2.0 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2018. – 133 p.

25. Garrett P., Ronde K. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V100-2.6 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2013. – 107 p.

26. Garrett P., Ronde K. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V90-3.0 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2013. – 106 p.

27. Garrett P., Ronde K. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V105-3.3 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2014. – 116 p.

28. Garrett P., Ronde K. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V112-3.3 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2015. – 141 p.

29. Garrett P., Ronde K. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V117-3.3 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2014. – 117 p.

30. Garrett P., Ronde K. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V126-3.3 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2014. – 116 p.

31. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V105-3.45 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2017. – 134 p.

32. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V112-3.45 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2017. – 137 p.

33. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V117-3.45 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2017. – 134 p.

34. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V126-3.45 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2017. – 134 p.

35. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V136-3.45 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2017. – 136 p.

36. Garrett P., Priyanka R. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V117- 4.2 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2022. – 134 p.

37. Sagar M., Garrett P. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V136-4.2 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2022. – 133 p.

38. Sagar M., Garrett P. Life cycle assessment of electricity production from an onshore V150-4.2 MW wind plant. Vestas Wind Systems A/S. – 2022. – 134 p.

39. Mikheev P. Yu., Sidorenko G., Okorokov R. V., Timofeeva A. Determination of Energy Costs of Wind Farms at All Life Cycle Stages. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. – Т. 982. – pp. 242-256.

40. Sidorenko G. I., Mikheev P. Yu. Energy efficiency estimates of the life cycles of onshore wind farms. Energy Management Abroad. – 2019. – № 3. – pp. 20-31.

41. Mikheev P. Yu. Determination of emissions of pollutants in the production of elements of wind turbines and wind farms by aggregated data. Energy: economics, technology, ecology. – 2023. – № 5. – pp. 38-52.

42. Technical specifications wind turbine Vestas V110-2MW. Available online: https://www.vestas.com/en/products/2-mw-platform/V110-2-0-mw (accessed on 27 April 2022).

43. Technical specifications wind turbines Vestas V136-3,45 MW. Available online: https://www.vestas.com/en/products/4-mw-platform/V136-3-45-MW (accessed on 27 April 2022).

44. Cryogenic Tank. Gusev A. L., Kudryavtsev I. I., Kupriyanov V. I., Kryakovkin V. P., Terekhov A. S. – Application. 13.11.91, no. 5009089/25, Publ. BI no. 18, 1997, INN: F17C3/08.

45. Patent of the Russian Federation № 2082910. Cryogenic Tank and Method for Activation of a Chemical Absorbent before Placing it in the Thermal Insulation Cavity of a Cryogenic Tank. Gusev A. L., Kudryavtsev I. I., Kupriyanov V. I., Kryakovkin V. P., Terekhov A. S. – claimed. – No. 5009266/26, Op. BI No. 18, 1997, INN: F17C3/00, 13/00.

46. Patent of the Russian Federation № 2052158. Method for the Operation of a Vacuum Cryoadsorption Device in the Thermal Insulation Cavity of a Cryogenic Tank. Gusev A. L., Isaev A. V., Kupriyanov V. I., Makarov A. A., Terekhov A. S. – Application. 13.11.91, No.5009136/06, Publ. BI № 1, 1996, I. C. F04B37/02.

47. Patent of Russian Federation № 2047813. Cryogenic Tank. Gusev A. L., Kudryavtsev I. I., Kryakovkin V. P., Kupriyanov V. I., Terekhov A. S., Garkusha A. P. – applied for. 10.12.91., № 5015702/26.

48. Patent of Russian Federation № 2103598. Cryogenic pipeline. Gusev A. L. – Application. 5.12.95, № 95120543/06, publ. in BI#3, 1998, ITC F17D5/00, F16L59/06.

49. Patent of the Russian Federation № 2113871. A method for preventing fire in closed containers and pipelines and a cryogenic pipeline. Gusev A. L., Belousov V. M., Kupriyanov V. I., Kudryavtsev I. I., Kryakovkin V. P., Lyashenko L. V., Bocharikova I. V., Rozhkova E. V., Vysotsky A. F., Schwanke D. V. – Appl. 4.01.96., № 96100184/12, publ. in BI No. 18, MKI A62S2/00.3/ 00.

50. . Patent RF 2113871. Methods of preventing fires in closed vessels and pipelines and a cryogenic pipe-line. IC 1 A62C2/00,3/00. BI 1 18, 1998. Gusev A. L., Belousov V. M., Kupriyanov V. I. et al., 1998.

51. Patent RF 2103598. Cryogenic pipeline. IC F17D5/00, F16L59/06. BI 1 3, 1998. Gusev A. L., Kudryavtsev I. I., Turundaev A. R., 1995.

52. Gusev A. L. Project Proposal #1580 «Hydrogen Detectors» // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology, Issue1, pp. 222-226, 2000.

53. Gusev A. L. Brief information on the project: «Alternative energy and ecology in ISTC projects» // International scientific journal «Alternative energy and ecology». 2000. №1, pp. 227-228.

54. Gusev A. L. Low-temperature sensors and hydrogen absorbers. // Alternative energy and ecology, Special issue, 2003, 110-114, pp., 172 p.

55. Gusev A. L., Kudel’kina E. V., Chaban P.A., Ivkin A. V., Veziroglu T. N., Hampton M. D. Hydrogen sensors for hydrogen transport. The Proceedings for the 30sup>th</sup> ISTC Japan Workshop on Advanced Catalysis Technologies in Russia, April 12-19, 2004, Visits to Companies in Japan, Sponsor: Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan-Rissia Business Cooperation committee; International Science and Technology Center (ISTC). – pp. 232-233.

56. Gusev A. L., Kudel’kina E. V., Chaban P. A., Ivkin A. V., Veziroglu T. N., Hampton M. D. «Edel’weis-001» standardized unit for testing hydrogen transport sensors. The Proceedings for the 30sup>th</sup> ISTC Japan Workshop on Advanced Catalysis Technologies in Russia, April 12-19, 2004, Visits to Companies in Japan, Sponsor: Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan-Rissia Business Cooperation committee; International Science and Technology Center (ISTC). – pp. 234-235.

57. Gusev A. L., Kudel’kina E. V., Chaban P. A., Ivkin A. V., Veziroglu T. N., Hampton M. D. Hydrogen sensors for hydrogen transport. Collection of abstracts Conference EuroSun 2004 and 14sup>th</sup> International ForumSun (14 Internationales Sonnenforum of DGS e. V.) – June 20-23, 2004 (Freiburg, Germany) and Intersolar 2004, June 24-26, 2004 (Freiburg, Germany). Germany.

58. Gusev A. L., Kudelkina E. V., Chaban P. A., Ivkin A.V., Hampton M. D., Veziroglu T. N. Unified stand «Edelweiss-001» for testing sensors of hydrogen transport. Collection of abstracts Conference EuroSun 2004 and 14sup>th</sup> International ForumSun (14 Internationales Son- nenforum of DGS e. V.) – June 20-23, 2004 (Freiburg, Germany) and Intersolar 2004, June 24-26, 2004 (Freiburg, Germany).

59. Garelina S. A., Gusev A. L., Zakharyan R. A., Kazaryan M. A., Feofanov I.N. Evaluation of the perspective of application of the new gas analyzer «Megakon 10k» in emercom of Russia // International scientific journal Alternative energy and ecology. – 2014. – No. 22. – P. 46.

60. Patent for invention RUS 2389992 28.01.2009. Method for determining local and integrated leakage of products and device for its implementation. Gusev A. L., Zababurkin D. I., Kondyrina T. N., Nemyshev V. N.

61. Patent for invention RUS 2390008 06.10.2008 Gusev A. L., Zababurkin D. I., Popkova V. Ya., Dobrovolsky Yu. A. Gasalarm.

62. Gusev A. L., Zababurkin D. I. Multi-channel leak detectors for monitoring the level of combustible, toxic and explosive gases // International scientific journal Alternative energy and ecology. – 2010. – No. 10. – pp. 10-15.

63. Gusev A. L., Zababurkin D. I. Highly sensitive sensors for special applications. // International scientific journal Alternative energy and ecology. – 2010. – No. 10. – pp. 23-30.

64. Zababurkin D. I., Gusev A. L., Nemyshev V. I. Hydrogen leak detectors and leak indicators // International scientific journal Alternative energy and ecology. – 2010. – No. 6. – pp. 33-42.

65. Patent for invention RUS 2368882 21.04.2008. Explosive hydrogen sensor. Gusev A. L., Gudilin E. A., Dobrovolsky Yu. A., Nemyshev V. I., Gusakov V. I.

66. Patent for invention RUS 2371708 05.05.2008. Gusev A. L., Gudilin E. A., Dobrovolsky Yu. A., Kondyrina T. N. Explosive hydrogen sensor.

67. Patent for invention RUS 2371710 21.07.2008. Hydrogen gas analyzer. Gusev A. L., Gudilin E. A., Dobrovolsky Yu. A., Nemyshev V. N., Kondyrina T. N., Zababurkin D. I.

68. Patent for invention RUS 2375790 21.07.2008. Piezoresonance hydrogen sensor. Gusev A. L., Gudilin E. A., Dobrovolsky Yu. A., Zababurkin D. I.

69. Gusev A. L., Zababurkin D. I., Nemyshev V. N. Hydrogen meter. Utility model patent RUS 84988 03.03.2009.

70. Patent for invention RUS 2362991 03.03.2008. Method for measuring hydrogen content in cryogenic vacuum thermal insulation. Penkov M. M., Naumchik I. V., Vedernikov M. V., Gribakin V. A., Gusev A. L.

71. Galinov I. V., Gladkov V. S., Gusev A. L., Zababurkin D. I. A Method for calibrating hydrogen sensors by the pressure chamber method // Alternative energy and ecology. – 2009. – No. 11. – pp. 25-29.

72. Babkina I. V., Gabriels K. S., Gusev A. L., Kalinin Yu. E., Kondrat’eva N. A., Sitnikov A. V., Kushchev S. Structure, electric and gas sensitive properties of nano-crystalline film composites based on IN-Y-O-C. // Alternative Energy and Ecology. – 2009. – No. 8. – pp. 58-66.

73. Gusev A. L., Naumchik I. V., Penkov M. M. Choice of conditions for application of metal oxide detectors of hydrogen in systems of control of the gas medium of cryogenic hydrogen complexes // Proceedings of the St. Petersburg State University of Low Temperature and Food Technologies. – 2009. – No. 1. – pp. 65-69.

74. Gusev A. L. Universal scientific research complex «CLEOPATRA». //Alternative energy and ecology. – 2008. – No. 4. – pp. 114-121.


Рецензия

Для цитирования:


Михеев П.Ю., Фёдоров М.П., Чусов А.Н., Политаева Н.А. Определение энергетической эффективности жизненных циклов ветроэлектростанций по укрупнённым показателям затрат энергии. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2024;(4):25-41. https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.04.025-041

For citation:


Mikheev P.Yu., Fedorov M.P., Chusov A.N., Politaeva N.A. Determination of the energy efficiency of the life cycles of wind farms by aggregated data of energy costs. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2024;(4):25-41. https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.04.025-041

Просмотров: 76


ISSN 1608-8298 (Print)