Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

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

Применение возобновляемой и водородной энергетики в Арктике на примере модернизации энергосистемы арктического поселения Хатанга

https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.09.111-130

Аннотация

Первостепенной задачей данной статьи является оценка применения современных технологий для энергообеспечения объектов, расположенных в арктической зоне. Основное внимание уделяется технологиям безуглеродной энергетики, в том числе системе накопления энергии на основе водородного цикла. Водородные системы накопления позволяют реализовывать длительные циклы сезонного хранения энергии от возобновляемых источников, сезонность которых для арктических регионов выражена сильнее.

На данный момент существует достаточное количество работ, посвященных применению различных безуглеродных технологий в условиях Арктики, однако все они посвящены работам по энергообеспечению узкопрофильных объектов, как правило – арктических станций. Поэтому авторами данной статьи было решено рассмотреть применение водородного цикла для обеспечения функционирующего арктического поселения Хатанга с численностью населения около 5 тысяч человек. В данной работе будет приведена экономическая оценка проекта модернизации энергосистемы с внедрением в неё возобновляемых источников, а также водородного накопления. Совместно с оценкой приводится анализ чувствительности экономических показателей эффективности проекта в зависимости от различных условий, связанных с расположением системы в арктическом регионе.

Об авторах

О. В. Жданеев
Югорский государственный университет; Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН (ИНХС РАН); Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ
Россия

Жданеев Олег Валерьевич, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник; Профессор высшей нефтяной школы; Советник генерального директора/Старший советник генерального директора ФГБУ «Российское энергетическое агентство» Минэнерго РФ/ АО «Центр эксплуатационных услуг»

628012, Ханты-Мансийск, Чехова, 16

119991, Москва, Ленинский проспект, 29

119571, Москва, пр-кт. Вернадского, 82 с. 1



В. А. Карасевич
Инжиниринговый центр «Автономная энергетика» МФТИ
Россия

Карасевич Владислав Александрович, к. т. н., научный руководитель ООО «Дельта П», доцент базовой кафедры ВИЭ РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина; научный сотрудник

124498, Зеленоград, Георгиевский пр-кт, д. 5, помещ. 3а



А. В. Москвин
Русатом Комплексные Инжиниринговые Проекты
Россия

Москвин Антон Валерьевич, Магистр

115280, Москва, Ленинская Слобода, 26 с. 5 



Р. Р. Хакимов
Русатом Комплексные Инжиниринговые Проекты
Россия

Хакимов Ренат Рашидович

115280, Москва, Ленинская Слобода, 26 с. 5 



Список литературы

1. . Key challenges for the development of the hydrogen industry in the Russian Federation / S. Bazhenov, Yu. A. Dobrovolsky, A. Maximov, O. Zhdaneev // Sustainable Energy Technologies and Assessments. – 2022. – Vol. 54. – P. 102867. – DOI 10.1016/j.seta.2022.102867. – EDN VOYTLD.

2. . Zhdaneev O. V. Technological and institutional priorities of the oil and gas complex of the Russian Federation in the term of the world energy transition / O. V. Zhdaneev, K. N. Frolov // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Vol. 58. – P. 1418-1428. – DOI 10.1016/j.ijhydene.2024.01.285. – EDN PLLMKU.

3. . Andy Baker, Sea Water Heat Pump Project – Alaska SeaLife Center, Seward, AK, JCOS Forum – Juneau Library – April 11, 2013.

4. . Jinfu Zheng, Zhigang Zhou, Jianing Zhao, Songtao Hu, Jinda Wang, Effects of intermittent heating on an integrated heat and power dispatch system for wind power integration and corresponding operation regulation. Applied Energy. – Volume 287. – 2021, 116536. – ISSN 0306-2619, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.116536.

5. . Hailong Li, Pietro Elia Campana, Yuting Tan, Jinyue Yan, Feasibility study about using a standalone wind power driven heat pump for space heating. Applied Energy. – Volume 228. – 2018. – Pages 14861498. – ISSN 0306-2619. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.146.

6. . Rabeb Toujani, Ridha Ben Iffa, Nahla Bouaziz, An improved cycle for heat pump application in hybrid-lift absorption/compression system integrated a wind energy and using organic fluid mixtures. Energy Procedia. – Volume 157, 2019. – Pages 1278-1284. – ISSN 18766102. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.11.293.

7. . Wen-Long Cheng, Bing-Chuan Han, YongLe Nian, Bing-Bing Han. Theoretical analysis of a wind heating conversion and long distance transmission system, Energy Conversion and Management. – Volume 137, 2017. – Pages 21-33. – ISSN 0196-8904. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.01.021.

8. . X. Y. Sun, X. H. Zhong, C. Z. Wang, T. Zhou. Simulation research on distributed energy system based on coupling of PV/T unit and wind-to-heat unit // Solar Energy. – Volume 230, 2021. – Pages 843-858. – ISSN 0038092X. https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.11.011.

9. . Gyeongmin Kim, Jin Hur. Probabilistic modeling of wind energy potential for power grid expansion planning // Energy. – Volume 230, 2021, 120831. – ISSN 0360-5442. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120831.

10. . Xiaokang Peng, Zicheng Liu, Dong Jiang. A review of multiphase energy conversion in wind power generation // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – Volume 147, 2021, 111172. – ISSN 1364-0321. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111172.

11. . P. H. A. Barra, W. C. de Carvalho, T. S. Menezes, R. A. S. Fernandes, D. V. Coury. A review on wind power smoothing using high-power energy storage systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – Volume 137, 2021, 110455. – ISSN 1364-0321. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110455.

12. . Feng Song, Zichao Yu, Weiting Zhuang, Ao Lu. The institutional logic of wind energy integration: What can China learn from the United States to reduce wind curtailment? // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – Volume 137, 2021, 110440. – ISSN 13640321. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110440.

13. . OKB Mikron News. Available online: https://okbmikron.ru/news/v-ozhidanii-rezultata/ (accessed on 21st of May 2024)

14. . Sorabh Aggarwal, Raj Kumar, Daeho Lee, Sushil Kumar, Tej Singh. A comprehensive review of techniques for increasing the efficiency of evacuated tube solar collectors // Heliyon. – Volume 9. – Issue 4,2023, e15185. – ISSN 2405-8440. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e15185.

15. . Niccolò Aste, Claudio Del Pero, Fabrizio Leonforte, Thermal-electrical Optimization of the Configuration a Liquid PVT Collector // Energy Procedia. – Volume 30. – 2012. – Pages 1-7. – ISSN 1876-6102. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.11.002.

16. . M. Farshchimonfared, J. I. Bilbao, A. B. Sproul. Channel depth, air mass flow rate and air distribution duct diameter optimization of photovoltaic thermal (PV/T) air collectors linked to residential buildings // Renewable Energy. – Volume 76. – 2015. – Pages 27-35. – ISSN 09601481. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.10.044.

17. . Poorya Ooshaksaraei, Kamaruzzaman Sopian, Saleem H. Zaidi, Rozli Zulkifli. Performance of four airbased photovoltaic thermal collectors configurations with bifacial solar cells // Renewable Energy. – Volume 102. – Part B. – 2017. – Pages 279-293. – ISSN 0960-1481. https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.10.043.

18. . M. Farshchimonfared, J. I. Bilbao, A. B. Sproul. Full optimisation and sensitivity analysis of a photovoltaic-thermal (PV/T) air system linked to a typical residential building // Solar Energy. – Volume 136. – 2016. – Pages 15-22. – ISSN 0038-092X. https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.06.048.

19. . Tania Urmee, Elaine Walker, Parisa A. Bahri, Garry Baverstock, Sina Rezvani, Wasim Saman. Solar water heaters uptake in Australia – Issues and barriers, Sustainable Energy Technologies and Assessments. – Volume 30. – 2018. – Pages 11-23. – ISSN 2213-1388. https://doi.org/10.1016/j.seta.2018.08.006.

20. . Ding Y., Riffat S. B. Thermochemical energy storage technologies for building applications: A state-ofthe-art review. Int. J. Low-Carbon Technol. 2013; 8:106116. doi: 10.1093/ijlct/cts004.

21. . Li G. Sensible heat thermal storage energy and exergy performance evaluations. Renew. Sustain. Energy Rev. 2016; 53:897-923. doi: 10.1016/j.rser.2015.09.006.

22. . Tao Y. B., He Y. L. A review of phase change material and performance enhancement method for latent heat storage system. Renew. Sustain. Energy Rev. 2018; 93:245-259. doi: 10.1016/j.rser.2018.05.028.

23. . Kousksou T., Bruel P., Jamil A., El Rhafiki T., Zeraouli Y. Energy storage: Applications and challenges. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2014; 120:59-80. doi: 10.1016/j.solmat.2013.08.015.

24. . Kurpaska S., Latała H., Konopacki P. Storage of Heat Excess from a Plastic Tunnel in a Rock-Bed Accumulator: Tomato Yield and Energy Effects. Springer; Cham, Switzerland: 2018, pp. 549-560.

25. . Nahhas T., Py X., Sadiki N. Experimental investigation of basalt rocks as storage material for high-temperature concentrated solar power plants. Renew. Sustain. Energy Rev. 2019; 110:226-235. doi: 10.1016/j.rser.2019.04.060.

26. . Gourdo L., Fatnassi H., Tiskatine R., Wifaya A., Demrati H., Aharoune A., Bouirden L. Solar energy storing rock-bed to heat an agricultural greenhouse. Energy. 2019; 169:206-212. doi: 10.1016/j.energy.2018.12.036.

27. . Pielichowska K., Pielichowski K. Phase change materials for thermal energy storage. Prog. Mater. Sci. 2014; 65:67-123. doi: 10.1016/j.pmatsci.2014.03.005.

28. . Grey B. Thermal Energy Storage Companies. Available online: https://www.greyb.com/blog/thermal-energy-storage-companies/ (accessed on 21st of May 2024)

29. . New Atlas. Giant ‘sand battery’ holds a week’s heat for a whole town. Available online: https://newatlas.com/energy/sand-battery-finland/ (accessed on 21st of May 2024)

30. . Ministry of science and higher education of the Russian Federation. Thermal batteries for Arctic region. Available online: https://www.minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/27957/ (accessed on 21st of May 2024)

31. . Nordic and Baltic Sea Winter Power Balance 2022–2023, Available online: https://eepublicdownloads.entsoe.eu/clean-documents/SOC%20documents/Nordic/2022/Nordic_and_Baltic_Sea_Winter_Power_Balance_2022-2023_report.pdf (accessed on 21st of May 2024)

32. . A. B. Kanase-Patil, R. P. Saini, M. P. Sharma. Integrated renewable energy systems for off grid rural electrification of remote area // Renewable Energy, 35(6), 1342-1349 (2010)

33. . Iver Frimannslund, Thomas Thiis, Arne Aalberg, Bjørn Thorud. Polar solar power plants – Investigating the potential and the design challenges // Solar Energy. – Volume 224. – 2021. – Pages 35-42. – ISSN 0038092X. https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.05.069.

34. . VDMA, ITRPV2020. «International technology roadmap for photovoltaic». Mechanical Engineering Industry Association, Frankfurt/Germany (2020).

35. . Mesude Bayrakci, Yosoon Choi, Jeffrey R. S. Brownson. Temperature Dependent Power Modeling of Photovoltaics // Energy Procedia. – Volume 57. – 2014. – Pages 745-754. – ISSN 1876-6102. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.10.282.

36. . X. Sun, M. Khan, C. Deline, M. Alam. Optimization and performance of bifacial solar modules: a global perspective // Appl. Energy. – 212 (2017), 10.1016/j.apenergy.2017.12.041.

37. . Wittmer B., Mermoud A., 2018. Yield Simulations for Horizontal Axis Trackers with Bifacial PV Modules in PVsyst. 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition.

38. . R. Guerrero-Lemus, R. Vega, T. Kim, A. Kimm, L. E. Shephard. Bifacial solar photovoltaics – A technology review // Renew. Sustain. Energy Rev., 60 (2016), pp. 1533-1549, 10.1016/j.rser.2016.03.041

39. . Schmid, A., Reise C., 2015. Realistic Yield Expectations for Bifacial PV Systems – An Assessment of Announced, Predicted and Observed Benefits. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition.

40. . R. Guerrero-Lemus, R. Vega, Taehyeon Kim, Amy Kimm, L. E. Shephard. Bifacial solar photovoltaics – A technology review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – Volume 60. – 2016. – Pages 1533-1549. – ISSN 1364-0321. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.03.041.

41. . NASA POWER | Prediction оf Worldwide Energy Resources. Available online: https://power.larc.nasa.gov/ (accessed on 21st of May 2024)

42. . Korzhavin, K. Frolov, O. Zhdaneev // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. – 2021. – DOI 10.1007/s13202-021-01248-5. – EDN KOQJEC.

43. . Aprea J. L. Two years experience in hydrogen production and use in Hope bay, Antarctica // International Journal of Hydrogen Energy. – 2012, 37. – Р. 14773-14780.

44. . Galitskaya E. Development of electrolysis technologies for hydrogen production: A case study of green steel manufacturing in the Russian Federation / E. Galitskaya, O. Zhdaneev // Environmental Technology and Innovation. – 2022. – Vol. 27. – P. 102517. – DOI 10.1016/j.eti.2022.102517. – EDN EYZKTG.

45. . Hatanga’s energy supply company. Electricity rates. Available online: https://xn----8sbaaldjz6bg1a2a1b7g9a.xn--p1ai/page/34692 (accessed on 21st of May 2024)

46. . Alyssa Pantaleo, Mary R. Albert, Hunter T. Snyder, Stephen Doig, Toku Oshima, Niels Erik Hagelqvist. Modeling a sustainable energy transition in northern Greenland: Qaanaaq case study // Sustainable Energy Technologies and Assessments. – Volume 54. – 2022, 102774. – ISSN 2213-1388. https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102774.

47. . E. Galitskaya, R. Khakimov, A. Moskvin, O. Zhdaneev. Towards a new perspective on the efficiency of water electrolysis with anion-conducting matrix // International Journal of Hydrogen Energy. – Volume 49. – Part A. – 2024. – Pages 1577-1583. – ISSN 0360-3199. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.10.339.

48. . R. Khakimov, A. Moskvin, O. Zhdaneev. Hydrogen as a key technology for long-term & seasonal energy storage applications // International Journal of Hydrogen Energy. – Volume 68, 28 May 2024. – Pages 374-381. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.066.

49. . Yan Cun & Hu Rui. (2013). Study on Common Fault of Wind Turbine. Applied Mechanics and Materials. 397-400. 1133-1136. 10.4028/www.scientific.net/AMM.397-400.1133.


Рецензия

Для цитирования:


Жданеев О.В., Карасевич В.А., Москвин А.В., Хакимов Р.Р. Применение возобновляемой и водородной энергетики в Арктике на примере модернизации энергосистемы арктического поселения Хатанга. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2024;(9):111-130. https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.09.111-130

For citation:


Zhdaneev O.V., Karasevich V.A., Moskvin A.V., Khakimov R.R. Application of renewable and hydrogen energy in the Аrctic on the example of modernization of the energy system of the arctic settlement of Khatanga. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2024;(9):111-130. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.09.111-130

Просмотров: 156


ISSN 1608-8298 (Print)