Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

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

Обеспечение физической реализуемости и повышение надежности процесса управления энергетическим балансом в гибридных энергокомплексах с возобновляемыми источниками энергии

https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.09.046-061

Аннотация

   В данной работе были решены отдельные вопросы, предусмотренные в рамках разработки методики проектирования интеллектуальных автономных распределенных гибридных энергокомплексов (АРГЭК) с ВИЭ и накопителями энергии, функционирующих в сетевом режиме и в режиме взаимодействия с глобальной (общегосударственной) сетью. В зависимости от дефицита или избытка энергии в них, относительно глобальной сети АРГЭК могут работать, соответственно, как нагрузка или источник энергии, а именно: – на основе анализа процесса управления энергетическим балансом в АРГЭК произведен обоснованный выбор структуры системы накопления и распределения потоков мощностей (НРПМ) с позиции повышения надежности ее функционирования и обеспечения физической реализуемости процесса управления энергетическим балансом в этой структуре, т. е. поддержания текущей потребляемой мощности потребителями в окрестности требуемой номинальной мощности в каждый текущий момент времени t. Это достигается за счет включения в систему НРПМ конденсатора, подключенного к ее шине сборки и распределения, и накопителя АКБ с двухуровневой (АКБ1, АКБ2) двухконтурной ((АКБ1(1), АКБ1(2)), (АКБ2(1), АКБ2(2))) структурой, при этом: АКБ1 1-го уровня - для управления балансом мощностей в НРПМ при нормальном режиме АРГЭК и изменении мощностей ВИЭ и потребления в пределах их доверительных интервалов, оцененных на этапе проектирования; АКБ2 2-го уровня – для согласования режимов работ АРГЭК и ГС и для управления, совместно с АКБ1 1-го уровня, ГС, ДГ, балансом мощностей в НРПМ при аварийном режиме АРГЭК, а также при выходе мощностей ВИЭ и потребления за пределы их доверительных интервалов; поочередная работа параллельных контуров в режиме заряда/разряда продлит срок службы системы АКБ; – сформулирована содержательная постановка задачи оптимального ситуационного управления энергетическим балансом в системе АРГЭК.

Об авторах

С. М. Асанова
Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова, энергетический институт
Кыргызстан

Салима Муратовна Асанова, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой

кафедра «Теоретическая и общая электротехника»

Образование: академическая степень магистра по специальности «Электрические станции», Кыргызский технический университет, 1999 г.
Область научных интересов: использование аппарата сетей Петри для составления самоорганизующихся многокомпонентных вычислительных алгоритмов для решения задач в электроэнергетике. Публикации: более 50 научных статей, 3 патента на изобретение (Кыргызпатент)

720044; пр. Ч. Айтматова, 66; Бишкек

tel: +996 550 501 896

fax: +996 550 501 896



М. Х. Сафаралиев
Уральский федеральный университет, кафедра автоматизированных электрических систем
Россия

Муродбек Холназарович Сафаралиев, к. т. н., старший научный сотрудник

кафедра «Автоматизированные электрические системы»

Образование: академ. степень магистра по специальности «Электрические станции», Таджикский технический Университет, 2016 г. Награды и научные премии: Стипендиат Губернатора Свердловской области за выдающуюся научную деятельность, 2020. Область научных интересов: оптимизация энергетических потоков, модель оптимизация развития энергосистем, краткосрочное, среднесрочное и долгосрочное прогнозирование нагрузки и генераций. Публикации: более 100 научных статей

620002; ул. Мира, 19; Екатеринбург



И. Зицмане
Рижский технический университет
Латвия

Инга Зицман, доктор технических наук, профессор

Институт энергетики RU; факультет электротехники и инженерии окружающей среды

Образование: академическое. Степень магистра в области электроэнергетики, Рижский технический университет (ПГТУ), 2000.
Область научных интересов: переходные процессы, оптимизация энергопотока, оптимизация моделей развития энергетических систем. Публикации: более 150 научных статей

LV-1048; улица Азенес 12/1; Курземский район; Рига



С. М. Суеркулов
Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова, энергетический институт
Кыргызстан

Семетей Манасович Суеркулов, аспирант

энергетический институт

Место работы: Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) г. Бишкек, электроцех. Образование: магистр по направлению «Электроэнергетика и электротехника». Область научных интересов: управление системой электроснабжения региональных промышленных предприятий с
целью оптимизации режима ее работы. Публикации: 6 научных статей, 1 патент на изобретение (Кыргызпатент)

720044; пр. Ч. Айтматова, 66; Бишкек



С. Кокин
Уральский федеральный университет, кафедра автоматизированных электрических систем
Россия

Сергей Евгеньевич Кокин, доктор. тех. наук, профессор

кафедра «Автоматизированные электрические системы»

Образование: инженер-электрик по специальности «Электрические
станции», УПИ им. С. М. Кирова, 1978 г. Награды и научные премии: почетное звание «Почетный энергетик» Министерства энергетики РФ.
Область научных интересов: оценка технического состояния энергетического оборудования, методы диагностики, прогнозирование остаточного ресурса оборудования и оптимизация распределительных систем. Публикации: более 100 научных статей

620002; ул. Мира, 19; Екатеринбург



Д. У. Асанова
Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова, энергетический институт
Кыргызстан

Дамира Улановна Асанова, аспирант

Место работы: Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) г. Бишкек, главное щитовое управление. Образование: магистр по направлению «Электроэнергетика и электротехника». Область научных интересов: разработка и исследование региональных систем электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии. Публикации: 5 научных статей, 1 патент на изобретение (Кыргызпатент)

720044; пр. Ч. Айтматова, 66; Бишкек



Список литературы

1. V. Shevchenko. Ways to overcome a possible energy crisis in the Ukrainian energy system. Collection of scientific papers of DonIST. 2012 No 29. Available at: https://core.ac.uk/download/pdf/162883508.pdf (In Russian).

2. Natividad, L.E.; Benalcazar, P. Hybrid Renewable Energy Systems for Sustainable Rural Development: Perspectives and Challenges in Energy Systems Modeling. Energies 2023, 16, 1328. doi: 10.3390/en16031328.

3. G. Davidov. Hybrid energy in a decentralised region. Colloquium-journal, 2019 (26 (50)), 58-61. doi: 10.24411/2520-6990-2019-11010. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/gibridnaya-energetika-v-detsentralizovannoy-zone (In Russian).

4. Mai Ngoc Thang. Management of hybrid energy systems with renewable energy sources. PhD thesis, 2013. Available at: https://tekhnosfera.com/upravlenie-gibridnymi-energeticheskimi-sistemami-s-vozobnovlyaemymi-istochnikami-energii (In Russian).

5. H. Wang, Zh. Xie, L. Pu, Zh. Ren, Y. Zhang, Zh. Tan, Energy management strategy of hybrid energy storage based on Pareto optimality, Applied Energy, Volume 327, 2022, 120095, ISSN 0306-2619, doi: 10.1016/j.apenergy.2022.120095.

6. Hydrogen As Energy Storage, 2023, e-resource, available https://www.fchea.org/hydrogen-as-storage.

7. Expertise for the Hydrogen Age, 2023, e-resource, available https://www.fraunhofer.de/en/research/current-research/hydrogen/balance-im-energiesystem.html.

8. M. Becherif, H.S. Ramadan, K. Cabaret, Franck Picard, N. Simoncini, et al. Hydrogen Energy Storage: New Techno-Economic Emergence Solution Analysis. Energy Procedia, 2015, 74, pp. 371-380. doi: 10.1016/j.egypro.2015.07.629. hal-01270968.

9. International Energy Agency. Technology Roadmap: Hydrogen and Fuell Cells - 2014 edition. Paris : OECD/IEA, 2014.

10. IEA (2019), The Future of Hydrogen, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen, License: CC BY 4.0.

11. Hydrogen Energy Technologies: Proceedings of the Workshop of the RET Laboratory of RAS OIRT : collection of scientific articles / edited by D.O. Dunikov (editor-in-chief) [and others]. - M.: OIRT RAS, 2017. - Volume. 1. - 190 p. (In Russian).

12. Andrews J., Shabani B. Re-envisioning the role of hydrogen in a sustainable energy economy // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. V. 37. No 2. - pp. 1184-1203.

13. Anastasiadis A.G., Konstantinopoulos S.A., Kondylis G.P., Vokas G.A., Papageorgas P. Effect of fuel cell units in economic and environmental dispatch of a Microgrid with penetration of photovoltaic and micro turbine units // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. V. 42. No 5. - pp. 3479-3486.

14. Chen H., Cong T.N., Yang W., Tan C., Li Y., Ding Y. Progress in electrical energy storage system : A critical review // Progress in Natural Science. 2009. V. 19. No 3. - pp. 291-312.

15. Zoulias E.I., Lymberopoulos N. Hydrogen-based autonomous power systems: techno-economic analysis of the integration of hydrogen in autonomous power systems. : Springer, 2008.

16. M. Becherif, H.S. Ramadan, K. Cabaret, Franck Picard, N. Simoncini, et al.. Hydrogen Energy Storage: New Techno-Economic Emergence Solution Analysis. Energy Procedia, 2015, 74, pp.371-380. doi: 10.1016/j.egypro.2015.07.629. hal-01270968.

17. F. Gutiérrez-Martín, I. Guerrero-Hernández, Balancing the grid loads by large scale integration of hydrogen technologies: The case of the Spanish power system, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 37, Issue 2, 2012, Pages 1151-1161, ISSN 0360-3199, doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.09.116.

18. O.A. Al-Shahri, F.B. Ismail, M.A. Hannan, M.S.H. Lipu, A.Q. Al-Shetwi, R.A. Begum, et al. Solar photovoltaic energy optimization methods, challenges and issues : a comprehensive review. J Cleaner Prod, 284 (2021).

19. G. Hou, L. Xu, H.Taherian, W. Jiang, Y. Song. Performance analysis of a hybrid solar-hydrogen-retired EV batteries (REVB) energy system with thermal-electrical loops. International Journal of Hydrogen Energy, 2023, ISSN 0360-3199, doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.03.325.

20. A. Vaskov. Development of a methodology to justify the composition and parameters of hybrid power complexes for distributed energy systems. PhD thesis, 2013 Available at: https://tekhnosfera.com/razrabotka-metodiki-obosnovaniya-sostava-i-parametrov-gibridnyh-energokompleksov-dlya-raspredelyonnyh-energosistem (In Russian).

21. Dipti "A Review on Unit Sizing, Optimization and Energy Management of HRES" Published in International Journal of Trend in Scientific Research and Development (IJTSRD), ISSN: 2456-6470, Volume-2, Issue-5, August 2018, pp.419-426, URL: https://www.ijtsrd.com/papers/ijtsrd15840.pdf.

22. Kavadias KA, Triantafyllou P. Hybrid Renewable Energy Systems’ Optimisation. A Review and Extended Comparison of the Most-Used Software Tools. Energies. 2021; 14(24):8268. doi: 10.3390/en14248268.

23. Obeida Farhat, Mahmoud Khaled, Jalal Faraj, Farouk Hachem, Rani Taher, Cathy Castelain, A short recent review on hybrid energy systems: Critical analysis and recommendations, Energy Reports, Volume 8, Supplement 9, 2022, Pages 792-802, ISSN 2352-4847, doi: 10.1016/j.egyr.2022.07.091.

24. Yinan Li, Wentao Yang, Ping He, Chang Chen, Xiaonan Wang, Design and management of a distributed hybrid energy system through smart contract and blockchain, Applied Energy, Volume 248, 2019, Pages 390-405, ISSN 0306-2619, doi: 10.1016/j.apenergy.2019.04.132.

25. Lanyu Li, Xiaonan Wang, Design and operation of hybrid renewable energy systems: current status and future perspectives, Current Opinion in Chemical Engineering, Volume 31, 2021, 100669, ISSN 2211-3398, doi: 10.1016/j.coche.2021.100669.

26. D. Suchitra, R. Jegatheesan, T.J. Deepika, Optimal design of hybrid power generation system and its integration in the distribution network, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Volume 82, 2016, Pages 136-149, ISSN 0142-0615, doi: 10.1016/j.ijepes.2016.03.005.

27. H. Nasiraghdam, S. Jadid, Optimal hybrid PV/WT/FC sizing and distribution system reconfiguration using multi-objective artificial bee colony (MOABC) algorithm. Elsevier – Sol Energy, 86 (2012), pp. 3057-3071.

28. Baseer, M.A.; Vinoth Kumar, V.; Izonin, I.; Dronyuk, I.; Velmurugan, A.K.; Swapna, B. Novel Hybrid Optimization Techniques to Enhance Reliability from Reverse Osmosis Desalination Process. Energies 2023, 16, 713. doi: 10.3390/en16020713.

29. G. Notton, V. Lazarov, Z. Zarkov and L. Stoyanov, "Optimization of Hybrid Systems with Renewable Energy Sources: Trends for Research," 2006 First International Symposium on Environment Identities and Mediterranean Area, Corte-Ajaccio, France, 2006, pp. 144-149, doi: 10.1109/ISEIMA.2006.344942.

30. S.G. Obukhov. Double-circuit energy storage for hybrid power systems with renewable energy sources / Obukhov S.G., Plotnikov I.A., Ibrahim A., Maslov V.G. // Proceedings of Tomsk University. Engineering of georesources. 2020, 331. No 1. pp. 64-76 (In Russian).

31. Asanova S.M., Kokin S.E., Dmitriev S.A., Safaraliev M., Arfan Kh., Zhabudaev T., Satarkulov Т.K. Optimization of the structure of autonomous distributed hybrid power complexes and energy balance management in them ю . International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. - Volume 46, Issue 70. – P. 34542-34549.

32. M. Asanov, S. Asanova, M. Safaraliev, I. Zicmane, S. Beryozkina, S. Suerkulov. Design methodology of intelligent autonomous distributed hybrid power complexes with renewable energy sources, International Journal of Hydrogen Energ 2023, vol. 48(8), pp. 31468-31478.

33. K.S. Demirchyan. Theoretical Foundations of Electrical Engineering: In 3 vols. an Educational Book for High Schools / K.S. Demirchyan, L.R. Neiman, N.V. Korovkin, V.L. Chechurin - St. Petersburg: Peter, 2004, pp. 576. (In Russian).

34. Hu X., Martinez C.M., Yang Y. Charging, power management, and battery degradation mitigation in plug-in hybrid electric vehicles: a unified cost-optimal approach. Mechanical Systems and Signal Processing, 2017, vol. 87, no. 8, pp. 4–16.

35. Kan S.Y., Verwaal M., Broekhuizen H. The use of battery-capacitor combinations in photovoltaic powered products. Journal of Power Sources, 2006, vol. 162, no. 2, pp. 971–974.

36. Lahyania A., Sari А., Lahbib I., Venet P. Optimal hybridization and amortized cost study of battery/supercapacitors system under pulsed loads. Journal of Energy Storage, 2016, vol. 6, pp. 222–231.

37. Hund T. Capacity loss in PV batteries and recovery procedures. Photovoltaic System Applications Department, Sandia National Laboratories. 12 p. Available at: https://www.semanticscholar.org/paper/Capacity-Loss-in-PV-Batteries-and-Recovery-Hund/87fdd2343a6665f1251ee0c645fd3442f2e340e1?p2df (date of application 20. 12. 2022).

38. Jossen A. Garche J., Sauer D.U. Operating conditions of batteries in PV applications. Solar Energy, 2004, vol. 76, pp. 759–769.

39. Jakhrani A.Q., Othman A-K., Rigit A.R.H., Samo S.R. Life cycle cost analysis of a standalone PV system. IEEE 2012 Int. Conf. Green Ubiquitous Technol. Jakarta, Indonesia, 2012, pp. 82–85.

40. Ataei A., Nedaei M., Rashidi R., Yoo C. Optimum design of an off-grid hybrid renewable energy system for an office building. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 2015, vol. 7 (053123). 27 p. DOI: 10.1063/1.4934659.


Рецензия

Для цитирования:


Асанова С.М., Сафаралиев М.Х., Зицмане И., Суеркулов С.М., Кокин С., Асанова Д.У. Обеспечение физической реализуемости и повышение надежности процесса управления энергетическим балансом в гибридных энергокомплексах с возобновляемыми источниками энергии. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2023;(9):46-61. https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.09.046-061

For citation:


Asanova S., Safaraliev M., Zicmane I., Suerkulov S., Kokin S., Asanova D. Improving the reliability of the energy balance management process in hybrid power complexes with green hydrogen and energy storage. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023;(9):46-61. https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.09.046-061

Просмотров: 70


ISSN 1608-8298 (Print)