Развитие гибридной системы плавучих фотоэлектрических установок с хранилищем энергии в сжатом воздухе (CAES)

В данной работе представлено исследование разработки гибридной системы, объединяющей плавучую фотоэлектрическую платформу с системой хранения энергии на основе сжатого воздуха (Compressed Air Energy Storage, CAES). Основное внимание уделено теоретическим и конструктивным аспектам, включая особенности интеграции солнечных панелей и системы CAES для повышения эффективности и надежности энергоснабжения. Проведенное моделирование показало, что сочетание технологий позволяет увеличить производительность солнечных панелей на 10-15% благодаря охлаждению водой, а также достичь эффективности хранения энергии на уровне 41%, что делает систему конкурентоспособной по сравнению с традиционными методами накопления энергии. Эксперименты подтвердили стабильность работы системы в различных климатических условиях и при переменных нагрузках. Предлагаемое решение обладает высоким экологическим и экономическим потенциалом, что делает его актуальным для применения в области возобновляемой энергетики, особенно для компаний, занимающихся развитием устойчивых энергетических систем.

1. Гришин А. А., Лисицын А. Б. Оптимизация гибридных энергетических систем с использованием возобновляемых источников энергии // Вестник энергетики. – 2022. – Том 5. – С. 45-58.

2. . Tan S. & Koh W. Heuristic Strategies for Managing Energy Flows in Hybrid Renewable Systems // Energy Systems. – 2023. – Vol. 14. – Pp. 321-334. DOI:10.1007/s12667-023-00987-6.

3. Петров И. Е., Лазарев А. В. Инновационные подходы к интеграции систем хранения энергии на базе сжатого воздуха // Известия РАН. Энергетика. – 2020. – Том 6. – С. 102-118.

4. Yao H., Zhang T. & Li M. Compressed Air Energy Storage Systems: Current Trends and Future Perspectives // Applied Energy. – 2021. – Vol. 303. – Article ID 117682. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.117682.

5. Huang Z. & Chen X. Design Considerations for Floating Photovoltaic Systems // Energy Procedia. – 2021. – Vol. 157. – Pp. 1053-1062. DOI: 10.1016/j.egypro.2021.07.140.

6. Gupta R. & Sharma K. Impact of Cooling Methods on Floating Solar Panel Efficiency // Solar Energy. – 2022. – Vol. 233. – Pp. 101-110. DOI: 10.1016/j.solener.2022.01.045.

7. Rahman M. & Islam M. Integrating CAES and Solar Farms for Peak Load Management // International Journal of Energy Research. – 2022. – Vol. 46. – Pp. 1221-1234. DOI: 10.1002/er.7549.

8. Fernandez R. & Costa P. Performance of MultiStage Compressors in CAES Systems // Energy Engineering. – 2022. – Vol. 119. – Pp. 209-223. DOI: 10.1109/TIA.2022.3103245.

9. Иванов В. Н., Сидоров Д. А. Анализ эффективности плавучих фотоэлектрических установок в условиях континентального климата // Энергетическая политика России. – 2021. – Том 3. – С. 27-35.

10. Xie J., Wang P. & Liu Z. Performance Optimization of Floating Solar PV Systems in Subtropical Climates // Renewable Energy. – 2022. – Vol. 180. – Pp. 342-356. DOI: 10.1016/j.renene.2022.03.054.

11. Nakamura T. & Aoyama H. Energy Yield of Floating PV Arrays under Different Climatic Conditions // Solar Energy Materials & Solar Cells. – 2023. – Vol. 251. Article ID 112051. DOI: 10.1016/j.solmat.2023.112051.

12. Соколова Е. Н., Трофимов А. В. Экономическая оценка использования CAES в энергосистемах с высокой долей ВИЭ // Теплоэнергетика. – 2021. – Том 9. – С. 67-78.

13. Kumar A. & Singh P. Economic Viability of CAES Integration in Renewable Energy Grids // Energy Conversion and Management. – 2023. – Vol. 256. Article ID 115976. DOI: 10.1016/j.enconman.2023.115976.

14. Müller C. & Schmidt J. Environmental Impacts of Floating Solar Farms // Nature Sustainability. – 2022. – Vol. 5. – Pp. 568-578. DOI: 10.1038/s41893-022-00837-4.

15. Gao X. & Ren Y. Economic and Environmental Benefits of Floating Solar Installations // Environmental Research Letters. – 2023. – Vol. 18. Article ID 052013. DOI: 10.1088/1748-9326/acbb17.

16. Кузнецов П. С., Рыбаков М. А. Моделирование термодинамических процессов в гибридных системах с фотоэлектрическими панелями // Энергетика будущего. – 2022. – Том 4. – С. 84-92.

17. Lee D. & Park S. Simulation of Hybrid Renewable Energy Systems with Energy Storage // Energy Reports. – 2023. – Vol. 9. – Pp. 430-443. DOI: 10.1016/j.egyr.2023.01.123.

18. Zhang L. & Zhou J. Experimental Analysis of Floating PV Systems with Integrated CAES // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2023. – Vol. 169. Article ID 112985. DOI: 10.1016/j.rser.2023.112985.

19. Oliveira M. & Silva J. Compressed Air Energy Storage for Stabilizing Solar Energy Outputs // Journal of Energy Storage. – 2022. – Vol. 48. Article ID 103817. DOI: 10.1016/j.est.2022.103817.

20. Иванова Т. В., Козлов С. А. Прогнозирование производительности гибридных солнечных и ветровых установок // Энергетика и устойчивое развитие. – 2022. – Том 11. – С. 52-64.

21. Wang L. & Chen Z. Hybrid Renewable Energy Systems for Rural Electrification // Journal of Renewable and Sustainable Energy. – 2022. – Vol. 14. – P. 057101. DOI: 10.1063/5.0096743.

22. Петров И. Е., Мельников С. В. Влияние интеграции сжатого воздуха на эффективность гибридных энергетических систем // Известия РАН. Энергетика. – 2021. – Том 5. – С. 88-101.

23. Jiang Y. & Zhang W. A Study on Optimal Sizing of Hybrid Wind-Solar Systems with Energy Storage // Energy. – 2023. – Vol. 238. Article ID 121763. DOI: 10.1016/j.energy.2021.121763.

24. Лукашев А. В., Яковлева М. В. Сравнительный анализ технологий хранения энергии для возобновляемых источников // Электрические станции. – 2022. – Том 7. – С. 45-56.

25. Khan M. T. & Alam S. Optimization Techniques for Energy Management in Hybrid Renewable Systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2022. – Vol. 153. – Pp. 111734. DOI: 10.1016/j.rser.2021.111734.

26. Смирнов А. Ю., Попов, В. П. Разработка модели управления энергопотоками в гибридных системах с фотоэлектрическими панелями и ветровыми турбинами // Вестник науки и образования. – 2022. – Том 3. – С. 34-47.

27. Singh R. & Bhardwaj N. Techniques for Managing Hybrid Renewable Energy Systems for Optimal Energy Flow // Energy Reports. – 2023. – Vol. 9. – Pp. 530-541. DOI: 10.1016/j.egyr.2023.01.178.

28. Захарова Т. Ю., Морозов, С. П. Технические аспекты интеграции сжатого воздуха в фотоэлектрические системы // Энергетика России. – 2022. – Том 4. – С. 15-23.

29. Chen S. & Li Z. Advanced Control Strategies for Hybrid Wind-Solar-PV Systems // Renewable Energy. – 2023. – Vol. 186. – Pp. 576-589. DOI: 10.1016/j.renene.2022.10.042.

30. Покровский М. В., Чистяков О. И. Прогнозирование нагрузки в гибридных энергосистемах с интеграцией накопителей энергии // Электрические и тепловые станции. – 2023. – Том 8. – С. 102-116.

31. Liu H. & Zhao F. Advanced Energy Management Strategies for Hybrid Renewable Energy Systems with Multi-Objective Optimization // Energy. – 2023. – Vol. 248. – Article ID 124835. DOI: 10.1016/j.energy.2023.124835.

32. Kim Y. & Choi J. Simulation and Analysis of Hybrid Solar-Wind Energy Systems under Variable Load Conditions // Journal of Energy Conversion and Management. – 2022. – Vol. 236. – Pp. 123123. DOI: 10.1016/j.enconman.2022.123123.

33. Gonzalez A. & Morales M. Exploring the Efficiency of Modular Energy Storage Systems in Hybrid Configurations // Sustainable Energy Technologies and Assessments. – 2023. – Vol. 54. – Article ID 102897. DOI: 10.1016/j.seta.2023.102897.

34. Иванов А. В., Лапин Е. С. Эксплуатация гибридных систем с использованием водородных технологий // Энергетическая стратегия России. – 2022. – Том 6. – С. 94-105.

35. Chen H. & Wang X. Energy Optimization for Hybrid Renewable Systems with AI Techniques // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2023. – Vol. 176. – Article ID 113249. DOI: 10.1016/j.rser.2023.113249.

36. Pereira L. & Silva F. Enhancing the Integration of Offshore Wind and Floating PV Systems // Journal of Renewable Energy. – 2022. – Vol. 195. – Pp. 113-126. DOI: 10.1016/j.renene.2022.06.044.

37. Романов И. П., Тихонов Н. А. Применение адаптивных алгоритмов управления в гибридных ВИЭ системах // Известия вузов. Энергетика. – 2023. – Том 4. – С. 75-86.

38. Zhang W. & Li Q. Evaluation of Thermal Management Systems for Energy Storage in Hybrid Configurations // Applied Thermal Engineering. – 2022. – Vol. 208. – Article ID 118218. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118218.

39. Никитин А. С., Орлов А. Е. Оптимизация энергопотоков в фотоэлектрических и ветровых установках с аккумуляторами // Энергосбережение и водородные технологии. – 2022. – Том 7. – С. 38-51.

40. Habib S. & Khan A. Lifecycle Analysis of Floating Solar Farms in Energy Networks // Environmental Science and Technology. – 2023. – Vol. 57. – Pp. 4856-4870. DOI: 10.1021/acs.est.3c10425.

41. Morales D. & Lopez A. Design and Deployment of Scalable Energy Storage for Hybrid Systems // Journal of Power Sources. – 2023. – Vol. 560. – Article ID 232167. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2023.232167.

42. Сидоров Б. Н., Чернов Д. А. Исследование устойчивости гибридных систем с высоким уровнем интеграции ВИЭ // Вестник Российской академии наук. – 2023. – Том 8. – С. 22-36.