Сотрудники энергетического факультета Томского политехнического университета в сотрудничестве с узбекскими учеными предложили способ включения водородных накопителей энергии в состав электросетей. Данная технология позволяет запасать избыточную электроэнергию, генерируемую возобновляемыми источниками, и увеличивать стабильность сети при низких нагрузках на 24%.
Научные изыскания и их выводы были обнародованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy (Q1, IF: 8,3).
Современные энергетические системы все чаще используют возобновляемые источники энергии, относящиеся к «зеленой» энергетике. Однако нестабильность выработки энергии такими источниками создает существенные трудности для стабильности энергосистемы в целом. В качестве потенциального решения этой проблемы рассматриваются водородные системы хранения энергии (HESS). Они обладают возможностью длительного накопления энергии, позволяют осуществлять сезонную балансировку и отличаются повышенной гибкостью при подключении к сети. Однако влияние этих систем на динамическую устойчивость энергосистемы изучено недостаточно.
Специалисты Томского политеха в сотрудничестве с другими исследователями предложили инновационный метод интеграции водородных накопителей энергии (HESS). Разработка основана на математическом представлении HESS, с особым вниманием к системе управления силовым преобразователем. Данная модель позволяет аккумулировать избыточную электроэнергию, при этом поддерживая стабильность электросети.
«Наш подход отличается использованием усовершенствованного алгоритма синхронизации, включающего предварительный каскад фильтрации (PMAF-PLL). Результаты компьютерного моделирования демонстрируют, что в сравнении с классическим методом – расчетом в синхронной системе координат с обратной связью (SRF-PLL) – разработанный алгоритм обеспечивает более быструю синхронизацию с сетью, уменьшает величину колебаний напряжения и характеризуется повышенной стабильностью при возникновении нештатных ситуаций, таких как снижение напряжения или изменение частоты», – подчеркнул один из авторов исследования, студент-магистрант Инженерной школы энергетики ТПУ Игорь Уманский.
Согласно результатам моделирования, разработанный политехниками метод обеспечивает перераспределение нагрузки и позволяет поддерживать стабильное электроснабжение в течение суток. Также, интеграция гибридных систем накопления энергии (HESS) в энергосистему, в зависимости от параметров сети (длины линий электропередач, пропускной способности), повышает её устойчивость к малым сигналам (способность системы восстанавливать синхронную работу после незначительных возмущений), увеличивая этот показатель до 24,8% по сравнению с конфигурацией, не использующей HESS.
«Повышенная устойчивость энергосистемы, достигнутая благодаря внедрению гибридных систем накопления энергии (HESS), позволяет ей оперативнее реагировать на внештатные ситуации: стабилизация сети происходит быстрее, что снижает вероятность серьезных аварий. По мнению исследователя, подобные системы особенно востребованы в регионах, где наблюдаются значительные колебания потребления энергии в течение года.
Предполагается, что в дальнейшем технология ТПУ позволит создать экономичную и надежную систему производства электроэнергии из возобновляемых ресурсов, исключив колебания напряжения и перебои в подаче.
В работе над исследованием задействованы специалисты из отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики Томского политехнического университета и Каршинского государственного технического университета (Узбекистан).