В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ разрабатывают модель оптимизации режимов работы автономных систем энергоснабжения на основе водородных технологий для обеспечения энергетической устойчивости Арктики.
Арктика представляет собой регион с огромным потенциалом для добычи нефти и газа, освоение данной территории является стратегически важным для экономики страны. Так как многие арктические шельфовые месторождения значительно удалены от береговой линии (65—200 км и более), осложняется передача электроэнергии по ЛЭП. Возобновляемые источники энергии, такие как ветровые и солнечные установки, недостаточно стабильны по причине климатических особенностей региона. Поэтому одним из перспективных вариантов электроснабжения подводных комплексов добычи является создание автономных источников электроснабжения, работа которых не будет зависеть от наличия ресурсной базы или погодных условий, считают ученые НГТУ НЭТИ.
«Для активного освоения арктических территорий нужны эффективные источники энергоснабжения. Мы рассмотрели возможность использования водорода, получаемого на базе природного газа, в топливных элементах в системах децентрализованного электро- и теплоснабжения. Водородные технологии на базе топливных элементов представляют собой достойную альтернативу традиционным генерирующим источникам — они экологичны и энергоэффективны. Кроме того, существует большое разнообразие способов получения основного реагента (водорода) на основе как органических топлив, так и безуглеродных технологий», — рассказала доцент кафедры систем электроснабжения предприятий НГТУ НЭТИ кандидат технических наук Татьяна Мятеж.
Была разработана оптимизационная модель, основанная на равенстве предельных доходов предельным издержкам, и проведен сравнительный анализ энергетической эффективности топливных элементов в децентрализованных и централизованных системах энергоснабжения на основе ряда параметров: суммарного расхода энергоресурсов, сопоставления выбросов СО2, срока окупаемости технологий.
Как отмечает Татьяна Мятеж, в основе построения кривой предельных издержек лежат энергетические характеристики, и путем их умножения на цену топлива (в данном случае — топливных элементов) был получен график энергетических характеристик. На основе графика спроса на электроэнергию была выстроена кривая предельного дохода. При пересечении двух кривых получен оптимальный режим работы в условиях конкурентного рынка, который позволяет определить оптимальную цену продажи энергоресурса. Применение водородных технологий на базе топливных элементов как альтернативных традиционным генерирующим источникам позволяет увеличить коэффициент использования мощности на 30% (что дает возможность сэкономить на топливе), увеличивается инвестиционная привлекательность энергетического объекта. Кроме того, замена традиционных источников энергии возобновляемыми — это и снижение экологических рисков.
На основе полученных данных ученые определили условия конкурентоспособности новой технологии по сравнению с централизованными и децентрализованными системами на базе мини-ТЭЦ с газотурбинными или газопоршневыми двигателями.
Новаторством исследования является применение синергетического подхода, который обеспечивает комплексное решение задачи на основе комбинации надежностно-технологических, социально-экономических, экологических критериев.