Обгрунтування доцільності застосування водневих паливних комірок при виробництві електроенергії

Автор(и)

  • Сергій Валерійович Бойченко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-2489-4980
  • Олександр Валерійович Данілін Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-3207-1156
  • Ірина Олександрівна Шкільнюк Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-8808-3570
  • Anna Yakovlieva Technical University of Kosice, Словаччина https://orcid.org/0000-0002-7618-7129
  • Артем Анатолійович Хотян Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-1676-0752
  • Максим Вікторович Павловський Національний транспортний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-0933-7326
  • Роксолана Станіславівна Лисак Національний транспортний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-2776-5623
  • Сергій Йосипович Шаманський Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0002-6215-3438
  • Анатолій Іванович Крючков Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-2234-0546
  • Оксана Василівна Тарасюк ГО «Інститут Циркулярної та Водневої Економіки», Україна https://orcid.org/0000-0001-6697-1078

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.280046

Ключові слова:

воднева паливна комірка, потенціал водню, зелений водень, воднева економіка, SWOT-аналіз

Анотація

Об’єктом дослідження є процес використання водневої паливної комірки для генерування та акумуляції електроенергії. Дослідження висвітлює питання доцільності використання водневої паливної комірки для забезпечення електричного навантаження.

Оцінено потенціал використання водню як альтернативного джерела енергії. В якості методу дослідження застосовано SWOT-аналіз, за результатами якого було розроблено рекомендації. Запропоновані заходи можуть бути прийняті з метою підвищення ступеня використання водневої енергії як альтернативи традиційним джерелам енергії.

Проаналізовано використання водневих технологій у адміністративній будівлі, підключеної до існуючої електричної мережі.

Досліджено економіко-екологічні аспекти застосування водневих паливних комірок для задоволення попиту на електричне навантаження. Розроблено шість схем енергозабезпечення будівлі та порівняно їх для вибору оптимального рішення. У дослідженні інструментом оцінки стало програмне забезпечення Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources (HOMER).

Розглянуті схеми оцінено у відповідності до єдиного узагальненого показника. У результаті було визначено, що використання водневої паливної комірки дає змогу підвищити ефективність традиційної системи на 85 %. Для систем відновлювальної енергії відзначено підвищення ефективності на 7 % (для вітрового генератора) та на 10 % (для фотоелемента).

Практичне використання результатів сприятиме ефективності процесу виробництва електроенергії за рахунок вирівняння стабільності енергозабезпечення у гібридних системах. Проведена економічно-екологічна оцінка демонструє перспективність використання водневої паливної комірки. Проведення зазначеної оцінки покликане зміцнити довіру споживачів до використання водневих паливних комірок та водню загалом

Біографії авторів

Сергій Валерійович Бойченко, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Доктор технічних наук, професор

Керівник науково-технічної спілки

Науково-технічна спілка хіммотологів

Навчально-науковий інститут енергозбереження та енергоменеджменту

Олександр Валерійович Данілін, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра автоматизації електротехнічних та мехатронних комплексів

Ірина Олександрівна Шкільнюк, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Кандидат технічних наук, завідувач лабораторії

Науково-дослідної інтерактивної лабораторія діагностування експлуатаційних матеріалів в енергетиці та транспорті

Науково-технічна спілка хіммотологів

Anna Yakovlieva, Technical University of Kosice

PhD, Senior Researcher, Research Fellow

Department of Avionics

Артем Анатолійович Хотян, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Аспірант

Кафедра автоматизації електротехнічних та мехатронних комплексів

Максим Вікторович Павловський, Національний транспортний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технічної експлуатації автомобілів та автосервісу

Роксолана Станіславівна Лисак, Національний транспортний університет

Кандидат технічних наук

Кафедра екології та технологій захисту навколишнього середовища

Сергій Йосипович Шаманський, Київський національний університет будівництва і архітектури

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра водопостачання та водовідведення

Анатолій Іванович Крючков, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра геоінженерії

Оксана Василівна Тарасюк, ГО «Інститут Циркулярної та Водневої Економіки»

Віце-Президент

Посилання

  1. Shraiber, O. A., Dubrovskyi, V. V., Teslenko, O. I. (2021). Current state and prospects of hydrogen energy development in the world. Scientific notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Technical Sciences, 32 (71 (5)), 199–209. doi: https://doi.org/10.32838/2663-5941/2021.5/30
  2. Vodneva stratehiya Ukrainy: proekt (2021). Kyiv, 91. Available at: https://hydrogen.ua/images/about/Vodneva-Strategia-Cover.pdf
  3. Su, Z., Ding, S., Gan, Z., Yang, X. (2016). Analysis of a photovoltaic-electrolyser direct-coupling system with a V-trough concentrator. Energy Conversion and Management, 108, 400–410. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.10.078
  4. Ganeshan, I. S., Manikandan, V. V. S., Ram Sundhar, V., Sajiv, R., Shanthi, C., Kottayil, S. K., Ramachandran, T. (2016). Regulated hydrogen production using solar powered electrolyser. International Journal of Hydrogen Energy, 41 (24), 10322–10326. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.05.048
  5. Jayalakshmi, N. S. (2019). Study of Hybrid Photovoltaic/Fuel Cell System for Stand-Alone Applications. Current Trends and Future Developments on (Bio-) Membranes, 213–234. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-813545-7.00009-x
  6. Touili, S., Alami Merrouni, A., El Hassouani, Y., Amrani, A., Rachidi, S. (2020). Analysis of the yield and production cost of large-scale electrolytic hydrogen from different solar technologies and under several Moroccan climate zones. International Journal of Hydrogen Energy, 45 (51), 26785–26799. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.07.118
  7. Melzi, B., Kefif, N., El Haj Assad, M., Delnava, H., Hamid, A. (2021). Modelling and Optimal Design of Hybrid Power System Photovoltaic/Solid Oxide Fuel Cell for a Mediterranean City. Energy Engineering, 118 (6), 1767–1781. doi: https://doi.org/10.32604/ee.2021.017270
  8. Assaf, J., Shabani, B. (2019). A novel hybrid renewable solar energy solution for continuous heat and power supply to standalone-alone applications with ultimate reliability and cost effectiveness. Renewable Energy, 138, 509–520. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.01.099
  9. Veremiychuk, Yu. A., Opryshko, V. P., Prytyskach, I. V., Yarmoliuk, O. S. (2020). Optymizatsiya funktsionuvannia intehrovanykh system enerhozabezpechennia spozhyvachiv. Kyiv: Vydavnychyi dim «Kyi», 186. Available at: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/36475
  10. Curran-Everett, D. (2013). Explorations in statistics: the analysis of ratios and normalized data. Advances in Physiology Education, 37 (3), 213–219. doi: https://doi.org/10.1152/advan.00053.2013
  11. Tashcheiev, Y. V., Voitko, S. V., Trofymenko, O. O., Riepkin, O. O., Kudria, T. S. (2020). Global Trends in the Development of Hydrogen Technologies in Industry. Business Inform, 8 (511), 103–114. doi: https://doi.org/10.32983/2222-4459-2020-8-103-114
  12. Boichenko S., Kalmykova N. (2020). Benchmarking of efficiency of accumulation and storage of hydrogen as a motor fuel. Science-Based Technologies, 48 (4), 496–512. doi: https://doi.org/10.18372/2310-5461.48.15093
  13. Boichenko, S., Tarasiuk, O. (2022). World Practicies and Prospects of Using Hydrogen As a Motor Fuel. 2022 IEEE 8th International Conference on Energy Smart Systems (ESS). doi: https://doi.org/10.1109/ess57819.2022.9969276
  14. Boichenko, S., Shkilniuk, I., Tselishchev, О., Matviyi, І., Tarasiuk, О., Jaworski, A., Wos, P. (2022). Modern technologies of hydrogen generation and accumulation. Analytic overview of theoretical and practical experience. POWER ENGINEERING: Economics, Technique, Ecology, 1. doi: https://doi.org/10.20535/1813-5420.1.2022.259125
  15. Tulchynska, S., Shevchuk, N., Chornii, V. (2018). Using a methodical approach to the evaluation of attractiveness investment resources for electricity distribution companies. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2, 130–135. doi: https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-2/23
  16. Bondarenko, I., Dudar, I., Yavorovska, O., Ziuz, O., Boichenko, S., Kuberskyi, I. et al. (2021). Devising the technology for localizing environmental pollution during fires at spontaneous landfills and testing it in the laboratory. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (114)), 40–48. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.248252
  17. Baikalov, Y., Dzhygyrey, I., Bendiuh, V., Proskurnin, O., Berezenko, K., Boichenko, S. et al. (2022). Improvement of quarry and slagheap reclamation technology. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (118)), 38–50. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263513
  18. Loriia, M., Tselishchev, O., Eliseyev, P., Porkuian, O., Hurin, O., Abramova, A., Boichenko, S. (2022). Principles and stages of creation of automatic control systems with a model of complex technological processes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (120)), 20–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.270519
  19. Bendiuh, V., Markina, L., Matsai, N., Kyrpychova, I., Boichenko, S., Priadko, S. et al. (2023). Integrated method for planning waste management based on the material flow analysis and life cycle assessment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (121)), 6–18. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.273930
  20. Boris Sresnevsky Central Geophysical Observatory. Available at: http://cgo-sreznevskyi.kyiv.ua/en/diialnist/klimatolohichna/klimatychni-dani-po-kyievu
  21. Pro vstanovlennia «zelenykh» taryfiv na elektrychnu enerhiyu, vyroblenu heneruiuchymy ustanovkamy spozhyvachiv, u tomu chysli enerhetychnykh kooperatyviv, vstanovlena potuzhnist yakykh ne perevyshchuie 150 kVt. Postanova 30.12.2022 No. 1960. Available at: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v1960874-22#Text
  22. Iqbal, A., Arif, M. S. B., Ayob, S. M., Siddiqui, K. (2015). Analysis of a solar PV/battery/DG set-based hybrid system for a typical telecom load: a case study. International Journal of Sustainable Energy, 36 (3), 259–276. doi: https://doi.org/10.1080/14786451.2015.1017497
  23. CATERPILLAR. Available at: https://www.caterpillar.com/ru/news/media-information/press-reel.html
  24. Ballard: Fuel Cell Solutions. Available at:: https://www.ballard.com/fuel-cell-solutions/fuel-cell-power-products/backup-power-systems
  25. Heneratory vodniu Proton PEM. Available at: https://www.elkt.com.ua/products/-proton-pem
Обгрунтування доцільності застосування водневих паливних комірок при виробництві електроенергії

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-06-30

Як цитувати

Бойченко, С. В., Данілін, О. В., Шкільнюк, І. О., Yakovlieva, A., Хотян, А. А., Павловський, М. В., Лисак, Р. С., Шаманський, С. Й., Крючков, А. І., & Тарасюк, О. В. (2023). Обгрунтування доцільності застосування водневих паливних комірок при виробництві електроенергії. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8 (123), 17–29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.280046

Номер

Том 3 № 8 (123) (2023): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Sergii Boichenko, Oleksandr Danilin, Iryna Shkilniuk, Anna Yakovlieva, Artem Khotian, Maksym Pavlovskyi, Roksolana Lysak, Sergii Shamanskyi, Anatoliy Kryuchkov, Oksana Tarasiuk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.