بررسی تاثیر ذخیره¬ساز هیدروژن بر قابلیت اطمینان سیستم قدرت
الموضوعات :
1 - دانشکده مهندسي برق- واحد کازرون، دانشگاه آزاد اسلامی، کازرون، ايران
الکلمات المفتاحية: قابلیت اطمینان, دستگاه الکترولیز آب, تانک ذخیره هیدروژن, دستگاه پیل سوختی, سیستم ذخیره¬ساز انرژی,
ملخص المقالة :
در سیستمهای قدرت امروزی منابع انرژی تجدیدپذیر به مانند نیروگاههای بادی، خورشیدی، امواج، جزرومدی و ... رشد زیادی داشتهاند و سهم این انرژیها در تامین بار مورد نیاز شبکه روز به روز در حال افزایش است. از طرف دیگر توان تولیدی نیروگاههای تجدیدپذیر در طول زمان در حال تغییر است، به گونهای که نمیتوان توان خروجی آنها را به صورت 100 درصد پیشبینی نمود. توان تولیدی نیروگاههای بادی به سرعت باد، توان تولیدی نیروگاههای خورشیدی به شدت تابش خورشید، توان تولیدی نیروگاههای جزرومدی به ارتفاع جزرومد یا سرعت جریانهای جزرومدی و توان تولیدی نیروگاههای امواج به ارتفاع و دوره تناوب امواج وابسته است و از آنجا که این کمیتها در طول زمان تغییر میکنند، توان تولیدی این نیروگاهها نیز متغیر است. بنابراین توان تولیدی نیروگاههای تجدیدپذیر به مانند نیروگاههای سنتی قابل کنترل نبوده و در طول زمان تغییر میکند. تغییرات توان خروجی این نیروگاهها بر مسائل مختلف سیستمهای قدرت امروزی از جمله قابلیت اطمینان تاثیر میگذارد. امروزه مطالعات قابلیت اطمینان در سیستم قدرت به منظور جلوگیری از قطعی برق اهمیت زیادی پیدا کرده است؛ چرا که برای مشترکین برق که سطح رفاه اجتماعی بالایی را طلب میکنند، قطعی برق حتی برای مدت زمان کوتاه قابل تحمل نیست. بر همین اساس در این مقاله پیشنهاد شده است که در شبکه قدرت از سیستم ذخیرهساز شامل دستگاه الکترولیز آب، تانک ذخیره هیدروژن و دستگاه پیل سوختی استفاده گردد. در زمانی که توان تولیدی منابع انرژی تجدیدپذیر زیاد است و بار شبکه نیز کم میباشد مازاد توان تولیدی منابع انرژی تجدیدپذیر در دستگاه الکترولیز آب صرف تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن میگردد. هیدروژن تولیدی در تانک ذخیره هیدروژن ذخیره میگردد. در زمانی که بار شبکه زیاد است و یا توان تولیدی منابع انرژی تجدیدپذیر کم است، هیدروژن ذخیره شده در تانک ذخیره هیدروژن وارد دستگاه پیل سوختی شده و توان الکتریکی تولید میکند تا کمبود توان را جبران نماید. در این مقاله تاثیر سیستم شامل الکترولیز-تانک ذخیره هیدروژن-پیل سوختی بر قابلیت اطمینان سیستم قدرت بررسی میگردد. به منظور تعیین شاخصهای قابلیت اطمینان سیستم قدرت با حضور ذخیرهساز هیدروژن، منحنی تداوم بار اصلاح میگردد. به منظور بررسی این تاثیر، شبیهسازی در محیط نرمافزار متلب نیز انجام میشود. نتایج حاصل از شبیهسازی نشان میدهد ذخیرهساز هیدروژن سبب بهبود شاخصهای قابلیت اطمینان میگردد.
[1] Zhang et al., "Development of photovoltaic-electrolyzer-fuel cell system for hydrogen production and power generation," Energy, vol. 263, issue 3, p. 125566, 2023.
[2] S. Wang et al., "Numerical assessment of a hybrid energy system based on solid oxide electrolyzer, solar energy and molten carbonate fuel cell for the generation of electrical energy and hydrogen fuel with electricity storage option," Journal of Energy Storage, vol. 54, p. 105274, 2022.
[3] M. Shaygan et al., "Energy, exergy, advanced exergy and economic analyses of hybrid polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell and photovoltaic cells to produce hydrogen and electricity," Journal of Cleaner Production, vol. 234, pp. 1082-1093, 2019.
[4] B. Zafar, "Design of a renewable hybrid photovoltaic-electrolyze-PEM/fuel cell system using hydrogen gas." International Journal of Smart Grid, vol. 3, no. 4, pp. 201-207, 2019.
[5] Q. Li et al., "Coordinated control of electric-hydrogen hybrid energy storage for multi-microgrid with fuel cell/electrolyzer/PV/battery," Journal of Energy Storage, vol. 42, p. 103110, 2021.
[6] A. Abdollahipour, H. Sayyaadi, "Optimal design of a hybrid power generation system based on integrating PEM fuel cell and PEM electrolyzer as a moderator for micro-renewable energy systems," Energy, vol. 260, p. 124944, 2022.
[7] M. M. Rahman et al., "Techno-Economic Analysis of Hybrid PV/Wind/Fuel-Cell System for EVCS," in 2021 International Conference on Electrical, Communication, and Computer Engineering (ICECCE), IEEE, 2021.
[8] E. Cetin et al., "Electrical analysis of a hybrid photovoltaic-hydrogen/fuel cell energy system in Denizli, Turkey." Energy and Buildings. vol. 41, no. 9, pp. 975-981, 2009.
[9] S. Mukerjee et al., "Life and reliability of solid oxide fuel cell-based products: a review," in Solid Oxide Fuel Cell Lifetime and Reliability, 2017, pp. 173-191.
[10] J. Wang, "System integration, durability and reliability of fuel cells: Challenges and solutions," Applied Energy, vol. 89, pp. 460-479, 2017.
[11] A. Vasilyev et al., "Dynamic reliability assessment of PEM fuel cell systems," Reliability Engineering & System Safety, vol. 210, p. 107539, 2021.
[12] M. Tanrioven, M. S. Alam, "Reliability modeling and assessment of grid-connected PEM fuel cell power plants," Journal of Power Sources, vol. 142, no. 1-2, pp. 264-278, 2005.
[13] M. Tanrioven, M. S. Alam, "Reliability modeling and analysis of stand-alone PEM fuel cell power plants," Renewable Energy, vol. 31, no. 7, pp. 915-933, 2006.
[14] N. Norazahar et al., "Degradation modelling and reliability analysis of PEM electrolyzer," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 50, pp. 842-856, 2024.
[15] A. Al-Douri, K. M. Groth, "Hydrogen production via electrolysis: State-of-the-art and research needs in risk and reliability analysis," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 63, pp. 775-785, 2024.
[16] A. Ghaedi, M. Mahmoudian, R. Sedaghati, "Reliability analysis of power system considering renewable resources, chp units, energy storage devices and demand response program," Journal of Operation and Automation in Power Engineering, vol. 13, no. 2, pp. 157-164, 2025.
[17] A. Ghaedi, R. Sedaghati, M. Mahmoudian, "The Impact of Vanadium-Redox Batteries on the Reliability of Power Systems Integrated with Current-Type Tidal-Turbines," Energy Engineering and Management, vol. 12, no. 4, pp. 2-17, 2023.
[18] M. Y. Divani et al., "Security‐constrained optimal scheduling and operation of island microgrids considering demand response and electric vehicles," International Transactions on Electrical Energy Systems, vol. 31, no. 12, p. e13178, 2021.
