Оптимальное проектирование и эксплуатация интегрированных сетей ветроэнергии, водорода и электроэнергии для декарбонизации внутреннего транспортного сектора Великобритании

В статье представлены результаты оптимального проектирования и эксплуатации интегрированных сетей ветроэнергии, водорода и электроэнергии с использованием общей модели энергетических сетей на основе смешанно-целочисленного линейного программирования STeMES (Samsatli and Samsatli, 2015). Сеть включает ветротурбины; электролизёры, топливные элементы, компрессоры и детандеры; баллоны высокого давления и подземные хранилища для хранения водорода; водородопроводы и воздушные/подземные линии электропередачи; а также заправочные станции и распределительные трубопроводы. В модели подробно учитывались пространственное распределение и временная изменчивость энергетического спроса и доступности ветровой энергии. Подходящие площадки для размещения ветротурбин выявлялись с использованием географических информационных систем (ГИС) посредством применения 10 технических и экологических ограничений, включая буферные расстояния от городских территорий, рек, дорог, аэропортов, лесных массивов и других объектов; на этой основе определялось максимальное число новых ветротурбин, которые могут быть установлены в каждой зоне. Целью является минимизация общей стоимости сети при условии удовлетворения всего спроса внутреннего транспортного сектора Великобритании. Модель одновременно определяет оптимальные число, мощность и местоположение каждой технологии, способ передачи энергии — в виде электроэнергии или водорода, структуру передающей сети, почасовой режим работы каждой технологии и другие параметры. Стоимость распределения оценивалась по числу заправочных станций и протяжённости распределительных трубопроводов, которые определялись на основе плотности спроса на уровне 1 км. Результаты показывают, что весь внутренний транспортный спрос Великобритании может быть обеспечен наземной ветроэнергетикой посредством соответствующим образом спроектированных и эксплуатируемых водородно-электрических сетей. В рамках рассмотренного набора технологий оптимальным является решение: построить сеть водородопроводов на юге Англии и в Уэльсе; снабжать Мидлендс и Большой Лондон водородом исключительно из трубопроводной сети; использовать подземное хранилище Humbly Grove для сезонного хранения и pressuri...