UA143548U

UA143548U - METHOD OF BALANCE OF THE ENERGY SYSTEM WITH THE USE OF HYDROGEN

Info

Publication number: UA143548U
Application number: UAA201909401U
Authority: UA
Inventors: Олександр Олександрович Рєпкін
Original assignee: Олександр Олександрович Рєпкін
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2020-08-10

Abstract

Спосіб балансування енергетичної системи із використанням водню, за яким для отримання електричної енергії застосовують установку, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, генерують газоподібний водень з використанням енергії від установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, який зберігають та перетворюють в електричну енергію. Для цього утворюють щонайменше один енергетичний комплекс для балансування енергетичної системи, при цьому енергетичний комплекс для балансування енергетичної системи виконують з потужністю із урахуванням щонайменше максимального значення потужності, якої недостає, енергетичної системи, яку балансують, наприклад сезонного або пікового. Щонайменше один енергетичний комплекс підключають до енергетичної системи, в складі якої утворюють щонайменше одну енергетичну установку, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії. Після генерування газоподібного водню з використанням енергії щонайменше від установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, закачують водень у щонайменше одне сховище, коли необхідно збалансувати енергетичну систему, наприклад у пікові години споживання та/або сезонний розрив між річним виробництвом електричної енергії і зимовим попитом, водень перетворюють в електричну енергію і подають у електричну мережу енергетичної системи.A method of balancing an energy system using hydrogen, in which an installation using renewable energy sources is used to generate electricity, generating gaseous hydrogen using energy from an installation using renewable energy sources, which is stored and converted into electricity. To do this, form at least one energy complex for balancing the energy system, while the energy complex for balancing the energy system is performed with power taking into account at least the maximum value of the missing power, the energy system being balanced, such as seasonal or peak. At least one energy complex is connected to an energy system, which includes at least one power plant that uses energy from renewable energy sources. After generating hydrogen gas using energy from at least a renewable energy installation, hydrogen is pumped into at least one storage facility when the energy system needs to be balanced, such as peak hours and / or the seasonal gap between annual electricity production and winter demand. hydrogen is converted into electrical energy and fed into the electrical network of the energy system.

Description

Корисна модель належить до галузі електроенергетики та може бути використана для здійснення балансу, забезпечення стабілізації та стійкості як окремих енергосистем, так і загальної енергосистеми країни або країн із використанням альтернативних джерел енергії та водню.The useful model belongs to the field of electric power and can be used to balance, ensure stabilization and stability of both individual energy systems and the general energy system of a country or countries using alternative energy sources and hydrogen.

Будь-яка енергосистема характеризується змінами навантаження в часі. Наявність регулюючих потужностей в енергосистемі потрібна для забезпечення стабільності мережі, в якій завжди необхідно збалансувати генерацію і споживання, компенсувати їх непередбачені коливання.Any energy system is characterized by load changes over time. The presence of regulating capacities in the power system is necessary to ensure the stability of the network, in which it is always necessary to balance generation and consumption, to compensate for their unforeseen fluctuations.

Баланс електроенергії - система показників, яка характеризується рівністю суми величин споживаної електроенергії в енергосистемі, витрати її на власні потреби, втрат в електричних мережах і суми величин вироблення електроенергії в енергосистемі з урахуванням перетоків електроенергії з іншими енергосистемами.Electricity balance - a system of indicators characterized by the equality of the sum of the amounts of consumed electricity in the power system, its consumption for own needs, losses in electrical networks and the sum of the amounts of electricity production in the power system, taking into account flows of electricity with other power systems.

Активна потужність, споживана в даний момент часу всіма споживачами енергосистеми, включаючи власні потреби електростанцій та втрати потужності в електричних мережах, є навантаженням системи. При роботі енергетичної системи можуть бути провали, підйоми, спади і піки навантаження, що чергуються між собою та визначають в цілому нерівномірний характер навантаження. Для стабільної роботи енергосистеми необхідно забезпечувати наявність потрібної кількості електроенергії у визначений період часу.The active power consumed at the moment of time by all consumers of the power system, including the own needs of power plants and power losses in electric networks, is the load of the system. During the operation of the energy system, there may be dips, rises, slumps and peaks of the load, which alternate with each other and determine the generally uneven nature of the load. For the stable operation of the power system, it is necessary to ensure the availability of the required amount of electricity in a certain period of time.

Для забезпечення стабілізації енергосистеми на сьогоднішній день використовують як додаткове джерело ГЕС і ГАЕС, із використанням яких можливо швидко змінювати потужності, але їх потужностей може бути замало. Також можливе використання ТЕС, які ті здатні швидко змінювати потужності та забруднюють навколишнє середовище.To ensure the stabilization of the power system, hydroelectric power plants and hydroelectric power plants are currently used as an additional source, with the use of which it is possible to quickly change capacities, but their capacities may not be enough. It is also possible to use thermal power plants, which are able to quickly change capacity and pollute the environment.

В багатьох країнах постійно збільшують частку відновлюваних джерел енергії, таких як вітрові та сонячні електростанції, для здійснення балансування та підвищення надійності енергосистем.Many countries are constantly increasing the share of renewable energy sources, such as wind and solar power plants, to balance and improve the reliability of power systems.

При цьому виникають нові недоліки, пов'язані із нестабільною природою відновлюваних джерел енергії, а саме нестабільне вироблення електричної енергії, підвищення напруги в розподільній мережі, потреба в регулюванні частоти, зберігання надлишкової електричної енергії та інші.At the same time, there are new disadvantages associated with the unstable nature of renewable energy sources, namely unstable production of electrical energy, increased voltage in the distribution network, the need for frequency regulation, storage of excess electrical energy, and others.

Зо Із використанням водневої енергетики, що використовує енергію з відновлюваних джерел енергії для виробництва водню, що є "зеленим" воднем, можливо здійснювати ефективне балансування енергетичної системи із одиночним підвищення екологічності. При комбінуванні екологічно чистих способів отримання електричної енергії та отримання водню із використанням цієї енергії можливо отримати надійне джерело стабілізації енергосистеми із забезпеченням одночасного зберігання, вироблення та надання споживачу електричної енергії.With the use of hydrogen energy, which uses energy from renewable energy sources to produce hydrogen, which is "green" hydrogen, it is possible to effectively balance the energy system with a single increase in environmental friendliness. By combining environmentally friendly methods of obtaining electrical energy and obtaining hydrogen using this energy, it is possible to obtain a reliable source of stabilization of the energy system with simultaneous storage, production and provision of electrical energy to the consumer.

З рівня техніки відомий спосіб підтримання та стійкості електричної енергії в системі із використанням установки для підтримання балансу та стійкості електричної енергії в системіFrom the state of the art, a method of maintaining and maintaining the stability of electrical energy in the system using an installation for maintaining the balance and stability of electrical energy in the system is known

Іпатент України на корисну модель 131752, МПК НОгу 3/28, НОгу 3/32, НОгу 15/00, опубл. 25.01.2019, бюл. Мо 2), що складається з джерела альтернативної енергії, акумуляторних батарей, інвертора. Як джерело альтернативної енергії використовується мала гідроенергетична установка, яка використовує енергію технологічних потоків, пристрій містить випрямну установку та блок синхронізації, який підключений до інвертора, споживача та малої гідроенергетичної установки, блок синхронізації містить контролери порядку передавання фаз, збігу величини напруги, збігу частоти струму, рівності кутів зсуву фаз між е.р.с. пристрою та напруги на шинах споживача та контролер керування засувкою потоку рідини малої гідроенергетичної установки.Ipatent of Ukraine for utility model 131752, IPC NOgu 3/28, NOgu 3/32, NOgu 15/00, publ. 25.01.2019, Bull. Mo 2), which consists of an alternative energy source, batteries, and an inverter. As a source of alternative energy, a small hydropower plant that uses the energy of technological flows is used, the device contains a rectifier unit and a synchronization unit that is connected to an inverter, a consumer and a small hydropower plant, the synchronization unit contains controllers for the order of phase transmission, voltage matching, current frequency matching, equality of the phase shift angles between the e.r.s. of the device and the voltage on the consumer's tires and the liquid flow valve control controller of the small hydropower plant.

Основним недоліком відомого способу є використання акумуляторних батарей для зберігання виробленої малою гідроенергетичною установкою електричної енергії та її подачі споживачам у пікові часи, що робить відомий спосіб ненадійним, високовартісним та неекологічним.The main drawback of the known method is the use of storage batteries for storing the electric energy produced by a small hydropower plant and supplying it to consumers in peak times, which makes the known method unreliable, expensive and unfriendly.

Для забезпечення роботи відомої установки необхідна не одна, а визначена кількість акумуляторних батарей, які потрібно виробити із використанням складних та високовитратних технологій. При цьому акумуляторні батареї мають обмежений строк використання, а також будь-яка акумуляторна батарея може вийти з ладу у непередбачений час, тому їх потрібно замінювати на нові, що робить відомий спосіб високовартісним та ненадійним, а також може призвести до нестабільної із нестабільними показниками роботи установки. Утилізація акумуляторних батарей для вторинного використання частини матеріалів є високовартісним та складним процесом. У багатьох випадках акумуляторні батареї викидають, а їх потрапляння в навколишнє середовище завдає непоправної шкоди, заражає грунт, воду і повітря.To ensure the operation of a known installation, not one, but a certain number of accumulator batteries are needed, which must be produced using complex and high-cost technologies. At the same time, batteries have a limited useful life, and any battery can fail at an unexpected time, so they need to be replaced with new ones, which makes the known method expensive and unreliable, and can also lead to an unstable installation with unstable performance . Disposal of batteries for the secondary use of part of the materials is a high-cost and complex process. In many cases, batteries are thrown away, and their entry into the environment causes irreparable damage, contaminating the soil, water and air.

З рівня техніки відомий спосіб забезпечення рівноваги споживаної і необхідної електричної енергії для оптимальної роботи системи генерування енергії вітру і паливного елемента (патентFrom the state of the art, a method of ensuring the balance of consumed and necessary electrical energy for optimal operation of the wind energy generation system and fuel cell is known (patent

СМ 206874437 0, МПК НОМ 8/0656; НО1М8/04089; НОТМ 8/04746, опубл. 12.01.2018), що містить вітряну систему вироблення електроенергії, паливний елемент і енергосистему, вихід електричної енергії системи вітрогенератора з'єднаний між собою з входом аналізатора потужності, вихід аналізатора потужності з'єднаний один з одним через введення контролера з електричною дротяною сіткою, вихід електричної дротяної сітки з'єднаний один з одним через пластинчастий електрод контролера з електролізером, вихід кисню електролізного жолоба з'єднаний один з одним з баком для зберігання кисню, жолоб експорту водню з електролізу з'єднує один з одним посудину для зберігання водню, експортні резервуари для зберігання кисню з'єднуються один з одним через впускний отвір подачі окислювача паливного елемента через клапан управління потоком, канал посудини для зберігання водню з'єднується один з одним через впускний отвір подачі палива в паливний елемент через клапан управління потоком, клапан управління потоком і 2-й клапан управління потоком пов'язані один з одним за допомогою контролера. В режимі електролізу через розсіл електролізу зберігає водень і кисень, витягує непотрібну електричну енергію для вироблення електроенергії від вітру, забезпечує рівновагу між попитом і пропозицією для всієї системи, що дозволяє поліпшити коефіцієнт використання вітроенергетичного обладнання, зменшити і відмовитися від такого явища як вітер.CM 206874437 0, IPC NO 8/0656; НО1М8/04089; NOTM 8/04746, publ. 12.01.2018) containing a wind power generation system, a fuel cell and a power system, the output of the electrical energy of the wind generator system is interconnected with the input of the power analyzer, the output of the power analyzer is connected to each other through the input of the electric wire mesh controller, the output of the electric wire mesh is connected to each other through the plate electrode of the controller with the electrolyzer, the oxygen outlet of the electrolysis chute is connected to each other with the oxygen storage tank, the hydrogen export chute from electrolysis is connected to each other, the hydrogen storage vessel, the export tanks for oxygen storage are connected to each other through the fuel cell oxidizer supply inlet through the flow control valve, the hydrogen storage vessel channel is connected to each other through the fuel cell fuel supply inlet through the flow control valve, the flow control valve and 2 The flow control valve is connected to each other by means of the controller. In the electrolysis mode, the electrolysis brine stores hydrogen and oxygen, extracts unnecessary electrical energy for generating electricity from the wind, ensures a balance between supply and demand for the entire system, which allows to improve the utilization rate of wind energy equipment, reduce and abandon such a phenomenon as wind.

Недоліками відомого способу є звужена функціональність, область застосування та ефективність, оскільки відомий спосіб може забезпечити накопичення та використання виробленої електролізером електричної енергії лише для забезпечення роботи вітроенергоустановки та компенсації електричної енергії самої цієї системи при відсутності або зменшенні потужності вітру, що не дозволяє із використанням відомого способу забезпечити стабілізацію загальної енергосистеми, яка використовує електричну енергію з різних джерел її генерування. При цьому існує залежність від одного відновлюваного джерела енергії - вітру, який має дуже швидку динаміку, може змінювати швидкість та взагалі може бути відсутнім в деякий період часу, що не забезпечуватиме достатньої кількості електричної енергії для вироблення водню, для подачі споживачу, а утворений водень не забезпечуватиме повнуThe disadvantages of the known method are narrowed functionality, scope and efficiency, since the known method can ensure the accumulation and use of electric energy produced by the electrolyzer only to ensure the operation of the wind power plant and compensate for the electric energy of this system itself in the absence or reduction of wind power, which does not allow using the known method to ensure the stabilization of the general energy system, which uses electrical energy from various sources of its generation. At the same time, there is dependence on one renewable source of energy - wind, which has very fast dynamics, can change speed and may not be available at all for a certain period of time, which will not provide a sufficient amount of electrical energy for hydrogen production, for supply to the consumer, and the generated hydrogen is not will provide full

Зо компенсацію відсутньої у великій кількості електричної енергії, що робить спосіб нестабільним та ненадійним.To compensate for the lack of a large amount of electrical energy, which makes the method unstable and unreliable.

Також з рівня техніки відомий спосіб виробництва електроенергії і водню, при якому використовують систему для виробництва електроенергії і водню (патент Е5 2657830, МПКA method of producing electricity and hydrogen is also known from the state of the art, in which a system is used for the production of electricity and hydrogen (patent E5 2657830, IPC

ЕОЗО 9/00; РОоЗО 9/19; НОМ 8/18; НОТМ 16/00, опубл. 11.04.20081, яка здатна з'єднуватися, щонайменше з однією вітротурбіною, система містить гібридний електролізерний пристрій, здатний виробляти водень, що містить комбінацію, щонайменше з двох електролізерів з різними технологіями електролізу і щонайменше одного пристрою управління, який керує воднем, який буде проводитися між щонайменше двома електролізерами; щонайменше один електролізер має технологію електролізу зі швидкою динамікою з динамічним відгуком в діапазоні секунд, і щонайменше другий являє собою істотно повільніший тип технології електролізу з динамічним відгуком в інтервалі хвилин. Гібридний електролізерний пристрій містить перетворюючі засоби для перетворення отриманого водню в електрику, так що вказану електрику можна вводити на виході системи енергія вітру і/або електрична мережа.EOZO 9/00; ROoZO 9/19; NOM 8/18; NOTM 16/00, publ. 11.04.20081, which is capable of being connected to at least one wind turbine, the system includes a hybrid electrolysis device capable of producing hydrogen, containing a combination of at least two electrolyzers with different electrolysis technologies and at least one control device that controls the hydrogen to be carried out between at least two electrolyzers; at least one electrolyzer has electrolysis technology with fast dynamics with a dynamic response in the range of seconds, and at least the second is a significantly slower type of electrolysis technology with a dynamic response in the range of minutes. The hybrid electrolyzer device contains converting means for converting the obtained hydrogen into electricity, so that the specified electricity can be entered at the output of the wind energy system and/or the electrical network.

Засоби перетворення являють собою варіант, вибраний з групи, що складається з паливних елементів, двигунів внутрішнього згоряння і/або газових турбін.The means of conversion are an option selected from the group consisting of fuel cells, internal combustion engines and/or gas turbines.

Щонайменше один з електролізерів гібридного електролізерного пристрою є оборотним, з можливістю вироблення електроенергії, як конверсійного середовища, і працюючим як генератор енергії.At least one of the electrolyzers of the hybrid electrolyzer device is reversible, capable of generating electricity as a conversion medium, and operating as an energy generator.

За відомим способом використовують енергію вітру для вироблення електричної енергії та електролізери зі швидкою та повільною відповідно динамікою відгуку для вироблення водню.According to a known method, wind energy is used to generate electrical energy and electrolyzers with fast and slow response dynamics are used to generate hydrogen.

Вироблений водень перетворюють в електрику, так що вказану електрику можна вводити на виході системи - енергія вітру і/або електрична мережа.The produced hydrogen is converted into electricity, so that the specified electricity can be entered at the output of the system - wind energy and/or the electrical grid.

Для зберігання при необхідності електричної енергії у відомому способі використовують конденсатор.A capacitor is used in a known way to store electrical energy when needed.

У відомому способі технологія швидкої динаміки діє як резерв керованої первинної потужності (в діапазоні секунд), а технологія повільної динаміки діє як керований резерв вторинної потужності (в діапазоні хвилин).In the known method, the fast dynamics technology acts as a controllable primary power reserve (in the range of seconds), and the slow dynamics technology acts as a controllable secondary power reserve (in the range of minutes).

До недоліків відомого способу слід віднести звужену функціональність, обмеженість використання та залежність від одного відновлюваного джерела енергії, а саме вітру, знижену 60 ефективність, недостатню надійність та високу вартість.The disadvantages of the known method include narrow functionality, limited use and dependence on one renewable energy source, namely wind, reduced efficiency, insufficient reliability and high cost.

За відомим способом система працює таким чином, що виробляє електричну енергію та компенсує нестачу виробленої нею самою електричної енергії для виходу на встановлені показники, що не забезпечує можливості її ефективного використання у комплексі з іншими генераційними установками у загальних мережах із забезпеченням стабільних параметрів.According to a known method, the system works in such a way that it produces electrical energy and compensates for the lack of electrical energy produced by it itself to reach the set indicators, which does not ensure the possibility of its effective use in combination with other generation facilities in general networks with the provision of stable parameters.

За відомим способом не передбачене накопичення водню для створення резерву, з використанням якого можливо б було компенсувати недостатню кількість електричної енергії у значній кількості у визначений час, що не забезпечує велику потужність системи, стабільність та ефективність способу. У відомому способі накопичують лише вироблену електричну енергію із використанням конденсатора, що обмежує потужність системи, здорожує та робить недостатньо надійним відомий спосіб.The known method does not provide for the accumulation of hydrogen to create a reserve, with the use of which it would be possible to compensate for an insufficient amount of electrical energy in a significant amount at a certain time, which does not provide a large system capacity, stability and efficiency of the method. In the known method, only the generated electrical energy is stored using a capacitor, which limits the power of the system, increases the cost and makes the known method insufficiently reliable.

Також з рівня техніки відомий спосіб роботи системи паливних елементів, підключеної до електричної мережі (патент 052011008696 АТ, МПК НОТМ8/00; НОТ М8/04; НОг.О7/00 НОгУ З/28, 13.01.2011), що містить: визначення частоти електричної мережі; і регулювання роботи системи паливних елементів на основі певної частоти.Also known from the state of the art is the method of operation of the fuel cell system connected to the electrical network (patent 052011008696 AT, MPK NOTM8/00; NOT M8/04; НОг.О7/00 НОгУ З/28, 13.01.2011), which includes: frequency determination electrical network; and regulating the operation of the fuel cell system based on a certain frequency.

Етап регулювання включає в себе запуск або збільшення подачі енергії від системи паливного елемента до мережі, якщо частота знаходиться на або нижче попередньо визначеного значення нижче номінальної частоти електричної мережі.The regulation step includes starting or increasing the supply of energy from the fuel cell system to the grid if the frequency is at or below a predetermined value below the nominal frequency of the electrical grid.

Етап регулювання включає в себе від'єднання системи паливного елемента від електричної мережі і подачу енергії від системи паливного елемента на локальну мережу навантаження, якщо частота становить або нижче попередньо визначеного значення номінальної частоти електричної мережі.The adjustment stage includes disconnecting the fuel cell system from the electrical network and supplying energy from the fuel cell system to the local load network if the frequency is at or below a predetermined value of the nominal frequency of the electrical network.

Етап регулювання включає в себе припинення або зменшення подачі енергії від системи паливних елементів до мережі, якщо частота знаходиться на або перевищує попередньо певне значення вище номінальної частоти мережі електроживлення.The regulation stage includes stopping or reducing the supply of energy from the fuel cell system to the network if the frequency is at or exceeds a predetermined value above the nominal frequency of the power supply network.

Етап регулювання містить роботу системи паливного елемента, яка раніше забезпечувала подачу енергії на локальну мережу навантаження паралельно з сіткою, для додавання локального навантаження до мережі, якщо частота дорівнює або перевищує попередньо певне значення номінальної частоти електромережі.The regulation stage includes the operation of the fuel cell system, which previously provided energy to the local load network in parallel with the grid, to add the local load to the network if the frequency is equal to or exceeds a predetermined value of the nominal frequency of the power grid.

Система паливного елемента містить систему оборотного паливного елемента, і етапThe fuel cell system includes a reversible fuel cell system, and a stage

Зо регулювання містить роботу системи паливного елемента в режимі паливного елемента для подачі енергії в мережу, якщо частота дорівнює або нижче попередньо визначеного значення номінальної частоти електромережі.The regulation includes the operation of the fuel cell system in the fuel cell mode to supply energy to the network if the frequency is equal to or below a predetermined value of the nominal frequency of the power grid.

Система паливних елементів містить систему оборотних паливних елементів, і етап регулювання включає роботу системи паливних елементів в режимі електролізера для отримання енергії з мережі, якщо частота знаходиться на або перевищує попередньо певне значення номінальної частоти електромережі.The fuel cell system includes a system of reversible fuel cells, and the regulation step includes the operation of the fuel cell system in electrolyzer mode to obtain energy from the grid if the frequency is at or above a predetermined value of the nominal frequency of the grid.

Спосіб додатково включає роботу системи паливних елементів для генерації водню та подачу водню в резервуар або паливний трубопровід.The method additionally includes the operation of the fuel cell system for hydrogen generation and the supply of hydrogen to the tank or fuel pipeline.

Спосіб додатково містить етап, на якому виявляють частоту енергосистеми щонайменше одним з перетворювачів частоти або з центру управління мережею.The method additionally includes a stage in which the frequency of the power system is detected by at least one of the frequency converters or from the network control center.

У способі вихідна потужність системи паливних елементів є безперервною функцією регулювання частоти мережі.In the method, the output power of the fuel cell system is a continuous function of grid frequency regulation.

У способі використовують систему, в якій система паливних елементів містить систему оборотних паливних елементів і засіб для регулювання роботи системи паливних елементів в режимі електролізера для отримання енергії з енергосистеми, якщо частота становить або перевищує попередньо визначене певне значення вище номінального частоти електромережі.The method uses a system in which the fuel cell system includes a system of reversible fuel cells and a means for regulating the operation of the fuel cell system in the electrolyzer mode to obtain energy from the power system, if the frequency is or exceeds a predetermined certain value above the nominal frequency of the power grid.

До недоліків відомого аналога слід віднести обмеженість області застосування, недостатню гнучкість способу, не надійність, неможливість інтегрування використовуваної в способі системи в існуючі енергетичні системи із передбаченими досить значними розрахованими довготривалими перепадами навантаження.The limitations of the known analogue should be attributed to the limited scope of application, insufficient flexibility of the method, lack of reliability, and the impossibility of integrating the system used in the method into existing energy systems with expected rather significant calculated long-term load drops.

При цьому відомий спосіб за рахунок здійснення балансування лише за одним параметром, таким як частота, може призводити до некоректної роботи всієї системи, оскільки зміна частоти у мережі не завжди свідчить про зміну навантаження, а може бути результатом неправильної роботи енергетичної системи, її складових або роботи в аварійному режимі. Нестабільна частота у багатьох випадках є індикатором неправильної роботи енергосистеми або її суттєвої частини.At the same time, the known method due to the implementation of balancing by only one parameter, such as frequency, can lead to incorrect operation of the entire system, since a change in frequency in the network does not always indicate a change in load, but can be the result of incorrect operation of the energy system, its components or operation in emergency mode. Unstable frequency in many cases is an indicator of improper operation of the power system or its essential part.

Відомі енергетичні системи, в яких не допускається зміна частоти у мережі, оскільки порушиться, наприклад, технологічний процес, що може призвести до значних матеріальних втрат.There are well-known energy systems in which it is not allowed to change the frequency in the network because, for example, the technological process will be disrupted, which can lead to significant material losses.

Причиною виникнення нестабільності частоти може бути сильне перевантаження енергосистеми в цілому, втрата управління системою, некоректна робота генераторів і таке інше.The cause of frequency instability can be severe overloading of the power system as a whole, loss of system control, incorrect operation of generators, and so on.

Із зазначеного вище видно, що відомий спосіб може бути небезпечним, може призводити до некоректної роботи енергетичної системи або аварій.It is clear from the above that the known method can be dangerous, can lead to incorrect operation of the energy system or accidents.

Відомий спосіб не дозволяє своєчасно забезпечувати потрібний попит потужності в мережі.The known method does not allow timely provision of the required power demand in the network.

Відомий спосіб не дозволяє планувати сезонне або добове підвищення потужності із своєчасним забезпеченням балансування із забезпеченням постійної стабільності параметрів мережі.The known method does not allow you to plan a seasonal or daily power increase with timely provision of balancing to ensure constant stability of the network parameters.

При цьому у відомому способі не передбачене створення окремого енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи, який можливо інтегрувати в існуючу енергетичну систему у потрібному місці із врахуванням природних умов та наявності відновлюваних джерел енергії, що робить відомий спосіб обмеженим у використанні, негнучким та неефективним.At the same time, the known method does not provide for the creation of a separate energy complex for balancing the energy system, which can be integrated into the existing energy system in the right place, taking into account natural conditions and the availability of renewable energy sources, which makes the known method limited in use, inflexible and ineffective.

Також у відомому способі не передбачене визначення потужності системи паливних елементів, підключеної до електричної мережі, яка необхідна для балансування енергетичної системи із урахуванням щонайменше максимального дефіциту потужності енергетичної системи, яку балансують, наприклад сезонного або пікового, що не дозволяє забезпечувати визначений запланований значний дефіцит потужності при інтегруванні у існуючу енергетичну систему, підключенні додаткових користувачів, у пікові та сезонні періоди споживання електричної енергії.Also, the known method does not provide for the determination of the power of the fuel cell system connected to the electric network, which is necessary for balancing the energy system, taking into account at least the maximum power deficit of the energy system being balanced, for example, seasonal or peak, which does not allow providing the defined planned significant power deficit at integration into the existing energy system, connection of additional users, during peak and seasonal periods of electricity consumption.

Отже використання відомого способу неможливо в будь яких енергетичних системах для Її балансування із компенсуванням попередньо визначеного дефіциту потужності та стабілізацією потужності, забезпеченням стабільного надійного отримання потрібної у конкретний час резервної електричної енергії для балансування енергетичної системи із забезпеченням стабілізації потужності будь-якої енергетичної системи, безперервності та безвідмовності її роботи із одночасним підвищенням екологічності, підвищенням загальної гнучкості енергетичної системи, розширенням території використання та кола користувачів, об'єднання складових в єдину енергетичну систему та її балансування.Therefore, the use of the known method is impossible in any energy systems for its balancing with compensation of a predetermined power deficit and stabilization of power, ensuring stable and reliable obtaining of the required reserve electrical energy at a specific time for balancing the energy system with ensuring stabilization of the power of any energy system, continuity and reliability of its operation with simultaneous improvement of environmental friendliness, increase of the overall flexibility of the energy system, expansion of the territory of use and circle of users, unification of components into a single energy system and its balancing.

Зо При цьому із використанням відомого способу неможливо забезпечити підвищення частки енергетичних систем, що використовують "зелений" водень в загальній енергетичній системі країни або країн для її балансування із визначеними потребами в додатковій потужності та у визначений час.At the same time, using the known method, it is impossible to ensure an increase in the share of energy systems that use "green" hydrogen in the general energy system of a country or countries to balance it with the defined needs for additional power and at a defined time.

Найближчим аналогом вибраний спосіб безперервного генерування електроенергії для надання комерційним військовим або промисловим користувачам (патент О5 20180287387А1,The closest analogue is the chosen method of continuous generation of electricity for provision to commercial military or industrial users (patent О5 20180287387А1,

МПК НОгу 3/28; гОЗО 9/00, РОЗО 9/11, НО2г5 10/12, гОЗО 9/19, РОЗВ 13/26, РОЗО 9/25, СО5В 15/02, опубл. 11.04.2008), що включає: використання генератора енергії з відновлюваних джерел енергії для вироблення енергії з джерела енергії з відновлюваних джерел енергії; використання водневого палива для вироблення електричної енергії; подачу електроенергії на генератор водню від генератора енергії відновлюваних джерел енергії; подачу води в генератор водню з джерела води; і генерування газоподібного водню з водної системи з використанням процесу електролізу з використанням енергії від генератора енергії з відновлюваних джерел енергії та води з джерела води; і зберігання газоподібного водню в системі зберігання водню.IPC NOgu 3/28; гОЗО 9/00, РОЗО 9/11, НО2г5 10/12, гОЗО 9/19, РОЗВ 13/26, РОЗО 9/25, СО5В 15/02, publ. 11.04.2008), which includes: use of an energy generator from renewable energy sources to generate energy from an energy source from renewable energy sources; the use of hydrogen fuel for the generation of electrical energy; power supply to the hydrogen generator from the energy generator of renewable energy sources; supplying water to the hydrogen generator from a water source; and generating hydrogen gas from a water system using the electrolysis process using energy from a renewable energy generator and water from a water source; and storing gaseous hydrogen in a hydrogen storage system.

Спосіб містить використання системи управління для ініціювання етапу використання водневого палива для вироблення електричної енергії.The method includes the use of a control system to initiate the stage of using hydrogen fuel for the generation of electrical energy.

Використання генератора енергії з відновлюваних джерел енергії для вироблення енергії з джерела енергії з відновлюваних джерел енергії включає використання одного з генератора сонячної енергії, генератора енергії вітру, геотермального генератора енергії і генератора гідроенергії.Using a renewable energy generator to generate energy from a renewable energy source includes using one of a solar energy generator, a wind energy generator, a geothermal energy generator, and a hydroelectric energy generator.

Використання водневого палива для вироблення електричної енергії додатково включає використання когенераційної системи для вироблення електричної енергії, паливного елемента, що має газотурбінний генератор, теплообмінник і низькотемпературний паровий турбогенератор.The use of hydrogen fuel for the production of electrical energy additionally includes the use of a cogeneration system for the production of electrical energy, a fuel cell having a gas turbine generator, a heat exchanger and a low-temperature steam turbine generator.

Використання водневого палива для вироблення електричної енергії додатково включає використання паливного елемента для вироблення електричної енергії.The use of hydrogen fuel for the generation of electrical energy additionally includes the use of a fuel cell for the generation of electrical energy.

Спосіб додатково містить етапи, на яких: визначають, чи перевищує вихідна потужність генератора енергії відновлюваної енергії попередньо визначений поріг вихідної потужності; визначення того, чи перевищує кількість запасеного водню в системі зберігання водню заданий поріг водню; відведення енергії з генератора енергії відновлюваних джерел енергії в електричну бо мережу, коли вихідна потужність генератора енергії відновлюваних джерел енергії перевищує заздалегідь визначений поріг вихідної потужності, а кількість накопиченого водню в системі зберігання водню перевищує заздалегідь визначений поріг водню; і ініціювання етапу використання водневого палива для генерування електричної енергії, коли вихідна потужність генератора енергії відновлюваної енергії менше попередньо визначеного граничного значення вихідної потужності.The method additionally includes stages in which: it is determined whether the output power of the renewable energy generator exceeds a predetermined output power threshold; determining whether the amount of stored hydrogen in the hydrogen storage system exceeds the specified hydrogen threshold; diverting energy from the energy generator of renewable energy sources to the electric grid, when the output power of the energy generator of renewable energy sources exceeds the predetermined output power threshold, and the amount of accumulated hydrogen in the hydrogen storage system exceeds the predetermined hydrogen threshold; and initiating a step of using hydrogen fuel to generate electric power when the output power of the renewable energy generator is less than a predetermined threshold output power.

Спосіб додатково містить етапи, на яких: вказують користувачеві, чи перевищує вихідна потужність генератора енергії відновлюваної енергії попередньо визначений поріг вихідної потужності; вказують користувачеві, чи перевищує кількість водню, що зберігається в системі зберігання водню, попередньо визначений поріг водню; приймають першу згенерувану користувачем команду для перемикання потужності від генератора енергії з відновлюваних джерел енергії в електричну мережу; відведення енергії з генератора енергії відновлюваних джерел енергії в електричну мережу у відповідь на прийом першої згенерованої користувачем команди; приймають другу згенеровану користувачем команду, щоб ініціювати етап використання водневого палива для генерування електричної енергії; і ініціювання етапу використання водневого палива для вироблення електричної енергії у відповідь на прийом другої згенерованої користувачем команди.The method additionally includes the steps of: indicating to the user whether the output power of the renewable energy generator exceeds a predetermined output power threshold; indicate to the user whether the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage system exceeds a predetermined hydrogen threshold; accept the first user-generated command to switch power from the renewable energy generator to the grid; diverting energy from the energy generator of renewable energy sources to the electrical network in response to receiving the first user-generated command; receiving a second user-generated command to initiate a step of using the hydrogen fuel to generate electrical energy; and initiating the step of using the hydrogen fuel to generate electrical energy in response to receiving the second user-generated command.

Отримання газоподібного водню з водної системи з використанням процесу електролізу з використанням енергії від генератора енергії з відновлюваних джерел енергії та води з джерела води включає стиснення отриманого газоподібного водню для зберігання під тиском понад 400 фунтів на квадратний дюйм.Capturing hydrogen gas from a water system using an electrolysis process using energy from a renewable energy generator and water from a water source involves compressing the resulting hydrogen gas for storage at pressures greater than 400 psi.

Отримання газоподібного водню з водної системи з використанням процесу електролізу з використанням енергії від генератора енергії з відновлюваних джерел енергії та води з джерела води включає використання системи зворотного осмосу для очищення води з джерела води і забезпечення подачі очищеної води в електролізер для виробництва газоподібного водню.Obtaining hydrogen gas from a water system using an electrolysis process using energy from a renewable energy generator and water from a water source includes the use of a reverse osmosis system to purify water from a water source and ensure the supply of purified water to an electrolyzer to produce hydrogen gas.

У найближчому аналогу вирішена проблема використання різних джерел відновлюваної енергії для подачі користувачу та одночасно для подальшого використання для отримання водню. У відомому способі передбачене зберігання отриманого водню для подальшого використання із перетворенням у електричну енергію для компенсування нестабільної отримуваної з відновлюваних джерел енергії електричної енергії даної системи. Однак відомийIn the closest analogue, the problem of using different sources of renewable energy for supply to the user and at the same time for further use to obtain hydrogen is solved. In the known method, storage of the received hydrogen is provided for further use with conversion into electrical energy to compensate for the unstable electrical energy of this system obtained from renewable energy sources. However, it is known

Зо спосіб має ряд недоліків, які звужують його функціональність та використовуваної за відомим способом системи, обмежують область застосування, знижують ефективність, гнучкість та обмежують території використання.The method has a number of disadvantages that narrow its functionality and the system used according to the known method, limit the scope of application, reduce efficiency, flexibility and limit the areas of use.

Відомий спосіб забезпечує можливість балансування потужності окремої системи, використовуваної у способі. Із використанням відомого способу неможливо забезпечити балансування загальної енергетичної системи, що може включати певну кількість підключених до мережі електростанцій, у тому числі таких, що виробляють електричну енергію з не відновлюваних джерел енергії.The known method provides the ability to balance the power of a separate system used in the method. Using the known method, it is impossible to ensure the balancing of the overall energy system, which may include a certain number of power plants connected to the network, including those that produce electricity from non-renewable energy sources.

За відомим способом створюють та використовують енергетичну систему, яка використовує виключно відновлювані джерела енергії та здатна компенсувати лише власну недоотриману потужність, та не може бути використана як спеціальний модуль для балансування будь-якої енергетичної системи у її складі.According to a known method, an energy system is created and used, which uses exclusively renewable energy sources and is capable of compensating only its own insufficient power, and cannot be used as a special module for balancing any energy system in its composition.

Із використанням відомого способу неможливо забезпечити балансування інших енергетичних систем із компенсуванням та стабілізацією їх потужності. Відомий спосіб враховує лише нестабільність утворення та використання електричної енергії окремої замкненої використовуваної за відомим способом системи.With the use of the known method, it is impossible to provide balancing of other energy systems with compensation and stabilization of their power. The known method takes into account only the instability of the generation and use of electrical energy of a separate closed system used according to the known method.

Також відомий спосіб не забезпечує можливість постачання (транспортування) водню у потрібне місце, де відсутні умови використання джерел відновлюваної енергії для виробництва електричної енергії та водню, для його зберігання та отримання додаткової електричної енергії, перетворення водню в електричну енергію у потрібному місці для отримання резерву, використовуваного для балансування та стабілізації будь-якої як окремої, так і загальної енергетичної системи.Also, the known method does not provide the possibility of supplying (transporting) hydrogen to the desired place, where there are no conditions for using renewable energy sources for the production of electric energy and hydrogen, for its storage and obtaining additional electrical energy, converting hydrogen into electrical energy in the desired place to obtain a reserve, used to balance and stabilize any individual or general energy system.

При цьому із використанням відомого способу неможливо забезпечити підвищення частки енергетичних систем, що використовують "зелений" водень в загальній енергетичній системі країни або країн для її балансування.At the same time, using the known method, it is impossible to ensure an increase in the share of energy systems using "green" hydrogen in the overall energy system of the country or countries for its balancing.

В основу корисної моделі поставлена задача створення нового універсального ефективного способу балансування енергетичної системи із використанням водню, що дозволить створювати та ефективно використовувати енергетичні комплекси для балансування будь-яких енергетичних систем, регулювати режим роботи енергосистеми із забезпеченням її стабілізації, регулювання потужності генеруючих об'єктів відповідно до планових і позапланових (516) навантажень.The basis of the useful model is the task of creating a new, universal and effective method of balancing the energy system using hydrogen, which will allow the creation and effective use of energy complexes for balancing any energy systems, regulating the mode of operation of the energy system to ensure its stabilization, and regulating the power of generating facilities accordingly to planned and unplanned (516) loads.

Поставлена задача вирішується тим, що у способі балансування енергетичної системи із використанням водню, за яким для отримання електричної енергії використовують установку, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, генерують газоподібний водень з використанням енергії від установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, який зберігають та перетворюють в електричну енергію, згідно з корисною моделлю, що утворюють щонайменше один енергетичний комплекс для балансування енергетичної системи, потужність енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи розраховують із урахуванням щонайменше максимального дефіциту потужності енергетичної системи, яку балансують, наприклад сезонного або пікового, який підключають до енергетичної системи, в складі якого утворюють щонайменше одну енергетичну установку, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, генерують газоподібний водень з використанням енергії щонайменше від установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, закачують водень у щонайменше одне сховище, коли необхідно збалансувати енергетичну систему, наприклад у пікові години споживання та/або сезонний розрив між річним виробництвом електричної енергії і зимовим попитом, водень перетворюють в електричну енергію і подають у електричну мережу енергетичної системи.The problem is solved by the fact that in the method of balancing the energy system using hydrogen, according to which an installation using the energy of renewable energy sources is used to obtain electrical energy, gaseous hydrogen is generated using energy from an installation using the energy of renewable energy sources, which is stored and are converted into electrical energy, according to a useful model, forming at least one energy complex for balancing the energy system, the power of the energy complex for balancing the energy system is calculated taking into account at least the maximum power deficit of the energy system being balanced, for example seasonal or peak, which is connected to the energy systems, which include at least one power plant that uses energy from renewable energy sources, generate gaseous hydrogen using energy from at least one plant that uses energy of renewable energy sources, hydrogen is pumped into at least one storage when it is necessary to balance the energy system, for example during peak hours of consumption and/or a seasonal gap between annual electricity production and winter demand, hydrogen is converted into electrical energy and fed into the electrical network of the energy system.

При цьому, згідно із корисною моделлю, для визначення потужності енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи враховують кількість отриманого водню, що зберігають у сховищах.At the same time, according to a useful model, to determine the power of the energy complex for balancing the energy system, the amount of obtained hydrogen stored in storage is taken into account.

Також, згідно із корисною моделлю, створюють щонайменше одну енергетичну установку, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, в залежності від наявних в місці утворення установок, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, для балансування енергетичної системи відновлюваних джерел енергії, таких як сонце, вітер, вода, у вигляді сонячних енергетичних установок, та/або вітрових, та/або хвильових, та/або інших подібних установок.Also, according to a useful model, at least one renewable energy plant is created, depending on the renewable energy plants available at the generation site, to balance the renewable energy system, such as solar, wind, water, in the form of solar energy installations, and/or wind, and/or wave, and/or other similar installations.

Також, згідно із корисною моделлю, створюють енергетичні установки, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, в місці, де наявне джерело або джерела відновлюваних джерел енергії, таких як сонце, вітер, вода, у вигляді сонячних енергетичних установок, та/або вітрових, та/або хвильових, та/або інших подібних установок, які з'єднують із енергетичноюAlso, according to a useful model, create energy installations that use energy from renewable energy sources, in a place where there is a source or sources of renewable energy sources, such as sun, wind, water, in the form of solar energy installations, and/or wind, and /or wave and/or other similar installations that connect to the power plant

Зо системою за допомогою електричної мережі та/або газотранспортної системи.With the system using the electrical network and/or gas transmission system.

Також, згідно із корисною моделлю, щонайменше один комплекс для балансування енергетичної системи, підключають до енергетичної системи через модуль управління, який входить до складу енергетичної системи або до складу енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи.Also, according to a useful model, at least one complex for balancing the energy system is connected to the energy system through a control module that is part of the energy system or part of the energy complex for balancing the energy system.

Також, згідно із корисною моделлю, створюють щонайменше дві енергетичні установки, що використовують енергію різних відновлюваних джерел енергії.Also, according to the utility model, at least two power plants using energy from different renewable energy sources are created.

Також, згідно із корисною моделлю, щонайменше частину електричної енергії від енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, разом із електричною енергією, отриманою з перетворенням водню, подають у електричну мережу енергетичної системи.Also, according to a useful model, at least part of the electrical energy from the power plant using energy from renewable energy sources, together with the electrical energy obtained from the conversion of hydrogen, is fed into the electrical grid of the energy system.

Також, згідно із корисною моделлю, створюють щонайменше один енергетичний комплекс для балансування енергетичної системи поруч із щонайменше однією розподільною станцією енергетичної системи.Also, according to a useful model, at least one energy complex is created to balance the energy system next to at least one distribution station of the energy system.

Також, згідно із корисною моделлю, щонайменше одну енергетичну установку, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, утворюють поруч із газотранспортною системою, із використанням якої надлишок виробленого водню передають за призначенням.Also, according to a useful model, at least one power plant using the energy of renewable energy sources is formed next to the gas transportation system, using which the excess hydrogen produced is transferred to the destination.

Також, згідно із корисною моделлю, утворюють енергетичні установки, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, де наявні джерела або джерело відновлюваної енергії, та з'єднують загальним трубопроводом, який приєднують до системи трубопроводів, виконаної у вигляді газотранспортної системи, яку з'єднують із енергетичною системою.Also, according to a useful model, form energy installations that use the energy of renewable energy sources, where there are sources or a source of renewable energy, and connect with a common pipeline, which is connected to a pipeline system made in the form of a gas transport system, which is connected to energy system.

Також, згідно із корисною моделлю, щонайменше частину електричної енергії від утвореної енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, використовують як резервну.Also, according to the useful model, at least part of the electrical energy from the generated power plant using energy from renewable energy sources is used as backup.

Також, згідно із корисною моделлю, утворюють щонайменше одну резервну енергетичну установку, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, яку підключають до енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи або до енергетичної системи.Also, according to a useful model, form at least one backup energy installation using energy from renewable energy sources, which is connected to the energy complex for balancing the energy system or to the energy system.

Також, згідно із корисною моделлю, як енергетичну систему використовують енергетичну систему країни або регіону.Also, according to a useful model, the energy system of a country or region is used as an energy system.

Також, згідно із корисною моделлю, як енергетичну систему використовують загальну 60 об'єднану енергетичну систему. (с;Also, according to the useful model, a total 60 combined energy system is used as the energy system. (with;

Також, згідно корисною моделлю, як енергетичну систему використовують енергетичну систему, яка використовує електричну енергію, отриману як з не відновлюваних, так і з відновлюваних джерел енергії.Also, according to the utility model, an energy system that uses electrical energy obtained from both non-renewable and renewable energy sources is used as an energy system.

При цьому, згідно із корисною моделлю, водень отримують методом електролізу.At the same time, according to a useful model, hydrogen is obtained by electrolysis.

Також, згідно із корисною моделлю, водень отримують методом електролізу, при цьому використовують щонайменше електролізер зі швидкою динамікою з динамічним відгуком в діапазоні секунд.Also, according to a useful model, hydrogen is obtained by electrolysis, while using at least a fast dynamics electrolyzer with a dynamic response in the range of seconds.

Також, згідно із корисною моделлю, водень перетворюють в електричну енергію за допомогою газової турбіни та/або паливного елемента.Also, according to a utility model, hydrogen is converted into electrical energy using a gas turbine and/or a fuel cell.

При цьому, згідно із корисною моделлю, використовують модуль управління для збалансування енергетичної системи та/або для управління утворенням водню, його перетворенням в електричну енергію і подачею у електричну мережу енергетичної системи.At the same time, according to the useful model, the control module is used to balance the energy system and/or to control the generation of hydrogen, its transformation into electrical energy and supply to the electrical network of the energy system.

Також, згідно із корисною моделлю, щонайменше енергетичні установки, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, з'єднують із щонайменше одним модулем утворення газової суміші та/або вилучення водню з газової суміші, які з'єднують системою трубопроводів із газотранспортною системою енергетичної системи, яка є загальною об'єднаною енергетичною системою.Also, according to a useful model, at least power plants using energy from renewable energy sources are connected to at least one module for the formation of a gas mixture and/or extraction of hydrogen from the gas mixture, which are connected by a pipeline system to the gas transport system of the energy system, which is a general unified energy system.

Також, згідно із корисною моделлю, для зберігання водню утворюють сховища, які розташовують поблизу із системою трубопроводів, виконаною у вигляді газотранспортної системи.Also, according to a useful model, storage facilities are formed for hydrogen storage, which are located nearby with a pipeline system made in the form of a gas transportation system.

Також, згідно із корисною моделлю, здійснюють балансування електричної енергії енергетичної системи, отриманої щонайменше частково з невідновлюваних джерел енергії.Also, according to the useful model, the electrical energy of the energy system, obtained at least partially from non-renewable energy sources, is carried out.

Також, згідно із корисною моделлю, здійснюють балансування електричної енергії, отриманої з невідновлюваних джерел енергії та з відновлюваних джерел енергії.Also, according to the useful model, the balancing of electrical energy obtained from non-renewable energy sources and from renewable energy sources is carried out.

Також, згідно із корисною моделлю, щонайменше одну енергетичну установку, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, підключають до енергетичної системи, яка надає споживачам електричну енергію, отриману з комбінованих джерел відновлюваної та невідновлюваної енергії.Also, according to a useful model, at least one power plant using energy from renewable energy sources is connected to an energy system that provides electrical energy obtained from combined renewable and non-renewable energy sources to consumers.

Перераховані ознаки є суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, а їх сукупністьThe listed features are essential features of the claimed useful model, and their totality

Зо дозволяє отримати очікуваний технічний результат - забезпечення отримання надійного стабільного джерела або джерел резервної потужності із використанням його в будь-яких енергетичних системах для її балансування із компенсуванням попередньо визначеного дефіциту потужності та стабілізацією потужності, забезпечення стабільного надійного отримання потрібної у конкретний час резервної електричної енергії для балансування енергетичної системи із забезпеченням стабілізації потужності будь-якої енергетичної системи, безперервності та безвідмовності її роботи із одночасним підвищенням екологічності та здешевленням способу, підвищенням загальної гнучкості енергетичної системи, розширенням території використання та кола користувачів, об'єднання складових в єдину енергетичну систему та її балансування.Zo allows to obtain the expected technical result - ensuring the receipt of a reliable stable source or sources of reserve power with its use in any energy systems for its balancing with compensation of a predetermined power deficit and stabilization of power, provision of stable and reliable receipt of the required reserve electrical energy at a specific time for balancing of the energy system with ensuring the stabilization of the power of any energy system, the continuity and failure of its operation with the simultaneous increase in environmental friendliness and cost reduction of the method, increasing the overall flexibility of the energy system, expanding the area of use and the circle of users, combining the components into a single energy system and balancing it .

Також забезпечується можливість виключення використання як додаткового резервного джерела ГЕС і ГАЕС та ТЕС, що забезпечує підвищення екологічності, потужності та гнучкості балансування енергетичної системи.It is also possible to exclude the use of hydroelectric power plants and hydroelectric power plants and thermal power plants as an additional backup source, which ensures an increase in environmental friendliness, power and flexibility of energy system balancing.

При цьому водень, отриманий за заявленим способом, із використанням альтернативних джерел енергії, є так званим "зеленим" воднем, а заявлений спосіб у сукупності ознак забезпечує можливість інтегрування екологічної водневої енергетики в загальну енергетичну систему Україну з розширенням її використання та здешевленням балансування енергетичної системи. Комбінування водневих та відновлювальних енергогенерацій для створення резервної потужності енергетичної системи країни, регіону забезпечить здійснення надійного екологічного із зменшеною собівартістю балансу із забезпеченням рівності суми величин споживаної електроенергії в енергосистемі, витрат її на власні потреби, втрат в електричних мережах і суми величин вироблення електроенергії в енергосистемі з урахуванням перетоків електроенергії з іншими енергосистемами, що забезпечить збалансований та сталий розвиток енергетичного комплексу.At the same time, the hydrogen obtained by the claimed method, using alternative energy sources, is the so-called "green" hydrogen, and the claimed method, in a set of features, provides the possibility of integrating ecological hydrogen energy into the general energy system of Ukraine, expanding its use and reducing the cost of balancing the energy system. The combination of hydrogen and renewable energy generation to create the reserve capacity of the energy system of the country, the region will ensure the implementation of a reliable ecological balance with a reduced cost, ensuring the equality of the amount of electricity consumed in the power system, its consumption for own needs, losses in electric networks and the amount of electricity production in the power system with taking into account flows of electricity with other energy systems, which will ensure balanced and sustainable development of the energy complex.

Причинно-наслідковий зв'язок суттєвих ознак корисної моделі з технічним результатом, що досягається, полягає в наступному.The causal relationship between the essential features of a useful model and the achieved technical result is as follows.

Завдяки тому, що заявлений спосіб у сукупності ознак включає утворення щонайменше одного енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи, потужність якого розраховують із урахуванням щонайменше максимального дефіциту потужності енергетичної системи, яку балансують, наприклад сезонного або пікового, який підключають до енергетичної бо системи, утворення в його складі щонайменше однієї енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, генерування газоподібного водню з використанням енергії щонайменше від установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, закачування водню у щонайменше одне сховище, та перетворення водню в електричну енергію, коли необхідно збалансувати енергетичну систему, наприклад у пікові години споживання та/або сезонний розрив між річним виробництвом електричної енергії і зимовим попитом, з подальшим поданням електричної енергії у електричну мережу енергетичної системи забезпечується можливість створення та використання гнучкої резервної потужності, яку можливо збільшувати із додатковим перетворенням водню в електричну енергію в потрібній кількості у визначений час для здійснення безперебійного ефективного із зниженою собівартістю балансу будь якої енергетичної системи, у масштабах країни або регіону із забезпеченням екологічності, надійності балансування, безперебійності, стабільності та безвідмовності роботи енергетичної системи.Due to the fact that the claimed method in the set of features includes the formation of at least one energy complex for balancing the energy system, the power of which is calculated taking into account at least the maximum power deficit of the energy system being balanced, for example seasonal or peak, which is connected to the energy bo system, the formation in its composition of at least one energy installation using energy from renewable energy sources, generating hydrogen gas using energy from at least one installation using energy from renewable energy sources, pumping hydrogen into at least one storage, and converting hydrogen into electrical energy when it is necessary to balance the energy system, for example, during peak hours of consumption and/or a seasonal gap between the annual production of electric energy and winter demand, with the subsequent supply of electric energy to the electric network of the energy system, the possibility of creating and producing creation of flexible reserve capacity, which can be increased with the additional conversion of hydrogen into electrical energy in the required amount at the specified time for the implementation of a smooth, effective and cost-effective balance of any energy system, on a national or regional scale, ensuring environmental friendliness, reliability of balancing, continuity, stability and uninterrupted operation of the energy system.

Утворення енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи із багатьма установками, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, який підключають до енергетичної системи для її балансування, у сукупності ознак забезпечує підвищення об'ємів отримуваного водню та резервної потужності, що дозволяє інтегрувати водневу енергетику з використанням електричної енергії, отримуваної з перетворенням водню, який вилучається із сховищ у потрібний час, та використовувати у загальній енергетичній системі для її гнучкого надійного вчасного балансування із підвищенням гнучкості, надійності будь-якої енергетичної системи, особливо об'єднаної енергетичної системи країни чи регіону із забезпеченням безперебійності та безвідмовності її роботи при її підвищеній складності та великій потужності.The formation of an energy complex for balancing the energy system with many installations that use the energy of renewable energy sources, which is connected to the energy system for its balancing, in a combination of features ensures an increase in the volumes of hydrogen received and reserve power, which allows for the integration of hydrogen energy with the use of electric energy , obtained with the conversion of hydrogen, which is withdrawn from storage at the right time, and used in the general energy system for its flexible reliable timely balancing with increasing the flexibility, reliability of any energy system, especially the unified energy system of the country or region, ensuring continuity and reliability of its operation despite its increased complexity and high power.

Використання модуля управління, який підключають щонайменше до одного енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи або до енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, яку підключають до енергетичної системи, дозволяє отримувати команди на здійснення балансування, параметри, у варіанті виконання відслідковувати, враховувати провали, підйоми, спади і піки навантаження, повідомляти при потребі користувачам, управляти перетворюванням водню в резервну електричну енергію, перерозподіляти при потребі отриманий водень та/або електричну енергію, забезпечувати своєчасне балансування енергетичної системи балансу в будь який час, що дозволяє отриматиThe use of the control module, which is connected to at least one energy complex for balancing the energy system or to an energy installation that uses energy from renewable energy sources, which is connected to the energy system, allows you to receive commands for balancing, parameters, in the implementation option, to monitor, take into account failures, rise, fall, and peak loads, notify users if necessary, manage the conversion of hydrogen into reserve electrical energy, redistribute the received hydrogen and/or electrical energy if necessary, ensure timely balancing of the energy balance system at any time, which allows to obtain

Зо заявлений технічний результат.From the declared technical result.

Створення щонайменше однієї енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, в залежності від наявних в місці утворення цих установок відновлюваних джерел енергії, таких як сонце, вітер, вода, у вигляді сонячних енергетичних установок, та/або вітрових, таЛлабо хвильових, та/(або інших подібних установок дозволяє розширити територію та коло користувачів використання заявленого способу, підвищити гнучкість енергетичної системи, стабільність отримання резервної електричної енергії та здійснювати ефективне балансування із забезпеченням надійності, стабільності та безперебійності роботи енергетичної системи, особливо країни, регіону.Creation of at least one energy installation that uses the energy of renewable energy sources, depending on the available renewable energy sources at the place of creation of these installations, such as the sun, wind, water, in the form of solar energy installations, and/or wind, and/or wave, and/ (or other similar installations) allows you to expand the territory and circle of users of the use of the stated method, increase the flexibility of the energy system, the stability of obtaining reserve electric energy and carry out effective balancing to ensure the reliability, stability and uninterrupted operation of the energy system, especially of the country, region.

Створення енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, в місці, де наявне джерело або джерела відновлюваних джерел енергії, таких як сонце, вітер, вода, у вигляді сонячних енергетичних установок, та/або вітрових, та/або хвильових, та/або інших подібних установок, які з'єднують із енергетичною системою за допомогою електричної мережі та/або газотранспортної системи, крім переліченого вище технічного результату дозволяє отримувати підвищений об'єм водню, частину його або надлишок транспортувати в потрібне місце для подальшого використання в енергетичній системі для її балансування, що додатково забезпечить виключення втрат електричної енергії.Creation of an energy installation using energy from renewable energy sources in a place where there is a source or sources of renewable energy sources such as sun, wind, water, in the form of solar energy installations, and/or wind, and/or wave, and/or other similar installations, which are connected to the energy system by means of an electric network and/or gas transportation system, in addition to the technical result listed above, allows obtaining an increased volume of hydrogen, transporting part of it or the excess to the right place for further use in the energy system for its balancing, which will additionally ensure the elimination of electrical energy losses.

Створювання щонайменше двох енергетичних установок, що використовують енергію різних відновлюваних джерел енергії дозволяє підвищити об'єм отримуваної електричної енергії та водню для балансування енергетичної системи, а також підвищити її надійність, гнучкість, забезпечити безперебійність та безвідмовність роботи із підвищенням частки щонайменше резервної електричної енергії і "зеленого" водню у загальній енергетичній системі країни або регіону.The creation of at least two power plants that use energy from different renewable energy sources allows to increase the volume of received electric energy and hydrogen for balancing the energy system, as well as to increase its reliability, flexibility, ensure uninterrupted and faultless operation with an increase in the share of at least reserve electric energy and " of "green" hydrogen in the general energy system of the country or region.

Утворення щонайменше одного енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи поруч із щонайменше однією розподільною станцією енергетичної системи дозволяє зменшити втрати в електричній мережі, здешевити процес балансування та електричну енергію, що в цілому забезпечує отримання надійного стабільного джерела або джерел резервної потужності із використанням його в будь-яких енергетичних системах для її балансування із компенсуванням та стабілізацією потужності, забезпечення стабільного надійного отримання потрібної у конкретний час резервної електричної енергії для балансування енергетичної системи із забезпеченням стабілізації потужності будь-якої енергетичної системи, безперервності та безвідмовності її роботи.The formation of at least one energy complex for balancing the energy system next to at least one distribution station of the energy system allows to reduce losses in the electric network, to reduce the cost of the balancing process and electric energy, which in general ensures obtaining a reliable stable source or sources of reserve power with its use in any energy systems for its balancing with compensation and stabilization of power, ensuring stable and reliable obtaining of the necessary backup electrical energy at a specific time for balancing the energy system with ensuring stabilization of the power of any energy system, continuity and failure of its operation.

Утворення щонайменше одного енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи поруч із газотранспортною системою, із використанням якої надлишок виробленого водню передають за призначенням, а також утворення енергетичних установок, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, та/"або енергетичних комплексів для балансування енергетичної системи в місцях, де наявні джерела або джерело відновлюваної енергії, та з'єднання загальним трубопроводом, який приєднують до системи трубопроводів, виконаної у вигляді газотранспортної системи, яку з'єднують із енергетичною системою, дозволяє розширити функціональність енергетичної системи, підвищити її гнучкість, розширити території використання способу із охопленням також тих територій, де неможливо взагалі або ефективно використовувати відновлювані джерела енергії, із розширенням кола користувачів та об'єднанням енергетичної системи і ефективним її балансуванням із використанням заявленого способу.The formation of at least one energy complex for balancing the energy system next to the gas transport system, using which the surplus of produced hydrogen is transferred to its destination, as well as the formation of energy installations using energy from renewable energy sources and/or energy complexes for balancing the energy system in places, where there are sources or a source of renewable energy, and the connection by a common pipeline, which is connected to the pipeline system, made in the form of a gas transport system, which is connected to the energy system, allows to expand the functionality of the energy system, increase its flexibility, expand the areas of use of the method with covering also those territories where it is impossible to use renewable energy sources at all or effectively, with the expansion of the circle of users and the unification of the energy system and its effective balancing using the claimed method.

Використання як резервної щонайменше частини електричної енергії від утвореної енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, та/або утворення щонайменше однієї резервної такої енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, яку підключають до енергетичної системи дозволяє підвищити гнучкість та надійність роботи енергетичної системи.The use as a reserve of at least a part of the electric energy from the generated power plant that uses the energy of renewable energy sources and/or the formation of at least one such reserve power plant that uses the energy of renewable energy sources, which is connected to the energy system, allows to increase the flexibility and reliability of the energy system .

Отримання водню у сукупності ознак методом електролізу із використанням щонайменше електролізера зі швидкою динамікою з динамічним відгуком в діапазоні секунд дозволяє своєчасно поповнювати сховища воднем, у іншому варіанті виконання своєчасно реагувати на зміни навантаження в системі, оскільки електролізер зі швидкою динамікою зв'язаний із модулем керування, що надає команди для здійснення балансування енергетичному комплексу, у іншому варіанті виконання відслідковує та прогнозує зміни в системі та надає команду для вироблення з перетворенням водню електричної енергії та подання її в електричну мережу енергетичної установки. Електролізер може бути зв'язаний із модулем управляння через установку, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи або безпосередньо.Obtaining hydrogen in a set of features by the electrolysis method using at least an electrolyzer with fast dynamics with a dynamic response in the range of seconds allows timely replenishment of storages with hydrogen, in another embodiment, timely response to changes in the load in the system, since the electrolyzer with fast dynamics is connected to the control module, which provides commands for balancing the energy complex, in another embodiment, monitors and predicts changes in the system and provides a command for generating electrical energy with the conversion of hydrogen and submitting it to the electrical network of the power plant. The electrolyzer can be connected to the control module through an installation that uses the energy of renewable energy sources, an energy complex for balancing the energy system, or directly.

Зо Використання модуля управління дозволяє отримувати команди для збалансування енергетичної системи, у варіанті виконання для управління утворенням водню, його перетворенням в електричну енергію і подачею у електричну мережу енергетичної системи, дозволяє забезпечити своєчасне реагування та попереджання змін в системі, що забезпечує безперебійність та надійність енергетичної системи.З The use of the control module allows you to receive commands for balancing the energy system, in the execution version for managing the generation of hydrogen, its transformation into electrical energy and feeding into the electrical network of the energy system, allows you to ensure timely response and prevention of changes in the system, which ensures the continuity and reliability of the energy system .

З'єднання енергетичних установок, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, із щонайменше одним модулем утворення газової суміші, талабо вилучення водню з газової суміші, які з'єднують системою трубопроводів із газотранспортною системою енергетичної системи, яка є загальною об'єднаною енергетичною системою, дозволяє розширити функціональність енергетичної системи, підвищити її гнучкість, розширити території використання способу із охопленням також тих територій, де неможливо взагалі або ефективно використовувати відновлювані джерела енергії, із розширенням кола користувачів та об'єднанням енергетичної системи і ефективним її балансуванням із використанням заявленого способу.The connection of power plants using the energy of renewable energy sources with at least one module for the formation of a gas mixture, for the extraction of hydrogen from the gas mixture, which are connected by a system of pipelines to the gas transport system of the energy system, which is a general combined energy system, allows to expand the functionality of the energy system, to increase its flexibility, to expand the areas of use of the method, including those areas where it is impossible to use renewable energy sources at all or effectively, with the expansion of the range of users and the unification of the energy system and its effective balancing using the claimed method.

Утворення сховищ для зберігання водню із розташуванням поблизу із системою трубопроводів, виконаною у вигляді газотранспортної системи дозволяє розширити функціональність енергетичної системи, підвищити її гнучкість, розширити території використання способу із охопленням також тих територій, де неможливо взагалі або ефективно використовувати відновлювані джерела енергії, із розширенням кола користувачів та об'єднанням енергетичної системи і ефективним її балансуванням із використанням заявленого способу.The creation of storage facilities for hydrogen storage located nearby with a pipeline system made in the form of a gas transport system allows to expand the functionality of the energy system, increase its flexibility, expand the areas of use of the method, including those areas where it is impossible to use renewable energy sources at all or effectively, with the expansion of the circle users and unification of the energy system and its effective balancing using the claimed method.

Здійснення балансування електричної енергії енергетичної системи, отриманої щонайменше частково з невідновлюваних джерел енергії, балансування електричної енергії, отриманої з невідновлюваних джерел енергії та з відновлюваних джерел енергії дозволяє об'єднати модулі енергетичної системи країни, регіону та здійснювати ефективне балансування із використанням "зеленого" водню, із підвищенням екологічності, гнучкості та надійності балансування.Balancing the electrical energy of the energy system obtained at least partially from non-renewable energy sources, balancing the electrical energy obtained from non-renewable energy sources and from renewable energy sources allows you to combine the modules of the energy system of the country, region and carry out effective balancing using "green" hydrogen, with increased environmental friendliness, flexibility and reliability of balancing.

Із використанням заявленого способу досягається виключення обмеження для створення енергетичних комплексів для балансування енергетичної системи в різній місцевості з різними природними умовами та можливості використання кількох відновлюваних джерел енергії в одній 60 місцевості, що забезпечує підвищення об'ємів отримуваного водню, що в свою чергу забезпечує можливість збільшення частки водню, у тому числі "зеленого", у балансуванні енергетичної системи, що, у свою чергу, забезпечує можливість розширення територій використання водню для балансу енергетичної системи, підвищення екологічності, стабільності та безперебійності роботи енергетичної системи країни в цілому.With the use of the claimed method, it is possible to eliminate the limitation for creating energy complexes for balancing the energy system in different areas with different natural conditions and the possibility of using several renewable energy sources in one area, which ensures an increase in the volume of received hydrogen, which in turn provides the possibility of increasing the share of hydrogen, including "green", in the balancing of the energy system, which, in turn, provides the possibility of expanding the territories of hydrogen use for the balance of the energy system, increasing environmental friendliness, stability and uninterrupted operation of the country's energy system as a whole.

Можливість об'єднання існуючих та знов створюваних енергетичних комплексів для балансування енергетичної системи дозволяє балансувати об'єднану енергетичну систему країни з охопленням великих територій, із збільшеною потужністю та потенціалом енергетичну систему, що також відповідає проектам Європейського Союзу та є перспективним напрямком розвитку енергосистеми країн. Одночасно з цим забезпечується значне зниження використання додаткових невідновлюваних природних ресурсів для балансування, що підвищує екологічність заявленого способу.The possibility of combining existing and newly created energy complexes to balance the energy system allows balancing the combined energy system of the country with coverage of large territories, an energy system with increased power and potential, which also corresponds to the projects of the European Union and is a promising direction for the development of the country's energy system. At the same time, a significant reduction in the use of additional non-renewable natural resources for balancing is ensured, which increases the environmental friendliness of the claimed method.

Також з одночасним забезпеченням можливості отримання водню із використанням багатьох можливих відновлюваних джерел енергії із значним збільшенням об'ємів отримуваного водню, можливості використання заявленого способу у різних місцевостях з різними природними умовами з використанням різної енергії природи, різних відновлюваних джерел енергії, газотранспортних систем, їх об'єднання в єдину енергосистему, з охопленням великих територій та об'єднанням в єдину енергетичну систему з підвищеною потужністю та здійснення її ефективного балансування із використанням "зеленого" водню, забезпечується розширення галузей, що можуть використовувати водень, територіальне розширення використання водню із збільшенням кількості користувачів, що забезпечує розширення області застосування заявленого способу, функціональності створюваної системи, охоплення великих територій з різними природними умовами, використання газотранспортних систем на територіях з усіма можливими наявними на ній відновлюваними джерелами енергії, можливість об'єднати газотранспортну систему або системи для транспортування отримуваного в різних місцях та з використанням різних відновлюваних джерел енергії водню для його використання для балансування енергетичної системи в будь-якій місцевості, де відсутні відновлювані джерела енергії або є недостатніми для стабільного отримання водню, з підвищенням потужності, стабільності, надійності та екологічності енергетичної системи країни або країн.Also with the simultaneous provision of the possibility of obtaining hydrogen using many possible renewable energy sources with a significant increase in the volumes of hydrogen obtained, the possibility of using the claimed method in different areas with different natural conditions using different natural energy, different renewable energy sources, gas transport systems, their integration into a single energy system, with coverage of large areas and integration into a single energy system with increased capacity and its effective balancing with the use of "green" hydrogen, the expansion of industries that can use hydrogen is ensured, the territorial expansion of the use of hydrogen with an increase in the number of users , which ensures the expansion of the application area of the claimed method, the functionality of the created system, the coverage of large territories with different natural conditions, the use of gas transportation systems in territories with all possible available renewable sources energy sources, the possibility of combining a gas transportation system or systems for transporting hydrogen obtained in different places and using different renewable energy sources for its use for balancing the energy system in any area where renewable energy sources are absent or insufficient for stable hydrogen production , with increasing power, stability, reliability and environmental friendliness of the energy system of the country or countries.

Утворення щонайменше однієї резервної енергетичної установки, що використовує енергіюFormation of at least one reserve power plant that uses energy

Зо відновлюваних джерел енергії, яку підключають до енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи або до енергетичної системи, дозволяє забезпечити безперебійну роботу енергетичної системи та її гнучкість, оскільки дозволяє проводити профілактичні роботи на енергетичній установці, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, із її відключенням та використанням під час проведення цих робіт резервної енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, а також забезпечувати додаткову потужність при підключенні нових користувачів енергетичної системи.From renewable energy sources, which are connected to the energy complex for balancing the energy system or to the energy system, allows to ensure uninterrupted operation of the energy system and its flexibility, as it allows preventive work on the energy installation that uses energy from renewable energy sources, with its shutdown and use during these works, a backup power plant using energy from renewable energy sources, as well as to provide additional power when new users of the energy system are connected.

Використання як енергетичної системи енергетичної системи країни або регіону та/або загальної об'єднаної енергетичної системи дозволяє попередньо враховувати потреби конкретної енергетичної системи для її балансування та створювати енергетичні комплексі для балансування енергетичної системи із попередньо визначеною потрібною потужністю.Using as an energy system the energy system of the country or region and/or the general unified energy system allows to take into account the needs of a specific energy system for its balancing and to create energy complexes for balancing the energy system with a predetermined required capacity.

Здійснення балансування електричної енергії енергетичної системи, отриманої щонайменше частково з не відновлюваних джерел, балансування електричної енергії, отриманої з не відновлюваних джерел енергії та з відновлюваних джерел енергії, за заявленим способом, дозволяє здійснювати балансування комбінованих енергетичних систем, збільшити частку водню та енергетичного потенціалу енергетичної системи країни та країн.Balancing the electrical energy of the energy system obtained at least partially from non-renewable sources, balancing the electrical energy obtained from non-renewable energy sources and from renewable energy sources, according to the declared method, allows balancing of combined energy systems, increasing the share of hydrogen and the energy potential of the energy system countries and countries.

Підключення щонайменше однієї енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, до енергетичної системи, яка надає споживачам електричну енергію, отриману з комбінованих джерел відновлюваної та невідновлюваної енергії, дозволяє забезпечити гнучкість та надійність способу, безперебійність роботи енергетичної системи, та дозволяє здійснювати балансування комбінованих енергетичних систем, збільшити частку водню та енергетичного потенціалу енергетичної системи країни та країн.The connection of at least one energy installation using the energy of renewable energy sources to the energy system, which provides consumers with electric energy obtained from combined sources of renewable and non-renewable energy, allows to ensure the flexibility and reliability of the method, uninterrupted operation of the energy system, and allows balancing of combined energy systems, to increase the share of hydrogen and energy potential of the energy system of the country and countries.

При цьому також забезпечується можливість використання частини виробленого водню для збагачення природного газу, для використання в різних технологічних процесах, часткової з поступовим збільшенням частки водню для заміни корисних копалин на більш енергоємний водень зі збільшенням енергетичного потенціалу енергетичної системи країни та країн.At the same time, it is also possible to use a part of the produced hydrogen for the enrichment of natural gas, for use in various technological processes, a part with a gradual increase in the proportion of hydrogen to replace minerals with more energy-intensive hydrogen with an increase in the energy potential of the energy system of the country and countries.

Здійснюють заявлений спосіб наступним чином.The declared method is carried out as follows.

Із використанням заявленого способу у переважному варіанті виконання здійснюють стабілізацію енергетичної системи із інтеграцією сонячних та/або вітрових електростанцій та водневої енергетики в об'єднану енергетичну систему країни.With the use of the claimed method, in the preferred embodiment, stabilization of the energy system is carried out with the integration of solar and/or wind power plants and hydrogen energy into the unified energy system of the country.

Використовують резервні регулюючі потужності в енергетичній системі для забезпечення стабільності мережі. Позитивний баланс потужності здійснюють, якщо споживання перевищує генерацію, а негативний - в протилежному випадку.Reserve regulating power in the energy system is used to ensure network stability. Positive power balance is carried out if consumption exceeds generation, and negative - in the opposite case.

Енергія, яку зберігають в газі, забезпечує довгострокове накопичення енергії в тераватному масштабі. Функція зберігання енергії в енергосистемі полягає в тому, щоб зсувати споживання енергії в часі, починаючи з мінімального рівня до декількох місяців. Підземні сховища водню вважаються важливими для зберігання енергії в більших масштабах і протягом більш тривалих періодів (тижнів - сезонів).The energy stored in the gas provides long-term energy storage on a terawatt scale. The function of energy storage in the power system is to shift energy consumption over time, starting from a minimum level and up to several months. Underground storage of hydrogen is considered important for storing energy on a larger scale and for longer periods (weeks - seasons).

За заявленим способом в одному з можливих варіантів здійснення, що не є єдино можливим та не виключає інші варіанти, забезпечують функціонування енергосистеми країни (регіону) із її балансуванням наступним чином.According to the stated method, in one of the possible implementation options, which is not the only possible option and does not exclude other options, the energy system of the country (region) is ensured to function with its balancing as follows.

Енергетична система у варіанті виконання у межах України включає щонайменшеThe energy system in the variant of execution within the borders of Ukraine includes at least

Дніпровську, Північну, Центральну, Південно-Західну, Західну, Південну та інші енергосистеми країни.Dnipro, Northern, Central, South-Western, Western, Southern and other energy systems of the country.

Утворюють енергетичний комплекс для балансування енергетичної системи. Потужність енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи розраховують із урахуванням щонайменше максимального дефіциту потужності енергетичної системи, яку балансують, наприклад сезонного або пікового. При цьому для визначення потужності враховують кількість отриманого водню, що зберігають у сховищах.They form an energy complex for balancing the energy system. The power of the energy complex for balancing the energy system is calculated taking into account at least the maximum power deficit of the energy system being balanced, for example seasonal or peak. At the same time, to determine the capacity, the amount of obtained hydrogen stored in storage is taken into account.

У складі енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи утворюють зв'язані із щонайменше одним електролізером енергетичні установки, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, такі як сонячні та/або вітрові, та/або хвильові, або подібні. У складі енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи щонайменше утворюють також сховища для водню, які можуть бути виконані у вигляді підземних або наземних сховищ, або у вигляді трубопроводів, також утворюють модуль для перетворення водню в електричну енергію, що виконаний, наприклад, у вигляді газової турбіни.As part of the energy complex for balancing the energy system, there are energy installations connected to at least one electrolyzer, which use the energy of renewable energy sources, such as solar and/or wind, and/or wave, or the like. As part of the energy complex, for balancing the energy system, at least hydrogen storage facilities are formed, which can be made in the form of underground or surface storage facilities, or in the form of pipelines, and also form a module for converting hydrogen into electrical energy, which is made, for example, in the form of a gas turbine .

Електричну енергію, щонайменше її частину, яку отримують щонайменше з установок, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, які попередньо утворюють в переважному варіанті виконання в місцях наявності відновлюваних джерел енергії дляElectric energy, at least its part, which is obtained at least from installations using the energy of renewable energy sources, which are pre-generated in the preferred embodiment in places where renewable energy sources are available for

Зо ефективного вироблення електричної енергії використовують для отримання водню, переважно методом електролізу або із використанням інших відомих способів. Отриманий водень закачують в сховища для зберігання водню.From the efficient generation of electrical energy, hydrogen is used, mainly by electrolysis or using other known methods. The obtained hydrogen is pumped into hydrogen storage facilities.

У години, коли необхідно збалансувати енергосистему (пікові години споживання або сезонний розрив між річним виробництвом і зимовим попитом), водень вилучають із сховища або сховищ та перетворюють в потрібній кількості в електричну енергію за допомогою газової турбіни або паливного елемента, або двигунів внутрішнього згоряння із використанням електричної енергії з установок, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, і подають в електричну мережу енергетичної системи.During hours when it is necessary to balance the power system (peak hours of consumption or seasonal gap between annual production and winter demand), hydrogen is withdrawn from storage or storage and converted in the required amount into electrical energy using a gas turbine or fuel cell, or internal combustion engines using electric energy from installations using the energy of renewable energy sources and fed into the electric network of the energy system.

У варіанті виконання іншу частину електричної енергії з установок, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, подають у електричну мережу для балансування енергетичної системи.In an embodiment, another part of the electrical energy from installations using energy from renewable energy sources is fed into the electrical network to balance the energy system.

В одному з можливих варіантів здійснення заявленого способу лишок утворюваної щонайменше енергетичним комплексом для балансування енергетичної системи електричної енергії, який не використовують у визначений час для балансування енергетичної системи, перетворюють у водень при негативному балансуванні, тобто зменшенні подаваної в енергетичну систему електричної енергії.In one of the possible variants of the implementation of the claimed method, the surplus of electrical energy generated by at least the energy complex for balancing the energy system, which is not used at the specified time for balancing the energy system, is converted into hydrogen during negative balancing, that is, the reduction of the electric energy supplied to the energy system.

Це дозволяє збалансувати споживання і покрити, наприклад в окремих не запланованих випадках, дефіцит потужності. Електрична енергія не може бути легко без втрат та обмежень збережена, а водень можна легко зберігати в газовій мережі або спеціальних сховищах тривалий час. Використання водню дозволяє підвищити загальну гнучкість енергосистеми.This makes it possible to balance consumption and cover, for example, in some unplanned cases, the power deficit. Electric energy cannot be easily stored without losses and limitations, and hydrogen can be easily stored in a gas network or special storages for a long time. The use of hydrogen allows to increase the overall flexibility of the energy system.

Установки, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи виконують в залежності від наявних в місці утворення установок поновлюваних джерел енергії, таких як сонце, вітер, вода та інших, у вигляді сонячних енергетичних установок та/або вітрових, та/або хвильових, та/або інших.Installations that use the energy of renewable energy sources of the energy complex for balancing the energy system are performed depending on the available at the place of formation of installations of renewable energy sources, such as the sun, wind, water and others, in the form of solar energy installations and/or wind, and/ or wave, and/or others.

Відповідно, відновлюваною енергією може бути сонячна енергія, вітер, природні перепади температур, енергія хвиль або припливів і т. п.Accordingly, renewable energy can be solar energy, wind, natural temperature changes, wave or tidal energy, etc.

В одній місцевості можуть утворювати різні установки, що використовують різні відновлювані джерела енергії при їх наявності в цій місцевості та використовувати їх одночасно або відповідно до наявності відновлюваних джерел енергії у певний час, наприклад наявності бо сонячного світла і вітру для виробництва енергії.In the same area, different installations can form, using different renewable energy sources when they are available in that area and use them simultaneously or according to the availability of renewable energy sources at a certain time, for example, the availability of sunlight and wind for energy production.

У варіантах виконання множину установок, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, або енергетичні комплекси для балансування енергетичної системи утворюють в місцях, де наявні джерела або джерело відновлюваної енергії з найкращими природними умовами для перетворювання енергії відновлюваних джерел енергії в електричну енергію, та з'єднують загальним трубопроводом, який може бути виконаний із багатьох труб та із розгалуженнями, який приєднують до системи трубопроводів, талабо множину установок, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, або енергетичні комплекси для балансування енергетичної системи з'єднують із електричною мережею енергосистеми.In the implementation options, a set of installations using the energy of renewable energy sources or energy complexes for balancing the energy system are formed in places where there are sources of renewable energy or a source of renewable energy with the best natural conditions for converting the energy of renewable energy sources into electrical energy, and connect to a common a pipeline, which can be made of many pipes and with branches, which is connected to the pipeline system, or a set of installations using the energy of renewable energy sources, or energy complexes for balancing the energy system are connected to the electrical network of the energy system.

Для отримання водню можливе комбінування енергії. В одному з можливих варіантів здійснення використовують електричну енергію, вироблену сонячними колекторами та/або вітроустановками та/або генераторами хвиль або приливів, для здійснення електролізу у варіанті виконання для отримання водню, який також можливо отримати багатьма іншими способами.It is possible to combine energy to obtain hydrogen. In one possible embodiment, electrical energy produced by solar collectors and/or wind turbines and/or wave or tidal generators is used to carry out electrolysis in an embodiment to obtain hydrogen, which can also be obtained in many other ways.

У варіанті виконання енергетичні комплекси для балансування енергетичної системи, що використовують енергію відновлюваних джерел енергії, підключають до газопроводу через системи для утворення газової суміші в місцях подачі водню. Отриманий водень змішують з природним газом у варіанті виконання та отриману суміш подають в труби газопроводу для подальшого використання збагаченої суміші або вилучення водню з суміші і використання за призначенням.In an embodiment, energy complexes for balancing the energy system, which use energy from renewable energy sources, are connected to the gas pipeline through systems for the formation of a gas mixture in the places of hydrogen supply. The obtained hydrogen is mixed with natural gas in the execution variant and the resulting mixture is fed into the gas pipeline pipes for further use of the enriched mixture or the extraction of hydrogen from the mixture and its intended use.

У варіанті виконання сховища для зберігання водню з'єднують з газотранспортною системою, в яку закачують отриманий водень.In one embodiment, the hydrogen storage facility is connected to the gas transportation system, into which the received hydrogen is pumped.

Енергетичні комплекси для балансування енергетичної системи також можуть бути встановлені поруч із розподільними системами енергосистеми при наявності відповідно щонайменше одного джерела відновлюваної енергії достатньою кількістю.Energy complexes for balancing the energy system can also be installed next to the distribution systems of the energy system if at least one source of renewable energy is available in sufficient quantity.

Енергетичні комплекси для балансування енергетичної системи, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, підключають до енергетичної системи через модуль управління.Energy complexes for balancing the energy system, which uses energy from renewable energy sources, are connected to the energy system through the control module.

Модуль управління використовують щонайменше для отримання команди для збалансування енергетичної системи, параметрів, у варіанті виконання - для управління утворенням водню, його перетворенням в електричну енергію і подачею у електричну мережуThe control module is used at least to receive a command to balance the energy system, parameters, in the version of execution - to control the formation of hydrogen, its transformation into electrical energy and supply to the electrical network

Зо енергетичної системи в потрібний час і в потрібній кількості. Модуль управління у варіантах виконання може включати робоче місце оператора енергетичної системи та/або сервер, та/або телефонні, або мобільні, або інші засоби зв'язку енергетичної системи та забезпечувати зв'язок із енергетичним комплексом для балансування енергетичної системи.From the energy system at the right time and in the right amount. The control module in the implementation options may include the workplace of the energy system operator and/or server, and/or telephone, or mobile, or other means of communication of the energy system and provide communication with the energy complex for balancing the energy system.

Використання модуля управління, який підключають щонайменше до одного енергетичного комплексу для балансування енергетичної системи або до енергетичної установки, що використовує енергію відновлюваних джерел енергії, яку підключають до енергетичної системи, дозволяє отримувати команди на здійснення балансування, параметри, у варіанті виконання відслідковувати, враховувати провали, підйоми, спади і піки навантаження, повідомляти при потребі користувачам, управляти перетворюванням водню в резервну електричну енергію, перерозподіляти при потребі отриманий водень та/або електричну енергію, забезпечувати своєчасне балансування енергетичної системи балансу в будь-який час, що дозволяє отримати заявлений технічний результат.The use of the control module, which is connected to at least one energy complex for balancing the energy system or to an energy installation that uses energy from renewable energy sources, which is connected to the energy system, allows you to receive commands for balancing, parameters, in the implementation option, to monitor, take into account failures, rise, fall, and peak loads, notify users if necessary, manage the conversion of hydrogen into reserve electrical energy, redistribute the obtained hydrogen and/or electrical energy if necessary, ensure timely balancing of the energy balance system at any time, which allows obtaining the stated technical result.

Отримання водню у сукупності ознак методом електролізу із використанням щонайменше електролізера зі швидкою динамікою з динамічним відгуком в діапазоні секунд дозволяє своєчасно реагувати на необхідність вироблення водню, поповнення сховищ воднем.Obtaining hydrogen in a set of signs by the electrolysis method using at least an electrolyzer with fast dynamics with a dynamic response in the range of seconds makes it possible to respond in a timely manner to the need for hydrogen production and hydrogen storage replenishment.

Також водяні електролізери можуть швидко реагувати на зміни навантаження. Це робить їх придатними для забезпечення негативних частотних резервів за рахунок збільшення вироблення або позитивних резервів за рахунок скорочення вироблення.Also, water electrolyzers can quickly respond to load changes. This makes them suitable for providing negative frequency reserves by increasing production or positive reserves by reducing production.

У варіанті здійснення електролізер зі швидким відгуком, який здатний реагувати навіть на субсекундному рівні, може вловлювати поновлювану надлишкову енергію, яка в іншому випадку була б витрачена даремно, і перетворювати її в придатний для зберігання енергоносій - водень (Не) або метан (СНіае) - для подальшого використання.In an embodiment, a fast-response electrolyzer capable of responding even at the subsecond level can capture renewable excess energy that would otherwise be wasted and convert it into a storable energy carrier—hydrogen (He) or methane (CHNiae)— for further use.

У варіанті виконання для перетворення водню в електричну енергію можливе використання кількох електролізерів із різною динамікою для забезпечення гнучкості енергетичної системи.In an embodiment, several electrolyzers with different dynamics can be used to convert hydrogen into electrical energy to ensure the flexibility of the energy system.

При здійсненні заявленого способу можливо також використовувати для балансування енергетичної системи енергію, що надходить з різних джерел (поновлюваних і традиційних) з сумарною потужністю. Цим можливо забезпечити великий резерв потужності, який енергосистема може використовувати в ту чи іншу сторону, та її гнучкість.When implementing the claimed method, it is also possible to use for balancing the energy system energy coming from different sources (renewable and traditional) with a total capacity. This makes it possible to ensure a large reserve of power, which the power system can use in one direction or another, and its flexibility.

У варіанті виконання щонайменше частину утворюваної енергетичним комплексом для бо балансування енергетичної системи електричної енергії використовують для балансування, а іншу частину можливо використовувати для різних цілей, наприклад утворення та передачі водню в газотранспортну систему, живлення регіональних споживачів, очищення води та багато іншого.In the embodiment, at least a part of the energy complex formed by the energy system is used for balancing, and the other part can be used for various purposes, for example, the generation and transfer of hydrogen to the gas transportation system, feeding regional consumers, water purification, and much more.

Частина водню, що одержаний із використанням електроенергії поновлюваних джерел енергії (сонячні, вітрові, хвильові електростанції) методом електролізу або іншими методами, може бути використаний для подальшого закачування в газотранспортну систему для збагачення природного газу, а також інтеграції поновлюваних джерел енергії в єдину енергосистему.Part of the hydrogen obtained using electricity from renewable energy sources (solar, wind, wave power plants) by electrolysis or other methods can be used for further injection into the gas transportation system for the enrichment of natural gas, as well as the integration of renewable energy sources into a single energy system.

Заявлений спосіб забезпечує можливість створення нової глобальної енергетичної системи з інтегрованою водневою енергетикою, яка матиме збільшений потенціал, потужність, стабільність, надійність із надійним стабільним резервом потужності, знижену собівартість та покращену екологічність.The claimed method provides the possibility of creating a new global energy system with integrated hydrogen energy, which will have increased potential, power, stability, reliability with a reliable stable power reserve, reduced cost and improved environmental friendliness.

Порівняльний аналіз з найбільш близьким аналогом показав, що реалізація сукупності суттєвих ознак, які характеризують корисну модель, приводить до появи якісно нових технічних властивостей, вказаних вище.A comparative analysis with the closest analogue showed that the implementation of a set of essential features that characterize a useful model leads to the appearance of qualitatively new technical properties, indicated above.

Крім того, запропонований спосіб є придатним для промислового застосування, оскільки не містить у своєму складі жодних технологічних операцій, конструктивних елементів або матеріалів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема у галузі електроенергетики.In addition, the proposed method is suitable for industrial use, as it does not contain any technological operations, structural elements or materials that would be impossible to reproduce at the current stage of development of science and technology, in particular in the field of electric power.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. The method of balancing the energy system using hydrogen, according to which an installation that uses energy from renewable energy sources is used to obtain electrical energy, hydrogen gas is generated using energy from an installation that uses energy from renewable energy sources, which is stored and converted into electrical energy, which is distinguished by the fact that they form at least one energy complex for balancing the energy system, while the energy complex for balancing the energy system is performed with power taking into account at least the maximum value of the power that is missing, of the energy system being balanced, for example seasonal or peak, at least one energy the complex is connected to the energy system, which includes at least one power plant that uses energy from renewable energy sources, after generating gaseous hydrogen using energy from at least the plant, that uses energy from renewable energy sources, hydrogen is pumped into at least one storage, when it is necessary to balance the energy system, for example during peak hours of consumption and/or a seasonal gap between annual electricity production and winter demand, the hydrogen is converted into electricity and fed into the power grid systems.

2. The method according to claim 1, which differs in that to determine the power of the energy complex for balancing the energy system, the amount of obtained hydrogen stored in storage is taken into account.

C. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that they create at least one power plant that uses the energy of renewable energy sources, depending on the existing plants that use the energy of renewable energy sources, such as the sun, wind, water, in the place of creation in the form of solar energy installations, and/or wind, and/or wave, and/or other similar installations.

4. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that it creates energy installations using energy from renewable energy sources in a place where there is a source or sources of renewable energy sources, such as the sun, wind, water in the form of solar energy BO installations, and /or wind, and/or wave, and/or other similar installations that are connected to the energy system by means of an electric network and/or a gas transmission system.

5. The method according to claim 1, which differs in that at least one complex for balancing the energy system is connected to the energy system through a control module that is part of the energy system or part of the energy complex for balancing the energy system.

6. The method according to claim 1, which differs in that at least two power plants using energy from different renewable energy sources are created.

7. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that at least part of the electrical energy from the power plant using the energy of renewable energy sources, together with the electrical energy obtained with the conversion of hydrogen, is fed into the electrical network of the energy system.

8. The method according to claim 1, which is characterized by creating at least one energy complex for balancing the energy system in the immediate vicinity of at least one distribution station of the energy system.

9. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that at least one energy complex for balancing the energy system is formed in the immediate vicinity of the gas transport system, using which the excess of produced hydrogen is transferred as intended.

10. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that they form power plants that use the energy of renewable energy sources, where there are sources or a source of renewable energy, and are connected by a common pipeline, which is connected to a pipeline system made in the form of a gas transport system, which is connected to the energy system.

11. The method according to claim 1, which differs in that at least part of the electrical energy from the generated power plant, which uses the energy of renewable energy sources, is used as a reserve.

12. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that they form at least one reserve energy installation that uses energy from renewable energy sources, which is connected to the energy complex for balancing the energy system or to the energy system.

13. The method according to claim 1, which differs in that the energy system of the country or region is used as the energy system.

14. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that the general combined energy system is used as the energy system.

15. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that an energy system is used as the energy system, which uses electrical energy obtained from both non-renewable and renewable energy sources.

16. The method according to claim 1, which differs in that hydrogen is obtained by electrolysis.

17. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that hydrogen is obtained by electrolysis, while using at least an electrolyzer with fast dynamics with a dynamic response in the range of seconds.

18. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that hydrogen is converted into electrical energy using a gas turbine and/or a fuel cell.

19. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that the balancing of the energy system and/or management of hydrogen generation, its transformation into electrical energy and supply to the electrical network of the energy system is carried out using a control module.

20. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that at least power plants using energy from renewable energy sources are connected to at least one gas mixture formation module and hydrogen extraction module from the gas mixture, which are connected by a pipeline system to the gas transport system of the energy system, which is a general unified energy system.

21. The method according to claim 1, which is distinguished by the fact that for storing hydrogen, storage facilities are formed, which are located in close proximity to the pipeline system, made in the form of a gas transport system.

22. The method according to claim 1, which is characterized by the balancing of electrical energy obtained from non-renewable energy sources and from renewable energy sources

23. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that at least one power plant using energy from renewable energy sources is connected to an energy system that provides consumers with electric energy obtained from combined sources of renewable and non-renewable energy.