Водород в сеть: разработка ТПУ повышает устойчивость энергосистем до 24%

Учёные Томский политехнический университет совместно с исследователями из Каршинский государственный технический университет разработали подход к интеграции водородных систем хранения энергии в энергосети. Решение направлено на повышение устойчивости энергосистем, работающих с возобновляемыми источниками энергии.

Результаты исследования опубликованы в International Journal of Hydrogen Energy.

Разработка ориентирована на ключевую проблему современной энергетики — нестабильность генерации возобновляемых источников. Солнечная и ветровая энергетика зависят от погодных условий, что приводит к колебаниям выработки и создает нагрузку на энергосистему. В этих условиях возрастает риск сбоев и потери синхронности работы сети.

Предложенный подход основан на использовании водородных систем хранения энергии (HESS), которые позволяют аккумулировать избыточную электроэнергию и использовать её при дефиците. В отличие от традиционных накопителей, такие системы способны обеспечивать длительное хранение и сезонное балансирование.

Ключевым элементом разработки стала математическая модель HESS с акцентом на управление силовым преобразователем. В системе применён алгоритм синхронизации с предварительной каскадной фильтрацией (PMAF-PLL), который обеспечивает более быстрое и устойчивое согласование с параметрами сети по сравнению с традиционными решениями.

По результатам компьютерного моделирования установлено, что новая схема:

• ускоряет синхронизацию с сетью,
• снижает амплитуду колебаний напряжения,
• повышает устойчивость при аварийных режимах, включая просадки напряжения и скачки частоты.

Дополнительно показано, что интеграция HESS позволяет перераспределять нагрузку в течение суток и поддерживать стабильность электроснабжения.

В зависимости от параметров сети — длины линий и их пропускной способности — внедрение водородных систем хранения повышает малосигнальную устойчивость энергосистемы до 24,8% по сравнению с конфигурацией без таких решений. Это означает, что система быстрее возвращается в устойчивое состояние после малых возмущений и лучше справляется с нештатными ситуациями.

Разработка ориентирована на применение в регионах с высокой долей возобновляемой энергетики и выраженной сезонной или суточной неравномерностью потребления. В таких условиях водородные системы могут выступать в качестве инструмента балансировки и повышения надёжности энергоснабжения.