Cost of hydrogen production with using the share of electricity from a wind power plant in Ukraine
To ensure the balance reliability of regimes of UES functioning, it was necessary to apply restrictions on generation from renewable energy sources (RES). In this regard, a number of amendments was made in 2020 to the Law of Ukraine "On the Electricity Market" dated April 13, 2017...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/773 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104284533194752 |
|---|---|
| author | Ivanenko N.P. Tarasenko P.V. |
| author_facet | Ivanenko N.P. Tarasenko P.V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Ivanenko N.P.",
"institution": null
},
{
"author": "Tarasenko P.V.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Ivanenko N.P. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:46Z |
| description | To ensure the balance reliability of regimes of UES functioning, it was necessary to apply restrictions on generation from renewable energy sources (RES). In this regard, a number of amendments was made in 2020 to the Law of Ukraine "On the Electricity Market" dated April 13, 2017 No. 2019-VIII, which provide for reduction of the rates of the "green" tariff for renewable energy projects. CJSC NEC "Ukrenergo" predicts limitation of electricity production from renewable sources against the background of their growing capacity and falling consumption – up to 1 billion kW∙h. The total volume of electricity production from renewable energy sources in 2019 was about 4.5 billion kW∙h.One of the most efficient ways to use excessive electricity is producing hydrogen. Hydrogen has been successfully used as a raw material for many years. The total estimated value of the hydrogen feedstock market is $ 115 billion, and it is expected only to grow, reaching $ 155 billion by 2022. Hydrogen is widely used at present in various industries and sectors. It should be noted separately that the use of hydrogen instead of natural gas does not lead to increasing greenhouse gas emissions and favors the decarbonization of economy. In addition, the by-product of electrolysis is purified oxygen, which is currently relevant. The cost of hydrogen generated with the use of renewable electricity is typically $ 2.5–6.6 / kg of hydrogen. The most well-known technological options for producing hydrogen from RES are water electrolysis and steam reforming of biomethane / biogas with or without carbon capture and use / storage.The purpose of this paper was to estimate the weighted average cost of hydrogen in Ukraine at the expense of RES electricity, in particular, produced by a wind power plant with using water electrolysis.We developed an algorithm for calculating the weighted average cost of hydrogen production using wind power plants for the conditions of Ukraine, taking into account the determination of installed capacities of the battery, electrolyzer, and distiller.According to the calculation results, the weighted average cost of hydrogen production was about US $ 5.1 / kg of hydrogen. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2021.01.045 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
45
Cобівартість виробництва водню з використанням частки електроенергії вітрової електростанції в Україні
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 1(64)
Станом на червень 2020 р. частка відновлю-
ваних джерел енергії (ВДЕ) у структурі вироб-
ництва електроенергії в Україні зросла вдвічі
порівняно з попереднім роком. Такі результати
в ПрАТ «НЕК «Укренерго» пояснили інтенсив-
ним введенням нових потужностей ВДЕ упро-
довж минулого та у першому півріччі 2020 р. та
зниженням рівня споживання. У результаті вста-
новлена потужність ВДЕ зросла удвічі (з 2,9 ГВт
у червні 2019 р. до 5,8 – у червні 2020 р.). Таке
зростання пояснюється законодавчо закріплени-
ми економічними стимулами будівництва ВДЕ,
зокрема, «зеленим» тарифом та гарантованим
викупом державою електроенергії, виробленої з
ВДЕ. При цьому у структурі виробництва за ре-
зультатами першого півріччя 2020 р. на 5% змен-
шилась частка ТЕС, а частки АЕС та інших видів
генерації практично не змінилися.
Загальне виробництво в енергосистемі скоро-
тилося на 8%, а споживання (нетто) – на майже
5% порівняно з першим півріччям 2019 р. Двома
ключовими причинами зниження виробництва
і споживання електроенергії у 2020 р. в «Укре-
нерго» назвали теплу зиму та введення у березні
карантинних обмежень в Україні та у світі. Най-
більше скорочення виробництва електроенер-
гії у першому півріччі 2020 р. відбулося на АЕС
(–7,7%), ТЕС (–24%) та ГЕС (–26,3%). Виникли
серйозні ризики технічного характеру, пов’язані
зі складністю забезпечення операційної безпеки
ОЕС України в умовах стрімкого неконтрольова-
ного зростання встановленої потужності об’єктів
відновлюваної енергетики. Наразі в електроенер-
гетичній системі України вже відчувається брак
гнучкості генеруючих потужностей, яка необ-
хідна для забезпечення інтеграції таких об’єктів,
особливо зі змінним графіком генерації, що при-
зводить до неекономічних режимів функціону-
вання ОЕС України. Для забезпечення балансової
надійності режимів ОЕС України необхідно було
застосовувати обмеження генерації з ВДЕ.
У зв’язку з цим у 2020 р. було внесено низку
змін до Закону України «Про ринок електричної
енергії» від 13.04.2017 №2019-VIII [1], які перед-
бачають зниження ставок «зеленого» тарифу до
проектів з відновлювальної енергетики.
ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ЕНЕРГЕТИКИ
ТА ЗАХИСТ ДОВКІЛЛЯ
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2021, 1(64): 45–51
doi: https://doi.org/10.15407/pge2021.01.045
УДК 332.873: 658.18 Н.П. ІВАНЕНКО, канд. техн. наук,
П.В. ТАРАСЕНКО, канд. хім. наук,
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
СОБІВАРТІСТЬ ВИРОБНИЦТВА ВОДНЮ З ВИКОРИСТАННЯМ
ЧАСТКИ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ ВІТРОВОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ В УКРАЇНІ
У 2020 р. було внесено низку змін до Закону України «Про ринок електричної
енергії» від 13.04.2017 № 2019-VIII, які передбачають зниження ставок «зелено-
го» тарифу до проектів з відновлюваної енергетики. Наразі ПрАТ «НЕК «Укренер-
го» прогнозує обмеження виробництва електроенергії з відновлюваних джерел.
Одним з можливих шляхів використання надлишкової електроенергії є виробни-
цтво водню. Мета статті – оцінити середньозважену собівартість водню в Украї-
ні за рахунок електроенергії від відновлюваних джерел енергії.
Запропоновано алгоритм розрахунку середньозваженої собівартості виробни-
цтва водню з використанням вітрових електростанцій (ВЕС) для умов України,
враховуючи визначення встановлених потужностей накопичувача, електролізе-
ра і дистилятора. За результатами розрахунків середньозважена собівартість
виробництва водню в Україні склала близько 5, 1 дол. США/кг водню.
К л ю ч о в і с л о в а: виробництво водню, відновлювані джерела енергії, вітрова
електростанція, середньозважена собівартість, математична модель, накопичу-
вач, електролізер.
© Н.П. ІВАНЕНКО, П.В. ТАРАСЕНКО, 2021
46
Н.П. ІВАНЕНКО, П.В. ТАРАСЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 1(64)
ПрАТ «НЕК «Укренерго» прогнозує обмежен-
ня виробництва електроенергії з відновлюваних
джерел, на фоні зростаючої їх потужності та пада-
ючого споживання – до 1 млрд кВт.год. Загальний
обсяг виробництва електроенергії ВДЕ у 2019 р.
склав близько 4,5 млрд кВт.год [2].
Таким чином залишається значний обсяг
надлишкової електроенергії, виробленої ВДЕ.
Одним з можливих шляхів використання цієї
електроенергії є виробництво водню. Водень
успішно використовують як сировину вже бага-
то років. Загальна оціночна вартість ринку си-
ровини водню – 115 млрд дол. США і, як очіку-
ється, вона буде тільки зростати, досягнувши до
2022 р. 155 млрд дол. США [3]. Наразі водень
широко застосовують у різних галузях і секто-
рах, зокрема в промисловості: 65% водню вико-
ристовується в хімічній промисловості (вироб-
ництво аміаку, полімерів та резин), 25% при ви-
робництві чавуну та сталі, 10% в інших галузях
промисловості (виробництво напівпровідників,
скла і т.д.). Водень також використовується як
домішок до природного газу в трубопроводах,
широко застосовується для різних видів тран-
спорту. На жаль, наразі лише 4% водню виро-
бляється за рахунок електроенергії від ВДЕ, але
ця частка швидко зростає.
Найбільш відомими технологічними варіан-
тами отримання водню з відновлюваних джерел
енергії є електроліз води та паровий риформінг
біометану/біогазу з або без уловлювання та ви-
користання/зберігання вуглецю (CCU/CCS) [4].
Менш розвиненими технологіями є газифікація
біомаси та піроліз, термохімічне розщеплення
води, фотокаталіз, надкритична газифікація води
біомаси та комбіноване темне бродіння та анае-
робне перетравлення.
Собівартість водню, що виробляється з віднов-
люваної електроенергії, в даний час у більшості
випадків дорожче, ніж водень, отриманий з вико-
ристанням органічного палива [5]. Вартість вод-
ню, виробленого з природного газу, становить, як
правило, близько 1,5–3 дол. США/кг водню, тоді
як вартість водню, що виробляється з відновлю-
ваної електроенергії (сонячна фотоелектрична
енергія або вітрова енергія), становить, як прави-
ло, 2,5–6,6 дол. США/кг водню.
В Європі створено Європейську асоціацію,
яка представляє інтереси промисловості вироб-
ництва водню і паливних елементів. Ця асоціація
об’єднує більше 60 компаній, 78 наукових органі-
зацій та 25 національних асоціацій [6].
Окремо слід зазначити, що використання вод-
ню замість природного газу не призводить до ви-
кидів парникових газів і сприяє декарбонізації
економіки. Крім того, слід зазначити, що побіч-
ним продуктом електролізу є очищений кисень,
що наразі є актуальним.
Мета статті полягає в оцінці середньозваженої
собівартості водню в Україні за рахунок електро-
енергії ВДЕ, зокрема, виробленої вітровою елек-
тростанцією.
На рис. 1 наведено принципову схему ви-
робництва водню шляхом електролізу. До неї
входить таке обладнання: дистилятор, накопи-
чувач і електролізер. Накопичувач необхідний
для усунення нерівномірності виробництва елек-
троенергії на ВЕС. Подальша обробка водню за-
лежить від сфери його використання. Дистиля-
тор необхідний для виробництва дистильованої
води. Електролізер необхідний для проведення
електролізу дистильованої води. Ззовні надхо-
дять електроенергія від ВДЕ і вода. Кінцевими
продуктами є кисень і водень.
Для електрохімічного відновлення 1 г–ек-
вівалента будь-яких іонів необхідно витратити
кількість струму, що відповідає числу Фарадея –
96520 кулонів. Відповідно для відновлення двох
іонів водню (Н+), тобто для одержання 1 г–моля
(2 г) водню необхідно витратити 2·96500 Кл, або
53,6 А·год. Мінімальний потенціал електрохіміч-
ного відновлення катіона водню безвідносно до
матеріалу катода становить 1,23 В. Отже теоретич-
но для отримання 1 кг водню необхідно витратити:
E= 53,6·1,03·1
0,002·1000
=
32,96 кВт·год/кг
В умовах промислового електролізу води необ-
хідно підтримувати вищу напругу для компенса-
ції втрат від перенапруги на електродах. Величи-
на перенапруги для реакції катодного відновлення
Н+ виражається рівнянням Тафеля:
ƞ = α + βlgi,
де ƞ – величина перенапруги, В; α – константа, що
відповідає величині перенапруги при щільності
струму 1 А/cм2 і залежить від матеріалу електро-
да, В; β – константа, що залежить від природи
електрохімічного процесу; і – застосована щіль-
ність струму, А/cм2.
У випадку застосування нікельованих пластин
електродів і гідроксиду натрію в якості електролі-
та з концентрацією 4,4 г/л і при щільності струму
1 А/cм2 перенапруга становить:
ƞ=0,64+0,1lg1=0,64 B.
Відповідно витрати електроенергії становлять
50,1 кВт·год на 1 кг водню:
E=
53,6·(1,23+0,64)·1
0,002·1000
=50,1
кВт·год
кг
.
Збільшення щільності струму для інтенси-
фікації електролізу згідно з рівнянням Тафеля
також веде до зростання перенапруги і питомих
47
Cобівартість виробництва водню з використанням частки електроенергії вітрової електростанції в Україні
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 1(64)
затрат енергії. Додатковий вклад у перенапругу
вносять також втрати через омічний опір розчи-
ну і діафрагми. Вже при підтриманні напруги на
електродах 2 В витрати електроенергії зроста-
ють до 53,6 кВт год на 1 кг водню [7].
При електролізі на 1 кг водню витрачається 9 кг
води.
У табл. 1 наведені умови проведення розра-
хунків середньозваженої собівартості виробни-
цтва водню за рахунок електроенергії від вітро-
вих електростанцій (ВЕС) в Україні.
На першому етапі необхідно визначити пара-
метри обладнання для виробництва водню, тоб-
то потужності накопичувача, дистилятора і елек-
тролізера.
Наразі існують три основні електролізерні тех-
нології: лужний електролізер (ALK), електролізер
на основі мембранного протонообміну (PEM),
електроліз та електролітичні елементи твердого
оксиду (SOEC). Їх основні технічні та економічні
характеристики узагальнено в табл. 2 [9].
Лужний електроліз – це найбільш зріла та
комерційна технологія. Він використовується з
1920-х років, зокрема для виробництва водню в
галузі виробництва добрив та хлору. Операційний
діапазон лужних електролізерів варіюється від
мінімального навантаження 10% до повної про-
ектної потужності.
Лужний електроліз характеризується низьки-
ми капітальними витратами порівняно з іншими
електролізерними технологіями в зв’язку з неви-
користанням дорогоцінних матеріалів.
Вперше електролізерні системи PEM були вве-
дені в 1960-х роках компанією «General Electric»
для подолання деяких операційних недоліків луж-
них електролізерів.
Вони порівняно невеликі, що робить їх потен-
ційно більш привабливими, ніж лужні електролі-
зери, у щільно заселених міських районах. Вони
здатні виробляти сильно стиснений водень для
децентралізованого виробництва та зберігання
на заправних станціях (30–60 бар без додаткового
компресора та до 100–200 бар у деяких системах
порівняно з 1–30 бар для лужних електролізерів) і
забезпечують гнучку роботу, зокрема можливість
надання резерву частоти та інших мережевих по-
слуг. Їх робочий діапазон може складати від ну-
льового навантаження до 160% від проектної по-
тужності (так що можна перевантажити електро-
лізер для деякий час, якщо установка та силова
електроніка були спроектовані відповідно). Серед
недоліків слід зазначити необхідність викорис-
Таблиця 1. Вихідна інформація для розрахунку середньозваженої собівартості
виробництва водню за рахунок електроенергії від ВЕС в Україні
Показник Одиниці виміру Значення Позначення
у формулах
Щорічний обсяг електроенергії від ВЕС МВт год 1000 EE
Середньозважена собівартість
електроенергії на ВЕС $/ МВт год 64–85 [8] Cwind
Термін експлуатації років 20 N
Рис. 1. Принципова схема виробництва водню шляхом електролізу
48
Н.П. ІВАНЕНКО, П.В. ТАРАСЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 1(64)
тання дорогих електродних каталізаторів (пла-
тина, іридій) та мембранних матеріалів, а також
коротший, ніж у лужних електролізерів, термін
експлуатації.
Наразі загальні витрати для електролізерів
PEM значно вищі, ніж для лужних електролізерів.
SOEC є найменш розвиненою технологією
електролізу. Вона ще не комерціалізована, хоча
окремі компанії зараз прагнуть вивести такі елек-
тролізери на ринок. SOEC використовують кера-
міку як електроліт, тому необхідні недорогі мате-
ріальні витрати. Вони діють за високих темпера-
тур і мають високий ступінь електричної ефектив-
ності. У зв’язку з тим, що вони використовують
пару для електролізу, їм потрібне джерело тепла.
Атомні, сонячні, теплові або геотермальні елек-
тростанції можуть для цього використовуватися.
Теплові системи також можуть бути джерелами
тепла для високотемпературного електролізу.
На відміну від лужних та PEM електролізерів,
електролізер SOEC можна експлуатувати у зво-
ротному режимі як паливний елемент, перетворю-
ючи водень назад в електроенергію. Це означає,
що такий електролізер міг би забезпечити послу-
ги балансування мережі в поєднанні з сховищами
водню. Це приводить до збільшення загально-
го коефіцієнта використання обладнання. Також
можна використовувати SOEC електролізер для
спільного електролізу пари та вуглекислого газу,
утворюючи газову суміш (моноксид вуглецю і во-
день) для подальшого перетворення в синтетичне
паливо. Одна із ключових проблем для тих, хто
розробляє електролізери SOEC, це деградація ма-
теріалів від високих робочих температур.
Дистилятор необхідний для очищення води від
сторонніх домішок. В основі його дії лежить про-
цес дистиляції, який протікає за допомогою випа-
ровування, що дозволяє очистити воду від непо-
трібних домішок і отримати в результаті найчис-
тіший продукт. Дистиляцію можна цілком назвати
найефективнішим методом очищення.
Принцип роботи дистиляторів полягає в тому,
що вода, яка надходить в перегінний куб, дово-
диться до стану кипіння, після чого з отриманим
паром відбувається процес конденсації, а кон-
денсат, в свою чергу поміщається в призначену
для нього ємність. У підсумку, отримана рідина
(дистильована вода) не має ні найменших домі-
шок, а також не має кольору, запаху і смаку. За
допомогою дистилятора можна очистити воду
практично будь-якої початкової якості – від водо-
провідної до колодязної.
Між собою дистилятори можуть відрізнятися
конструкцією, способами нагріву, а також рівнем
продуктивності. Так, конструктивно, дистилятори
можуть бути вогневими, електричними з наявніс-
тю водопідготовки або ж електричними з наявніс-
тю водоподготовки і збірки. У підсумку, в залеж-
ності від конструкції, кількість отриманої дисти-
льованої води (дистиляту) відрізняється.
У розрахунках було використано літієво-іон-
ний акумулятор, який найбільше використовуєть-
ся у світі. Виходячи з зазначеного вище, обрано
лужний електролізер (Alkaline electrolysers, ALK)
Техніко-економічні характеристики літієво-
іонного акумулятора, лужного електролізера і
дистилятора наведено в табл. 2–5.
Для точних розрахунків необхідно розгляда-
ти конкретну ВЕС з прив’язкою до конкретних
погодних умов місцевості. Якщо усереднити ці
умови по всій території України, можна отримати
лише орієнтовну оцінку. Для цього необхідно про-
аналізувати погодинні графіки виробництва елек-
троенергії на ВЕС України. На рис. 2 і 3 наведено
Таблиця 2. Техніко-економічні характеристики електролізерів
Характеристики
ALK PEM SOEC
2020 р. 2030 р.
Довгостро-
кова пер-
спектива
2020 р. 2030 р.
Довгостро-
кова пер-
спектива
2020 р. 2030 р.
Довгостро-
кова пер-
спектива
Електрична
ефективність, % 63–70 65–71 70–80 56–60 63–68 67–74 74–81 77–84 77–90
Робочий тиск, бар 1–30 30–80
Робоча
температура, ∘С 60–80 50–80 650–
1000
Термін експлуатації,
годин роботи
60000–
90000
9000–
100000
100000–
150000
30000–
90000
60000–
90000
100000 –
150000
10000–
30000
40000–
60000
75000–
100000
Діапазон
навантаження,
% від номінального
10–110 0–160 20–100
Капітальні витрати,
дол. США/кВТ
500–
1400
400–
850
200–
700
1100–
1800
650–
1500 200– 900 2800–
5600
800–
2800 500–1000
49
Cобівартість виробництва водню з використанням частки електроенергії вітрової електростанції в Україні
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 1(64)
погодинний графік виробництва ВЕС [2] 15 січня
і 15 липня 2020 р. відповідно.
На рисунках середнє добове значення позначе-
но горизонтальною лінією. Електроенергію, яка
знаходиться вище цієї лінії, необхідно накопичу-
вати. При цьому ємність накопичувача становить
близько 50% від добового виробництва.
Для визначення параметрів накопичувача було
проаналізовано обсяги накопичування енергії. Вони
складають близько 40% від добового виробництва.
Таким чином, встановлена потужність накопи-
чувача складає:
EELIA= EE
366*24
·0,5/(σLIA·100),
де EELIA
– встановлена потужність накопичува-
ча, МВт; EE – щорічний обсяг електроенергії від
ВЕС, МВт.год; σLIA – ККД, %.
Встановлена потужність електролізера складає:
EEALK=EE/366∙24∙σALK∙100
де EEALK– – встановлена потужність електролі-
зера, МВт.
При цьому виробництво водню за рік складає:
PRODH2=EE·1000/PALK,
де PRODH2 – виробництво водню за рік, кг.
Необхідна потужність дистилятора:
DD=PRODH2/366∙24∙9
де DD – виробництво дистильованої води, кг/год.
Таким чином, капітальні витрати на установку
для виробництва водню складають:
Ctotal=EELIA·KLIA·1000+
+EEALK·KALK·1000+DD·KD,
де Ctotal – сумарні капітальні вкладення, дол.
США; KLIA – капітальні вкладення для нако-
пичувача, дол. США/кВт; KALK – капітальні
вкладення для електролізера, дол. США/кВт;
KD – капітальні вкладення для дистилятора,
дол. США/кг/год.
Сумарні витрати електроенергії на роботу
установки:
EEtotal=EE+EED·24·365/1000,
де EEtotal – сумарні витрати електроенергії, МВт
год; EED – витрати електроенергії, кВт.год/кг дис-
тильованої води.
Сумарні експлуатаційні витрати складають:
Mtotal=100·(ELIA·KLIA·ELIA+
+EALK·KALK·EALK+DD·KD· ED),
де ELIA– – експлуатаційні витрати на накопичувач,
% від капітальних вкладень; EALK – експлуата-
ційні витрати на електролізер, % від капітальних
вкладень; ED – експлуатаційні витрати на дисти-
лятор, % від капітальних вкладень.
Середньозважена собівартість виробництва
водню обчислюється наступним чином:
CH2=
EEtotal·Cwind+Mtotal
(1+r/100)τ
N
τ=1
·
·
PRODH2
(1+r/100)τ
N
τ=1
-1
,
Таблиця 3. Техніко-економічні характеристики
літієво-іонного акумулятора [9]
Характеристики Значення Позначення
у формулах
Номінальна
потужність, МВт 10000
ККД, % 86 σLIA
Життєвий цикл, роки 20 N
Капітальні вкладення,
дол. США/кВт 1132 KLIA
Експлуатаційні витрати,
% від капітальних вкладень 1,5 ELIA
Таблиця 4. Техніко-економічні характеристики
лужного електролізера [10]
Характеристики Значення
Позна-
чення у
формулах
Продуктивність,
кВт.год/ кг H2
51 PALK
ККД, % 65 σALK
Життєвий цикл, роки 20 N
Капітальні вкладення,
дол. США/кг водню/год 850 KALK
Експлуатаційні витрати,
% від капітальних
вкладень
2 EALK
Таблиця 5. Техніко-економічні
характеристики дистилятора [1]
Характеристики Значення Позначення
у формулах
Витрати електроенергії,
кВт.год/ кг
дистильованої води
0,744 EED
Життєвий цикл, роки 20 N
Капітальні вкладення,
дол. США/кг/год 200 KD
Експлуатаційні витрати,
% від капітальних вкладень 1 ED
×
×
50
Н.П. ІВАНЕНКО, П.В. ТАРАСЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 1(64)
де CH2 – середньозважена собівартість вироб-
ництва водню, дол. США/кг; Cwind– – середньо-
зважена собівартість електроенергії на ВЕС,
$/ МВт.год; r – рівень дисконту, %.
Було проведено розрахунки для r = 1%. Се-
редньозважена собівартість виробництва водню
склала близько 5,1 дол. США/кг водню.
Подальші дослідження будуть спрямовані на
визначення середньозваженої собівартості ви-
робництва водню з використанням традиційних
джерел енергії (наприклад, АЕС). Також доціль-
но дослідити економічну ефективність викорис-
тання водню в різних галузях.
ВИСНОВКИ
1. Для забезпечення балансової надійності
режимів ОЕС України необхідно було застосо-
вувати обмеження генерації з ВДЕ. У зв’язку
з цим у 2020 р. було внесено цілу низку змін
до Закону України «Про ринок електричної
енергії» від 13.04.2017 №2019-VIII, які перед-
бачають зниження ставок «зеленого» тарифу до
проектів з відновлювальної енергетики. ПрАТ
«НЕК «Укренерго» прогнозує обмеження ви-
робництва електроенергії з відновлюваних дже-
рел, на фоні зростаючої їх потужності та падаю-
чого споживання – до 1 млрд кВт.год. Загальний
Рис. 3. Погодинний графік виробництва ВЕС 15 липня 2020 р.
Рис. 2. Погодинний графік виробництва ВЕС 15 січня 2020 р.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
М
вт
.го
д
Години
Середнє
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
М
вт
.го
д
Години
Середнє
51
Cобівартість виробництва водню з використанням частки електроенергії вітрової електростанції в Україні
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 1(64)
обсяг виробництва електроенергії ВДЕ у 2019 р.
склав близько 4,5 млрд кВт.год.
2. Одним з найбільш ефективних шляхів ви-
користання надлишкової електроенергії є вироб-
ництво водню. Водень успішно використовують
як сировину вже багато років. Загальна оціночна
вартість ринку сировини водню – 115 млрд дол.
США і, як очікується, вона буде тільки зроста-
ти, досягнувши до 2022 р. 155 млрд дол. США.
У наші дні водень широко застосовують у різних
галузях і секторах. Вартість водню, що виробля-
ється з відновлюваної електроенергії, становить,
як правило, 2,5–6,6 дол. США/ кг водню.
3. Було запропоновано алгоритм розрахунку
середньозваженої собівартості виробництва вод-
ню з використанням ВЕС для умов України, вра-
ховуючи визначення встановлених потужностей
акумулятора, електролізера і дистилятора.
4. Відповідно до результатів розрахунків, се-
редньозважена собівартість виробництва водню
склала близько 5,1 дол. США/кг водню.
1. Про ринок електричної енергії: Закон України
від 13.04.2017 № 2019-VIII. Відомості Верховної Ради
(ВВР). 2017. № 27-28. С. 312.
2. Офіційний сайт Національної енергетичної ком-
панії «Укренерго». URL: https://ua.energy/peredacha-i-
dyspetcheryzatsiya/dyspetcherska-informatsiya/dobovyj-
grafi k-vyrobnytstva-spozhyvannya-e-e/ (дата звернення:
30.06.2020).
3. Hydrogen from renewable power technology
outlook for the energy transition. IRENA. URL: https://www.
irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2018/
Sep/IRENA_Hydrogen_from_renewable_power_2018.pdf
(дата звернення: 09.11.2020).
4. Path to hydrogen competitiveness. A cost
perspective. IEA. URL: https://webstore.iea.org/download/
direct/2803 (дата звернення: 08.12.2020).
5. Assessment of Hydrogen Production Costs from
Electrolysis: United States and Europe. URL: https://theicct.
org/sites/default/fi les/icct2020_assessment_of_hydrogen_
production_costs_v1.pdf#page=14&zoom=100,96,148
(дата звернення: 11.01.2021).
6. Hydrogeneurope. URL: https://hydrogeneurope.eu/
about-us-2 (дата звернення: 11.01.2021).
7. Герасимов Я.И. Курс физической химии. Том II.
М.: Химия, 1973. 624 с.
8. Кулик М.М., Нечаєва Т.П., Згуровець О.В.
Перспективи та проблеми розвитку Об’єднаної
енергосистеми України в умовах її приєднання
до енергосистеми Євросоюзу і гіпертрофовано-
го використання у її складі вітрових та сонячних
електростанцій. Проблеми загальної енергетики.
2019. Вип. 4(59). С. 4—12. https://doi.org/10.15407/
pge2019.04.004
9. The Future of Hydrogen. IEA, Japan. URL: https://
www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen
10. Lazard’s levelized cost of storage analysis.
Version 6.0. Lazard. 2020. URL: https://www.lazard.
com/media/451418/lazards-levelized-cost-of-storage-
version-60.pdf (дата звернення: 10.02.2021).
11. Бурбан А.Ф. Мембранна дистиляція в процесах
водопідготовки, знесолення та очищення стічних вод.
Наукові записки НаУКМА. Том 157. Хімічні науки та
технології. С. 15—24.
Надійшла до редколегії: 18.02.2021
|
| id | systemreorg-article-773 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:21:39Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/a5/401e81faeed448957a92bfe3c6bb0aa5.pdf |
| spelling | systemreorg-article-7732026-07-18T12:57:46Z Cost of hydrogen production with using the share of electricity from a wind power plant in Ukraine Собівартість виробництва водню з використанням частки електроенергії вітрової електростанції в Україні Ivanenko N.P. Tarasenko P.V. hydrogen production, renewable energy sources, wind farm, weighted average cost. mathematical model, storage, electrolyzer виробництво водню, відновлювані джерела енергії, вітрова електростанція, середньозважена собівартість. математична модель, накопичувач, електролізер To ensure the balance reliability of regimes of UES functioning, it was necessary to apply restrictions on generation from renewable energy sources (RES). In this regard, a number of amendments was made in 2020 to the Law of Ukraine "On the Electricity Market" dated April 13, 2017 No. 2019-VIII, which provide for reduction of the rates of the "green" tariff for renewable energy projects. CJSC NEC "Ukrenergo" predicts limitation of electricity production from renewable sources against the background of their growing capacity and falling consumption – up to 1 billion kW∙h. The total volume of electricity production from renewable energy sources in 2019 was about 4.5 billion kW∙h.One of the most efficient ways to use excessive electricity is producing hydrogen. Hydrogen has been successfully used as a raw material for many years. The total estimated value of the hydrogen feedstock market is $ 115 billion, and it is expected only to grow, reaching $ 155 billion by 2022. Hydrogen is widely used at present in various industries and sectors. It should be noted separately that the use of hydrogen instead of natural gas does not lead to increasing greenhouse gas emissions and favors the decarbonization of economy. In addition, the by-product of electrolysis is purified oxygen, which is currently relevant. The cost of hydrogen generated with the use of renewable electricity is typically $ 2.5–6.6 / kg of hydrogen. The most well-known technological options for producing hydrogen from RES are water electrolysis and steam reforming of biomethane / biogas with or without carbon capture and use / storage.The purpose of this paper was to estimate the weighted average cost of hydrogen in Ukraine at the expense of RES electricity, in particular, produced by a wind power plant with using water electrolysis.We developed an algorithm for calculating the weighted average cost of hydrogen production using wind power plants for the conditions of Ukraine, taking into account the determination of installed capacities of the battery, electrolyzer, and distiller.According to the calculation results, the weighted average cost of hydrogen production was about US $ 5.1 / kg of hydrogen. Для забезпечення балансової надійності режимів ОЕС України необхідно було застосовувати обмеження генерації з ВДЕ. У зв’язку з цим у 2020 р. було внесено цілу низку змін до Закону України «Про ринок електричної енергії» від 13.04.2017 №2019-VIII, які передбачають зниження ставок «зеленого» тарифу до проектів з відновлювальної енергетики. ПрАТ «НЕК «Укренерго» прогнозує обмеження виробництва електроенергії з відновлюваних джерел, на фоні зростаючої їх потужності та падаючого споживання ‒ до 1 млрд кВт·год. Загальний обсяг виробництва електроенергії ВДЕ у 2019 р. склав близько 4,5 млрд кВтˑгод. Одним з найбільш ефективних шляхів використання надлишкової електроенергії є виробництво водню. Водень успішно використовують як сировину вже багато років. Загальна оціночна вартість ринку сировини водню – 115 млрд дол. США і, як очікується, вона буде тільки зростати, досягнувши до 2022 р. 155 млрд дол. США. У наші дні водень широко застосовують у різних галузях і секторах. Окремо слід зазначити, що використання водню замість природного газу не призводить до викидів парникових газів і сприяє декарбонізації економіки. Крім того слід зазначити, що побічним продуктом електролізу є очищений кисень, що наразі є актуальним. Вартість водню, що виробляється з відновлюваної електроенергії, становить, як правило, 2,5–6,6 дол. США/кг водню. Найбільш відомими технологічними варіантами отримання водню з відновлюваних джерел енергії є електроліз води та паровий риформінг біометану/біогазу з або без уловлювання та використання/зберігання вуглецю. Мета статті полягала в оцінці середньозваженої собівартості водню в Україні за рахунок електроенергії ВДЕ, зокрема, виробленої вітровою електростанцією, при використанні електролізу води. Було запропоновано алгоритм розрахунку середньозваженої собівартості виробництва водню з використанням ВЕС для умов України, враховуючи визначення встановлених потужностей акумулятора, електролізера і дистилятора.Відповідно до результатів розрахунків середньозважена собівартість виробництва водню склала близько 5,1 дол. США/кг водню. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2021-03-29 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/773 10.15407/pge2021.01.045 System Research in Energy; No. 1 (64) (2021): The Problems of General Energy; 45-51 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (64) (2021): Проблеми загальної енергетики; 45-51 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/773/667 Copyright (c) 2021 Ivanenko N.P., Tarasenko P.V. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | hydrogen production renewable energy sources wind farm weighted average cost. mathematical model storage electrolyzer Ivanenko N.P. Tarasenko P.V. Cost of hydrogen production with using the share of electricity from a wind power plant in Ukraine |
| title | Cost of hydrogen production with using the share of electricity from a wind power plant in Ukraine |
| title_alt | Собівартість виробництва водню з використанням частки електроенергії вітрової електростанції в Україні |
| title_full | Cost of hydrogen production with using the share of electricity from a wind power plant in Ukraine |
| title_fullStr | Cost of hydrogen production with using the share of electricity from a wind power plant in Ukraine |
| title_full_unstemmed | Cost of hydrogen production with using the share of electricity from a wind power plant in Ukraine |
| title_short | Cost of hydrogen production with using the share of electricity from a wind power plant in Ukraine |
| title_sort | cost of hydrogen production with using the share of electricity from a wind power plant in ukraine |
| topic | hydrogen production renewable energy sources wind farm weighted average cost. mathematical model storage electrolyzer |
| topic_facet | hydrogen production renewable energy sources wind farm weighted average cost. mathematical model storage electrolyzer виробництво водню відновлювані джерела енергії вітрова електростанція середньозважена собівартість. математична модель накопичувач електролізер |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/773 |
| work_keys_str_mv | AT ivanenkonp costofhydrogenproductionwithusingtheshareofelectricityfromawindpowerplantinukraine AT tarasenkopv costofhydrogenproductionwithusingtheshareofelectricityfromawindpowerplantinukraine AT ivanenkonp sobívartístʹvirobnictvavodnûzvikoristannâmčastkielektroenergíívítrovoíelektrostancíívukraíní AT tarasenkopv sobívartístʹvirobnictvavodnûzvikoristannâmčastkielektroenergíívítrovoíelektrostancíívukraíní |