ІНТЕГРАЦІЯ PEM-ЕЛЕКТРОЛІЗЕРА В БАЛАНСУЮЧУ ГРУПУ ВДЕ УКРАЇНИ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2313-8890.2025.08.03Ключові слова:
електролізер, балансуюча група, відновлювана енергетика, небаланси, LCOHАнотація
Анотація. У статті розглядається інтеграція PEM-електролізера у балансуючу групу відновлюваної генерації (сонячні та вітрові електростанції) в Україні з метою мінімізації позитивних небалансів, підвищення економічної ефективності роботи групи, зменшення LCOH. Запропоновано алгоритм керування споживанням електролізера на основі експоненціального рухомого середнього (EMA), що дозволяє згладжувати стохастичні флуктуації генерації та запобігати надмірним коливанням потужності. Проведено моделювання на основі реальних погодинних даних прогнозу та фактичного виробітку за період 09.2024–08.2025, масштабованих до 6,9 ГВт СЕС та 589 МВт ВЕС. Визначено оптимальну потужність електролізера у 144 МВт та розраховано вплив на фінансові показники групи - зростання надходжень на 2 %. Виконано оцінку середньозваженої собівартості водню (LCOH) у трьох сценаріях. При роботі від ВДЕ та БГ LCOH становить 9,498 $/кг, при живленні від мережі — 10,421 $/кг, а у розширеній балансуючій групі – 8,123 $/кг. Результати показують, що зниження вартості електроенергії та збільшення КВВП суттєво впливає на економіку виробництва водню, проте зростання ринкових цін через пошкодження енергосистеми під час війни ускладнює досягнення конкурентоспроможності зеленого водню.
Посилання
EcoPolitic. In 2024, the share of RES in Ukraine's energy balance amounted to almost 11 %. 07.01.2025. URL: https://ecopolitic.com.ua/en/news/in-2024-the-share-of-res-in-ukraines-energy-balance-amounted-to-almost-11/ (data zvernennya: 01.07.2025).
Kabіnet Mіnіstrіv Ukraїni. Pro zatverdzhennya Natsіonalnogo planu dіi z vіdnovlyuvanoї yenergetiki na perіod do 2030 roku ta planu zakhodіv z yogo vikonannya: rozporyadzhennya vіd 13 serpnya 2024 r. № 761-r. Kiїv, 2024. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/761-2024-%D1%80 (data zvernennya: 01.07.2025)
Reuters. Ukraine approves $20 bln plan to increase renewable energy production by 2030. 13.08.2024. URL: https://www.reuters.com/sustainability/ukraine-approves-20-bln-plan-increase-renewable-energy-production-by-2030-2024-08-13/ (data zvernennya: 01.07.2025).
ExPro Consulting. Chastka VDE u strukturі generatsії yelektroenergії v Ukraїnі u bereznі 2025 r. sklala maizhe 9 %. 11.04.2025. URL: https://expro.com.ua/novini/chastka-vde-u-struktur-generac-elektroenerg-u-berezn-2025-r-sklala-mayje-9
Sustainable Agribusiness Forum. Virobnitstvo yelektroenergії z VDE u 2023 rotsі. 15.02.2024. URL: https://saf.org.ua/news/1866/
Zakon Ukraїni «Pro rinok yelektrichnoї yenergії» № 2019-VIII vіd 13.04.2017 r. // Vіdomostі Verkhovnoї Radi Ukraїni, 2017. № 27–28. Ст. 312. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2019-19.
Blіnov І. V., Mіroshnik V. O., Loskutov S. S. Znizhennya vitrat na pokrittya nebalansіv uchasnikіv balansuyuchoї grupi virobnikіv yelektrichnoї yenergії z vіdnovlyuvanikh dzherel // Tekhnіchna yelektrodinamіka, 2023. № 1. S. 62–66. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2023.01.062
Kulik M. M., Dromіn І. V., Zgurovets O. V. Doslіdzhennya rezhimіv roboti ob’єdnanikh yenergosistem z potuzhnimi vіtrovimi yelektrostantsіyami ta akumulyatornimi batareyami. The Problems of General Energy, 2018. № 2(53). S. 15–20. ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). DOI: https://doi.org/10.15407/pge2018.02.015
Derіi V. V., Nechaєva T. V., Zgurovets O. M. Dotsіlnіst vikoristannya tekhnologії Power-to-Heat v yenergosistemakh Ukraїni. Sistemnі doslіdzhennya v yenergetitsі, 2024. № 2A (78). S. 82–90. ISSN 2786-7102 (Online), ISSN 2786-7633 (Print). URL: https://systemre.org/index.php/journal/article/view/839/747
Kulik M. M. Spіvstavnii analіz tekhnіko-ekonomіchnikh kharakteristik Kanіvskoї GAES ta kompleksu spozhivachіv-regulyatorіv dlya pokrittya grafіkіv yelektrichnikh navantazhen. Problemi zagalnoї yenergetiki, 2014. Vip. 4(39). S. 5–10. ISSN 1562-8965
Samani A. E., D’Amicis A., De Kooning J. D. M. et al. Grid balancing with a large-scale electrolyser providing primary reserve // IET Renewable Power Generation, 2020. Vol. 14. № 16. P. 3070–3078. DOI: 10.1049/iet-rpg.2020.0453. (data zvernennya: 01.07.2025).
Drasković P., Pavić I., Sepetanac K., Pandžić H. A Hybrid Renewable-Battery-Electrolyzer Facility under the Single Imbalance Pricing Scheme // arXiv preprint. 2024. arXiv:2410.06773. (data zvernennya: 01.07.2025).
International Energy Agency. Global Hydrogen Review 2023. Paris : IEA, 2023. 146 p. (data zvernennya: 01.07.2025).
Zhao J., Chen Y., Xu Y. et al. Optimal scheduling of renewable-powered electrolyzers in electricity markets // Applied Energy, 2024. Vol. 353. P. 121890. DOI: 10.1016/j.apenergy.2023.121890. (data zvernennya: 01.07.2025).
Mіroshnik V. O. Model balansuyuchoї grupi virobnikіv z VDE // Vіsnik Natsіonalnoї akademії nauk Ukraїni, 2024. № 12. S. 83–92. URL: https://www.visnyk-nanu.org.ua/ojs/index.php/v/article/download/4930/5125 (data zvernennya: 01.07.2025).
Zakon Ukraїni № 2479-IX vіd 29.07.2022 «Pro vnesennya zmіn do deyakikh zakonіv Ukraїni shchodo rozvitku vіdnovlyuvanoї yenergetiki». URL: https://aseu.org.ua/pravovi-pidsumky-2022-roku-dlia-haluzi-vde-ta-perspektyvy-2023/ (data zvernennya: 01.07.2025).
Shiva Kumar S., Himabindu V. Hydrogen production by PEM water electrolysis – a review // Materials Science for Energy Technologies, 2019. Vol. 2. P. 442–454. DOI: 10.1016/j.mset.2019.03.002. (data zvernennya: 02.07.2025).
Nasser M., Megahed T. F., Ookawara S., Hassan H. A review of water electrolysis–based systems for hydrogen production using hybrid/solar/wind energy systems // Environmental Science and Pollution Research International, 2022. Vol. 29. P. 86994–87018. DOI: 10.1007/S11356-022-23323-Y. (data zvernennya: 02.07.2025).
Martinez Lopez, V. A., Ziar, H., Haverkort, J. W., Zeman, M., and Isabella, O. (2023). Dynamic operation of water electrolyzers: a review for applications in photovoltaic systems integration. Renew. Sustain. Energy Rev. 182, 113407. doi:10.1016/J.RSER.2023.113407
Hauch A., Küngas R., Blennow P., Hansen A. B., Hansen J. B., Mathiesen B. V., 2020. Recent advances in solid oxide cell technology for electrolysis. Science 80, eaba6118. doi:10.1126/science.aba6118
Angstrom Advanced. Angstrom Advanced [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.angstrom-advanced.com/pro6.html (data zvernennya: 18.07.2025).
Asahi Kasei. Asahi Kasei starts construction of alkaline water electrolysis pilot test plant for hydrogen production [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.asahi-kasei.com/news/2022/e221107.html (data zvernennya: 18.07.2025).
AUYAN. Hydrogen production electrolyzers [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: http://www.auyan.com/hydrogen-production (data zvernennya: 18.07.2025).
Bloom Energy. Electrolyzer Spec Sheet [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.bloomenergy.com/resource/electrolyzer-spec-sheet/ (data zvernennya: 18.07.2025).
Cummins. Hydrogen electrolysers [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.cummins.com/hydrogen (data zvernennya: 23.07.2025).
Green Hydrogen Systems. Electrolysers [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.greenhydrogensystems.com/#electrolysers (data zvernennya: 23.07.2025).
HydrogenPro. HydrogenPro [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://hydrogen-pro.com/ (data zvernennya: 23.07.2025).
H-TEC Systems. Products [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.h-tec.com/en/products/ (data zvernennya: 23.07.2025).
ITM Power. Products [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://itm-power.com/products/ (data zvernennya: 23.07.2025).
John Cockerill Hydrogen. Products [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://hydrogen.johncockerill.com/en/products/ (data zvernennya: 23.07.2025).
LONGi. Hydrogen Products [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.longi.com/en/products/hydrogen/lhy-a1000/ (data zvernennya: 30.08.2025).
McPhy. Large Electrolysers [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://mcphy.com/it/apparecchiature-e-servizi/elettrolizzatori/large/ (data zvernennya: 30.07.2025).
Nel Hydrogen. Water Electrolysers [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://nelhydrogen.com/water-electrolysers-hydrogen-generators/ (data zvernennya: 30.07.2025).
NEXT Hydrogen. Solutions / Products [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://nexthydrogen.com/solutions/products/ (data zvernennya: 30.07.2025).
Ohmium. Our Product [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.ohmium.com/our-product (data zvernennya: 30.07.2025).
Plug Power. Electrolyzer Products [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.plugpower.com/hydrogen/electrolyzer-hydrogen/electrolyzer-products/ (data zvernennya: 30.07.2025).
International Energy Agency (IEA). Electrolysers – energy system. Paris, 2023. [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.iea.org/energy-system/low-emission-fuels/electrolysers (data zvernennya: 05.08.2025).
Bertuccioli, L., Chan, A., Hart, D., Lehner, F., Madden, B., Standen, E. Development of water electrolysis in the European Union. Brussels: Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, 2014. 156 p.
Kiaee M., Cruden A., Chladek P., Infield D. Demonstration of the operation and performance of a pressurised alkaline electrolyser operating in the hydrogen fuelling station in Porsgrunn, Norway // Energy Conversion and Management, 2015. Vol. 94. P. 40–50. DOI: 10.1016/j.enconman.2015.01.070
Stansberry J., Hormaza Mejia A., Zhao L., Brouwer J. Experimental analysis of photovoltaic integration with a proton exchange membrane electrolysis system for power-to-gas // International Journal of Hydrogen Energy, 2017. Vol. 42. P. 30569–30583. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.10.170.
Martinez Lopez V. A., Ziar H., Haverkort J. W., Zeman M., Isabella O. Dynamic operation of water electrolyzers: a review for applications in photovoltaic systems integration // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2023. Vol. 182. P. 113407. DOI: 10.1016/j.rser.2023.113407
Tuinema B. W., Adabi E., Ayivor P. K. S., Suárez V. G., Liu L., Perilla A. Modelling of large-sized electrolysers for real-time simulation and study of the possibility of frequency support by electrolysers // IET Generation, Transmission & Distribution, 2020. Vol. 14, No. 11. P. 1985–1992. DOI: 10.1049/iet-gtd.2019.1364.
Stansberry J. M., Brouwer J. Experimental dynamic dispatch of a 60 kW proton exchange membrane electrolyzer in power-to-gas application // International Journal of Hydrogen Energy, 2020. Vol. 45. P. 9305–9316. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.01.228.
Gorre J., Ruoss F., Karjunen H., Schaffert J., Tynjälä T. Cost benefits of optimizing hydrogen storage and methanation capacities for Power-to-Gas plants in dynamic operation // Applied Energy, 2020. Vol. 257. P. 113967. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.113967.
You S., Træholt P., Reissner R., Zong Y. Electrical Grid Service Catalogue for Water Electrolysers. Deliverable 1.1. QualyGridS Project, 2017. 70 p. Режим доступу: https://www.qualygrids.eu/app/uploads/sites/5/2017/02/Deliverable-1.1-Electrical-Grid-Service-Catalogue-for-Water-Electrolysers-27-11-2017.pdf (data zvernennya: 05.07.2025).
Mao W., Peng J., Zhou Q., Zhang Q., Su Y. Objective Analysis and Scale Separation of Precipitation Field Based on Barnes Wave Filtration Theory of Meteorological Stations. Journal of Chengdu University Of Information Technology, 2008. № 6. С. 668–672. (data zvernennya: 04.07.2025.
Solar – a beacon of hope as Ukrainians yearn for peace // pv-magazine.com. – 19.02.2025. – URL: https://www.pv-magazine.com/2025/02/19/solar-a-beacon-of-hope-as-ukrainians-yearn-for-peace/?utm_source (data zvernennya: 04.07.2025).
Ukraїna buduє 700 MVt vіtrovikh yelektrostantsіi ta 200 MVt sistem nakopichennya yenergії – golova UVEA na URC-2025 // Іnterfaks-Ukraїna. – 10 lipnya 2025 r. – URL: https://en.interfax.com.ua/news/economic/1086462.html (data zvernennya: 07.07.2025).
Pro zatverdzhennya Poryadku prodazhu ta oblіku yelektrichnoї yenergії, viroblenoї aktivnimi spozhivachami, ta rozrakhunkіv za neї : Postanova № 2651; NKREKP, 29.12.2023 // Baza danikh «Zakonodavstvo Ukraїni» / Verkhovna Rada Ukraїni. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/v2651874-23 (data zvernennya: 09.07.2025).
Operator rinku. Pogodinnі tsіni kupіvlі-prodazhu yelektrichnoї yenergії // Ofіtsіinii sait Operatora rinku. – URL: https://www.oree.com.ua/index.php/pricectr (data zvernennya: 01.07.2025).
Rezultati balansuyuchogo rinku ta vregulyuvannya nebalansіv .NEK «Ukrenergo». – URL: https://ua.energy/uchasnikam_rinku/rezultaty-balansuyuchogo-rynku-2/#1664533607454-cd3a1ced-5300 (data zvernennya: 03.07.2025).
Tolstov D. Pokazniki LCOH yelektrolіzerіv, shcho pratsyuyut vіdokremleno vіd generatsії. Yenergozberezhennya. Yenergetika. Yenergoaudit, 2024. № 9–10 (187–188), 54–77. URL http://eee.khpi.edu.ua/article/view/298209
Van’t Noordende H., Ripson P. A One-GigaWatt Green-Hydrogen Plant (Advanced Design and Total Installed Capital Costs). Public report. Institute for Sustainable Process Technology (ISPT), 20.01.2022. [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://ispt.eu/media/Public-report-gigawatt-advanced-green-electrolyser-design.pdf (дата звернення: 02.07.2025).
Badgett A., Brauch D., Thatte A., Rubin R., Skangos C., Wang H., Ahluwalia R., Pivovar B., Ruf M.Updated Manufactured Cost Analysis for Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers.Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory (NREL), Technical Report NREL/TP-6A20-87625, February, 2024. [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.nrel.gov/docs/fy24osti/87625.pdf (дата звернення: 02.07.2025).
Hubert M., Peterson D., Miller E., Vickers J., Mow R., Howe C. Clean Hydrogen Production Cost Scenarios with PEM Electrolyzer Technology. DOE Hydrogen Program Record № 24005, 20 травня 2024 р. [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.hydrogen.energy.gov/docs/hydrogenprogramlibraries/pdfs/24005-clean-hydrogen-production-cost-pem-electrolyzer.pdf (data zvernennya: 02.07.2025).
IEA. Electrolysers. International Energy Agency. [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.iea.org/energy-system/low-emission-fuels/electrolysers?utm_source (data zvernennya: 02.07.2025).
Jaeger H., deBiasi V. Electrolyzer advances reduce cost of green hydrogen. Gas Turbine World, 30 січ. 2023. [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://gasturbineworld.com/electrolyzer-advances/?utm_source (data zvernennya: 02.07.2025).
U.S. Department of Energy (DOE). Technical Targets for Proton Exchange Membrane Electrolysis. EERE, Fuel Cell Technologies Office. [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.energy.gov/eere/fuelcells/technical-targets-proton-exchange-membrane-electrolysis (data zvernennya: 02.07.2025)
Потенціал роботи установок зберігання енергії на ринку електроенергії. Київ : ОРЕЕ, 2025. [Yelektronnii resurs]. – Rezhim dostupu: https://www.oree.com.ua/index.php/file_load_contr/get_file/9481?v=1 (data zvernennya: 02.07.2025).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами: Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через [6 місяців] з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).