Submit an Article
Become a reviewer
Research article
Energy industry

Development of parameters for an industry-specific methodology for calculating the electric energy storage system for gas industry facilities

Authors:
Ivan S. Tokarev
About authors
  • Ph.D. Senior Lecturer Empress Catherine ΙΙ Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid
Date submitted:
2024-06-12
Date accepted:
2024-07-18
Online publication date:
2024-07-26

Abstract

The issue of determining the main parameters of electric energy storage systems – power and energy intensity – is being considered, the determination of which is a fundamentally important task when introducing such devices into the power supply systems of enterprises for both technical (technological) and economic reasons. The work analyzes problems that can be solved by installing electricity storage systems at gas industry facilities. An industry-wide methodology has been developed for calculating the parameters of an electricity storage system based on traditional methods and methods aimed at minimizing the standardized cost of electricity with adaptation to the conditions of the gas industry. A distinctive feature of the presented methodology is the ability to determine the power and energy intensity of electricity storage systems when performing several functions. The methodology was tested at a typical gas industry facility – the Yarynskaya compressor station of OOO Gazprom Transgaz Ukhta, a characteristic feature of which is an autonomous power supply system. An example is given of calculating the electricity storage normalized cost using an improved LCOS indicator, which takes into account the effect of changing the fill factor of the electrical load schedule on the amount of gas consumption by a power plant for its own needs. To confirm the economic efficiency of introducing electricity storage systems calculated using the above methodology, calculations of the integral effect, net present value and efficiency index are presented.

Keywords:
electricity storage system autonomous power supply system electrical load control hot reserve replacement standardized cost of electricity gas industry
Online First

References

  1. Baburin S., Turysheva A.V., Kovalchuk M.S. Algorithm for the choice of power supply system rational structure of gas pumping stations // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1753. № 012009. DOI: 10.1088/1742-6596/1753/1/012009
  2. Ping-Chang Tsai, Jia-Zhang Jhan, Samuel Sin-Shuan Tang, Cheng-Chien Kuo. Estimation of Energy Storage Requirements in an Independent Power System from an Energy Perspective // Applied Sciences. 2024. Vol. 14. Iss. 2. № 814. DOI: 10.3390/app14020814
  3. Зырянов В.М., Кирьянова Н.Г., Коротков И.Ю. и др. Системы накопления энергии: российский и зарубежный опыт // Энергетическая политика. 2020. № 6 (148). С. 76-87. DOI: 10.46920/2409-5516_2020_6148_76
  4. Токарев И.С., Югай В.Ф., Толмачев В.Н. и др. Применение систем накопления электроэнергии в составе генерирующего оборудования систем электроснабжения производственных объектов ПАО «Газпром» // Газовая промышленность. 2023. № S3 (853). С. 34-40.
  5. Das C.K., Bass O., Kothapalli G. et al. Overview of energy storage systems in distribution networks: Placement, sizing, operation, and power quality // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 91. P. 1205-1230. DOI: 10.1016/j.rser.2018.03.068
  6. Fotopoulou M., Pediaditis P., Skopetou N. et al. A Review of the Energy Storage Systems of Non-Interconnected European Islands // Sustainability. 2024. Vol. 16. Iss. 4. № 1572. DOI: 10.3390/su16041572
  7. Alsalman A.S., Alharbi T., Mahfouz A.A. Enhancing the Stability of an Isolated Electric Grid by the Utilization of Energy Storage Systems: A Case Study on the Rafha Grid // Sustainability. 2023. Vol. 15. Iss. 17. № 13269. DOI: 10.3390/su151713269
  8. Mercier P., Cherkaoui R., Oudalov A. Optimizing a Battery Energy Storage System for Frequency Control Application in an Isolated Power System // IEEE Transactions on Power Systems. 2009. Vol. 24. Iss. 3. P. 1469-1477. DOI: 10.1109/TPWRS.2009.2022997
  9. Нестеренко Г.Б., Зырянов В.М., Нешта А.С. и др. Методика расчета параметров системы накопления энергии для снижения расходов предприятия на электроэнергию / Электроэнергетика глазами молодежи: Материалы XI Международной научно-технической конференции, 15-17 сентября 2020, Ставрополь, Россия. В 2 т. Т. 2. Ставрополь: Северо-Кавказский федеральный университет, 2020. С. 175-178.
  10. Senchilo N.D., Ustinov D.A. Method for Determining the Optimal Capacity of Energy Storage Systems with a Long-Term Forecast of Power Consumption // Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 21. № 7098. DOI: 10.3390/en14217098
  11. Dobush V.S., Belsky A.A., Skamyin A.N. Electrical Complex for Autonomous Power Supply of Oil Leakage Detection Systems in Pipelines // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1441. № 012021. DOI: 10.1088/1742-6596/1441/1/012021
  12. Nian Shi, Yi Luo. Energy Storage System Sizing Based on a Reliability Assessment of Power Systems Integrated with Wind Power // Sustainability. 2017. Vol. 9. Iss. 3. № 395. DOI: 10.3390/su9030395
  13. Sioshansi R., Madaeni S.H., Denholm P. A Dynamic Programming Approach to Estimate the Capacity Value of Energy Storage // IEEE Transactions on Power Systems. 2014. Vol. 29. Iss. 1. P. 395-403. DOI: 10.1109/TPWRS.2013.2279839
  14. Сокольникова Т.В., Суслов К.В., Ломбарди П. Определение оптимальных параметров накопителя для интеграции возобновляемых источников энергии в изолированных энергосистемах с активными потребителями // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 10 (105). С. 206-211.
  15. Fossati J.P., Galarza A., Martín-Villate A., Fontan L. A method for optimal sizing energy storage systems for microgrids // Renewable Energy. Vol. 77. P. 539-549. DOI: 10.1016/j.renene.2014.12.039
  16. Степаненко В.П. Определение параметров накопителей энергии комбинированных силовых установок // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016. № 8. С. 166-174.
  17. Гусев Ю.П., Субботин П.В. Разработка усовершенствованной методики выбора параметров и мест размещения систем накопления электроэнергии в распределительных электрических сетях // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2019. Т. 19. № 2. С. 48-61. DOI: 10.14529/power190206
  18. Балуев Д.Ю., Зырянов В.М., Кирьянова Н.Г., Пранкевич Г.А. Методика расчета основных параметров накопителя энергии по экспериментальным нагрузочным диаграммам // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 5 (136). С. 105-114. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-5-105-114
  19. Bakhteev K., Fedotov A., Chernova N., Misbakhov R. Methodological approaches to the choice of energy storage and optimization of their parameters to improve the electric power quality in various types of electric power systems / 10th International Scientific Symposium on Electrical Power Engineering (ELEKTROENERGETIKA 2019), 16-18 September 2019, Stara Lesna, Slovakia. Stara Lesna: Technical University of Kosice – Department of Electric Power Engineering, 2019. P. 488-493.
  20. Шпенст В.А., Бельский А.А., Орел Е.А. Повышение энергоэффективности автономного электротехнического комплекса с возобновляемыми источниками энергии на основании адаптивной регулировки режимов работы // Записки Горного института. 2023. Т. 261. С. 479-492.
  21. Абрамович Б.Н., Богданов И.А. Повышение эффективности автономных электротехнических комплексов нефтегазовых предприятий // Записки Горного института. 2021. Т. 249. С. 408-416. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.10
  22. Belsky A.A., Glukhanich D.Y. Standalone power system with photovoltaic and thermoelectric installations for power supply of remote monitoring and control stations for oil pipelines // Renewable Energy Focus. 2023. Vol. 47. № 100493. DOI: 10.1016/j.ref.2023.100493
  23. Zhukovskiy Y.L., Kovalchuk M.S., Batueva D.E., Senchilo N.D. Development of an Algorithm for Regulating the Load Schedule of Educational Institutions Based on the Forecast of Electric Consumption within the Framework of Application of the Demand Response // Sustainability. 2021. Vol. 13. Iss. 24. № 13801. DOI: 10.3390/su132413801
  24. Lavrik A., Zhukovskiy Y., Tcvetkov P. Optimizing the Size of Autonomous Hybrid Microgrids with Regard to Load Shifting // Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 16. № 5059. DOI: 10.3390/en14165059
  25. Бачурин П.А., Гладков Д.С., Зырянов В.М. и др. Испытания промышленного образца системы накопления энергии СНЭ-10-1200-400 при совместной работе с ГПУ в составе экспериментальной энергосистемы // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 2 (59). С. 18-24.
  26. Dulout J., Jammes B., Alonso C. et al. Optimal sizing of a lithium battery energy storage system for grid-connected photovoltaic systems / 2017 IEEE Second International Conference on DC Microgrids, 27-29 June 2017, Nuremberg, Germany. IEEE, 2017. P. 582-587. DOI: 10.1109/ICDCM.2017.8001106
  27. Bardanov A.I., Vasilkov O.S., Pudkova T.V. Modeling the process of redistributing power consumption using energy storage system with various configurations to align the electrical loads schedule // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1753. № 012013. DOI: 10.1088/1742-6596/1753/1/012013
  28. Ustinov D.A., Khomiakov K.A. Determination of Dynamic Characteristics for Predicting Electrical Load Curves of Mining Enterprises // Electricity. 2022. Vol. 3. Iss. 2. № 162-181. DOI: 10.3390/electricity3020010
  29. Бельский А.А., Добуш В.С. Анализ характеристик российских литий-ионных аккумуляторных батарей // Промышленная энергетика. 2019. № 9. С. 25-32.
  30. Kuchak S.V., Brovanov S.V. Investigation of Impulse and Continuous Discharge Characteristics of Large-Capacity Lithium-Ion Batteries // Processes. 2022. Vol. 10. Iss. 12. № 2473. DOI: 10.3390/pr10122473
  31. Федотов А.И., Федотов Е.А., Абдуллазянов А.Ф. Использование электрохимических накопителей энергии в системах автономного электроснабжения для снижения расхода топлива энергоустановок // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 1. С. 3-17. DOI: 10.30724/1998-9903-2021-23-1-3-17
  32. Castro M., Alcanzare., Esparcia Jr.E., Ocon J. A Comparative Techno-Economic Analysis of Different Desalination Technologies in Off-Grid Islands // Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 9. № 2261. DOI: 10.3390/en13092261
  33. Moradi-Shahrbabak Z., Jadidoleslam M. A new index for techno-economical comparison of storage technologies considering effect of self-discharge // IET Renewable Power Generation. 2023. Vol. 17. Iss. 7. P. 1699-1712. DOI: 10.1049/rpg2.12704
  34. Castro M.T., Esparcia Jr. E.A., Ocon J.D. A Comparative Future Levelized Cost of Storage of Static Electrochemical and Mechanical Energy Storage Technologies in 1-MW Energy and Power Applications // Chemical Engineering Transactions. 2022. Vol. 94. P. 355-360. DOI: 10.3303/CET2294059
  35. Мельников В.Д., Нестеренко Г.Б., Лебедев Д.Е. и др. Проблемы, перспективы применения и методика расчета нормированной стоимости накопления электрической энергии // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019. Т. 11. № 4 (44). С. 30-36.
  36. Прохоров Д.А., Семенов Е.В. Сравнение показателя LCOE атомных электростанций и тэплоэлектростанций на примере энергоблоков ВВЭР-ТОИ и ПГУ-410 // Вестник науки. 2023. Т. 4. № 6 (63). С. 964-970.
  37. Токарев И.С., Васильков О.С., Шклярский Я.Э. и др. Выбор параметров системы накопления электроэнергии по критерию усовершенствованного показателя нормированной стоимости для объектов ПАО «Газпром» большой мощности // Научные труды КубГТУ. 2024. № 2. С. 170-184. DOI: 10.26297/2312-9409.2024.2.15

Similar articles

Industrial clusters as an organizational model for the development of Russia petrochemical industry
2024 Tatyana V. Ponomarenko, Ilya G. Gorbatyuk, Aleksei E. Cherepovitsyn
Analyzing friction bolts load bearing capacity in varying rock masses: an experimental study in Anti Atlas Imiter silver mining region, Morocco
2024 Soufi Amine, Ouadif Latifa, Souissi Mohammed, Zerradi Youssef, Bahi Anas
Evaluation of the effectiveness of water dust-suppressing emulsions based on acrylic and alkyd polymers
2024 Valeria V. Strokova, Anastasiya Yu. Ryazanova, Irina Yu. Markova, Margarita A. Stepanenko, Eduard M. Ishmukhametov
Analysing the problems of reproducing the mineral resource base of scarce strategic minerals
2024 Natalya V. Pashkevich, Vera Sergeevna Khloponina, Nikolai A. Pozdnyakov, Anastasiya A. Avericheva
Peculiarities of formation, isomorphism and geochemistry of trace elements of sphalerite and wurtzite unusual varieties from the Goniatite occurrence (Pai-Khoi Ridge, Nenets Autonomous District)
2024 Aleksandr B. Makeyev, Ilya V. Vikentyev, Elena V. Kovalchuk, Vera D. Abramova, Vsevolod Yu. Prokofyev
Substantiation of the optimal performance parameters for a quarry during the stage-wise development of steeply dipping ore deposits
2022 Sergey I. Fomin, Maxim P. Ovsyannikov