The purpose of this work is to develop a model for balancing the processes of the generation and consumption of electricity, taking into account the random nature of these processes. The subject of the study is hybrid power systems that use traditional and renewable energy sources and have the properties of a local network. Such systems are sensitive to variable generation modes, and the presence of rapid changes in power requires short time intervals. The presence of wind and solar power plants makes it difficult to ensure a balance of power, which increases the need for intermediate energy storage. The research method is a mathematical modeling of random processes of energy consumption and generation, which allows for the analysis of the current power balancing and the obtaining of the integrated characteristics of the state of energy storage and reuse. The unique goal of the study is to take into account the power gradients and the state of charge of the batteries. The results of the study allow for the comparison of the different configurations of the power system in terms of balance, storage needs, and energy loss. It has been shown that the increase in battery capacity and speed limitations are nonlinearly related to the possibilities of energy conservation and the probability of the incomplete use of the capabilities of the energy storage system.

The combination of several non-guaranteed random energy sources (RES), conventional sources, and nonconstant consumer loads in a local system leads to stochastic power imbalances. This study objective consists in determining the possibilities of ensuring the power balance in a hybrid power generation system with a standby generator and a search for the methods of calculating the optimal parameters to achieve energy balance. This objective is achieved by simulating the processes inherent in wind and solar power engineering and the regimes of energy consumption through a combination of random functions with a standard probability distribution. Aggregated data on weather factors for several years in a region with a high renewable energy potential which can be used to describe the behavior of wind and solar energy over time were used as experimental data. The use of multiple simulations of random processes with calculated parameters has made it possible to draw conclusions about the presence of certain ratios of power and the generator control modes. These ratios can determine minimum energy and consumption losses, reduce the likelihood of energy imbalance, more efficiently use the reserved power. Specific features of the stochastic nature of RES related to the presence of trends and random fluctuations at short hourly intervals were additionally taken into account. Possibilities of varying the conditions of and switching on and off of the standby generator were provided. The existence of some ranges was established for the installed power of the generator outside which its use becomes inefficient. The proposed approach makes it possible to find the probability of various system states, assess the reliability of energy supply, and minimize unproductive losses.

The object of research is the energy efficiency of the electrolysis process in electrolyzers with alkaline electrolyte electrical parameters. The existing problem consists in obtaining the energy efficiency of the process in an electrolyzer with an alkaline electrolyte of more than 65 %. To solve this problem, it is proposed to manufacture an electrolyzer with metal electrodes made of stainless steel and separated from each other by a gas-tight membrane (Bologna cloth) to separate hydrogen and oxygen gases. To establish the energy efficiency characteristics, an experimental installation was made, and the necessary measuring equipment was also used. In the course of the work, a research methodology was developed and the necessary calculation of the measured values was carried out. As a result, the influence of the operating voltage on the consumption of the current flowing through the electrodes of the electrolyzer and the power consumed by it was revealed, the values of which increase with the increase of the operating voltage. It was established that the energy efficiency of the process in electrolyzers with an alkaline electrolyte decreases with an increase in the operating voltage. At operating voltages of 3 V, 4 V, and 5 V, the energy efficiency is 85.7 %, 77 %, and 70 %, respectively. The proposed technique involves conducting experimental studies directly on a functioning electrolyzer. The practical implementation of the use of a gas-tight membrane (Bologna fabric) can help reduce the cost of manufacturing an electrolyzer. Therefore, the presented research will be useful for the industrial production of hydrogen.

This study investigates solar energy photovoltaic conversion processes while exploring new approaches to identify potential areas for the installation of photovoltaic stations. This research aims to enhance existing methodologies of technical-achievable potential calculation, considering the specificity of territories, the possibility of installing rooftop photovoltaic stations, and the current development of photovoltaic technologies. The developed methodology considers the type of stations, urban building specifics during the calculation of suitable areas for photovoltaic station installation, the potential for installing small and medium rooftop stations, and the modern technical characteristics of photovoltaic modules. The refinement of the PV panels and PV station area ratio calculations revealed that its value depends on the type and power of the station, varying from 0 to 1. This approach simplifies the determination of power capacity of a station that can be installed in a designated area. Consideration of the technical characteristics of the latest photoelectric conversion technologies demonstrates a significant potential increase compared to the existing calculation methodologies. Calculations conducted using the developed methodology revealed that the technically achievable potential of solar energy conversion for Ukraine is 369 TWh/year (254 GWp DC). This figure exceeds the estimations of existing calculation methodologies at least twice. The obtained results showed a significantly greater potential for solar energy in Ukraine, which expands the possibilities of using photovoltaic technologies to supply energy to consumers. This is especially important during the war because of the insufficient electricity production by existing power plants, many of which have been destroyed.

Метою даної роботи є визначення оптимального співвідношення різних джерел відновлюваної енергії в гібридних енергосистемах, базуючись на оцінках випадкової складової потужностей генерації та споживання електроенергії. Для цього розглядаються короткотермінові коливання потужності, спричинені природними змінами сонячної та вітрової енергії в діапазоні менше години. Такі зміни впливають на можливості регулювання частоти й напруги, а також стійкості систем електропостачання. Предметом дослідження є пропорція вітрової та сонячної генерації, а також її загальний рівень у споживанні електроенергії, а предметом оптимізації – варіативність сукупної генерованої потужності. Особливістю роботи є синхронне співставленні рівнів генерації енергії та її споживання різними локальними споживачами. Методи дослідження – математична модель комбінації випадкових процесів та безпосереднє використання статистичних даних в якості експериментальних. Методом оптимізації обрано побудову поверхні відгуку, що забезпечує візуалізацію результатів при задовільній точності. При необхідності результат уточнюється методом дихотомії. Результати дослідження порівнюються за рівнем впливу погодних факторів, для чого розглядаються дані різних пір року. Отримані залежності дозволяють також оцінити вплив енергетичної ефективності вітрової та сонячної енергетики як технологічного фактору. Істотним результатом є оцінка впливу точності прогнозування потужностей генерації і споживання на енергетичний баланс при складанні графіків роботи енергосистеми – так, наявність добового прогнозу дозволяє в півтора рази збільшити потужність ВДЕ при збереженні рівня варіативності. Встановлено наявність оптимальних співвідношень потужності ВЕС та СЕС, при яких мінімізується загальна варіативність енергобалансу. В умовах України це складає приблизно третину номінальної потужності ВДЕ за рахунок ВЕС та дві третини СЕС, однак результати суттєво залежать від сезону. Запропоновано критерії оптимальності, що враховують випадкову природу досліджуваних процесів, це дає можливість імовірнісної оцінки результатів. Бібл. 13, рис. 6.

Метою даної роботи є вирішення багатокритеріальної задачі оптимізації для локальної енергосистеми (ЛЕС) з відновлюваними джерелами енергії (ВДЕ). В традиційній енергетиці основною задачею є мінімізація собівартості електроенергії, але при застосуванні відновлюваних джерел енергії на перший план виступає надійність енергозабезпечення, враховуючи мінливу природу генерації таких ВДЕ, як вітрові та сонячні електростанції. Предметом дослідження є пропорції вітрової, сонячної генерації та систем зберігання енергії, що забезпечують задані вимоги до надійності при мінімальній собівартості електроенергії. Особливістю даного дослідження є врахування невизначеності режимів споживання та використання відновлюваних джерел енергії. Методи дослідження включають застосування статистичного підходу та імітаційне генерування випадкових процесів для стохастичної оптимізації витрат. В якості вихідних даних використовуються історичні (статистичні) дані про споживання енергії та кліматичні фактори, які впливають на генерацію. Для показників надійності істотними є не лише середні значення, а й показники варіації (дисперсія, щільність розподілу, граничні відхилення). Невизначеність, пов'язана з відновлюваними джерелами, може призвести до невизначеності експлуатаційних витрат. Додатковим джерелом невизначеностей є змінний характер споживання електроенергії. Ризики проекту полягають в небезпеці втратити частину енергії чи не забезпечити потреби споживача. Наявність акумуляторів енергії знижує ризики, але збільшує вартість проекту. Результатом дослідження є спосіб оптимізації такої системи. Ризик можна визначити як дисперсію випадкової складової, тоді цільовими функціями будуть собівартість енергії та стандартне відхилення небалансу потужностей. Для пошуку оптимального рішення при двох критеріях застосовано математичну модель поточного стану енергосистеми з різнотипними ВДЕ та системою акумулювання. Огинаюча множини станів є лінією можливих оптимальних значень. Обмеженнями задачі є вимоги до надійності, наприклад довірча імовірність небалансу генерації та споживання. Бібл. 11, табл. 2, рис. 3.