Pētnieki Hanze University of Applied Sciences Groningenā Nīderlandē pirmo reizi ir pētījuši, kā apvienot ūdeņraža ražošanu unAkumulatora enerģijas uzglabāšanas sistēmaar jumta PV enerģiju vai mazām vēja turbīnāmSavrupa PV sistēmamājsaimniecībām.
"Cik mums ir zināms, nevienā publicētā pētījumā ūdeņraža sistēma netika izmantota kā galvenā krātuve, hibridizējot atjaunojamos enerģijas avotus ar baterijām, un, pats galvenais, nevienā pētījumā nav ņemtas vērā mainīgās prasības ūdeņraža protonu apmaiņas membrānas (PEM) elektrolizatoriem. ražošanu un uzglabāšanu, izstrādājot ārpus tīkla atjaunojamās enerģijas sistēmas," norādīja grupa, piebilstot, ka baterijas ir paredzēts izmantot, lai izvairītos no ierobežošanas gadījumos, kad ūdeņraža ražošanai nevar piešķirt prioritāti.
Zinātnieki paskaidroja, ka ūdeņradisHibrīda PV sistēmaPamatojoties uz PEM elektrolīzi, piedāvā priekšrocības, jo tās ir ātras reaģēšanas sistēmas, kas piemērotas uzglabāšanas sistēmām, kurās ūdeņraža sistēma darbojas kā galvenā uzglabāšanas vienība, kas savienota ar akumulatoru kā sekundāro krātuvi. Tomēr viņi arī uzsvēra, ka elektrolīzes rezultātā iegūtais ūdeņradis ir jāizžāvē un jāattīra no ūdens un skābekļa pēdām, pirms to var izmantot.
Piedāvātā sistēma ir paredzēta saules enerģijas pārpalikuma uzglabāšanai, un akumulators darbojas kā primārā uzglabāšanas iekārta tikai tad, ja ūdeņraža ražošana nav pieejama uzreiz. Tas sastāv no 4,5 kW PEM ūdeņraža elektrolīzes sistēmas, 0,85 m3 ūdeņraža uzglabāšanas tvertnes, 0,8 kW attīrīšanas iekārtas, PEM ūdeņraža degvielas šūnas un litija jonu akumulatora. "Degvielas šūna var piegādāt enerģiju tikai tieši patērētājam, un tā neuzlādē akumulatoru un neatbalsta elektrolizatoru," skaidroja akadēmiķi. "Elektrolizatora un degvielas elementa darbībai ir nepieciešams attiecīgi demineralizēts ūdens un gaiss."
Sistēma paļaujas arī uz spiediena regulēšanas vārstu, lai iestatītu ūdeņraža izejas spiedienu, ko bez ārējiem līdzekļiem var iestatīt uz gandrīz 50 bāriem. Tas spēj arī uzturēt elektrolizatora darbību, ja saules enerģijas pārpalikums ir pietiekami tuvu elektrolizatora minimālajai jaudai un paredzamā jaudas pārpalikums nākamajās 10 minūtēs ir salīdzinoši augsts. "Tā izmanto akumulatoru, lai uzglabātu enerģiju, ja jauda vai enerģijas ilgums no atjaunojamiem enerģijas avotiem ir nepietiekams, lai elektrolizatora sistēma varētu palaist un darboties," sacīja zinātnieki.
Pētniecības grupa simulēja sistēmas veiktspēju, izmantojot Python programmatūru, un izmantoja vairākas ievades, lai izlemtu, kā uzglabāt elektroenerģiju, ja ir pārpalikums. Viņi pieņēma, ka sistēma tiks izvietota tipiskā savrupmājā Nīderlandē ar gada pieprasījumu 4 MWh.
Simulācija parādīja, ka labākā sistēmas konfigurācija PV avotam ietver 2,65 kW saules bloku ar 35 grādu slīpuma leņķi un 180 grādu azimuta leņķi. Tika pieņemts, ka PV sistēmas izmaksas ir 1317 eiro (1430 ASV dolāri)/kW, savukārt elektrolizatora un degvielas elementa izmaksas tika lēstas attiecīgi 9677 eiro un 7500 eiro apmērā. Ūdeņraža tvertnes izmaksas bija norādītas 1915 eiro apmērā, bet 2,93 kW akumulatora izmaksas bija 372,5 eiro/kWh.
Analīze parādīja, ka elektrolizators nekādā gadījumā nevarēja strādāt ar maksimālo nominālo jaudu, kas nozīmē, ka to var samazināt, tādējādi samazinot sistēmas izmaksas, uzsvēra pētnieki. "Jūtības analīze, mainot elektrolizatora nominālo jaudu, parādīja, ka elektrolizators ar nominālo jaudu no 1550 W līdz 2,000 W ir piemērotāks un rentablāks šajā pētījumā definētās bāzes gadījuma konfigurācijai. "Viņi tālāk paskaidroja, piebilstot, ka akumulatora optimālā jauda ir aptuveni 3 kW.
Simulācijas sērija arī parādīja, ka paļaušanās tikai uz vēja enerģiju bija rentablāka nekā tikai saules enerģijas izmantošana, savukārt abu avotu kombinācija sniedza labākos rezultātus. "Attīrīšanas iekārtai nepieciešamo enerģiju var uzskatīt par nenozīmīgu visos scenārijos," piebilda akadēmiķi, norādot, ka turpmākajos pētījumos ierosinātais risinājums būtu jāpārbauda plašākā mērogā vai sistēmā, kas integrē siltuma ražošanu.
