Питание паромов с помощью плавучих фотоэлектрических панелей и водорода
Ученые из Малайзии провели технико-экономическое и экологическое исследование системы «зеленого» топлива для парома, курсирующего между островами в их стране. С помощью 40 000 солнечных панелей они смогли обеспечить энергией два рейса туда и обратно в день. Сокращение выбросов CO₂ за год составило 23,75 млн кг.
Компоненты водородной системы на пароме
Исследовательская группа под руководством учёных из Университета Малайзии Паханг Аль-Султан Абдулла провела технико-экономическое и экологическое исследование системы, в которой используются плавучие солнечные батареи для производства водорода, используемого в качестве топлива для небольших паромов. В качестве примера они проанализировали паром на 250 пассажиров, который курсирует между малайзийским Теренггану и островом Реданг, преодолевая расстояние в 60 км за один рейс.
«Это первое комплексное исследование, в котором оценивается целесообразность использования плавучих солнечных электростанций для производства водорода для паромных перевозок на короткие расстояния в Юго-Восточной Азии, — рассказал журналу PV Судхакар Кумарасами, автор исследования. — Хотя возобновляемые источники энергии на шельфе и электротопливо изучались отдельно, это исследование представляет собой комплексную технико-экономико-экологическую модель, охватывающую всю цепочку создания стоимости — от производства солнечной энергии на шельфе, опреснения морской воды, электролиза водорода, сжижения, хранения и логистики заправки паромов».
Моделирование системы в основном проводилось на PVGIS24. Она включала в себя плавучую фотоэлектрическую установку мощностью 20 МВт, состоящую из 40 000 солнечных панелей мощностью 500 Вт каждая. Они расположены под углом 10° и ориентированы на юг. В системе используются литий-ионные аккумуляторы напряжением 12 В и ёмкостью 100–200 Ач на единицу. Он приводит в действие установку для опреснения морской воды, которая подает воду в протонообменный электролизер для получения водорода. Водород хранится в баллонах типа III, а на бункеровочной станции используется система перекачки с берега на судно. Для бункеровочной инфраструктуры требуется 260 кВт при суточной производительности 500 кг.
На острове Реданг, где проводилось моделирование, тропический климат с температурой от 27 до 29 °C и влажностью от 74 % до 86 %.
Солнечная радиация составляет 5,003 кВт·ч/м² в день, средняя скорость ветра — 10 км/ч, а количество осадков — 2600 мм в год. Капитальные затраты оценивались в 4–5 млн ринггитов (950 600–1,2 млн долларов США) за 1 МВт плавучей солнечной электростанции, 3–4 млн ринггитов за 1 МВт пароэлектрического модуля, 1–1,5 млн ринггитов за тонну хранилища водорода, 250 000–400 000 ринггитов за 1 МВт системы опреснения и в общей сложности 8–12 млн ринггитов за заправочную станцию. Предполагалось, что ставка дисконтирования составит 6 %, а срок реализации проекта — 21 год.
«Исследование показало, что плавучая солнечная электростанция мощностью 20 МВт может вырабатывать около 637 619 МВт·ч солнечной энергии, сокращая выбросы CO₂ на 23,75 млн кг в год и производя около 12 892 тонн водорода в течение всего срока службы», — добавил Кумарасами. «Производство водорода тесно связано с солнечной активностью: пик производства приходится на апрель-май (около 58 000 кг в месяц), а в декабре наблюдается значительное снижение (35 665 кг в месяц) — разница составляет около 60 %. Сокращение объема газообразного водорода (до 24 000 м³) до объема сжиженного водорода (около 850 м³ на пике) — примерно на 96 % — демонстрирует исключительную важность сжижения для практического хранения на море».
Кроме того, результаты показали, что система может обеспечивать примерно два цикла «заправка — транспортировка» в день. Это означает, что приведенная стоимость энергии (LCOE) составляет 0,276 ринггита за кВт·ч, а приведенная стоимость водорода — 13,64 ринггита за кг. «Это выше, чем у традиционных видов топлива, но все равно конкурентоспособно, учитывая сокращение выбросов в течение всего срока службы и преимущества электронного водорода в плане плотности энергии, а также в рамках прогнозируемых глобальных показателей, установленных Международным энергетическим агентством (МЭА) для «зеленого» водорода к 2030 году», — заключил Кумарасами.