Водород может смягчить последствия отключения в плавучих гидроаккумулирующих системах с фотоэлектрическими насосами

Аккумулятор FIAMM 12FGL70

Ученые из итальянского Университета Кальяри исследовали возможность интеграции электролизера воды с плавающей гидроаккумулирующей системой с фотоэлектрическим насосом. Они обнаружили, что в условиях резкого сокращения выработки электроэнергии производство водорода помогает стабилизировать эффективность системы и снизить удельную стоимость электроэнергии по сравнению с системой без электролизера.

Исследователи из итальянского Университета Кальяри изучили возможность интеграции электролизера воды в систему плавучего гидроаккумулирующего накопителя с фотоэлектрическим насосом (FPV-PHES), проанализировав эффективность системы и удельную стоимость электроэнергии (LCOE) при различных уровнях сокращения выработки.

Результаты представлены в научной статье Производство «зелёного» водорода для смягчения последствий отключения в системах плавучих фотоэлектрических накопителей энергии с гидроаккумулятором (FPV-PHES), опубликованной в Journal of Energy Storage.

«Новизна нашей работы заключается в том, что мы показали: технические и экономические проблемы, вызванные высоким уровнем использования возобновляемых источников энергии, затрагивают и гибридные установки, такие как фотоэлектрические системы с накопителями энергии, если их мощность не рассчитана с учётом сокращения выработки», — рассказал автор исследования Лука Мильяри в интервью журналу PV. «Благодаря интеграции такого гибкого компонента, как электролизер, эти риски можно снизить, поскольку сокращаемая в противном случае электроэнергия преобразуется в экологически чистый водород, а стабилизированные затраты становятся практически независимыми от условий сокращения выработки».

Моделирование проводилось на основе системы PHES, установленной на итальянском острове Сардиния. Она включала в себя турбину Фрэнсиса, четыре насоса мощностью 1,205 МВт и два насоса мощностью 0,627 МВт. Верхний резервуар находится на высоте от 55,45 до 118 м, а нижний — на высоте от 38 до 45 м. Предполагается, что он будет работать в условиях типичного метеорологического года (ТМГ) для Сардинии, характеризующегося средней и максимальной глобальной интенсивностью излучения (ГИИ) 0,2 кВт/м2 и 1,1 кВт/м2 соответственно, а также годовой глобальной интенсивностью излучения 1758 кВт·ч/м2.

Плавающая фотоэлектрическая система, используемая в этой системе, состоит из модулей мощностью 500 Вт с углом наклона 10◦. Общая мощность системы FPV в исследовании варьировалась от 0 до 25 МВт, при этом основным вариантом было 25 МВт. Вместе с PHES эта система была протестирована в двух сетевых сценариях. В первом сценарии вся избыточная энергия FPV подавалась в сеть, а во втором сценарии в сеть ничего не подавалось.

В ходе исследования также была протестирована возможность добавления в систему анионообменной мембраны (АОМ) мощностью от 0 до 20 МВт при тех же сценариях подключения к сети. В данном случае мощность АОМ составляла около 15 МВт. Система управления фотоэлектрической энергией в первую очередь задействует PHES, затем АОМ и, если это возможно, сеть.

По словам Мильяри, самым поразительным открытием стал резкий контраст между сценариями. «Без электролизера эффективность может упасть до 24 %, а стоимость электроэнергии — вырасти до 280 долларов за МВт·ч в условиях значительного сокращения потребления. С электролизером эффективность стабилизируется на уровне 61 %, стоимость электроэнергии составляет 145 долларов за МВт·ч, а водород можно производить по цене 8,5 долларов за кг», — сказал Мильяри. «Это показывает, что производство водорода не только создаёт дополнительную ценную продукцию, но и защищает систему от риска сокращения производства».

Мильяри добавил, что его исследовательская группа продолжит изучать стратегии по снижению рисков, связанных с сокращением выработки электроэнергии, как с технической, так и с рыночной точки зрения. «С технической точки зрения мы изучаем различные варианты гибридизации и хранения энергии. С рыночной точки зрения мы анализируем, как формирование цен на электроэнергию и водород, а также доходы от гибких услуг могут повысить рентабельность гибридных фотоэлектрических систем», — пояснил он.