Автономная плавучая фотоэлектрическая опреснительная установка для производства водорода
Аккумулятор FIAMM FG 20201
Ученые смоделировали систему производства водорода с использованием солнечной энергии, состоящую из 32 050 фотоэлектрических панелей, насосной системы, установки обратного осмоса для опреснения морской воды, электролизера и резервуара для хранения водорода. Эксплуатация этой системы в Омане потенциально может обеспечить удельную стоимость электроэнергии на уровне 0,05 доллара США за кВт·ч и удельную стоимость водорода на уровне 9,5 доллара США за кг.
Схема системы
Исследовательская группа из Эксетерского университета в Великобритании смоделировала автономную систему производства экологически чистого водорода с использованием технологии плавучих фотоэлектрических систем (FPV) и опреснения морской воды методом обратного осмоса (SWRO). Система предназначена для поддержки экологически чистой мобильности в Омане.
Предполагалось, что система будет работать в Аравийском море, в портовом городе Дукм, примерно в 600 км к югу от Маската.
«Ключевой особенностью этой системы является синергия фотоэлектрических систем, опреснения и производства водорода, что представляет собой альтернативу наземным фотоэлектрическим системам, электролизу с использованием пресной воды и электромобилям», — рассказала автор исследования Ариттра Гош. «Полученные результаты представляют собой чёткую и практичную дорожную карту для стран Персидского залива и других регионов с жарким климатом, позволяющую использовать богатые ресурсы солнечной энергии и морской воды для крупномасштабного производства водорода без конкуренции за землю или пресную воду».
Согласно долгосрочным метеорологическим данным, полученным с помощью Meteonorm 8.1, годовая глобальная горизонтальная облученность (ГГО) на этом участке составляет 2094,7 кВт·ч/м², а годовая рассеянная горизонтальная облученность — 890,2 кВт·ч/м². Среднегодовая температура окружающей среды составляет 26,62 °C, а ежемесячные колебания варьируются от примерно 22,5 °C в январе до 30,7 °C в мае.
Система вырабатывает электроэнергию с помощью 32 050 монокристаллических двусторонних модулей мощностью 600 Вт каждый с КПД 21,2 %, что в сумме составляет около 20 МВт. Выработанная электроэнергия поступает на насосы для морской воды, установку обратного осмоса (RO) для опреснения воды и электролизер с протонообменной мембраной (PEM). Насос мощностью 122,5 кВт перекачивает морскую воду с побережья в установку для опреснения воды производительностью 31,59 м³/сутки. Затем пресная вода используется в электролизере мощностью 9,9 МВт для производства водорода, который хранится в композитном резервуаре типа III. Из этого резервуара водители различных автомобилей и автобусов, работающих на водороде, могут заправлять свои транспортные средства.
С помощью программного обеспечения для моделирования PVsyst было установлено, что плавучая фотоэлектрическая установка вырабатывает 33,68 ГВт·ч энергии в год при удельной выработке 1751 кВт·ч/кВт·ч в год и коэффициенте полезного действия 78,7 %. Кроме того, система ежедневно вырабатывает 1755 кг водорода, а нормализованная стоимость воды (LCOW) составляет 1,8 доллара США за м³.
«В ходе этого исследования было установлено, что приведенная стоимость энергии (LCOE) составляет 0,05 доллара США за кВт·ч, а приведенная стоимость водорода (LCOH) — 9,5 доллара США за кг. Для сравнения: среднемировой показатель LCOE для солнечной фотоэлектрической энергии составляет 0,043 доллара США за кВт·ч, а целевой показатель LCOH для «зеленого» водорода к 2030 году — 4,5–6,5 доллара США за кг», — сказал Гош. «Эти результаты наглядно демонстрируют жизнеспособность предложенной интегрированной системы FPV–SWRO–водород, подчёркивая её конкурентоспособность и большой потенциал для дальнейшей оптимизации».
В заключение учёный сказал, что они уже проводят последующие исследования. «Сейчас мы работаем в двух направлениях: во-первых, разрабатываем более оптимизированную стратегию для снижения стоимости электроэнергии, а во-вторых, оцениваем долгосрочное влияние на производительность электролизёра с протонообменной мембраной», — сказал Гош.
Система была представлена в статье «Очистка морской воды с помощью плавучих фотоэлектрических систем и электролизера для производства экологически чистого водорода в Омане» в Solar Compass.