Водородные мосты низкого давления заполняют сезонные пустоты в японском здании, работающем на солнечной энергии

Аккумулятор Challenger A12-120

Корпорация Taisei продемонстрировала, что здание может полностью функционировать на солнечной энергии, если объединить фотоэлектрическую генерацию с гибридной системой хранения энергии, включающей в себя аккумуляторы и водород низкого давления. Это было сделано на испытательном полигоне в Иокогаме. По данным компании, система с поддержкой EMS, в которой используются литий-ионные аккумуляторы и электролиз с протонообменной мембраной, обеспечивает баланс между краткосрочным и долгосрочным спросом и предложением энергии, что позволяет использовать возобновляемые источники энергии круглый год.

Японский промышленный и строительный конгломерат Taisei Corporation продемонстрировал, что здание может полностью функционировать на солнечной энергии за счет сочетания фотоэлектрической генерации с гибридной системой хранения энергии, включающей аккумуляторы и водород низкого давления.

Пилотный проект был разработан на испытательном полигоне компании Zero Energy Building (ZEB), расположенном в районе Тоцука, в центрально-западной части города Иокогама, префектура Канагава, Япония.

Система основана на системе управления энергопотреблением (EMS), разработанной компанией Taisei. Она координирует работу литий-ионных аккумуляторов для краткосрочного хранения энергии и системы хранения водорода низкого давления для долгосрочного сезонного перераспределения энергии.

Система управления энергопотреблением постоянно балансирует спрос и предложение, направляя избыточную энергию, вырабатываемую солнечными панелями, либо на непосредственное потребление в здании, либо на зарядку аккумуляторов, либо на электролизер для производства водорода. Когда солнечной энергии недостаточно, накопленная энергия возвращается в здание либо из аккумуляторов, либо путем преобразования водорода в электричество с помощью топливных элементов. Система хранения энергии состояла из двух литий-ионных аккумуляторов емкостью 450 кВт⋅ч, электролизера с протонообменной мембраной (ПОМ) производительностью 5,0 Нм3/ч, резервуара для водорода объемом 2000 Нм3 и топливного элемента мощностью 5 кВт.

По словам представителей компании, эффективность этого подхода была подтверждена в реальных условиях эксплуатации, начавшихся зимой 2023 года. В один из солнечных дней в июне 2024 года, когда солнце светило 12,1 часа, система выработала 444 кВт·ч электроэнергии. Из них 57 кВт·ч было потреблено непосредственно зданием, а 155 кВт·ч были накоплены в аккумуляторах и позже частично разряжены для покрытия ночного потребления. Остальные 232 кВт·ч были использованы для производства и хранения водорода для дальнейшего использования.

Для сравнения: в зимний день в феврале 2025 года, когда световой день был короче, система выработала 297 кВт⋅ч солнечной энергии. Потребность в электроэнергии в вечернее и ночное время удовлетворялась за счет водорода, накопленного в предыдущие сезоны, а топливные элементы обеспечили здание 168 кВт⋅ч.

«Применение нашей системы управления энергопотреблением показало, что как краткосрочный, так и долгосрочный баланс спроса и предложения может быть надежно достигнут в соответствии с планом за счет координации работы аккумуляторных батарей и хранилищ водорода низкого давления в зависимости от текущего спроса на энергию и условий ее выработки», — говорится в заявлении компании без предоставления дополнительных технических подробностей.

В перспективе Taisei планирует еще больше повысить эффективность своей системы управления энергопотреблением и гибридной системы хранения энергии. Компания стремится создать полностью оптимизированную систему для круглогодичного использования возобновляемых источников энергии в зданиях.

Помимо этого проекта, компания Taisei активно участвует в демонстрационных проектах по производству, хранению, транспортировке и использованию водорода в рамках своей более масштабной деятельности по декарбонизации энергетической системы Японии. В настоящее время компания участвует в испытаниях цепочки поставок водорода, которая связывает возобновляемые источники электроэнергии с производством и хранением водорода для использования в строительстве и региональном энергоснабжении.