Υδρογόνο έναντι αποθήκευσης μπαταριών για ενεργειακά έργα μεγάλης διάρκειας

Υδρογόνο έναντι αποθήκευσης μπαταριών για ενεργειακά έργα μεγάλης διάρκειας

Για τις ομάδες έργων που σχεδιάζουν συστήματα αποθήκευσης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, το σωστό ερώτημα σπάνια είναι απλώς «υδρογόνο ή μπαταρίες;» Αντίθετα, είναι εάν το έργο χρειάζεται αποτελεσματική κυκλοφορία καθημερινά, αντοχή για πολλές ημέρες, μετατόπιση ενέργειας κατά τη διάρκεια των εποχών ή συνδυασμό και των τριών. Αποθήκευση ηλιακής ενέργειας με υδρογόνο και αποθήκευση ενέργειας με μπαταρίες επιλύουν διαφορετικά τμήματα αυτού του προβλήματος, επομένως μια αξιόπιστη σύγκριση ξεκινά με τον κύκλο λειτουργίας και όχι με έναν αριθμό απόδοσης που εμφανίζεται επικεφαλίδα.

Από την άποψη της επαγγελματικής αξιολόγησης έργων (B2B), οι μπαταρίες είναι συνήθως πιο αποτελεσματικές όπου η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να επιστρέφεται γρήγορα και συχνά. Το υδρογόνο γίνεται πιο σχετικό όταν πλεονάζουσα ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές πρέπει να αποθηκευτεί για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα και η χωρητικότητα ενέργειας πρέπει να αυξηθεί χωρίς αναλογική διεύρυνση του εξοπλισμού μετατροπής ισχύος. Για πολλούς τοποθεσίες, το πιο πρακτικό αποτέλεσμα είναι μια υβριδική αρχιτεκτονική, όχι μια επιλογή «ο νικητής παίρνει όλα».

Ξεκινήστε με τη διάρκεια αποθήκευσης και το πρότυπο αποστολής για την αποθήκευση ηλιακής ενέργειας με υδρογόνο

Η αποθήκευση ενέργειας μεγάλης διάρκειας συζητείται συνήθως ως αποθήκευση που μπορεί να αποδίδει ενέργεια για οκτώ ώρες ή περισσότερο. Αυτός ο ορισμός είναι χρήσιμος, αλλά παραμένει ακόμη πολύ ευρύς για τη διαδικασία προμηθειών. Ένα τετράωρο αιχμής φορτίου το βράδυ, ένα 24ωρο καιρικό γεγονός και μία εβδομάδα με χαμηλή παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας επιβάλλουν πολύ διαφορετικές απαιτήσεις σε ένα σύστημα.

• Μπαταρίες: Ιδανική εφαρμογή για συχνή, υψηλής απόδοσης κυκλοφορία, μείωση αιχμής, έλεγχο ράμπας και μετατόπιση ηλιακής ενέργειας εντός της ημέρας.
• Υδρογόνο: Δυνητική εφαρμογή για ενεργειακά αποθέματα πολυημερούς ή μακρότερης διάρκειας, υποστήριξη σε περιπτώσεις σπάνιων εκτάκτων αναγκών και έργα με μεγάλους όγκους αλλωστε αποκοπτόμενης παραγωγής ανανεώσιμης ενέργειας.
• Υβριδικά Συστήματα: Χρησιμοποιήστε μπαταρίες για γρήγορη ανταπόκριση και υδρογόνο για το «μακρύ ουρά» της ενεργειακής επάρκειας.

Για την αποθήκευση ηλιακής ενέργειας με υδρογόνο, ποσοτικοποιήστε τόσο τις προβλεπόμενες ώρες απόδοσης όσο και τον αριθμό διαδοχικών ημερών με χαμηλή παραγωγή. Αυτό εμποδίζει την ομάδα ενός έργου να εφαρμόσει ένα πρότυπο μπαταρίας που χρησιμοποιείται καθημερινά σε μία απαίτηση αποθεματοποίησης ενέργειας που έχει διαφορετική αξιακή προσφορά.

Σε μια αποθήκευση ηλιακής ενέργειας με υδρογόνο ένα έργο, όπου το πλεόνασμα ηλιακής ή αιολικής ενέργειας τροφοδοτεί έναν ηλεκτρολύτη, το υδρογόνο αποθηκεύεται και μια κυψέλη καυσίμου ή άλλος μηχανισμός μετατροπής μπορεί αργότερα να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η αλυσίδα προσθέτει εξοπλισμό και επιπλέον βήματα μετατροπής, αλλά αποχωρίζει τη δεξαμενή ενέργειας από το ηλεκτρικό μπλοκ ισχύος. Αυτή η αποχώριση έχει σημασία όταν ένα έργο απαιτεί σημαντικά μεγαλύτερη αποθηκευμένη ενέργεια, χωρίς απλώς να διπλασιάζει μια στόλο δοχείων μπαταριών.

Η απόδοση ευνοεί τις μπαταρίες, αλλά η αποθήκευση ηλιακής ενέργειας με υδρογόνο αλλάζει την εξίσωση της διάρκειας

Η απόδοση μεταφοράς προς τα εμπρός και προς τα πίσω είναι ένα κεντρικό μέτρο σύγκρισης. Τα συστήματα μπαταριών λιθίου-ιόντος συνήθως διατηρούν ένα πολύ μεγαλύτερο μερίδιο της ηλεκτρικής ενέργειας που εισέρχεται σε αυτά σε σύγκριση με μια διαδρομή ηλεκτρικής ενέργειας προς υδρογόνο και στη συνέχεια προς ηλεκτρική ενέργεια. Μια δημοσιευμένη σύγκριση αναγεννητικού υδρογόνου χρησιμοποίησε περίπου 30% απόδοση μεταφοράς προς τα εμπρός και προς τα πίσω για ένα αναφοράς σύστημα υδρογόνου και ανέφερε περίπου 75–90% για μπαταρίες λιθίου-ιόντος· η πραγματική απόδοση εξαρτάται από τον ηλεκτρολύτη, τη μέθοδο αποθήκευσης, τη συμπίεση ή την επεξεργασία, το κυψέλη καυσίμου, τα βοηθητικά συστήματα και το σημείο λειτουργίας.

Αυτό το κενό σημαίνει ότι μια μπαταρία είναι γενικά η καλύτερη επιλογή όταν κάθε μεγαβατώρα (MWh) ανανεώσιμης παραγωγής είναι σπάνια και το στοιχείο θα υποβάλλεται συχνά σε κύκλους. Ωστόσο, η απόδοση δεν καθορίζει κάθε έργο μακράς διάρκειας. Εάν η φθηνή πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια θα περικόπτονταν διαφορετικά, το έργο ενδέχεται να αποδίδει μεγαλύτερη αξία σε μια αποθηκεύσιμη χημική ενεργειακή απόθεμα παρά στη μέγιστη ανάκτηση ενέργειας. Αποθήκευση αερίου υδρογόνου μπορεί επίσης να υποστηρίζει τη διαθεσιμότητα ενέργειας για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα, ενώ η οικονομική βιωσιμότητα μιας εγκατάστασης μπαταριών μπορεί να γίνει πιο ευαίσθητη καθώς αυξάνεται η διάρκεια λειτουργίας.

Σύγκριση του απαιτούμενου χώρου, της κλιμάκωσης και των περιορισμών του χώρου εγκατάστασης στην αποθήκευση ενέργειας από ηλιακή ενέργεια με υδρογόνο

Τα συστήματα μπαταριών είναι επαναληπτικά (modular) και σχετικά απλά στην εγκατάσταση για πολλές εφαρμογές υποστήριξης του δικτύου. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η απαιτούμενη διάρκεια απόδοσης ενέργειας, το έργο προσθέτει περισσότερη ενεργειακή χωρητικότητα μπαταριών, καθώς και συστήματα διαχείρισης θερμότητας, ελέγχου, ασφαλείας και σχεδιασμού αντικατάστασης. Τα έργα υδρογόνου προσθέτουν δικές τους απαιτήσεις χώρου: έναν ηλεκτρολύτη, εξοπλισμό αποθήκευσης, συστατικά του υπόλοιπου εξοπλισμού εγκατάστασης (balance-of-plant), σχεδιασμό εξαερισμού και ανίχνευσης, καθώς και ένα στοιχείο μετατροπής για ηλεκτρική παραγωγή.

Το πλεονέκτημα αποθήκευση αερίου υδρογόνου δεν είναι ότι κάθε τοποθεσία γίνεται απλούστερη. Είναι ότι η ισχύς και η χωρητικότητα ενέργειας μπορούν να κλιμακωθούν με διαφορετικούς μοχλούς. Ένας αναπτυξιακός φορέας μπορεί να προσδιορίσει το μέγεθος του ηλεκτρολύτη και του μπλοκ παραγωγής ισχύος σύμφωνα με το αναμενόμενο ρυθμό φόρτισης και αποστολής, και στη συνέχεια να αξιολογήσει ξεχωριστά τη χωρητικότητα αποθήκευσης σε σχέση με την επιθυμητή περίοδο αποθεματικού. Αυτή η προσέγγιση αξίζει ιδιαίτερης προσοχής όπου οι περιορισμοί στη διαθεσιμότητα γης, στην εφοδιαστική λογιστική, στην απόρριψη ανανεώσιμης ενέργειας ή στις απαιτήσεις ανθεκτικότητας καθιστούν την αποθήκευση για πολλές ημέρες στόχο σχεδιασμού.

Πίνακας Σύγκρισης Έργου Υδρογόνου-Ηλιακής Ενέργειας έναντι Έργου Μπαταριών

Για κάθε περίπτωση, υπολογίστε το εξισορροπημένο κόστος παρεχόμενης ενέργειας για την απαιτούμενη διάρκεια. Η αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου-ηλιακής ενέργειας πρέπει να μοντελοποιηθεί με ξεχωριστή αναφορά στην παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, τις απώλειες μετατροπής, τις συνθήκες αποθήκευσης και το καθήκον επαναμετατροπής· οι μπαταρίες πρέπει να μοντελοποιηθούν με υποθέσεις για ρυθμό κύκλων, χρησιμοποιήσιμη χωρητικότητα, φθορά, επέκταση και αντικατάσταση. Ένα κοινό υπολογιστικό φύλλο που εφαρμόζει τον ίδιο στόχο αξιοπιστίας και στις δύο επιλογές είναι πιο χρήσιμο από μια σύγκριση που βασίζεται αποκλειστικά στην τεχνολογία.

Όταν η αποθήκευση ενέργειας με υδρογόνο και ηλιακή ενέργεια είναι καλύτερη επιλογή

Η αποθήκευση ενέργειας με υδρογόνο και ηλιακή ενέργεια πρέπει να συμπεριληφθεί στον σύντομο κατάλογο όταν το έργο παρουσιάζει επαναλαμβανόμενο πλεόνασμα ανανεώσιμης ενέργειας, χρειάζεται διαθεσιμότητα ενέργειας πέραν του ημερήσιου κύκλου και μπορεί να υποστηρίξει τη σχετική μηχανική διαδικασίας και ασφάλειας. Είναι ιδιαίτερα αξιόλογο να εξεταστεί όταν η ανθεκτικότητα μετράται σε ημέρες αντί για ώρες, όταν η περικοπή ενέργειας είναι σημαντική ή όταν το αποθηκευμένο υδρογόνο μπορεί να έχει αξία σε περισσότερες από μία ενεργειακές εφαρμογές.

Για παράδειγμα, οι ομάδες που αξιολογούν μια ενσωματωμένη αρχιτεκτονική μπορούν να εξετάσουν ένα Λύση Εντεγράμμενου Μικροδικτύου Υδρογόνου ως σημείο εκκίνησης για τη συζήτηση των διεπαφών μεταξύ της παραγωγής ανανεώσιμης ενέργειας, της παραγωγής υδρογόνου, της αποθήκευσης και των τοπικών φορτίων. Για έργα όπου το μπλοκ αποθήκευσης είναι κεντρικό ερώτημα σχεδιασμού, ένα Μεγάλη μονάδα αποθήκευσης υδρογόνου μπορεί να βοηθήσει στον καθορισμό της ροής εργασίας της φυσικής αποθήκευσης. Αυτοί οι σύνδεσμοι καθορίζουν τις σχετικές κατηγορίες προϊόντων· η τελική διαστασιολόγηση και η απόδοση πρέπει να επαληθευτούν έναντι της μελέτης φορτίου και των μηχανικών προδιαγραφών του έργου.

Χρησιμοποιήστε έναν Υβριδικό Σχεδιασμό Όταν η Αποθήκευση Ενέργειας Υδρογόνου-Ηλιακής Ενέργειας Ικανοποιεί Φορτίο Δύο Κλιμάκων

Ένας χρήσιμος κανόνας απόφασης για την αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου-ηλιακής ενέργειας είναι να απεικονιστεί το φορτίο σε μία γρήγορη στρώση και μία μακρά στρώση. Οι μπαταρίες μπορούν να αντιμετωπίσουν τη μεταβλητότητα από δευτερόλεπτα έως ώρες και τη μετατόπιση των ημερήσιων αιχμών, ενώ το υδρογόνο μπορεί να αξιολογηθεί για σπάνια, αλλά σημαντικά γεγονότα πολυημερούς διάρκειας. Αυτό αποφεύγει την υπερδιαστασιολόγηση ενός μοναδικού τεχνολογικού συστήματος που θα εκτελούσε όλες τις εργασίες με κακή απόδοση.

1. Δημιουργήστε ένα ωριαίο μοντέλο ανανεώσιμης παραγωγής και φορτίου για τουλάχιστον ένα αντιπροσωπευτικό έτος.
2. Προσδιορίστε τη διάρκεια, τη συχνότητα και το επίπεδο ισχύος των γεγονότων έλλειψης.
3. Τιμολογήστε την ενέργεια που περικόπτεται ξεχωριστά από την ενέργεια που αγοράζεται.
4. Μοντελοποιήστε την απόδοση των μπαταριών και τις υποθέσεις αντικατάστασής τους, σε συνδυασμό με τη διαθεσιμότητα και τη συντήρηση του εξοπλισμού υδρογόνου.
5. Ελέγξτε τις απαιτήσεις ασφαλείας, άδειας, ύδατος, σύνδεσης με το δίκτυο και λειτουργικού προσωπικού προτού επιλέξετε μια διαδρομή αποθήκευσης.

Ορίστε επίσης τι σημαίνει «διαθέσιμο» κατά τη διάρκεια μιας παρατεταμένης επείγουσας κατάστασης. Εάν ο σκοπός της αποθήκευσης ενέργειας με υδρογόνο και ηλιακή ενέργεια είναι η εξασφάλιση συνέχειας λειτουργίας σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, ελέγξτε τον χρόνο εκκίνησης, το ελάχιστο αποθεματικό, τα παράθυρα συντήρησης και τα φορτία προτεραιότητας που πρέπει να εξυπηρετεί το σύστημα. Εάν ο σκοπός είναι η βελτιστοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ελέγξτε την αξία της ενέργειας που αποφεύγεται να παραβλεφθεί (avoided curtailment) και τη συχνότητα με την οποία η αποθηκευμένη ενέργεια διατίθεται πραγματικά. Αυτά τα σενάρια οδηγούν συχνά σε υβριδικό σχεδιασμό, ακόμη και όταν μία τεχνολογία φαίνεται φθηνότερη με βάση το απλό κόστος εγκατάστασης.

Συμπέρασμα: Επιλέξτε την αποθήκευση ενέργειας με υδρογόνο και ηλιακή ενέργεια με βάση τις απαιτήσεις υπηρεσίας

Οι μπαταρίες συνήθως προτιμώνται όταν το έργο απαιτεί υψηλή απόδοση και συχνές κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης σύντομης ή μεσαίας διάρκειας. Η αποθήκευση ηλιακής ενέργειας με υδρογόνο γίνεται πιο ελκυστική όταν το έργο πρέπει να διατηρεί ανανεώσιμη ενέργεια για πολύ μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα, να αντιμετωπίζει την ενεργειακή χωρητικότητα και την ισχύ ως ξεχωριστές επιλογές σχεδιασμού ή να δημιουργεί ανθεκτικό εφεδρικό απόθεμα γύρω από παραγωγή που διακόπτεται διαρκώς. Για πολλά συστήματα αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας, ένα συντονισμένο σχέδιο μπαταρίας και υδρογόνου μπορεί να αναθέσει σε κάθε τεχνολογία τη λειτουργία που είναι καλύτερα προσαρμοσμένη να εκτελέσει.