EN
Vety vs. akkujen varastointi pitkäkestoisissa energiahankkeissa
Projektitiimien, jotka suunnittelevat uusiutuvan energian varastointijärjestelmiä, oikea kysymys ei yleensä ole pelkästään »vety vai akut?« Vaan se on, tarvitseeko hanke tehokasta päivittäistä käyttöä, useapäiväistä kestävyyttä, vuodenajan mukaista energiansiirtoa vai kaikkia kolmea yhdessä. Vetyä käyttävä aurinkoenergian varastointi ja akkuvarastointi ratkaisevat eri osia kyseisestä ongelmasta, joten uskottava vertailu alkaa käyttösyklillä eikä pelkällä päätehokkuusluvulla.
B2B-projektien arvioinnin näkökulmasta akut ovat yleensä vahvimmin käytössä silloin, kun sähköä on palautettava nopeasti ja usein. Vety tulee merkityksellisemmäksi, kun ylijäämäistä uusiutuvaa sähköä on siirrettävä pidempien aukkojen yli ja energiakapasiteetin on kasvettava ilman, että tehomuuntolaitteiston kokoa lisätään suhteellisesti. Monille kohteille käytännöllisin ratkaisu on hybridirakennelma, ei voittaja-saa-kaiken valinta.
Aloita vetyä aurinkoenergian varastointiin liittyvän varastoinnin kestosta ja toimitusmallista
Pitkäkestoinen energiavarasto on yleensä varasto, joka pystyy purkamaan energiaa kahdeksan tuntia tai pidempään. Tämä määritelmä on hyödyllinen, mutta se on edelleen liian laaja hankintatarkoituksiin. Neljän tunnin iltaisin huippukulutus, 24 tunnin sääilmiö ja viikon mittainen vähäinen uusiutuvan energian tuotanto asettavat erilaisia vaatimuksia järjestelmälle.
- Paristot: Hyvin sopii usein toistuvaan, korkean tehokkuuden sykliin, huippukulutuksen tasaukseen, tehon nousun hallintaan ja päivän aikana tuotetun aurinkoenergian siirtämiseen.
- Vety: Mahdollisesti sopii usean päivän tai pidempiin energiavarastoihin, harvinaiseen varavoiman tarpeeseen sekä projekteihin, joissa on suuria määriä muuten katkaistavaa uusiutuvaa energiantuotantoa.
- Hybridijärjestelmät: Käytä akkuja nopeaan reaktioon ja vetyä pitkäkestoiseen energiaturvaan.
Vetyä käytettäessä aurinkoenergian varastointiin on mitattava sekä odotettu purkuaika tunteina että peräkkäisten vähäisen tuotannon päivien lukumäärä. Tämä estää projektitiimin soveltamasta päivittäistä akkusykliä koskevaa vertailuarvoa varavoimavaatimukseen, jolla on eri arvopropositio.
- Ehdotettu vetyä käyttävä aurinkoenergian varastointi projekti, jossa ylijäävä aurinko- tai tuulivoiman sähkö syöttää elektrolysaattorin, vetyä varastoidaan ja polttokenno tai muu muuntopolku voi myöhemmin tuottaa sähköä. Tämä ketju lisää laitteita ja muuntovaiheita, mutta se erottaa energiavaraston sähkötehoyksiköstä. Tämä erottelu on tärkeää, kun projekti vaatii huomattavasti enemmän varastoitua energiaa ilman, että akkusäiliöiden määrää yksinkertaisesti moninkertaistetaan.
Tehokkuus suosii akkuja, mutta vetyyn perustuva aurinkoenergian varastointi muuttaa kestoa koskevaa yhtälöä
Kiertotehokkuus on keskitetty vertailumittari. Litiumioniakkujärjestelmät säilyttävät yleensä huomattavasti suuremman osan niihin tulevasta sähköstä kuin sähkö–vety–sähkö -polku. Julkaistussa regeneratiivisen vedyntuotannon vertailussa viitattiin noin 30 %:n kiertotehokkuuteen viitteellisessä vetyjärjestelmässä ja noin 75–90 %:n kiertotehokkuuteen litiumioniakkuissa; todellinen suorituskyky riippuu elektrolysaattorista, varastointimenetelmästä, puristuksesta tai konditionoinnista, polttokennosta, apulaitteista ja käyttöpisteestä.
Tämä ero tarkoittaa, että akku on yleensä parempi valinta, kun jokainen megawattitunti uusiutuvaa sähköntuotantoa on harvinainen ja laite käytetään usein. Tehokkuus ei kuitenkaan ratkaise kaikkia pitkän keston hankkeita. Jos alhaisen kustannuksen ylijäämäsähköä muuten leikattaisiin, hankkeen saattaa arvostaa säilytettävää kemiallista energiavarastoa enemmän kuin mahdollisimman suurta energian talteenottoa. Vedyn kaasun varastointi voi myös tukea energian saatavuutta pidemmillä aikaväleillä, kun taas akkujärjestelmän taloudellisuus voi tulla herkemmin vaikutettavaksi keston kasvaessa.
Vertaa vetyä, aurinkoenergiaa ja varastointia koskevien jalanjäljen, skaalautuvuuden ja sijaintirajoitusten ominaisuuksia
Akkujärjestelmät ovat modulaarisia ja suhteellisen suoraviivaisia ottaa käyttöön monissa sähköverkon tukisovelluksissa. Kun kuitenkin vaadittu purkuaika laajenee, projektiin lisätään enemmän akkujen energiakapasiteettia sekä lämmönhallintaa, ohjausjärjestelmiä, turvajärjestelmiä ja korvaussuunnittelua. Vetyprojektit puolestaan lisäävät omia sijaintivaatimuksiaan: elektrolysaattori, varastointilaitteet, tasapainojärjestelmän komponentit, ilmanvaihto- ja havaintosuunnittelu sekä sähkötehon muuntolaitteisto.
Edellytön käyttö vedyn kaasun varastointi ei ole se, että jokainen sivu muuttuisi yksinkertaisemmaksi. Kyse on siitä, että teho ja energiakapasiteetti voidaan skaalata eri säätövälineillä. Kehittäjä voi mitoittaa elektrolysaattorin ja tehon tuotantolohkon odotettuun lataus- ja käyttöasteeseen ja arvioida sitten varastointikapasiteettia erikseen halutun varausajan perusteella. Tätä lähestymistapaa tulisi erityisesti huomioida tilanteissa, joissa maan käyttö, toimituslogistiikka, uusiutuvan energian karsinta tai kestävyysvaatimukset tekevät usean päivän varastoinnista suunnittelutavoitteen.
Vetyä, aurinkoenergiaa ja varastointia sekä akkuja käyttävien projekttien vertailumatriisi
| Päätöstekijä | Akun varastointi | Veden varastointi | Mitä testata projektimallissa |
|---|---|---|---|
| Tyypillinen toimintarooli | Nopea reagointi ja usein päivittäiset syklikäytöt | Pitempiaikaista varastointia ja uusiutuvan energian siirtoa | Tunti- ja monipäiväisiä käyttötilanteita |
| Varaston hyötysuhde | Yleensä korkeampi | Yleensä alhaisempi konversiovaiheiden vuoksi | Toimitetun energian arvo, ei pelkästään syöttöenergian arvo |
| Energian keston skaalaus | Lisäaika tarkoittaa yleensä suurempaa akkukapasiteettia | Varastointimäärä voidaan arvioida erikseen tehonmuunnoksesta | Kustannuskäyrä päivittäisestä usean päivän kestosta |
| Vastausnopeus | Hyvin soveltuu nopeaan sähköiseen reaktioon | Riippuu muunnosjärjestelmästä ja käyttötilasta | Nousunopeus- ja katkoreaktiovaatimukset |
| Insinöörintyön keskitys | Ohjausjärjestelmät, lämmönhallinta, tulensuojaus, elinkaarisuunnittelu | Vetykäsittely, varastointireitti, havainto, ilmanvaihto ja prosessiintegraatio | Luvat, turvallisuustapaus, toimintakyky |
Jokaisessa tapauksessa lasketaan toimitetun energian tasattu kustannus vaaditulla kestolla. Vedyn ja aurinkoenergian varastointia mallinnettaessa sähköntuotanto, muunnostappiot, varastointiolosuhteet ja uudelleenmuunnoskuorma on erotettava selkeästi toisistaan; akkuja mallinnettaessa on otettava huomioon kierrostaajuus, hyödynnettävä kapasiteetti, vanheneminen, laajennukset ja korvausvaatimukset. Yhteinen laskentataulukko, joka soveltaa molempiin vaihtoehtoihin samaa luotettavuustavoitetta, on hyödyllisempi kuin pelkkä teknologiatason vertailu.
Kun vetyä käytetään aurinkoenergian varastointiin, se on parempi vaihtoehto
Vetyä käyttävän aurinkoenergian varastoinnin tulisi ottaa lyhyelle listalle, kun projektissa esiintyy toistuvaa ylijäämäistä uusiutuvaa energialähdettä, kun energian saatavuutta tarvitaan pidempään kuin vuorokauden jakso ja kun kyseinen ratkaisu tukee liittyviä prosessi- ja turvallisuusteknisiä vaatimuksia. Sitä kannattaa erityisesti tutkia, kun järjestelmän toimintavarmuus mitataan päivissä eikä tunneissa, kun energian tuotannon rajoittaminen on merkittävää tai kun varastoitua vetyä voidaan hyödyntää useissa eri energiasovelluksissa.
Esimerkiksi tiimit, jotka arvioivat integroitua arkkitehtuuria, voivat tarkastella Vety mikroverkon integroitu ratkaisu alkupisteenä keskustelujen aloittamiseksi uusiutuvan sähkön tuotannon, vetyntuotannon, varastoinnin ja paikallisten kuormien välisistä rajapinnoista. Projekteissa, joissa varastointilohko on keskeinen suunnittelukysymys, Mega-hydrogenivarain yksikkö auttaa määrittelemään fyysisen varastoinnin työvirtaa. Nämä linkit osoittavat asianmukaiset tuotecategoriat; lopullinen mitoitus ja suorituskyky on varmistettava projektin kuormatutkimuksen ja teknisten määrittelyjen perusteella.
Käytä hybridiratkaisua, kun vetyä ja aurinkoenergiaa käytetään energian varastointiin ja kuorma vaihtelee kaikilla aikatasoilla.
Hyödyllinen päätössääntö vetyä ja aurinkoenergiaa käyttävälle energianvarastoinnille on jakaa kuorma nopeaan kerrokseen ja pitkään kerrokseen. Akut voivat hoitaa sekuntien–tuntien mittaisen vaihtelun ja päivittäisen huippukuorman siirtämisen, kun taas vetyä voidaan arvioida harvinaisille, mutta merkittäville usean päivän kestäville tapahtumille. Tämä estää yhden teknologian liiallisen mitoituksen, joka johtaisi kaikkien tehtävien huonoon suorittamiseen.
- Luo tuntikohtainen malli uusiutuvasta sähköntuotannosta ja kuormasta vähintään yhdelle edustavalle vuodelle.
- Tunnista puutteellisten tapahtumien kesto, taajuus ja tehotaso.
- Hinnoittele hukattu energia erikseen ostetusta energiasta.
- Mallinna akkujen ikääntyminen ja korvausvaatimukset yhdessä vetyvarustojen saatavuuden ja huollon kanssa.
- Tarkista turvallisuus-, lupaus-, vesi-, sähköverkkoon liittämis- ja käyttöhenkilökunnan vaatimukset ennen varastointipolun valintaa.
Määritä myös, mitä ”saatavilla olemista” tarkoitetaan pitkäkestoisessa tapahtumassa. Jos vetyä ja aurinkoenergiaa käytetään varavoimana hätätilanteissa, testaa käynnistysaika, vähimmäisvaranto, huoltokatkot ja järjestelmän on palveltava prioriteettikuormia. Jos tarkoituksena on uusiutuvan energian optimointi, arvioi pois jätetyn tuotannon arvo ja sitä, kuinka usein varattua energiaa todella käytetään. Nämä skenaariot johtavat usein hybridiratkaisuun, vaikka yksi teknologia näyttäisikin yksinkertaisen asennuskustannusarvion perusteella edullisemmalta.
Johtopäätös: Valitse vetyä ja aurinkoenergiaa käyttävä varavoimajärjestelmä palveluvaatimusten mukaan
Akut ovat yleensä ensisijaisia, kun projektin vaatimana on korkea tehokkuus ja usein toistuvaa lyhyen tai keskipitkän keston käyttöä. Vedyn perustavaa laatua oleva aurinkoenergian varastointi tulee merkittävämmäksi vaihtoehdoksi, kun projektin on säilytettävä uusiutuvaa energiaa paljon pidempään, kun energiakapasiteetti ja teholähteiden kapasiteetti voidaan suunnitella erillisinä ratkaisuina tai kun rakennetaan joustavaa varavoimajärjestelmää muuten katkaistun sähköntuotannon ympärille. Monissa uusiutuvan energian varastointijärjestelmissä yhteistyössä toimiva akku- ja vetyperustainen suunnittelu voi kohdentaa kummankin teknologian niille tehtäville, joihin se soveltuu parhaiten.