EN
Водородное и аккумуляторное хранение энергии для проектов длительного хранения
Для проектных команд, планирующих системы хранения энергии из возобновляемых источников, правильный вопрос редко сводится лишь к выбору «водород или аккумуляторы?». Гораздо важнее определить, требует ли проект эффективного ежедневного циклирования, устойчивости в течение нескольких дней, сдвига энергии на сезонный период или сочетания всех трёх задач. Водородные системы хранения солнечной энергии и аккумуляторные системы хранения энергии решают разные аспекты этой задачи, поэтому обоснованное сравнение начинается с анализа рабочего цикла, а не с ориентации на показатель общей эффективности.
С точки зрения оценки проектов в B2B-сегменте аккумуляторы обычно наиболее эффективны там, где электроэнергия должна быть возвращена быстро и часто. Водородные решения становятся более актуальными, когда избыточная энергия от возобновляемых источников должна сохраняться в течение более длительных интервалов, а ёмкость энергохранилища должна расти без пропорционального увеличения мощности оборудования преобразования энергии. Для многих объектов наиболее практичным решением является гибридная архитектура, а не выбор одного варианта вместо другого.
Начните с определения продолжительности хранения и графика отбора энергии для систем хранения солнечной энергии с использованием водорода
Накопление энергии на длительный срок обычно подразумевает системы, способные разряжаться в течение восьми часов и более. Такое определение полезно, однако оно по-прежнему слишком общее для целей закупок. Четырёхчасовой вечерний пик, 24-часовое погодное явление и неделя с низким уровнем выработки возобновляемой энергии предъявляют к системе совершенно разные требования.
- Батареи: Хорошо подходит для частого циклирования с высоким КПД, сглаживания пиков нагрузки, управления скоростью изменения мощности и переноса солнечной энергии в течение дня.
- Водород: Потенциально подходит для резервирования энергии на несколько дней и более, редкой аварийной поддержки и проектов с большими объёмами иначе неиспользуемой генерации из возобновляемых источников.
- Гибридные системы: Используйте аккумуляторы для быстрого реагирования, а водород — для обеспечения долгосрочной энергетической надёжности.
Для систем хранения солнечной энергии с использованием водорода необходимо количественно определить как ожидаемую продолжительность разряда в часах, так и количество последовательных дней с низкой генерацией. Это предотвращает применение командой проекта показателей ежедневного циклирования аккумуляторов к требованиям к резервной энергии, обладающим иной ценностью.
В ряде водородные системы хранения солнечной энергии проект, избыточная электроэнергия от солнечных или ветровых электростанций подаётся на электролизёр, водород накапливается, а позже топливный элемент или иной способ преобразования может обеспечить выработку электроэнергии. Такая цепочка требует дополнительного оборудования и промежуточных этапов преобразования, однако она разделяет энергоёмкое хранилище и блок электрической мощности. Такое разделение имеет значение, когда проекту требуется значительно увеличить объём накопленной энергии без простого дублирования парка контейнерных аккумуляторов.
Эффективность склоняется в пользу аккумуляторов, однако применение водорода для хранения солнечной энергии меняет уравнение продолжительности хранения
Коэффициент эффективности цикла «туда и обратно» является ключевым показателем сравнения. Системы литий-ионных аккумуляторов, как правило, сохраняют значительно большую долю электроэнергии, поступающей в них, по сравнению с маршрутом «электроэнергия → водород → электроэнергия». В опубликованном сравнении регенеративных водородных систем для эталонной водородной системы был указан коэффициент эффективности цикла «туда и обратно» примерно 30 %, а для литий-ионных аккумуляторов — около 75–90 %; фактические показатели зависят от электролизёра, способа хранения, компрессии или подготовки водорода, топливного элемента, вспомогательного оборудования и рабочей точки.
Этот разрыв означает, что аккумулятор, как правило, предпочтительнее, когда каждый мегаватт-час возобновляемой генерации дефицитен и объект будет часто проходить циклы зарядки/разрядки. Однако эффективность не определяет выбор во всех проектах длительного хранения энергии. Если избыточная электроэнергия низкой стоимости в противном случае подвергалась бы ограничению (curtailment), проект может придавать большее значение возможности хранения химической энергии в виде запаса, чем максимальному восстановлению энергии. Хранение газообразного водорода также может обеспечивать доступность энергии в течение более длительных интервалов, тогда как экономическая эффективность установки аккумуляторов может снижаться по мере увеличения продолжительности разряда.
Сравнение занимаемой площади, масштабируемости и ограничений на площадке при хранении солнечной энергии в виде водорода
Аккумуляторные системы модульны и сравнительно просты в развертывании для многих применений, связанных с поддержкой электросети. Однако по мере увеличения требуемой продолжительности разряда проект предусматривает добавление большего объёма ёмкости аккумуляторов, а также систем теплового управления, управления, обеспечения безопасности и планирования замены. Проекты по использованию водорода предъявляют собственные требования к площадке: электролизёр, оборудование для хранения, компоненты баланса завода, система вентиляции и обнаружения, а также преобразующее устройство для получения электрической энергии.
Преимущество хранение газообразного водорода дело не в том, что каждый объект становится проще. Речь идёт о том, что мощность и ёмкость энергосистемы можно масштабировать с помощью различных параметров. Разработчик может подобрать электролизёр и блок генерации электроэнергии исходя из ожидаемой скорости зарядки и отдачи энергии, а ёмкость накопителя — отдельно, с учётом требуемого резервного периода. Такой подход заслуживает особого внимания там, где ограничения по площади участка, логистике поставок, вынужденному ограничению выработки возобновляемых источников энергии (curtailment) или требования к устойчивости делают многодневное хранение энергии целевым параметром проектирования.
Сравнительная матрица проектов: хранение энергии на основе водорода и солнечной энергии против аккумуляторных систем
| Фактор принятия решения | Хранение батареи | Хранение водорода | Что проверять в проектной модели |
|---|---|---|---|
| Типичная эксплуатационная роль | Быстрый отклик и частые ежедневные циклы | Резервирование на более длительный срок и смещение выработки энергии из возобновляемых источников | Сценарии отдачи энергии с почасовой и многодневной детализацией |
| Эффективность цикла зарядки/разрядки | Как правило, выше | Обычно ниже из-за промежуточных стадий преобразования | Ценность отданной энергии, а не только входной энергии |
| Масштабирование энергоёмкости по продолжительности | Дополнительная продолжительность обычно означает большую ёмкость аккумулятора | Объём хранения можно оценивать отдельно от преобразования мощности | Кривая затрат — от суточной до многодневной продолжительности |
| Скорость реакции | Хорошо подходит для быстрого электрического отклика | Зависит от системы преобразования и режима эксплуатации | Требования к скорости нарастания мощности и отклику при отключениях |
| Инженерный фокус | Системы управления, тепловой контроль, противопожарная защита, планирование жизненного цикла | Обращение с водородом, путь хранения, обнаружение, вентиляция и интеграция в производственные процессы | Получение разрешений, обоснование безопасности, эксплуатационные возможности |
Для каждого случая рассчитайте усреднённую стоимость доставленной энергии при требуемой продолжительности. Системы хранения солнечной энергии на водороде следует моделировать с чётким разделением электроснабжения, потерь при преобразовании, условий хранения и нагрузки при обратном преобразовании; аккумуляторы следует моделировать с учётом частоты циклов, полезной ёмкости, деградации, расширения и замены. Общая электронная таблица, в которой к обоим вариантам применяется одинаковая цель по надёжности, полезнее, чем сравнение, основанное только на технологии.
Когда водородное солнечное накопление энергии является более предпочтительным вариантом
Водородное солнечное накопление энергии следует включить в краткий список кандидатов, если проект характеризуется регулярными периодами избытка возобновляемой энергии, требует обеспечения энергоснабжения за пределами суточного цикла и допускает соответствующее проектирование процессов и систем безопасности. Особенно целесообразно провести предварительную оценку, когда устойчивость системы измеряется днями, а не часами, когда отключение выработки (curtailment) существенно, или когда накопленный водород может быть востребован в нескольких энергетических приложениях.
Например, команды, оценивающие интегрированную архитектуру, могут рассмотреть Интегрированное решение на основе водородной микросети в качестве отправной точки для обсуждения взаимодействия между генерацией из возобновляемых источников, производством водорода, его хранением и локальными нагрузками. Для проектов, где блок хранения является ключевым вопросом проектирования, Мега устройство хранения водорода может помочь структурировать работу по физическому хранению. Эти ссылки указывают на соответствующие категории продукции; окончательные параметры и характеристики должны быть подтверждены на основе исследования нагрузок и технических требований конкретного проекта.
Используйте гибридный дизайн, когда система хранения солнечной энергии на основе водорода совмещается с нагрузкой, изменяющейся в двух временных масштабах.
Полезное правило принятия решений для систем хранения солнечной энергии на основе водорода — разделить нагрузку на быстрый и долгосрочный слои. Аккумуляторы могут компенсировать колебания в диапазоне от секунд до часов и обеспечивать сдвиг суточных пиков, тогда как водород следует оценивать применительно к редким, но значимым событиям продолжительностью несколько дней. Это позволяет избежать чрезмерного увеличения размеров одного технологического решения, которое плохо справляется со всеми задачами.
- Создайте почасовую модель возобновляемой генерации и нагрузки как минимум на один репрезентативный год.
- Определите продолжительность, частоту и уровень мощности дефицитных событий.
- Устанавливайте отдельные цены на энергию, подвергшуюся ограничению, и на закупаемую энергию.
- Моделируйте деградацию аккумуляторов и предположения об их замене параллельно с доступностью оборудования для работы с водородом и его техническим обслуживанием.
- Перед выбором пути хранения энергии проанализируйте требования в области безопасности, получения разрешений, водоснабжения, подключения к электросети и эксплуатационного персонала.
Также определите, что подразумевается под термином «доступно» в течение продолжительного события. Если цель водородного солнечного энергохранилища — обеспечение аварийной непрерывности электроснабжения, проверьте время запуска системы, минимальный резерв, окна технического обслуживания и приоритетные нагрузки, которые система обязана обеспечивать. Если цель — оптимизация использования возобновляемых источников энергии, оцените стоимость избежанного ограничения выработки и частоту фактического вывода накопленной энергии в сеть. Эти сценарии зачастую приводят к гибридному решению, даже если одна из технологий кажется дешевле при простом сравнении капитальных затрат на установку.
Вывод: выбор водородного солнечного энергохранилища по требуемому сервису
Аккумуляторы, как правило, являются предпочтительным решением, когда проект требует высокой эффективности и частого циклирования в течение коротких или средних промежутков времени. Хранение солнечной энергии в виде водорода становится более привлекательным вариантом, когда необходимо сохранять возобновляемую энергию на значительно более длительные сроки, рассматривать ёмкость по энергии и ёмкость по мощности как независимые параметры проектирования или создавать устойчивый резерв на основе иначе неиспользуемой генерации. Во многих системах хранения энергии на основе возобновляемых источников целесообразно применять координированную конструкцию с использованием аккумуляторов и водорода, при которой каждая технология задействуется для выполнения тех функций, в которых она наиболее эффективна.