พลังงานไฮโดรเจนช่วยสนับสนุนโครงการไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนอย่างไร

พลังงานไฮโดรเจนช่วยสนับสนุนโครงการไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนอย่างไร

การผลิตพลังงานหมุนเวียนมีมากเพียงพอเมื่อสภาพอากาศเอื้ออำนวยและปริมาณความต้องการต่ำ แต่โครงการผลิตไฟฟ้าก็ยังจำเป็นต้องมีแผนจัดการกับไฟฟ้าที่ผลิตได้นอกช่วงเวลาดังกล่าว การเก็บพลังงานไฮโดรเจน ให้ผู้พัฒนาโครงการสามารถแปลงส่วนหนึ่งของพลังงานลมหรือพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินให้กลายเป็นตัวพาพลังงานที่เก็บรักษาได้ แทนที่จะมองว่าการลดกำลังการผลิต (curtailment) เป็นการสูญเสียที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ โครงการสามารถใช้ไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนขับเคลื่อนอุปกรณ์แยกน้ำด้วยไฟฟ้า (electrolyser) เก็บไฮโดรเจนที่ได้ไว้ และนำไฮโดรเจนไปใช้ในภายหลัง ณ จุดที่โครงการต้องการพลังงานที่มีความยืดหยุ่น

สำหรับทีมธุรกิจถึงธุรกิจ (B2B) ที่ประเมินระบบจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน มูลค่าของไฮโดรเจนไม่ได้อยู่ที่การแทนที่เทคโนโลยีจัดเก็บพลังงานทุกชนิด แต่อยู่ที่ความสามารถของระบบจัดเก็บพลังงานจากไฮโดรเจนในการขยายขอบเขตระยะเวลาของการดำเนินโครงการ โดยเฉพาะเมื่อความต้องการเปลี่ยนผ่านจากสมดุลพลังงานภายในวันเดียวไปสู่การวางแผนพลังงานแบบหลายวัน แบบตามฤดูกาล แบบเสริมความมั่นคง (resilience) หรือแบบใช้งานได้หลายวัตถุประสงค์

เหตุใดโครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนจึงต้องการระบบจัดเก็บพลังงานที่มีระยะเวลาการเก็บนานกว่าระบบแบบระยะสั้น

การผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์และลมเปลี่ยนแปลงตามชั่วโมง รูปแบบสภาพอากาศ และฤดูกาล แบตเตอรี่มักเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการตอบสนองอย่างรวดเร็วและช่วงเวลาที่ต้องเลื่อนการใช้พลังงานสั้นๆ อย่างไรก็ตาม โครงการหนึ่งๆ อาจเผชิญช่องว่างที่ยาวนานขึ้นด้วย เช่น การผลิตพลังงานหมุนเวียนต่ำเป็นเวลานาน ความแตกต่างของปริมาณการผลิตตามฤดูกาล การเชื่อมต่อกับระบบสายส่งที่มีข้อจำกัด หรือความจำเป็นในการเก็บพลังงานไว้ใช้ในเหตุการณ์ปฏิบัติการที่จะเกิดขึ้นภายหลัง ในกรณีดังกล่าว การจัดเก็บพลังงานในรูปของไฮโดรเจนจะเพิ่มเส้นทางการจัดเก็บเชิงเคมีเข้าไปควบคู่กับการจัดเก็บในรูปของพลังงานไฟฟ้า

คำถามที่มีประโยชน์สำหรับโครงการจึงไม่ใช่ “ควรใช้แบตเตอรี่หรือไฮโดรเจน?” แต่เป็น “แต่ละสินทรัพย์สามารถให้บริการได้ในระยะเวลาเท่าใด รอบการทำงาน (duty cycle) อย่างไร และเหมาะกับการใช้งานปลายทางแบบใด?” กระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกา (U.S. Department of Energy) จัดกลุ่มเทคโนโลยีที่สามารถจัดเก็บพลังงานได้นาน 10 ชั่วโมงขึ้นไป ไว้ภายใต้กรอบการมุ่งเน้นด้านการจัดเก็บพลังงานระยะยาว (long-duration storage) นอกจากนี้ การประเมินของหน่วยงานดังกล่าวยังอธิบายถึงระบบจัดเก็บไฮโดรเจนแบบสองทิศทาง (bidirectional hydrogen storage) สำหรับสถานการณ์ตามฤดูกาลที่กินเวลานานกว่า 700 ชั่วโมง ข้อมูลเหล่านี้เป็นเพียงแนวทางสำหรับการวางแผน ไม่ใช่การรับประกันประสิทธิภาพสำหรับสถานที่เฉพาะเจาะจง แต่สามารถแสดงให้เห็นว่าทำไมขอบเขตเวลาของการจัดเก็บที่ยาวนานขึ้นจึงส่งผลต่อการออกแบบระบบทั้งหมด

วิธีการที่ระบบจัดเก็บพลังงานจากไฮโดรเจนสามารถกักเก็บพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกิน

ลำดับขั้นตอนหลักนั้นเรียบง่าย เมื่อการผลิตพลังงานหมุนเวียนเกินมูลค่าของการส่งออกในทันที หรือการใช้ภายในสถานที่ อิเล็กโทรไลเซอร์จะใช้ไฟฟ้าแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนกับออกซิเจน จากนั้นไฮโดรเจนจะถูกจัดเก็บผ่านวิธีการหนึ่งที่เลือกตามความจุของโครงการ สภาพพื้นที่ เหตุผลด้านความปลอดภัย และลักษณะการปล่อยพลังงานที่ต้องการ ต่อมา ไฮโดรเจนสามารถส่งไปยังเซลล์เชื้อเพลิงหรืออุปกรณ์ปลายทางอื่นที่ได้รับการรับรอง หรือใช้โดยตรงเป็นวัตถุดิบในกรณีที่มีความต้องการที่เหมาะสม

1. วัดปริมาณส่วนเกิน: ใช้การคาดการณ์การผลิต ประวัติการลดกำลังการผลิต (curtailment) และข้อมูลโหลด เพื่อระบุช่วงเวลาที่มีพลังงานพร้อมใช้งาน
2. แปลงอย่างเลือกสรร: ดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสภายใต้ข้อจำกัดด้านไฟฟ้า น้ำ และการควบคุมของโครงการ
3. จัดเก็บให้สอดคล้องกับระยะเวลาที่ต้องการ: เลือกวิธีการจัดเก็บให้สอดคล้องกับระยะเวลาที่พลังงานจำเป็นต้องคงอยู่
4. จัดส่งตามลำดับความสำคัญ: สำรองไฮโดรเจนเพื่อความยืดหยุ่น ใช้ผลิตไฟฟ้าในภายหลัง ใช้ในภาคอุตสาหกรรม หรือใช้ร่วมกันตามวัตถุประสงค์ที่กำหนดไว้

เส้นทางการแปลงพลังงานเป็นไฮโดรเจนนี้สามารถช่วยให้โครงการดูดซับพลังงานส่วนเกินที่มิฉะนั้นจะถูกตัดทิ้ง นอกจากนี้ยังเปลี่ยนเครื่องกำเนิดพลังงานหมุนเวียนแบบหนึ่งวัตถุประสงค์ให้กลายเป็นแพลตฟอร์มพลังงานที่ยืดหยุ่นมากขึ้น ทั้งนี้โดยเงื่อนไขว่าระบบทั้งหมดได้รับการออกแบบให้สอดคล้องกับสภาวะการปฏิบัติงานจริงและขอบเขตความปลอดภัย

ในสถานที่ที่ระบบจัดเก็บพลังงานด้วยไฮโดรเจนเสริมสร้างความยืดหยุ่นของโครงการ

การจัดเก็บพลังงานจากไฮโดรเจนนั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งเมื่อโครงการต้องรักษาพลังงานไว้ในช่วงที่มีการหยุดชะงักเป็นเวลานาน ไม่ใช่เพียงแค่ปรับสมดุลโหลดสูงสุดรายวันเท่านั้น ไมโครกริดแบบห่างไกล สถานที่ที่มีโหลดสำคัญ หรือโครงการพลังงานหมุนเวียนที่ดำเนินงานภายใต้ข้อจำกัดของการเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าหลัก สามารถใช้ไฮโดรเจนที่จัดเก็บไว้เป็นหนึ่งในองค์ประกอบของแผนความทนทานได้ อย่างไรก็ตาม การออกแบบยังคงต้องมีขอบเขตที่ชัดเจน เช่น โหลดใดบ้างที่ถือว่าสำคัญ ระยะเวลาอิสระ (autonomy period) ที่ต้องการ อุปกรณ์แปลงพลังงานใดที่ติดตั้งไว้ และระบบจะถูกทดสอบอย่างไร

ตัวอย่างเช่น แนวคิดไมโครกริดไฮโดรเจนสามารถผสานรวมการผลิตพลังงานหมุนเวียน ระบบควบคุม การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (electrolysis) การจัดเก็บ และการจ่ายไฟฟ้าในภายหลังเข้าด้วยกันในสถาปัตยกรรมที่ประสานงานกันอย่างลงตัว รูปแบบที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับลักษณะของโหลดและจุดเชื่อมต่อ ไม่ใช่ขึ้นอยู่กับการอ้างอิงทั่วไปว่าชุดอุปกรณ์ใดชุดหนึ่งสามารถใช้ได้กับทุกโครงการ ทีมงานที่พิจารณาแนวทางนี้สามารถศึกษาเอกสารของ Hyto ได้ โซลูชันไมโครกริดแบบบูรณาการด้วยไฮโดรเจน เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการอภิปรายทางเทคนิคที่ปรับให้เหมาะกับโครงการแต่ละแห่ง

การจัดเก็บพลังงานระยะยาวสร้างทางเลือกเพิ่มเติมสำหรับสินทรัพย์พลังงานหมุนเวียน

เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นตัวพาพลังงาน มันจึงสามารถสนับสนุนคุณค่าได้มากกว่าหนึ่งด้านเมื่อโครงการมีเส้นทางที่น่าเชื่อถือในการใช้งานไฮโดรเจนนั้น ผู้พัฒนาอาจให้ความสำคัญกับการจ่ายไฟฟ้าในระยะหลัง สำรองกำลังการผลิตเพื่อการดำเนินงานที่จำเป็นอย่างยิ่ง หรือประสานการผลิตเข้ากับความต้องการใช้ไฮโดรเจนของภาคอุตสาหกรรม ความยืดหยุ่นนี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานหมุนเวียนส่วนเกินได้ แต่ควรประเมินภายใต้สมมุติฐานที่โปร่งใสเกี่ยวกับการแปลงพลังงาน การจัดเก็บ การส่งมอบ ชั่วโมงการปฏิบัติงาน และการซื้อขาย

นี่คือเหตุผลที่การจัดเก็บพลังงานไฮโดรเจนแบบระยะยาวควรประเมินในระดับระบบโดยรวม มาตรการที่เกี่ยวข้องไม่ใช่เพียงแค่กำลังการผลิตของอิเล็กโทรไลเซอร์หรือปริมาตรไฮโดรเจนที่จัดเก็บไว้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณพลังงานหมุนเวียนที่พร้อมใช้งาน ระยะเวลาการจัดเก็บ สินทรัพย์ที่ใช้แปลงพลังงาน ความต้องการในการจ่ายไฟ สาธารณูปโภคภายในสถานที่ ขั้นตอนการปฏิบัติงาน และการขยายขนาดในอนาคต การมองภาพในระดับโครงการจะช่วยให้สามารถระบุและจัดทำแผนผังขอบเขตการเชื่อมต่อเหล่านี้ได้ง่ายขึ้น สำหรับบริบทการวางแผนที่เกี่ยวข้อง โปรดดูที่ Hyto’s โครงการเก็บพลังงานระยะยาว .

กรอบการประเมินที่ใช้งานได้จริงสำหรับทีมโครงการ

ก่อนระบุระบบเก็บพลังงานไฮโดรเจน ผู้เป็นเจ้าของโครงการและทีมวิศวกรควรจัดทำเอกสารปัญหาทางธุรกิจที่ระบบเก็บพลังงานนั้นต้องแก้ไข เริ่มต้นด้วยการวิเคราะห์ลักษณะการผลิตพลังงานหมุนเวียน (renewable profile) และลักษณะการใช้พลังงาน (load profile) จากนั้นจึงทดสอบตัวเลือกระบบเก็บพลังงานต่าง ๆ โดยใช้เกณฑ์การตัดสินใจเดียวกัน

การใช้กรอบแนวคิดนี้ตั้งแต่ระยะเริ่มต้นจะช่วยหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไป คือ การเลือกเทคโนโลยีการเก็บพลังงานก่อนที่จะกำหนดระยะเวลาและบริการที่โครงการต้องการอย่างแท้จริง นอกจากนี้ยังทำให้การสนทนาเชิงเทคนิคมีประสิทธิผลมากขึ้น เพราะสามารถตรวจสอบสมมุติฐานต่าง ๆ ได้โดยไม่ปล่อยให้เป็นสิ่งที่เข้าใจกันโดยนัย

การจัดเก็บพลังงานจากไฮโดรเจนในฐานะส่วนหนึ่งของกลยุทธ์แบบบูรณาการ

กรณีที่มีเหตุผลชัดเจนที่สุดสำหรับการจัดเก็บพลังงานจากไฮโดรเจนมักเกิดขึ้นเมื่อมันเสริมสร้าง แทนที่จะแข่งขันกับ เครื่องมือเพื่อความยืดหยุ่นอื่นๆ แบตเตอรี่อาจจัดการการชาร์จ-คายประจุอย่างรวดเร็วและบ่อยครั้ง การตอบสนองต่อความต้องการ (demand response) และการส่งออกพลังงานเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้าอาจจัดการกับความแปรปรวนบางส่วนได้ ส่วนไฮโดรเจนสามารถเพิ่มมูลค่าในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องเก็บพลังงานไว้นานขึ้น แปลงพลังงานให้เป็นโมเลกุลที่ใช้งานได้ หรือกักเก็บไว้เพื่อความมั่นคงและความพร้อมใช้งานในอนาคต

สำหรับผู้พัฒนาโครงการพลังงานหมุนเวียน ขั้นตอนต่อไปคือ การประเมินรูปแบบของพลังงานส่วนเกิน การกำหนดระยะเวลาการจัดเก็บที่ต้องการ และการประเมินห่วงโซ่การแปลงและการจัดเก็บทั้งหมดภายใต้เงื่อนไขเฉพาะของสถานที่ เมื่อมีหลักฐานเหล่านี้พร้อมแล้ว การจัดเก็บพลังงานจากไฮโดรเจนจึงสามารถกลายเป็นทางเลือกที่ปฏิบัติได้ในการเปลี่ยนผลผลิตพลังงานหมุนเวียนที่ไม่สม่ำเสมอให้เป็นทรัพยากรของโครงการที่ควบคุมการจ่ายไฟได้ดีขึ้นและมีความมั่นคงมากยิ่งขึ้น