การจัดเก็บพลังงานระยะยาว: กรณีที่ไฮโดรเจนควรเข้าร่วมในการทบทวนตัวเลือก

การจัดเก็บพลังงานระยะยาว: กรณีที่ไฮโดรเจนควรเข้าร่วมในการทบทวนตัวเลือก

สำหรับทีมงานโครงการพลังงานหมุนเวียน การจัดเก็บพลังงานระยะยาว ไม่ใช่เพียงการตัดสินใจเลือกเทคโนโลยีหนึ่งชนิด แต่เป็นคำถามด้านการวางแผน: พลังงานจะต้องพร้อมใช้งานได้นานเท่าใด ทรัพย์สินนั้นจะถูกใช้งานซ้ำบ่อยแค่ไหน และเมื่อการผลิตพลังงานหมุนเวียนลดลง ระบบจะต้องให้บริการอะไรบ้าง ไฮโดรเจนควรเข้ามาอยู่ในการพิจารณาทางเลือกเมื่อคำตอบเหล่านี้ชี้ไปยังความต้องการที่เกินกว่าการปรับสมดุลรายวัน ไปสู่ความมั่นคงในหลายวัน การปล่อยพลังงานลึกแบบไม่บ่อยครั้ง หรือการปรับสมดุลตามฤดูกาล

กระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกาอธิบาย การจัดเก็บพลังงานระยะยาว ว่าเป็นระบบจัดเก็บพลังงานที่สามารถจ่ายไฟฟ้าได้นานตั้งแต่ 10 ชั่วโมงขึ้นไป เกณฑ์นี้มีประโยชน์สำหรับการกำหนดขอบเขต แต่ไม่ใช่เหตุผลโดยอัตโนมัติที่จะเลือกใช้ไฮโดรเจน โครงการที่ต้องการพลังงาน 10 ถึง 16 ชั่วโมงทุกวันอาจสรุปผลต่างออกไปจากโครงการที่ต้องการพลังงานในช่วงหลายวันที่มีการผลิตพลังงานหมุนเวียนต่ำ การเปรียบเทียบที่มีประโยชน์เริ่มต้นจากปัญหาการปฏิบัติงาน ไม่ใช่จากเทคโนโลยีที่ชอบ

เริ่มต้นจากการวิเคราะห์ช่องว่างของพลังงาน ไม่ใช่จากอุปกรณ์

ระบุช่องว่างที่ระบบต้องครอบคลุมก่อนเปรียบเทียบเทคโนโลยีต่าง ๆ บันทึกกำลังไฟที่จำเป็น พลังงานรวมที่ต้องการ ระยะเวลาของแต่ละเหตุการณ์ จำนวนเหตุการณ์ต่อปี และระยะเวลาที่ยอมรับได้สำหรับการฟื้นตัวระหว่างเหตุการณ์แต่ละครั้ง โซลูชันที่เน้นแบตเตอรี่อาจเหมาะสมเมื่อช่วงเวลาปล่อยพลังงานซ้ำกันทุกวัน ส่วนไฮโดรเจนควรพิจารณาอย่างละเอียดยิ่งขึ้นเมื่อช่องว่างพลังงานมีความยาวนาน ไม่สม่ำเสมอ หรือสัมพันธ์กับรูปแบบสภาพอากาศที่อาจคงอยู่เป็นเวลาหลายวัน

ตัวอย่างเช่น สถานที่หนึ่งอาจต้องการพลังงานสำรองในช่วงที่โครงข่ายไฟฟ้าหยุดให้บริการเป็นครั้งคราว การเก็บพลังงานส่วนเกินจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนในบางเดือน หรือการผลิตพลังงานอย่างต่อเนื่องแม้ในช่วงที่ลมและแสงอาทิตย์ผลิตพลังงานได้น้อยลงอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน ในกรณีเหล่านี้ การเพิ่มปริมาณพลังงานที่เก็บได้อาจมีความสำคัญมากกว่าการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานซ้ำ (cycle efficiency) เพียงอย่างเดียว ในการอภิปรายเรื่องระบบจัดเก็บพลังงานระยะยาว (LDES) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE) ได้กำหนดขอบเขตการจัดเก็บไว้ตั้งแต่ 12 ชั่วโมง ไปจนถึง 7 วัน โดยอธิบายคำว่า 'ระยะเวลา' ว่าหมายถึงการส่งออกพลังงานอย่างต่อเนื่องที่อัตราสูงสุด (full-rated output) จากระบบที่ชาร์จเต็มแล้ว ให้ใช้คำนิยามนี้เพื่อระบุวงจรการใช้งาน (duty cycle) อย่างชัดเจนในการประเมินแต่ละทางเลือก

สัญญาณที่บ่งชี้ว่าไฮโดรเจนควรอยู่ในการทบทวนระบบจัดเก็บพลังงานระยะยาว

เพิ่มไฮโดรเจนลงในรายการตัวเลือก การจัดเก็บพลังงานระยะยาว เมื่อมีเงื่อนไขต่อไปนี้หลายข้อเป็นจริง:

• การย้ายพลังงานเป็นระยะเวลาหลายวันหรือตามฤดูกาลเป็นไปได้ โครงการต้องสามารถเก็บพลังงานไว้ได้นานกว่าช่วงเวลาการจ่ายพลังงานตามปกติในแต่ละคืนหรือแต่ละวัน
• ความยาวของระยะเวลาการจัดเก็บมีความสำคัญมากกว่าจำนวนรอบการใช้งานซ้ำบ่อยครั้ง ทรัพย์สินอาจคงสถานะที่ถูกชาร์จไว้เป็นเวลานาน และปล่อยพลังงานออกในช่วงเหตุการณ์พิเศษหรือช่วงที่มีการผลิตพลังงานต่ำ
• ความจุด้านกำลังไฟฟ้าและความจุด้านพลังงานต้องกำหนดขนาดแยกจากกัน ทีมงานโครงการจำเป็นต้องประเมินความจุของอิเล็กโทรไลเซอร์ ปริมาณการจัดเก็บไฮโดรเจน และความจุของการแปลงพลังงานกลับเป็นไฟฟ้า ซึ่งเป็นทางเลือกในการออกแบบที่เกี่ยวข้องแต่ต่างกัน
• มีไฟฟ้าต่ำคาร์บอนที่สามารถใช้งานได้สำหรับการชาร์จ โปรไฟล์การจัดหาพลังงานไฟฟ้าหมุนเวียนส่วนเกินที่น่าเชื่อถือเป็นสิ่งจำเป็นต่อแนวคิดของระบบ
• การวางแผนสถานที่และการดำเนินงานสามารถรองรับเส้นทางทั้งหมดได้ การทบทวนสามารถครอบคลุมประเด็นด้านน้ำ วิธีการอัดแรงหรือการจัดเก็บ วิศวกรรมความปลอดภัย ระบบควบคุม การบำรุงรักษา และอุปกรณ์แปลงพลังงานกลับคืน

สัญญาณเหล่านี้ไม่ได้พิสูจน์ว่าไฮโดรเจนคือคำตอบที่เลือกไว้ การจัดเก็บพลังงานระยะยาว แต่ช่วยให้เหตุผลในการประเมินไฮโดรเจนควบคู่ไปกับแนวทางอื่นๆ เพื่อไม่ให้ทีมงานตัดเส้นทางใดเส้นทางหนึ่งออกไปเพียงเพราะการเปรียบเทียบครั้งแรกเน้นที่การใช้งานแบบไซเคิลรายวัน

จุดที่ไฮโดรเจนอาจไม่เหมาะสมเป็นตัวเลือกแรก

ไฮโดรเจนไม่ใช่ทางเลือกที่เหมาะสมโดยอัตโนมัติสำหรับทุกระบบจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน หากกรณีการใช้งานต้องการการปล่อยพลังงานที่คาดการณ์ได้ ความถี่สูง และระยะเวลาสั้น ทีมงานควรทดสอบโซลูชันที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับรูปแบบดังกล่าวเป็นลำดับแรก เช่นเดียวกัน การทบทวนจะไม่สมบูรณ์หากนับเฉพาะปริมาณไฮโดรเจนที่จัดเก็บไว้ โดยไม่พิจารณาพลังงานที่ใช้ในการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า การปรับสภาพระบบจัดเก็บ และการแปลงไฟฟ้ากลับคืน

ควรระมัดระวังเมื่อโครงการไม่มีแหล่งชาร์จที่ระบุชัดเจน ไม่มีแนวคิดเชิงปฏิบัติเกี่ยวกับสถานที่ตั้งของระบบจัดเก็บและระบบความปลอดภัย หรือไม่มีการใช้พลังงานที่ชัดเจนนอกเหนือจากช่วงพีคสั้น ๆ ที่เกิดซ้ำอย่างสม่ำเสมอ เหตุผลเหล่านี้ไม่ใช่ข้อห้ามใช้ไฮโดรเจนอย่างถาวร แต่เป็นเหตุผลที่ต้องทบทวนและปรับปรุงคำอธิบายความต้องการให้ชัดเจนก่อนขอข้อเสนอจากผู้จัดจำหน่าย

เปรียบเทียบขอบเขตของระบบทั้งระบบ

ที่เชื่อถือได้ การจัดเก็บพลังงานระยะยาว การเปรียบเทียบใช้ขอบเขตที่เหมือนกันหนึ่งชุดสำหรับตัวเลือกทั้งหมด สำหรับไฮโดรเจน ให้รวมปัจจัยด้านไฟฟ้าที่ป้อนเข้า ระบบแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (electrolyzer) การบำบัดน้ำ (เมื่อเกี่ยวข้อง) วิธีการจัดเก็บ ระบบแปลงพลังงานหรืออุปกรณ์ใช้งานปลายทาง ระบบควบคุม การเชื่อมต่อกับโครงข่าย และการออกแบบด้านความปลอดภัย รวมถึงแผนการดำเนินงาน การแยกองค์ประกอบเหล่านี้ออกช่วยให้ทีมจัดซื้อสามารถหลีกเลี่ยงการเปรียบเทียบระบบที่สมบูรณ์แบบฝั่งหนึ่ง กับส่วนย่อยของระบบฝั่งตรงข้าม

คำถามที่ควรถามผู้จัดจำหน่ายระบบจัดเก็บไฮโดรเจน

เมื่อไฮโดรเจนอยู่ในขอบเขตของโครงการแล้ว ให้ขอข้อมูลจากผู้จัดจำหน่ายเพื่อเปรียบเทียบแบบเทียบเคียงกันได้จริง แทนที่จะพึ่งพาเพียงคำกล่าวอ้างทั่วไป โปรดร้องขอขอบเขตของระบบที่เสนอ รูปแบบการชาร์จที่สมมุติไว้ รอบการทำงานของการปล่อยพลังงานที่กำหนดไว้ แนวทางการจัดเก็บ อินเทอร์เฟซกับอุปกรณ์จ่ายไฟ ข้อกำหนดของสถานที่ เอกสารด้านความปลอดภัย หลักการควบคุม สมมุติฐานด้านการบำรุงรักษา และข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการจำลองการดำเนินงานรายปี

สำหรับทีมที่กำลังพิจารณาแนวทางที่ใช้สารประกอบเมทัลไฮไดรด์ บทสนทนาเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ควรเริ่มต้นด้วยภาระงาน (load) และระยะเวลาการใช้งานของสถานที่เป็นหลัก ผลิตภัณฑ์ของ Hyto Energy หน่วยเก็บกักไฮโดรเจนขนาดใหญ่ สามารถประเมินได้ภายในกรอบการพิจารณาระบบโดยรวมนี้ โปรดสอบถามว่าหน่วยจัดเก็บที่เสนอจะเชื่อมต่อกับแหล่งไฮโดรเจนและอุปกรณ์ใช้พลังงานปลายทางอย่างไร อย่าสรุปประสิทธิภาพ ใบรับรอง หรือความเหมาะสมกับโครงการเพียงจากชื่อผลิตภัณฑ์เท่านั้น

เปลี่ยนจากการอภิปรายเชิงเทคโนโลยีไปสู่การจัดทำเอกสารเพื่อการตัดสินใจ

ผลลัพธ์ที่เป็นรูปธรรมจากการทบทวนในระยะเริ่มต้น การจัดเก็บพลังงานระยะยาว คือเอกสารสรุปการตัดสินใจ ไม่ใช่การประกาศผู้ชนะก่อนกำหนด ระบุช่วงเวลาที่จะทดสอบแต่ละกรณี สมมุติฐานเกี่ยวกับการชาร์จพลังงาน บริการปล่อยพลังงาน เริ่มต้นรูปแบบการใช้งานซ้ำ (cycling pattern) ข้อจำกัดเฉพาะสถานที่ และหลักฐานที่ผู้จัดจำหน่ายแต่ละรายต้องจัดเตรียม จากนั้นเปรียบเทียบผู้เสนอแต่ละรายภายใต้กรณีการใช้งานจริงเดียวกัน

ไฮโดรเจนควรเข้าสู่กระบวนการทบทวนเมื่อโครงการมีความจำเป็นที่น่าเชื่อถือในการเก็บพลังงานหมุนเวียนไว้เป็นระยะเวลานาน ไม่สม่ำเสมอ หรือตามฤดูกาล และสามารถประเมินเส้นทางการแปลงพลังงานและเก็บพลังงานได้อย่างครบวงจร หากความจำเป็นนั้นมีลักษณะเป็นรายวันและเกิดซ้ำได้ ให้ยึดการเปรียบเทียบไว้กับความเป็นจริงดังกล่าวอย่างชัดเจน ไม่ว่าจะเลือกวิธีใด การกำหนดรอบการทำงาน (duty cycle) อย่างชัดเจนจะช่วยให้ทีมวิศวกรรม การจัดซื้อ และผู้จัดจำหน่ายมีจุดเริ่มต้นที่มีประโยชน์มากขึ้นในการประเมินระบบจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน