Плаващи фотоволтаици за производство на водород? Как не сме се сетили досега

Плаващите фотоволтаици биха могли да се използват за добив на зелен водород. Комбинацията е отлична поради близостта на производството на електроенергия с източника на водорода. Засега обаче изглежда, че това е малко скъпичко. Но така е с всяка прохождаща технология, нали?

Ново изследване на учени от Обединеното кралство показва, че Оман може да използва плаваща фотоволтаична ферма в язовира Вади Дайка за генериране на водород. Учените казват, че проектът е технически жизнеспособен, макар и скъп. С напредъка в технологията за съхранение на водородна енергия комбинацията може да стане и икономически осъществима.

Нововъзникващ сектор

Съчетанието от плаващи фотоволтаици и системи за добив на водород е сравнително нововъзникващ“ сектор. Той комбинира две утвърдени технологии за възобновяема енергия: плаващи слънчеви панели и производство на водород. Това включва инсталиране на плаващи слънчеви панели на повърхността на язовири и езера или дори океани, за да се произвежда електричество, което след това да се използва за електролиза.

Инсталирането на слънчеви панели върху плаващи платформи е известно като плаваща слънчева енергия и вече често се използва в езера, язовири и дори океани. В сравнение с традиционните наземни слънчеви инсталации, плаващите могат да имат редица предимства, започвайки с освобождаване на продуктивната земя, по-висока ефективност поради охлаждащото въздействие на водата и по-малко изпарение на вода от водното тяло.

Електричеството, генерирано от плаващи слънчеви панели, може да се използва за захранване на процеса на електролиза, който разделя водорода и кислорода от молекулите на водата. Генерираният водород може впоследствие да се съхранява и използва като източник на чиста енергия за промишлени дейности, производство на енергия и транспорт.

Забележително добра комбинация

За крайбрежните райони и островните държави с ограничени земни ресурси това е забележително добра комбинация – наличните изобилни водни ресурси биват впрегнати по възможно най-добрия начин. Електричеството от плаващите соларни масиви може да захранва домакинствата от крайбрежните селища, а чрез добив на водород могат да се трупат резерви.

Освен това така се решава и проблемът с транспорта. Снабдявайки с чисто гориво корабите, които работят в крайбрежните морета, комбинацията може също така да помогне на плавателния сектор да се декарбонизира.

За да се покаже потенциалът и осъществимостта на плаващото производство на слънчева енергия и водорода, в момента са в ход няколко инициативи. Например, налице е проект в Холандия, който включва изграждане на плаваща слънчева ферма с инсталация за електролиза за производство на зелен водород, който ще се използва за захранване на автобусен парк за обществен транспорт.

Друг проект в Япония включва разработване на плаваща слънчева ферма с инсталация за електролиза за производство на водород за използване в горивни клетки.

Проектът в Оман

В най-новия проект в Оман британските учени са избрали за местоположение за FPV системата язовир Вади Дайка, разположен в североизточния регион на Султаната на Оман, на около 83 км югоизточно от Мускат в Кураят. Той е с площ от 350 ха. Язовирът може да се похвали със средногодишно глобално хоризонтално облъчване от 2083,6 kWh/m² и поддържа умерена средна годишна температура на околната среда от 28,43 °C.

Изследователите са използвали софтуера PVsyst, за да конструират FPV системата. Те са идентифицирали 130 000 кв.м. площ в язовира, която се отличава с минимално засенчване от околните планини. След това учените симулирали използването на двустранен силициев монокристален модул с 635 W и ефективност от 20,5%. Цената на системата е оценена на 1260 долара за kW, с очакван живот от 25 години.

За системата за съхранение на водород е използван софтуерът HOMER Pro, който оптимизира размера ѝ с минимални разходи за енергия. Учените предполагат, че ще използват електролизатор с протонна обменна мембрана (PEM) при капиталови разходи от 2500 долара за kW и живот от 15 години; самата  PEM горивна клетка е с цена 2500 $/kW и живот 60 000 часа; към това се прибавят и резервоар за водород, който струва $1000/kW и издържа 15 години, и конвертор с цена 300 $/kW и съответно живот 15 години.

Установено е, че цялата система е годна да генерира 65,516 GWh електроенергия годишно, като FPV представлява 79% от общото производство на електроенергия, докато горивните клетки са останалите 21%.

„Моделираната система постига възобновяема част от 100%, демонстрирайки способността си да задоволи 100% от енергийното търсене с възобновяеми източници. Домашното потребление консумира 25,3 GWh годишно“, уточни изследователският екип.

Икономическият анализ на системата е довел до висока изравнена цена на електроенергията (LCOE) от $0,97/kWh и LCOH от $29,7/kg, което се дължи на значителни капиталови и оперативни разходи, свързани с широкомащабните системни компоненти и загубите от неефективност на горивните клетки.

„Икономическата жизнеспособност може да бъде подобрена в бъдеще с напредъка в технологията за съхранение на водородна енергия и нарастващите цени на изкопаемите горива“, заключиха учените.