Бытовые гибридные системы хранения электроэнергии и водорода
Гибридные СЭС и водородная система energy storage стали технически осуществимыми для жилых объектов Финляндии.
Исследователи из Финляндии продемонстрировали техническую осуществимость гибридной солнечной электростанции в сочетании с небольшим аккумулятором и системой хранения водорода. Предлагаемая модель применима только к северному климату, поскольку более высокие уровни солнечной радиации в южных регионах означают низкую потребность в хранении водорода . Этот метод был протестирован в существующем односемейном доме в Финляндии с панелями на крыше мощностью 21 кВт и наземным тепловым насосом мощностью 6 кВт.
Ученые из Технологического университета Лаппеенранты (LUT) в Финляндии обнаружили, что автономные солнечные электростанции для жилых домов технически осуществимы в северном климате только в сочетании с домашней системой накопления энергии и системами хранения водорода, а пиковое потребление домохозяйства не слишком высоко.
В статье, опубликованной в Solar Energy, исследовательская группа смоделировала модель для аналогичного подхода в существующем односемейном доме в городе Оценка технической осуществимости автономной внутренней энергосистемы на основе гибридных солнечных фотоэлектрических систем с аккумулятором и накоплением водородной энергии в северном климате. Финляндия с установкой на крыше мощностью 21 кВт и наземным тепловым насосом мощностью 6 кВт для отопления, которое включается в потребление электроэнергии.
Данные о средней почасовой мощности для производства и потребления электроэнергии PV собирались за три года с января 2017 года по декабрь 2019 года. Двухэтажный дом спроектирован как здание с нулевым потреблением энергии и имеет фотоэлектрическую систему, ориентированную на юг и восток-запад. Он состоит из системы 10,4 кВт и с инвертором 9 кВА, обращенным на юг, и массива 10,7 кВт с инвертором на 7 кВА, обращенным с востока на запад.
«Снижение мощности инвертора по сравнению с пиковой мощностью фотоэлектрических модулей является экономически предпочтительным для установок в северных регионах», — сказали ученые. «Мощность гибридной солнечной электростанции увеличена до такой степени, что дальнейшее повышение самообеспеченности за счет увеличения пиковой мощности фотоэлектрических систем больше невозможно», — пояснили они далее, добавив, что самоокупаемость дома составила 36,81%, что составляет в соответствии с ценностями всех стран Северной Европы. Среднегодовая избыточная генерация оценивается примерно в 200%.
В своем моделировании ученые использовали аккумуляторную батарею для краткосрочного хранения энергии и для контроллера управления пиковым потреблением энергии, а также водородный бак, связанный с водным электролизером и топливным элементом для сезонного хранения. Избыточное фотоэлектрическое электричество используется в основном для зарядки аккумулятора, и только когда последний заряжается, оно используется для питания электролизера. С другой стороны, чрезмерный спрос всегда в первую очередь удовлетворяется самой батареей. «Ненужное внезапное включение и выключение топливного элемента сводится к минимуму за счет ограничения его выходной мощности в зависимости от уровня заряда батареи», — также указали они.
С помощью анализа чувствительности и анализа баланса мощности финская группа смогла собрать данные о неудовлетворенном спросе на электроэнергию после этапов накопления энергии в общем годовом потреблении с производством водорода. «Основываясь на результатах моделирования, становится ясно, что ни energy storage, у ни одной водородной системы хранения энергии недостаточно для круглогодичной автономной работы в условиях северного климата и низкой солнечной инсоляции», — заключили авторы исследования. Согласно их выводам, использование только системы накопления энергии потребует «непрактично» большой гибридной солнечной электростанции для такого рода проектов, а производство водорода само по себе будет расточительным из-за его низкой эффективности в оба конца. Однако в сочетании эти две технологии могут сделать жилую автономную солнечную систему накопления энергии жизнеспособным решением, хотя ограничение высокого пикового энергопотребления будет иметь решающее значение.
Предлагаемая система могла работать только при использовании системы energy storage с минимальной емкостью системы накопления энергии в 20 кВтч, а также топливного элемента и электролизера с установленной мощностью не менее 4-7 кВт. «Для поддержания работы системы в зимние месяцы требуется емкость для хранения водорода от 170 до 190 кг, поэтому, если не используются дополнительные компрессоры, для физического хранения водорода потребуется относительно большая площадь в жилом доме», — говорят ученые. подтверждено.
Обоснованность этих результатов, продолжила исследовательская группа, ограничена северным климатом, поскольку более высокие уровни солнечной радиации в более южных районах означают снижение потребности в сезонных хранилищах.