Водородные батареи в сравнении с литий-ионными батареями
Исследователи из Австралии сравнили технические и финансовые показатели водородной аккумуляторной системы и литий-ионной батареи в сочетании с фотоэлектрическими установками на крыше. Они оценили две коммерчески доступные системы — LAVO и Tesla Powerwall 2 — и обнаружили, что литий-ионная батарея обеспечивает более высокую финансовую прибыль, в то время как водородная батарея обеспечивает больший срок службы для длительного хранения энергии.
И водородные, и литий-ионные батареи были названы перспективными стационарными накопителями энергии для интеграции с солнечными системами на крыше. Однако если литий-ионные батареи широко устанавливаются как в домах, так и на предприятиях, то водородные батареи начали использоваться только в 2021 году, когда австралийский стартап LAVO осуществил первое в мире коммерческое внедрение.
У обеих технологий есть свои плюсы и минусы. Водородные батареи имеют примерно на 40 % меньший коэффициент полезного действия в обе стороны, чем литий-ионные, что приводит к большим потерям энергии, которые могут повлиять на импорт электроэнергии в сеть и стоимость электроэнергии при удовлетворении спроса на нее. С другой стороны, водородные батареи имеют меньшую деградацию емкости и более высокую плотность энергии, чем литий-ионные. Это позволяет им хранить больше энергии в течение более длительного времени, что может повлиять на самодостаточность и сроки окупаемости солнечных систем на крыше.
Устраняя пробел в знаниях о технических и финансовых характеристиках водородных батарей, исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии смоделировали работу коммерческой водородной батареи в сочетании с фотоэлектрической системой на крыше, используя время использования (ToU) и тарифы на солнечную энергию, и сравнили ее работу с работой коммерческой литий-ионной батареи в рамках солнечной и арбитражной схемы.
Они оценили производительность коммерческих батарей емкостью 13,5 кВт/ч — LAVO и Tesla Powerwall 2 — и действующей фотоэлектрической системы на крыше мощностью 4,5 кВт по шести различным сценариям. Модель учитывала старение и ухудшение характеристик батарей, а результаты показали, что водородные и литий-ионные батареи могут снизить зависимость от электросети и уменьшить стоимость электроэнергии за счет минимизации импорта из сети.
Исследователи обнаружили, что литий-ионная батарея превосходит водородную батарею по более эффективному использованию мощности за счет меньших потерь энергии на пути туда и обратно. «Литий-ионная батарея генерирует более высокий чистый доход, достигая периода окупаемости на 9 лет раньше в арбитражной схеме и на 1 год в солнечной схеме по сравнению с водородной батареей», — сообщают исследователи, поясняя, что в солнечной схеме батареи заряжаются и разряжаются в зависимости от спроса на электроэнергию и наличия фотоэлектрической генерации на крыше.
Водородная батарея потребляла больше энергии, чем литий-ионная батарея в арбитражном режиме и при солнечной схеме, в результате чего потребители платили больше энергосбытовым компаниям за эксплуатацию водородных батарей в крышных солнечных фотоэлектрических системах. Кроме того, водородные батареи приносили меньший доход по тарифам ToU и солнечным тарифам по сравнению с литий-ионными батареями, что способствовало более длительному периоду окупаемости водородных батарей.
Однако исследователи также обнаружили, что водородная батарея демонстрирует более длительный срок службы, выдерживая на 18 % больше циклов заряда-разряда, чем литий-ионная батарея. «Это делает водородную батарею подходящей для удаленных приложений, требующих длительного хранения энергии», — говорят исследователи. Однако, поскольку для производства водорода требуется вода, водородные батареи не подходят для районов, где ощущается нехватка воды.
«Поэтому выбор оптимальной системы батарей для фотоэлектрической системы на крыше зависит от наличия водных ресурсов, экстремальных погодных условий и компромисса между предпочтением большей финансовой прибыли или увеличенного срока службы батареи», — говорят исследователи, отмечая, что солнечная схема является лучшим выбором для обоих типов батарей в жилых помещениях для получения максимальной финансовой прибыли.