Newswise — Исследовательская группа Корейского института энергетических исследований успешно продемонстрировала эффективность зеленой водородной системы, используемой в качестве дополнения к нестабильности возобновляемых источников энергии.
^{*Зеленый водород: водород, полученный путем электролиза воды, при котором электрическая энергия, полученная из возобновляемых источников, таких как солнечная и ветровая энергия, применяется к воде для производства водорода и кислорода. Этот метод производства представляет собой экологически чистый процесс производства водорода без выбросов углекислого газа.}

Доктор Чонхо Пак и его исследовательская группа из Лаборатории энергетического искусственного интеллекта и вычислительной науки Корейского института энергетических исследований (KIER) пришли к выводу, что зеленый водород, который облегчает преобразование и хранение избыточной энергии, является наиболее эффективным способом преодоления нестабильность энергосистемы возобновляемых источников энергии, сочетающей в себе солнечную и ветровую энергию.

Возобновляемые источники энергии все чаще рассматриваются как ключевое средство достижения углеродной нейтральности и энергетической безопасности. На 28-й Конференции Сторон Организации Объединенных Наций (COP-28, декабрь 2023 г.) было достигнуто соглашение об увеличении втрое мощностей по производству возобновляемой энергии к 2030 году. В поддержку этой глобальной инициативы Республика Корея также объявила о «Стратегии расширения Распределение и укрепление цепочки поставок возобновляемой энергии» (Министерство торговли, промышленности и энергетики, май 2024 г.) для поддержки устойчивого роста отечественной отрасли возобновляемой энергетики.

Для расширения использования возобновляемых источников энергии, помимо распределения, крайне важно управлять изменчивостью таких факторов, как прерывистое солнечное излучение и скорость ветра. Обеспечение безопасности и эффективности энергетических операций требует способности гибко реагировать как на дефицит, так и на излишки. В качестве решения предлагается технология Power-to-Gas (P2G), которая использует излишки возобновляемой энергии для производства безуглеродного зеленого водорода и компенсирует изменчивость за счет своевременного использования.
^{*P2G (Power-to-Gas): технология, которая преобразует электричество в газ, например водород или метан, с использованием возобновляемой электрической энергии из таких источников, как солнечная и ветровая энергия, и позволяет ее хранить.}

Исследовательская группа разработала модель для определения оптимального масштаба и проверки эффективности системы зеленого водорода, необходимой для энергосистемы возобновляемой энергии. Модель основана на данных о погоде и данных о спросе на электроэнергию на острове Чеджу, где солнечная и ветровая энергия составляют 20% от общего объема производства электроэнергии. Это позволяет модели определить оптимальный масштаб системы зеленого водорода в соответствии с целью к 2030 году достичь 21,6% доли производства возобновляемой энергии.

Когда в разработанную модель вводятся метеорологические данные, такие как скорость ветра, солнечная радиация и температура, почасовое производство электроэнергии рассчитывается и сравнивается с фактическими данными о потреблении электроэнергии. Делая это, мы проверяем адекватность электроснабжения и спроса, а в случае избыточного или недостаточного предложения мы применяем экологически чистую водородную систему и батареи для определения оптимальной системы, приведенной стоимости электроэнергии (sLCOE) и вероятности потери мощности. Поставка (ЛПСП). Таким образом, экономическая целесообразность и стабильность каждой экологически чистой водородной и аккумуляторной системы можно определить как функцию масштаба и спрогнозировать оптимальный масштаб.
^{*sLCOE (системная нормированная стоимость электроэнергии): этот термин относится к приведенной стоимости электроэнергии, которая рассчитывается путем деления общих капитальных и эксплуатационных затрат на производство электроэнергии на общий объем поставленной электроэнергии. В отличие от традиционного LCOE, который основан на общем объеме произведенной электроэнергии и не учитывает затраты на потери мощности, такие как ограничения мощности, sLCOE устраняет эти недостатки, принимая во внимание поставленную электроэнергию.
** LPSP (вероятность потери электроснабжения): это показатель стабильности электросети, рассчитываемый путем деления подаваемой электроэнергии на требуемую электроэнергию. Значение, близкое к 0, указывает на то, что источник питания адекватно удовлетворяет спрос. Если значение больше 0, это означает, что спрос не удовлетворяется полностью, что может привести к перебоям в подаче электроэнергии. Поэтому для восполнения этого дефицита необходима система преобразования и хранения энергии.}

Результаты моделирования с использованием модели показали, что когда используется только солнечная энергия, батареи являются наиболее эффективным решением для преодоления изменчивости, тогда как когда используется только энергия ветра, наиболее эффективным является зеленый водород. Однако при равном сочетании солнечной и ветровой энергии зеленый водород продемонстрировал высочайшую экономическую эффективность и наименьшие потери электроэнергии. Этот вывод согласуется с направлениями политики, способствующими сбалансированному использованию солнечной и ветровой энергии, и может служить основополагающими данными для разработки стратегий перехода к возобновляемым источникам энергии.

Доктор Юнхо Пак, первый автор, заявил: «Это исследование имеет важное значение, поскольку оно подтверждает эффективность использования зеленого водорода для решения проблем нестабильности энергосистемы и ограничения мощности, возникающих в результате расширения возобновляемых источников энергии». Он добавил: «Путем разработки оптимальных систем преобразования и хранения энергии, адаптированных к характеристикам и ситуациям в различных регионах, это исследование дает правительству и компаниям информацию для разработки стратегий, связанных с зеленым водородом, тем самым способствуя рациональному принятию решений».

Это исследование, проведенное в сотрудничестве с командой профессора Джея Х. Ли из факультета химической инженерии и материаловедения семьи Морк Университета Южной Калифорнии (USC), было опубликовано в международном журнале «Преобразование энергии и управление». Исследование было поддержано программой фундаментальных исследований Корейского института энергетических исследований (KIER).