Energetska gustoća performansi: Gravimetrijske i volumetrijske realnosti za skladištenje zelenog vodonika

Gravimetrijska ograničenja hidrida metala u odnosu na sisteme sa komprimovanim gasom

Problem sa skladištenjem vodonika u čvrstom stanju je što je previše težak. Većina hidrida metala upravlja samo kapacitetom skladištenja od oko 4,5 masnih procenata, što nije dovoljno za ono što američko Ministarstvo energetike želi da vidi do 2025. godine (njihov cilj je 5,5 masnih procenata). Taj jaz od oko 20% se svodi na činjenicu da su ovim rešenjima za skladištenje potrebni prilično teški metali da bi zapravo apsorbirali vodonik. Ako pogledamo stvari drugačije, današnji sistemi sa komprimovanim gasom koji rade na pritisku od 700 bara mogu zadržati vodonik sa efikasnošću od oko 5,7 wt% i ne zahtijevaju nikakve dodatne materijale osim onih potrebnih za samom kompresiju.

Volumetrijske prednosti 700-barskih sferičnih spremnika u aplikacijama zelenog vodonika u komercijalnom nivou

Sferni rezervoari dobro rade kada je prostor u premium. skladištenje metalnih hidrida može teoretski da sakrije oko 80 kilograma po kubnom metru, ali sistemi u stvarnom svijetu obično mogu samo oko polovine toga kada uključimo sve potrebne kontejnere i sisteme za hlađenje. Zelene vodikove elektrane koje rade sa tim 700 barskim tlakom zapravo skladište oko 40 kg/m3 dok im je potrebna mnogo manje komplikovana kontrola temperature. Razlika je danas previše važna. Ovi okrugli spremnici omogućavaju operaterima da skladište otprilike 30 posto više vodonika u istom fizičkom prostoru u poređenju sa opcijama čvrstog stanja za velike operacije. Studija objavljena u Energy Reports-u to prilično snažno podržava.

U skladu sa člankom 6. stavkom 2.

Kada se bave rešenjima za skladištenje, inženjeri moraju uzeti u obzir više od samo glavnog medija za skladištenje. Metalni hidridni sistemi dolaze sa svojim izazovima uključujući potrebu za kriogenskom izolacijom koja obično dodaje oko 15 do 20 posto ukupne težine sistema. Tu je i stvar opreme za pročišćavanje vodonika i sistema za upravljanje toplotom koji na kraju troše oko 20 posto onoga što se skladišti. S druge strane, sistemi visokog pritiska imaju tendenciju da imaju bolju efikasnost jer izgube samo oko osam posto tokom procesa kompresije, iako ovi zahtevaju posebne legure za spremnike. Sferni rezervoari nude neke prave prednosti i ovdje. Oni smanjuju dodatne komponente potrebne na drugim mestima u postrojenju i mogu održati impresivno skladištenje da bi se poslala efikasnost od oko 92 posto kada se proširuju za aplikacije mreže. To ih čini posebno atraktivnim za integraciju sa obnovljivim izvorima energije gdje takva efikasnost zaista znači.

Tehnoekonomska analiza opcija skladištenja zelenog vodonika

CAPEX poređenje: sinteza i sertifikacija materijala od metalnih hidrida u odnosu na proizvodnju kugličkih rezervoara u skladu sa ASME-om

Sistem za skladištenje hidrida metala dolazi sa prilično visokim cenama zbog svih složenih materijala potrebnih za rad plus prolazak kroz te stroge bezbednosne certifikata. Ako pogledamo podatke iz industrije, samo materijali često koštaju preko 15 dolara po kilogramu za ove sofisticirane legure, a zatim se dodatnih 20 do 30 posto dodaje na vrh za pravilno sertifikovanje. S druge strane, ti sferični spremnici koji su u skladu sa ASME-om imaju koristi od standardnih metoda proizvodnje koje većina prodavnica već zna kako da koristi, što smanjuje početne troškove za otprilike 40 do 60 posto u poređenju sa njihovim solidnim ekvivalentima. -Zašto? -Ne znam. Zato što proizvođači već godinama proizvode slične proizvode i ne trebaju egzotične materijale. Ipak, vrijedno je napomenuti da nijedna od opcija nije jeftina kada govorimo o velikim projektima zelenog vodika. Oba pristupa zahtevaju ozbiljan novac unaprijed pre nego što se prave koristi počnu pojavljivati.

OPEX faktori: energija kompresije, degradacija ciklusa i toplotno upravljanje za zelene vodikove operacije

Gledajući operativne troškove pokazuje neke prilično velike razlike između opcija skladištenja. Sisteme visokog pritiska troše oko 8 do 12 posto svoje pohranjene energije samo komprimiranjem, dok hidriti metala polako gube kapacitet tokom vremena oko pola desetine procenta svakog ciklusa. Državanje stvari na pravoj temperaturi troši otprilike četvrtinu do skoro polovinu onoga što kompanije troše na skladištenje čvrste materije jer im je potrebna stalna kontrola klime. Ovo nije nešto što su kuglički rezervoari na normalnom atmosferskom pritisku trebali brinuti. Nedostatak ovih okruglih dizajna je da ventili i regulatori imaju tendenciju da se ubrzaju, što znači češće popravke. Kada se sve ove brojke upoređuju, 700 barni sistemi obično završavaju koštajući oko 1,7 miliona dolara za svaki gigavat sat skladišten u poređenju sa oko 2,4 miliona dolara kada se koriste uređaji za hidrid metala u zelenim hidrogenskim projektima.

Skalabilnost i spremnost za primenu industrijske zelene vodikove infrastrukture

Izazovi u upravljanju toplotom koji ograničavaju povećanje kapaciteta skladištenja čvrstog tlaka u postrojenjima za zeleni vodonik

Problem sa skladištenjem vodonika u čvrstom stanju leži u upravljanju toplotom tokom procesa apsorpcije i oslobađanja, što se nameće na putu kada se pokušaju skalairati ovi sistemi za industrijsku upotrebu u stvarnom svijetu. Održavanje stabilne temperature u okviru oko 5 stepeni Celzijusa je apsolutno neophodno ako želimo da izbjegnemo razgradnju materijala tokom vremena. Ali ta vrsta preciznosti postaje veoma teška kada se radi o velikim količinama skladištenja vodonika. Potreba za dodatnom opremanjem za hlađenje dodaje još jedan sloj komplikacija. Ovi hladnjači zapravo koriste između 15 i 30% onoga što je pohranjeno, plus zauzimaju dragocjen prostor u ukupnom uređenju postrojenja. Gledajući trenutne trendove, većina velikih projekata zelenog vodonika čak i ne razmatra opcije čvrstog stanja nakon malih testova. Industrijski stručnjaci ukazuju na probleme sa toplotnim upravljanjem kao glavni razlog zašto široka primena još nije krenula.

Dokazana skalabilnost kugličkih rezervoara visokog pritiska u postojećim pilot projektima zelene vodike i komercijalnim projektima

Sferni rezervoari pod visokim pritiskom su spremni za izlazak iz kutije. U svijetu, sada postoji više od 47 velikih projekata zelenog vodonika sa više od 100 tona po jednom, svi rade na ovim 700 barskim spremnicima. Ono što ih čini posebnim je njihova prirodna toplotna stabilnost, tako da nisu potrebni neki sofisticirani sistemi hlađenja. To znači da kompanije mogu proširiti svoj operativni modul po modulima koristeći standardne modele koji su sertifikovani od strane ASME-a. Uzmimo Škotsko obnovljivo vodikovo središte od 2,5 gigawatt-sata na primjer. Sve su postavili i pokrenuli za samo 18 meseci. Takva brzina jednostavno nije moguća sa onim alternativama čvrstog stanja koje se još razvijaju. Sposobnost brzog razmnožavanja daje sferičnim spremnicima pravu prednost kada je u pitanju brzo izgradnja nove industrijske infrastrukture, posebno važna za projekte koji se trče protiv rokova za smanjenje ugljenika koje su postavile vlade svugdje.

Odjeljek često postavljenih pitanja

Koliki je cilj težine kapaciteta koji je postavio američko Ministarstvo energetike za skladištenje vodonika?

Američko Ministarstvo energetike cilja na kapacitet skladištenja od 5,5 odsto do 2025. godine za rešenja za skladištenje vodonika.

Kako se sferični rezervoari volumetrično upoređuju sa sistemima za skladištenje hidrida metala?

Sferni rezervoari koji rade na 700 bara mogu da skladište približno 40 kg/m3 vodonika, što omogućava oko 30% više skladištenja u istoj površini u poređenju sa sistemima sa hidridnim metalima.

Koji su glavni izazovi sistema hidrida metala u aplikacijama zelenog vodonika?

Metalni hidriti zahtevaju kriogenu izolaciju i sisteme za upravljanje toplotom, što povećava težinu i složenost sistema.

Kako se CAPEX sferičnih spremnika upoređuje sa sistemima metalnih hidrida?

Sferni rezervoari imaju niže početne troškove zbog standardnih metoda proizvodnje, smanjujući CAPEX za otprilike 40 do 60 posto u poređenju sa sistemima metalnih hidrida.