Kako PEM elektrolizatori postižu visoku učinkovitost sustava s obnovljivom energijom

U slučaju da se u skladu s člankom 6. stavkom 1. točkom (a) ovog članka ne primjenjuje, za svaku od tih jedinica, potrebno je utvrditi sljedeće:

Protonski razmjenjivače membrane (PEM) pretvaraju obnovljivu struju u vodik prilično učinkovito, obično dosežu oko 60 do 80% učinkovitosti sustava kada se mjeri u odnosu na nižu vrijednost grijanja vodika. Neki testovi provedeni prošle godine pokazali su da ti sustavi još uvijek mogu postići 70% učinkovitosti čak i kada se bave svim usponima i padovima solarnih panela i vjetroturbina. To znači da je potrebno oko 48 do 52 kilovat-sati za proizvodnju svakog kilograma vodika. Ono što čini PEM-ove izvanrednim je to koliko brzo reagiraju na promjene u napajanju, što znači da se mogu sinhronizirati izravno s obnovljivim izvorima energije bez potrebe za dodatnim skladištenjem baterije. U usporedbi s starijim alkalnim sustavima, PEM jedinice mnogo bolje rješavaju nagle promjene u opterećenju radom. Mogu ići od nule do punog kapaciteta za manje od pet sekundi bez gubitka mnogo učinkovitosti. Praktično iskustvo na stvarnim lokacijama instaliranja pokazuje da učinkovitost opada samo za oko 3 do 5% kada postoje 30% varijacije u ulaznom napajanju. Takva performansa sugerišu da je PEM tehnologija spremna za ozbiljnu primjenu uz našu rastuću infrastrukturu obnovljivih izvora energije.

Kritske operativne poluge: hidratacija membrane, kontrola temperature i optimizacija katalizatora

U skladu s člankom 3. stavkom 1.

• Uređenje membrane: Održavanje relativne vlažnosti od 80-95% neophodno je za očuvanje vodljivosti protona. Svakako, u slučaju da se ne koristi katalisator, on može biti u stanju da se ugasi.
• Upravljanje temperaturom: U slučaju da se stack radi između 60°C i 80°C, optimalno se uravnotežuje reakcijska kinetika i izdržljivost membrane. Svaki porast temperature od 10 °C poboljšava učinkovitost za ~ 1,5%, ali ubrzava tanjenje membrane za 15% zahtijeva precizno toplinsko upravljanje.
• Optimizacija katalizatora: Ultra tanki slojevi platine (0,1 0,3 mg / cm2) postavljeni na porozni transportni sloj titana smanjuju aktivni nadpotencijal za 30% u odnosu na konvencionalne dizajne, direktno poboljšavajući učinkovitost napona i dugovječnost.

PEM elektrolizatori i intermitentna obnovljiva energija: prirodna tehnička prilagodba

Dinamički odgovor u sekundi omogućuje direktno spajanje na ivici mreže s solarnim i vjetrovim energijama

PEM elektrolizori mogu dostići brzinu rasta ispod 500 milisekundi, što znači da se gotovo odmah prilagođavaju promjenama sunčevih uvjeta i naglim promjenama vjetra. Ovi sustavi imaju dobru gustoću struje i rade na nižim temperaturama, tako da se neprekidno rade čak i kada postoji mnogo promjena opterećenja. Ova stabilnost zapravo smanjuje potrebu za skupim rješenjima za skladištenje baterija, posebno važnim u uskim prostorima ili udaljenim mjestima kao što su offshore instalacije i gradska proizvodna područja gdje je prostor ograničen. Kontrolacijski sustavi u tim jedinicama stalno prilagođavaju stvari poput razine pritiska, protoka vode i sadržaja vlage u zraku kako bi se izbjegli opasni porasti napona, dok se u nestabilnim razdobljima održavaju uravnoteženi kemijski omjeri. Zbog brzog vremena reakcije, PEM tehnologija posebno je pogodna za proizvodnju vodika iz obnovljivih izvora na manjim, raspršenim mjestima u energetskim mrežama.

Uprkos tome, u skladu s člankom 1. stavkom 2.

Demonstracijski projekt od 1,25 MW u sjevernoj Njemačkoj postigao je 91% korištenja obnovljivih izvora energije unatoč 40% nestabilnosti vjetra, što je pokazalo održivost u komercijalnom obimu. Glavni operativni uvidi uključuju:

• Optimizacija katalizatora smanjila je degradaciju za 63% tijekom 15-minutnih ciklusnih intervala
• U slučaju da se ne primjenjuje primjena ovog članka, primjenjuje se sljedeći postupak:
• Precizna kontrola temperature smanjuje toplinski stres za 52% tijekom brzog isključivanja
  Tijekom više od 4.200 sati rada, sustav je pružio dosljednu učinkovitost od 54,3 kWh/kg H2 (LHV), čime je pojačana robusnost PEM-a u stvarnim uvjetima.

U skladu s člankom 4. stavkom 2.

Razgradnja anodnog katalizatora i tanjenje membrane tijekom ciklusa opterećenja: dokazi iz 20.000+ ciklusa

U slučaju da se ne provede ispitivanje, ispitivanje se provodi u skladu s postupkom za ispitivanje. Dugočasna ispitivanja u više od 20.000 ciklusa u intermitentnosti poput obnovljivih izvora otkrivaju godišnje gubitke performansi koje premašuju 2,4%kritična briga za ekonomski životni vijek. U skladu s člankom 3. stavkom 2.

• Napredni arhitektonski katalizatori , kao što su strukture srži-oksida iridija/rutenijum dioksida, koje smanjuju opterećenje plemenitim metalima za 40% uz održavanje katalitičke aktivnosti
• S druge konstrukcije , koji uključuju ugljikovodikove čvorove i nanočestice cirkonijum fosfata, smanjujući stopu oslobađanja fluoridnih iona za 68%
• Dinamički operativni protokoli , uključujući modulaciju vlažnosti tijekom razdoblja niskog opterećenja, što je u validacijskim ispitivanjima smanjilo stopu razgradnje membrane za 30%
  Zajedno, ovi napredak produžava validirani životni vijek hrpe preko 60.000 sati, zadržavajući pri tome učinkovitost LHV-a od > 75%.

Ključne operativne prednosti koje definiraju vrijednost PEM elektrolizatora u B2B aplikacijama

Protonski razmjenjivače membrane (PEM) nude neke prilično velike prednosti kada je u pitanju proizvodnja vodika za industriju. Odgovaraju gotovo odmah, što znači da se mogu povezati izravno sa solarnim panelima i vjetroturbinama na rubu električne mreže. Tako se ne trebaju dodatni spremnici i omogućuje se kupnja električne energije kad god su cijene najniže. Postrojenja koja koriste ovu vrstu fleksibilnosti zapravo uštede oko 28% na svojim računima za energiju u usporedbi s onima koji su zaglavljeni s fiksnim opterećenjima. Način na koji ove jedinice rade pri visokom gustoći struje (više od 2 ampera po kvadratnom centimetru) održava ih u djelotvornom pokretu čak i kada se potražnja mijenja, a oni održavaju čistoću vodika iznad 99,99% kroz sve vrste ciklusa početka i zaustavljanja. Ta razina kvalitete ispunjava stroge standarde potrebne za stvari poput gorivih ćelija u vozilima i proizvodnju čiste silicija. Plus, njihov kompaktan dizajn ima smisla za uske prostore kao što su offshore naftne platforme ili gradske tvornice gdje je prostor ograničen. Standardizirani dijelovi također znači da tvrtke mogu lako proširiti kapacitet kako obnovljivi izvori energije rastu s vremenom. Sve to ukazuje na to da PEM tehnologija postaje kamen temeljac za izgradnju robusnih, ugljično prihvatljivih vodikovih mreža u svim glavnim industrijama.

Česta pitanja

• U skladu s člankom 3. stavkom 2.
  Elektrolizatori PEM-a obično postižu učinkovitost od oko 60 do 80% pri pretvaranju obnovljive električne energije u vodik na temelju niže toplinske vrijednosti vodika.
• Kako PEM elektrolizori postupaju s promjenama u napajanju?
  PEM elektrolizori brzo reagiraju na promjene, mogući ići od nule do punog kapaciteta za manje od pet sekundi bez značajnog gubitka učinkovitosti. To ih čini pogodnim za izravnu povezanost s obnovljivim izvorima energije kao što su sunce i vjetar.
• Koje su glavne operativne izazove za PEM elektrolizatore?
  Glavni izazovi uključuju razgradnju anodnog katalizatora i tanjenje membrane tijekom ciklusa opterećenja. Za rješavanje ovih problema koriste se napredni dizajni katalizatora i ojačane membrane.
• Zašto se PEM elektrolizatori preferiraju za intermitentne izvore energije?
  PEM elektrolizatori imaju brzo vrijeme odgovora i mogu se učinkovito prilagoditi fluktuacijama intermitentnih izvora energije bez potrebe za dodatnim rješenjima za skladištenje.
• Koji napredak pomaže produžiti životni vijek PEM elektrolizatora?
  Napredne arhitekture katalizatora, ojačane membrane i dinamički operativni protokoli razvijeni su kako bi se produžio životni vijek PEM elektrolizatora i održala učinkovitost.