Желі тұрақтылығы үшін сутегі энергиясын сақтау неге маңызды?

Жаңартылатын энергия көздерінің үзілістілігі проблемасы: қысқартылған өндіріс және желі тепе-теңдігінің бұзылуы

Жел және күн энергиясының проблемасы — барлық сол бағыттағы болжанбайтын ауа-райы өзгерістеріне байланысты олар тұрақты емес жұмыс істейді, бұл электр торабы үшін қатты ауыртпалықтар туғызады. Көп күн көрінген немесе жел күшті болған кезде қосымша жаңартылатын электр энергиясының көп бөлігі пайдаланылмай қалады, себебі оны бір уақытта толықтай пайдалану мүмкін емес. Ал ауа-райы нашарлағанда және өндіріс төмендеген кезде торап басқарушылары қажетті қуаттың жетіспеушілігін жедел толтыру үшін шаршыға түседі. Бұл жағдай компанияларды көмекші ретінде отындық отындарға жүгіруге итермелейді, ал бұл көміртегі шығарындыларын азайтуға тырысуларға нақты кедергі келтіреді. Егер бұл саңылауды жоюға тырыссақ, сақтау технологиясы әлі де маңызды құрамдас бөлік болып қала береді, бірақ сутегі энергетикалық жүйелері ғана дұрыс сақтау инфрақұрылымы болмаған жағдайда шешім бола алмайды. Мысалы, Калифорния штатын қарастырсақ — CAISO есептері бойынша өткен жылы өндірілген жаңартылатын энергияның 15%-дан астамы қолданылмай қалды. Осындай шығындар бізге ұзақ мерзімге созылатын, ірі масштабты энергия сақтау шешімдерінің қаншалықты қажет екендігін айқын көрсетеді.

Сутегі энергиясы – масштабдануға және ұзақ мерзімді сақтауға арналған шешім

Сутегі қазіргі кезде қайта өнделетін энергия көздерінің алдында тұрған ең ірі проблемалардың бірін – жел тоқтағанда немесе күн бұлттардың артына жасырғанда олардың сенімсіздігін шешуге көмектеседі. Ең көп дегенде бірнеше сағат жұмыс істейтін литий-ионды аккумуляторлармен салыстырғанда, сутегінің энергияны сақтау қабілеті әлдеқайда жоғары. Бұл – дәлірек айтқанда, әдеттегі аккумуляторларда 0,4 мегаджоуль/килограмм болса, сутегіде ол шамамен 120 мегаджоуль/килограмм құрайды. Бұл сутегінің энергияны тек түнде ғана емес, мүмкін болса, бүкіл маусымдар бойы да сақтай алатынын білдіреді. Күн сәулесі панельдері мен жел турбиналарынан артық электр энергиясы шыққан кезде бұл артық энергия электролиздік қондырғыларға беріледі, онда су молекулалары бөлініп, «жаңғырған» сутегі алынады. Одан кейін ол зат қауіпсіз түрде жер астындағы тұз қуыстарына немесе ескі мұнай қоймаларына сақталады. Кейінірек электр энергиясының сұранысы өскен кезде біз сақталған сутегін отын элементтері технологиясын қолданып қайтадан электр энергиясына айналдырамыз. Зерттеулер бұл тәсіл арқылы қайта өнделетін энергияның 8%–13% арасындағы бөлігінің шығындалуын азайтуға болатынын көрсетеді. Электр желілері ақылды да таза болған сайын, барлық адамдарға тәуліктің қай уақытында немесе қандай маусымда болса да тұрақты және экологиялық таза электр энергиясын қамтамасыз ету үшін мұндай шешімдердің маңызы барынша артуда.

Жасыл сутегін өндіру: жел және күн энергиясымен сақтау қуатын қамтамасыз ету

Электролизерлердегі жетістіктер мен сутегінің тұрақтыландырылған өндіру құнының (LCOH) төмендеуі

Электролизерлердің әрекет етуінің қазіргі заманғы тиімділігін арттыру бойынша соңғы жетістіктер жасыл сутегін негізгі энергия көзі ретінде қолдануды қолға алуды қарқынды қолдайды. Қазіргі PEM және сілтілік жүйелер 80% тиімділік көрсеткішіне жетеді, бұл олардың жұмыс істеуі үшін қосымша электр қуатын талап етуін азайтады. Біз өндірістің масштабын ұлғайту мен қайта қалпына келтірілетін электр энергиясының бағасының төмендеуін қарастырсақ, барлығы сутегін өндірудің құнын төрт жыл бұрынғы деңгейге қарағанда шамамен 30% төмендетеді. Сандық көрсеткіштер де осыны растайды: өткен жылы глобалды өндіріс 1,2 млн тоннаға жетті, ал 2022 жылы бұл көрсеткіш тек 800 мың тонна құрады. Бұл өсу жасыл сутегінің енді тек экологияға пайдалы болғанын ғана емес, сонымен қатар жел электр станциялары мен күн электр панельдерінің электр қуатын сақтау үшін, яғни электр сұранысы төмен болған кезде артық қуатты сақтау үшін экономикалық тұрғыдан да тиімді бола бастағанын көрсетеді.

Біріктірілген орналасу стратегиясы: электролизді тікелей қайта қалпына келтірілетін энергия көздерімен интеграциялау

Электролизерлерді күн энергиясын өндіретін фермаларға немесе жел электр станцияларына тікелей жақын орналастыру арқылы осы қиындық туғызатын тарату шығындарын азайтады және артық энергияның шектелуін тоқтатады. Артық қуаттың шығынға ұшырауына жол бермеу үшін, бұл жабдықтар оны тікелей сақтауға болатын сутегіге айналдырады. Кейбір нақты әлемдегі сынақтар бұл тәсілдің қалыпты электр торабына қосылған жүйелермен салыстырғанда шамамен 15 пайыздан 20 пайызға дейін жоғарырақ пайдалы әсер етуін көрсетті. Барлық инфрақұрылымдық мәселелерден айналып өткенде, қайталанбалы энергия көздері мен электролиз жабдықтары тиімдірек пайдаланылады. Бұл инвестициялар бойынша табыстың жақсаруын қамтамасыз етеді және жүйе күндізгі сұраныс өзгерістеріне икемді түрде реакция беруі мүмкін болғандықтан, жергілікті электр торабының тұрақтылығын да қолдайды.

Сутегін жер астында сақтау: геология, сыйымдылық және қауіпсіздік

Тұз күмбездері мен поралы қоймалар: техникалық қолайлылық және іске қосу дайындығы

Сутегін жер астында көп мөлшерде сақтау туралы сөз болғанда, негізінен екі негізгі геологиялық нұсқа бар: тұз қуыстары мен поралы қоймалар. Әрқайсысының техникалық тұрғыдан өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Тұз қуыстары — домал тұз жиналулары ішінде жасалған адам қолымен жасалған құрылымдар. Олар электр энергиясының торабын күндік деңгейде теңестіру үшін жоғары жылдамдықпен сутегін енгізу мен шығаруды қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, тұз зақымданған кезде өзін-өзі герметикаттайды, сондықтан бұл қуыстарда сутегі жоғалтуы шамамен болмайды. Алайда, осындай қалыптасулар тек шөгінді ойпаттарында жеткілікті мөлшерде тұз бар әлемнің белгілі бір аймақтарында ғана кездеседі. Ескі газ кен орындары немесе су айдындары сияқты поралы қоймалар сутегін әлдеқайда көп мөлшерде сақтай алады — кейде бір миллиард кубометрден астам. Бірақ оларды толтыру мен босату ұзақ уақыт алады, сонымен қатар инженерлер сутегінің жоғарыдағы тау жыныстары арқылы сыртқа шығып кетпеуін қатты бақылауға тиіс. Қазіргі уақытта көпшілік коммерциялық жобалар тұз қуыстары технологиясына сүйенеді; әлем бойынша шамамен 15 іске қосылған объект бар. Ал поралы қоймаларды пайдалану әзірше негізінен эксперименталды сатыда — зерттеушілер әртүрлі тау жыныстарының ұзақ мерзімді сақтау үшін қаншалықты тиімді болатынын зерттеп отыр.

Сутегінің әсерінен материалдың бұзылуын болдырмау және ұзақ мерзімді тұрақтылықты қамтамасыз ету

Сутегі молекулалары металл құбырлар мен оны қоршап тұрған тау жыныстарына енуі кезінде, әсіресе қайталанатын қысым өзгерістеріне ұшырағанда, айтарлықтай материалдың бұзылуына әкеледі. Бұл мәселені шешу үшін инженерлер бірнеше тәсілді ұштастырады. Біріншіден, олар сутегі әсеріне қарсы тұратын, стандартты материалдарға қарағанда тұрақты болатын хромды қорытпаларды қолданады. Екіншіден, сақтау қысымын 200 бардан төмен ұстау мәселені азайтады. Үшіншіден, көптеген өндірістер қазір құрылымдық бүтіндікті үздіксіз бақылайтын таратылған акустикалық датчиктер орнатуда. Осы шаралармен қатар, үлгілердің (керндердің) алынуы мен нақты 3D сейсмикалық зерттеулер сияқты күнделікті геомеханикалық тексерістер сақтау қаупін уақытылы анықтау үшін маңызды. Нақты сандар жағдайларға байланысты әртүрлі болса да, көпшілік салалық мамандар бұл біріктірілген әдістердің сутегілік сыйысу қаупін шамамен 70 пайызға немесе одан да көбірек азайтатынымен келіседі, ол бұл ұзақ мерзімді сақтауды ондаған, тіпті ғасырлар бойына жоспарлауға мүмкіндік береді.

Сутегі энергиясын қолданыстағы инфрақұрылымға интеграциялау

Табиғи газдың құбырлары арқылы сутегін араластыру: желінің икемділігіне жақын мерзімді бағыт

Қазіргі табиғи газ жүйесі шынымен-ақ сутегін араластырудың қысқа мерзімді шешімін ұсынады. Егер біз газ құбырларына шамамен 20% сутегін араластырсақ, онда барлық дайын желілерді таза энергияны тасымалдау мен сақтау үшін пайдаланып, барлығын бірден жоя отырып, қайта құруға әрекет жасамаймыз. Бұл процесте жел еткіштері мен күн энергиясынан алынатын артық электр энергиясы өндіріс шегіне жеткен кезде сутегіге айналады, ал осы құбырлар қоректендіру аралықтарында ірі сақтау сыйымдылығы ретінде қызмет етеді. Әрине, егер біз осы 20% шегінен асуға тырыссақ, сутегі уақыт өте келе металдардың содығыштығын арттыратындықтан, материалдарды жаңартуға тура келеді. Дегенмен, қазіргі шектер көлемінде жұмыс істеу әлі де қазір көміртегі шығындарын азайтады және жалпы қайта құрылуға бағытталған қайта құрылу процесін жеделдетеді.

• Сұранысты теңестіру : Артық қайта құрылатын өндірістің шығысын сіңіру
• Сақтау қуатын пайдалану құбырларды таратылған резервуарларға айналдыру
• Шығын тиімділігі жаңа арнайы құбырларды салудан аулақ болу
  Реттеуші базалар өзгерген сайын жоғары қоспалық қатынастарға қолайлы болатындықтан, бұл стратегия болашақта таза сутегі желілеріне бағытталған масштабталатын көшіру құралы ретінде қызмет етеді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Сутегі энергиясын сақтау электр желісінің тұрақтылығы үшін неге маңызды?

Сутегі энергиясын сақтау электр желісінің тұрақтылығы үшін маңызды, себебі ол желілік жел және күн энергиясы сияқты қайталанбайтын қайта қалпына келтірілетін энергия көздерінің үзіліссіздігін басқаруға сенімді және масштабталатын шешім ұсынады.

Энергияны сақтау үшін сутегінің литий-ионды аккумуляторларға қарағандағы артықшылықтары қандай?

Сутегі литий-ионды аккумуляторларға қарағанда энергияны сақтау қабілеті жақсырақ және энергияны жыл мезгілдері бойынша сақтай алады, ал литий-ионды аккумуляторлар тек бірнеше сағатқа ғана тиімді.

Сутегі өндірісіндегі бірге орналасу стратегиясы қалай тиімділікті жақсартады?

Электролизерлерді тікелей қайта қалпына келтірілетін энергия көздерінің жанына орналастыру арқылы берілу шығындары азаяды және дәстүрлі желілерге қосылған жүйелерге қарағанда тиімділік 15–20% артады.

Сутегін сақтау үшін тұз көтерілімдері мен поралы қоймалар арасындағы айырмашылықтар қандай?

Тұз көтерілімдері жылдам циклдау жылдамдығын ұсынады және коммерциялық түрде пайдаланылады, бірақ олар белгілі бір географиялық орындарға шектелген; ал поралы қоймалардың сыйымдылығы жоғарырақ және әзірше сынақ сатысында.

Табиғи газ құбырларына араластыру арқылы тораптың икемділігіне қалай қол жеткізіледі?

Сутегін табиғи газ құбырларына араластыру арқылы энергия тарату мен сақтау үшін бар инфрақұрылым пайдаланылады, сондықтан сутегін энергетикалық араласымға енгізу үшін қолайлы қысқа мерзімді шешім болып табылады.