Неге жел энергиясын сақтау үшін сутегі қажет?

Жел энергиясымен байланысты проблема — бізге ең көп қажет болған кезде ол әрқашан да есіп тұрмайды, бұл электр желісі үшін, әсіресе желдің бірқатар күн бойы тұрып қалуына байланысты «Дункельфлауте» деп аталатын кезеңдерде проблемалар туғызады. Сутегі — артық жел қуатын электролиз процесі арқылы сақтауға болатын нәрсеға айналдыру арқылы шешім ұсынады. Желдің бірнеше апталық жоқтығы кезінде бұл сақталған сутегі отын элементтері немесе дәстүрлі турбиналар арқылы қайтадан электр энергиясына айналдырылуы мүмкін. Батареялар ұзақ мерзімді қажеттіліктер үшін жарамсыз, себебі олар әдетте зарядты ең көп дегенде бірнеше күн ғана сақтай алады. Дәл осы жерде сутегі өзінің артықшылығын көрсетеді, өйткені ол энергияны айлар бойы сақтай алады. Бұндай ұзақ мерзімді сақтау — жел мен күн энергиясы өндірісі елдің әртүрлі аймақтарында бір уақытта төмендеген кезде электр желілерін тұрақты ұстап тұру үшін толығымен қажет.

Сутегі — бұл тек түрлендіру кезіндегі шығындар нәтижесінде енгізілген энергияның 30-40 пайызын қайтару емес. Оның нағыз потенциалы басқа жерлерде де жатыр. Мысалы, экологиялық тазарту қиын болатын өнеркәсіп салаларында ол болат өндірісіндегі коксты алмастыра алады, елдер арасында жүк тасымалдайтын үлкен автокөліктерді қозғалтады және әртүрлі өндірістік процестер үшін қажетті күшті жылу береді. DNV зерттеуінің өткен жылғы деректеріне сәйкес, сутегін сақтау жел электр станцияларындағы шығындалған жел энергиясын шамамен екі есе азайтады. Сонымен қатар, ол зауыттардан шығатын шаң-тозаңды да азайтады. Сондықтан біз электр торабын икемдіретін және әртүрлі салаларда көміртегі шығарындыларын тереңірек азайтатын екі қызмет атқаратын технологияны қарастырамыз.

Жел энергиясымен қозғалысқа келтірілетін сутегі өндірісі қалай жұмыс істейді

Электролиз: Артық жел электр энергиясын көк сутегіге айналдыру

Қосымша жел энергиясы электр торабы қазір қажет ететіннен көп электр энергиясы болған кезде пайдаланылады. Бұл артық энергия су молекулаларын (H₂O) сутегі мен оттегіге ыдырататын электролизерлерді жұмысқа қосады. Бұл процестен шығатын өнім — көкіртті немесе көміртегі шығармайтын сутегі, яғни «жасыл сутегі», өйткені ол тас көмір мен газдан алынатын «сұр» немесе «көк» сутегінен айырмашылығы — көміртегі шығармайды. Бұл электролизерлік жүйелер өз жұмыстарын қолайлы түрде реттеуге қабілетті. Олар жел күшті есіп тұрғанда жоғары қуатта жұмыс істейді де, ауа райы өзгерген кезде жұмысын баяулатады. Осындай икемділігі арқасында олар қуаты тұрақты емес жаңартылатын энергия көздерімен өте жақсы ықпалдастықта жұмыс істейді.

Сақтау және пайдалану бағыттары: Қысылған газдан отын қозғалтқыштарына дейін және өнеркәсіпке

Сутегі өндірілгеннен кейін оны жерде сақтау үшін қысады немесе тасымалдау үшін сұйықтады. Оның қолданылу аясы әртүрлі салаларға созылады:

• Төмен желді кезеңдерде отын қозғалтқыштары арқылы қайтадан электр энергиясына айналдыру
• Жоғары сапалы жылу қажет ететін өнеркәсіптік процестерде тікелей қолданыс (мысалы, цемент, болат)
• Нөлдік шығарындылары бар жүк көліктері, поездар және теңіз кемелері үшін отын

Бұл көпсалалық универсалдылық сутегін стратегиялық энергия векторына айналдырады — тек аккумулятордың альтернативасы емес, сонымен қатар ұзақ мерзімді «Дункельфлауте» (қараңғылық) кезеңдерінде жалпы жүйенің көміртегісізденуін негіздеуші фактор.

Жел электр станцияларымен шынайы әлемдегі сутегі интеграциясы

Hywind Tampen: Теңізде орналасқан жел электр станциясы және өнеркәсіптік көміртегісізденуді қамтамасыз ететін жасыл сутегі

Equinor компаниясының Hywind Tampen жобасы қазірдің өзінде планетадағы ең ірі жүзіп жүретін жел электр станциясы болып табылады; ол таза энергияны тікелей теңіз бойындағы мұнай құрылыстарына береді, сонымен қатар артық қуатты жасыл сутегі өндіру үшін пайдаланады. Бұл 88 МВт қуатты қолданылатын үлкен көлемді орнату осы платформалардан шығатын шаң-тозаңды шамамен 35 пайызға азайтады, яғни барлық көне табиғи газ турбиналарын алмастырады, бірақ барлық жабдықтар әрі қарай сенімді жұмыс істей береді. Бұл жобаның ерекшелігі — ол қандай да бір саланың қосымша электр торабы қайта жабдықталып, қуатты жаңартылған көздерден (жел энергиясы сияқты) қабылдауға дайын болғанша да, біртіндеп табиғи отындардан бас тартуға қабілетті екендігін көрсетеді. Жел энергиясы мен сутегі өндіруінің үйлесімі сенімді энергияға қажеттілігі бар, бірақ көміртегі ізін азайтқысы келетін салалар үшін тәжірибелік шешім құрайды.

H2Bus жобасы (Дания) және басқа да тораптық масштабтағы сынақ жобалары: қараңғылық пен желсіздік кезеңдеріне төзімділікті көрсету

Даниядағы H2Bus жобасы жел күшті есепке алып, артық электр энергиясын сутегіге айналдырады және оны жел тоқтаған кезде қоғамдық автобустардың жұмысын қамтамасыз ету үшін пайдаланады. Бұл тәсілдің қызығушылық туғызатын жағы — оның электр торабын тепе-теңдікке келтіруге нақты қалай көмектесетінінде: желдің ұзақ уақыт бойы болмауы кезінде шамамен үш тәулікке жететін резервтік электр қуатын ұсынады. Басқа елдер де осындай шараларды сынап көрді. Өткен жылы Германия көптеген жаңартылатын энергия көздерінен артық электр энергиясын сутегіге айналдыру бойынша сынақтар өткізді, ал Шотландиядағы қауымдастықтар осы концепцияны жағалауларында сынақтан өткізді. Бұл нақты әлемдегі эксперименттер сутегінің жел энергиясын жыл бойы сенімді түрде пайдалануға болатын көзге айналдыруға мүмкіндік беретінін көрсетеді — біз тек ауа райы бізге не ұсынатынына тәуелді болмаймыз. Ол бұрынғы бағдарланбайтын энергия көзін таза энергия үшін болашақтағы сенімді көзге айналдырады.

Желден сутегіге айналдыру жүйелеріндегі негізгі қиындықтар мен компромисстік шешімдер

Тиімділік пен ұзақтық: Маусымдық құн үшін 30–40% айналымдық шығындармен танысу

Желден сутегіге айналдыратын жүйелер мәлімдемелер бойынша энергияның көп бөлігін жолда жоғалтады. Электролиз әдетте 60–70 пайызға дейін тиімді жұмыс істейді, ал отын элементтері арқылы қайта өзгерген кезде жалпы тиімділік 30–40 пайызға дейін төмендейді. Дегенмен, көптеген сарапшылар бұл қаржылық және операциялық тұрғыдан мағынасы бар деп есептейді, өйткені біз жел энергиясының көп мөлшерін жаз айларында өндіріп, оны қажеттілік шамасы қатты өскен қысқы айларда пайдалануға тиіспіз. Өндіріс пен сұраныс арасындағы маусымдық сәйкессіздік соншалықты үлкен болып кетеді, сондықтан тек қана тиімділік көрсеткіштерін ескеру жеткіліксіз. Батареялар 90 пайызға дейінгі әсерлі айналымдық тиімділікке ие болуы мүмкін, бірақ олар ұзақ мерзімді сақтау үшін тиімді емес. Сутегінің бірнеше ай бойы қатты тозуға ұшырамай сақталуы мүмкіндігі – бұл қазіргі уақытта ірі масштабта ешбір басқа технология қол жеткізе алмайтын қасиет.

Техникалық кемшіліктер: Электролизердің икемділігі, инфрақұрылымдың масштабын кеңейту және құнын төмендету

Айнымалы желдің әсерінен электролизердің жұмыс істеу сапасы әлі де негізгі шектеуші фактор болып табылады. Сілтілі электролизерлер тұрақты жүктемені талап етеді, ол өндірістің тербелмелілігімен үйлесімділікті шектейді, ал протондық-алмасу мембраналы (PEM) жүйелері тербелмелілікке төзімді, бірақ әр кВт үшін 2–3 есе қымбат тұрады. Кеңірек инфрақұрылымдық қиындықтар сақталуда:

• Сутегіге арналған арнайы газ құбырлары желісі тек шектеулі өнеркәсіптік коридорлардан тыс жерде сирек кездеседі
• Ірі масштабтағы сақтау қымбат қысымды ыдыстарға немесе геологиялық тұрғыдан нақты тұз көтерілістеріне сүйенеді
• Болжанған сұранысты қанағаттандыру үшін 2030 жылға дейін глобалды электролизер өндірісін шамамен 100 есе кеңейту қажет

Сутегінің тасымалдау құнын көміртекті отындардан алынатын сутегімен теңестіру үшін капиталдық шығындар қазіргі $800–$1400/кВт аралығынан төмендей отырып, $500/кВт-тан төмен болуы тиіс — бұл құндылық тізбегі бойынша координатталған саяси қолдау, жабдықтама тізбегіне инвестициялар және стандарттау қажеттілігін туғызады.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Ұзақ мерзімді энергия сақтау үшін сутегі неге аккумуляторларға қарағанда үстем болып табылады?

Сутегі энергияны айлар бойына сақтай алады, ал батареялар әдетте зарядты тек бірнеше күнге ғана сақтайды. Бұл сутегіні желдің болмауы кезіндегі электр желісінің тұрақтылығын ұзақ мерзімге қамтамасыз ету үшін маңызды етеді.

Жасыл сутегі деген не және оны қалай өндіреді?

Жасыл сутегі суға электролиз арқылы жел энергиясының артық мөлшерін пайдаланып, суды сутегі мен оттегіге бөлу арқылы алынады, нәтижесінде көміртегі шығыны болмайды.

Неге сутегі әртүрлі салаларда универсалды деп саналады?

Сутегінің қолданылу аясы желдің болмауы кезінде қайтадан электр энергиясына айналдыру, өнеркәсіптік процестерде тікелей қолдану және көміртегі шығыны жоқ көлік құралдары үшін отын ретінде қолдану сияқты әртүрлі бағыттарды қамтиды, ол оның көптеген салаларда қолданылуының универсалдығын дәлелдейді.

Желден сутегіге айналдыру жүйелерімен байланысты негізгі қиындықтар қандай?

Қиындықтарға түрлендіру кезіндегі энергия шығыны, инфрақұрылымның шектеулері, сонымен қатар электролизердің масштабтауы мен сақтау шешімдерімен байланысты жоғары шығындар жатады.