ການຕອບສະຫນອງຢ່າງມີປະສິດທິພາບຕໍ່ຄວາມປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານແສງຕາເວັນ: ຄວາມຫຼິ້ນໄຫຼຂອງ PEM ເທືອບກັບຄວາມສະຖຽນຂອງ AEM

ຄວາມໄວໃນການເລີ່ມຕົ້ນເຮັດວຽກ ແລະ ການຕອບສະຫນອງຕໍ່ສະຖານະການຊົ່ວຄາວ: ເຫດຜົນທີ່ຄວາມສາມາດຂອງ PEM ໃນການປັບຕົວພາຍໃນໜຶ່ງວິນາທີຈຶ່ງມີຄວາມສຳຄັນໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆໆ......

ເຄື່ອງໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້ເມັມເບຣນແລກປ່ຽນໂປຣຕອນ (PEM) ສາມາດປັບປຸງພະລັງງານໄດ້ຢ່າງໄວວ່າໃນເວລາໆໜຶ່ງວິນາທີ ຫຼື ໜ້ອຍກວ່າ—ຄຸນສົມບັດນີ້ມັກຖືກເນັ້ນໃນການບູລະນາການກັບແຫຼ່ງພະລັງງານທີ່ບໍ່ມີການເສື່ອມສະຫຼາຍ. ແຕ່ການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງຕາເວັນມັກເກີດຂຶ້ນໃນໄລຍະເວລາ 5–15 ນາທີ ແທນທີ່ຈະເປັນໄລຍະເວລາທີ່ສັ້ນກວ່າໜຶ່ງວິນາທີ. ຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງດ້ານເວລານີ້ຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນຄຸນຄ່າໃນການນຳໃຊ້ຈິງຂອງຄວາມໄວສູງເກີນໄປຂອງ PEM ໃນການນຳໃຊ້ຮ່ວມກັບເຄື່ອງສູບແສງຕາເວັນ. ຂໍ້ມູນຈາກການທົດລອງໃນສະຖານທີ່ຈິງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ ລະບົບເມັມເບຣນແລກປ່ຽນອານຽນ (AEM) ທີ່ມີຄວາມໄວໃນການຕອບສະຫນອງຊ້າກວ່າ ສາມາດຕອບສະຫນອງຕາມອັດຕາການປ່ຽນແປງຂອງແສງຕາເວັນໄດ້ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ ໂດຍບໍ່ມີການສູນເສຍປະສິດທິພາບ ເນື່ອງຈາກໄລຍະເວລາທີ່ໃຊ້ໃນການປ່ຽນແປງຂອງ AEM ເຊິ່ງຢູ່ທີ່ 2–3 ນາທີ ສອດຄ່ອງກັບຮູບແບບການປ່ຽນແປງຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງຕາເວັນໃນໂລກຈິງ. ຢ່າງສຳຄັນ, ການປ່ຽນແປງຢ່າງໄວວ່າຂອງ PEM ຈະເຮັດໃຫ້ຕົວເຮັງທີ່ໃຊ້ໃນການເຮັງເຮັງເສື່ອມສະຫຼາຍໄວຂຶ້ນ ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຕົ້ນທຶນການບໍາຮຸງຮັກສາໃນໄລຍະຍາວເພີ່ມຂຶ້ນ. ສຳລັບໂຄງການທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບແສງຕາເວັນ ຄວາມສະຖຽນຂອງການດຳເນີນງານຈະມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍກວ່າຂໍ້ດີດ້ານຄວາມໄວທີ່ບໍ່ມີການປຽບທຽບ.

ປະສິດທິພາບໃນສະພາບການເຮັດວຽກທີ່ມີພະລັງງານຕ່ຳ & ອັດຕາ Faradaic: ຄວາມເປັນເລີດຂອງ AEM ໃນສະພາບການທີ່ໃຊ້ພະລັງງານຕ່ຳກວ່າ 30% ຂອງຄວາມສາມາດສູງສຸດ

ຕໍ່າກວ່າ 30% ຄວາມສາມາດ—ເກີດຂຶ້ນຢ່າງທົ່ວໄປໃນຊ່ວງເວລາເปลີ່ຍນແປງຈາກເຊົ້າໄປຫາແລງ ແລະ ເວລາທີ່ມີເມັດຟ້າ—ເຄື່ອງເຄື່ອງຜະລິດໄຮໂດຣເຈນແບບ AEM ມີປະສິດທິພາບດີກວ່າເຄື່ອງ PEM ໃນຕົວຊີ້ວັດທີ່ສຳຄັນ. ໃນເວລາທີ່ເຄື່ອງ PEM ມີປະສິດທິພາບ Faradaic ລົດຕໍ່ 85% ໃນເວລາທີ່ເຄື່ອງເຮັດວຽກທີ່ 20% ຂອງຄວາມສາມາດ, ລະບົບ AEM ສາມາດຮັກສາອັດຕາການປ່ຽນແປງໄດ້ທີ່ 92% ຫຼື ສູງກວ່າ, ອີງຕາມການທົດລອງຂອງ HyTech (2023). ຄວາມແຕກຕ່າງນີ້ເກີດຈາກຄວາມຕ້ານທາງຂອງເມັມເບີນ AEM ທີ່ຕໍ່າກວ່າ ແລະ ຕົວເຮັງທີ່ທົນຕໍ່ສະພາບຄວາມເປັນດ່າງ (alkaline) ທີ່ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍພະລັງງານໃນເວລາທີ່ເຄື່ອງເຮັດວຽກທີ່ຄວາມສາມາດບໍ່ເຕັມ. ເນື່ອງຈາກໂຮງງານຜະລິດໄຮໂດຣເຈນດ້ວຍພະລັງງານແສງຕາເວັນເຮັດວຽກທີ່ຄວາມສາມາດຕໍ່າກວ່າ 30% ໃນ 60–70% ຂອງເວລາທີ່ມີແສງຕາເວັນ, ຜົນຜະລິດທີ່ສົມໍ່າສາກຂອງ AEM ຈຶ່ງເພີ່ມປະລິມານໄຮໂດຣເຈນປະຈຳປີໄດ້ 12–15% ເທື່ອ ເມື່ອທຽບກັບເຄື່ອງ PEM ທີ່ເທົ່າທຽນກັນ. ຄວາມສະຖຽນຂອງຄ່າຄວາມຕ້ານທາງ (voltage) ຂອງ AEM ໃນເວລາທີ່ມີການປ່ຽນແປງຂອງກະແສໄຟຟ້າຍັງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານຊ່ວຍ (auxiliary power) ແລະ ເຮັດໃຫ້ການນຳໃຊ້ພະລັງງານແສງຕາເວັນມີປະສິດທິພາບສູງສຸດ.

ປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານຕາມຮູບແບບຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງຕາເວັນທີ່ເກີດຂຶ້ນຈິງ

ການຫຼຸດລົງຂອງປະສິດທິພາບ LHV ຂື້ນກັບການເຮັດວຽກ: PEM ແລະ AEM ຈາກການເຮັດວຽກທີ່ຄວາມສາມາດເຕັມໄປຫາການເຮັດວຽກທີ່ຄວາມສາມາດບໍ່ເຕັມ

ເຄື່ອງໄຟຟ້າ PEM ມີການຫຼຸດລົງຢ່າງຊັດເຈນຂອງປະສິດທິພາບຄຸນຄ່າຄວາມຮ້ອນຕ່ຳ (LHV) ໃນເວລາທີ່ເຮັດວຽກຕ່ຳກວ່າ 50% ຂອງພະລັງງານທີ່ກຳນົດໄວ້, ຈາກປະມານ 75% ໃນສະຖານະການເຮັດວຽກສູງສຸດ ຫຼຸດລົງເຖິງປະມານ 60% ໃນສະຖານະການເຮັດວຽກທີ່ 30% — ເຊິ່ງເກີດຈາກຄວາມຕ້ານທາງດ້ານຈັນຍາສາດທີ່ເປັນຜູ້ນຳໃນເວລາທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂອງປະຈຸໄຟຕ່ຳ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ລະບົບ AEM ສາມາດຮັກສາປະສິດທິພາບ LHV ໃນລະດັບທີ່ສູງກວ່າ 70% ເຖິງແມ່ນວ່າຈະເຮັດວຽກທີ່ 30% ຂອງພະລັງງານທີ່ກຳນົດໄວ້ ເນື່ອງຈາກການເຄື່ອນທີ່ຂອງອີໂອນ hydroxide ມີຄວາມເໝາະສົມ. ດັ່ງນັ້ນ, ການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງຕາເວັນ—ທີ່ເກີດຂຶ້ນເປັນປົກກະຕິໃນເວລາເຊົ້າເຊົ້າ, ເວລາຄໍາ, ຫຼື ໃຕ້ເງົາຂອງເມັດຟ້າ—ຈະສົ່ງຜົນເສຍຕໍ່ລະບົບ PEM ໃນລະດັບທີ່ຮຸນແຮງກວ່າ. ການສຶກສາໃນສະຖານທີ່ຈິງ ແສດງໃຫ້ເຫັນວ່າ ເຄື່ອງ AEM ຜະລິດເອີ້ນີ້ຢູ່ 8–12% ເພີ່ມຂຶ້ນຕໍ່ປີ ໃນເງື່ອນໄຂທີ່ມີຮູບແບບການສະຫຼາດຂອງແສງຕາເວັນຄືກັນ, ເຊິ່ງຊົດເຊີຍການທີ່ປະສິດທິພາບສູງສຸດຂອງມັນຕ່ຳກວ່າເລັກນ້ອຍ.

ຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ອຸນຫະພູມ ແລະ ຄວາມກົດດັນໃນເວລາທີ່ມີການປ່ຽນແປງ: ຜົນກະທົບຕໍ່ການນຳໃຊ້ພະລັງງານໃນໄລຍະຍາວ

ການເຄື່ອນໄຫວຂອງຄວາມຫນັກແຫນ້ນທີ່ໃຊ້ພະລັງງານແສງຕາເວັນເລື້ອຍໆ ເຮັດໃຫ້ PEM ສັບຊ້ອນຜ່ານຄວາມຮ້ອນ. ການປ່ຽນແປງອຸນຫະພູມຢ່າງໄວວາໃນລະຫວ່າງການຜ່ານຜ່ານຂອງເມກເຮັດໃຫ້ Nafion® ເສັ້ນຜິວຂາດນ້ ໍາ, ເພີ່ມຄວາມຕ້ານທານ ionic 1520% ຫຼັງຈາກ 2,000 ວົງຈອນ. ສະພາບແວດລ້ອມ Alkaline ຂອງ AEMs ຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງນີ້ໂດຍຜ່ານການເກັບຮັກສານ້ ໍາ ທີ່ດີກວ່າແລະຄວາມຕ້ອງການຄວາມກົດດັນຕ່ ໍາ ກວ່າ (≤15 bar ທຽບກັບ PEMs 3050 bar). ຄວາມກົດດັນກົນຈັກທີ່ຫຼຸດລົງຮັກສາຄວາມສົມບູນຂອງຝາຜະ ຫນັງ, ຮັກສາການ ນໍາ ໃຊ້ພະລັງງານສູງກວ່າ 92% ຫຼັງຈາກຫ້າປີ. ຄວາມທົນທານທາງດ້ານຄວາມຮ້ອນນີ້ແປເປັນຜົນຜະລິດພະລັງງານສູງຂື້ນ 3 5% ໃນໄລຍະຊີວິດໃນອຸປະກອນທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບແສງຕາເວັນ.

ຄວາມ ຫນ້າ ເຊື່ອຖືໃນການ ດໍາ ເນີນງານພາຍໃຕ້ວົງຈອນແສງຕາເວັນ: ຄວາມທົນທານຂອງຜ້າເຊືອກແລະຄວາມສ່ຽງຂອງການຫຼຸດຜ່ອນ

ຄວາມອ່ອນແອຂອງຝາຜະ ຫນັງ PEM: ການຫຼຸດລົງຂອງ Nafion® ໃນລະຫວ່າງການປ່ຽນແຮງດັນໄຟຟ້າແລະການເລີ່ມຕົ້ນ-ຢຸດທີ່ຊ້ ໍາ ກັນ

ເຄື່ອງໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້ເມັມເບຣນ ປ່ຽນແປງໂປຣຕອນ (PEM) ເປັນສ່ວນໜຶ່ງຂອງການຜະລິດໄຟຟ້າຈາກແສງຕາເວັນ ມີຄວາມສ່ຽງດ້ານການດຳເນີນງານຢ່າງມີນັກ. ເມັມເບຣນ Nafion® ທີ່ບາງເກີນໄປເພື່ອເປົ້າໝາຍໃນດ້ານປະສິດທິພາບ ແຕ່ກໍເຮັດໃຫ້ການເສື່ອມສະພາບເລີກເຮັດໄດ້ໄວຂຶ້ນເວລາເກີດເຫດການການປ່ຽນທິດທາງຂອງຄ່າຄວາມຕ້ານ (voltage reversal) ຫຼື ການເລີ່ມຕົ້ນ-ຢຸດຕິການຢ່າງທັນທີ. ຄວາມເຄັ່ນຕຶ່ງທາງກົກະຍະນາມິກເຮັດໃຫ້ເກີດຮູເລັກໆ (pinholes) ແລະ ການເคลື່ອນຕົວຢ່າງຊັ້ນຊ້າ (creep) ໃນເມັມເບຣນ, ໃນຂະນະທີ່ການກັດກາຍທາງເອເລັກໂຕເຄມີ (electrochemical corrosion) ຈະເຮັດລາຍຊັ້ນຕົວເຮັດໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາ (catalyst layers) ໃນເວລາທີ່ດຳເນີນງານບໍ່ເປັນປົກກະຕິ. ໃນອຸນຫະພູມທີ່ສູງກວ່າ 70°C, ການສ້າງຕົວຂອງມີລະເຄີມທີ່ມີອິດສະຫຼະ (free radicals) ຈະເຂັ້ມຂຶ້ນ, ເຮັດໃຫ້ຕົວເຮັດໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາທີ່ເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປັນເປ...... (platinum-group catalysts) ແລະ ລົດຈາກອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງເມັມເບຣນຫຼາຍກວ່າ 40% ຫຼັງຈາກ 1,000 ວຟິກ. ບັນຫາເຫຼົ່ານີ້ຕ້ອງການລະບົບການປ້ອງກັນທີ່ສັບສົນ, ເຮັດໃຫ້ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການດຳເນີນງານເພີ່ມຂຶ້ນ.

ຄວາມຕ້ານທານຂອງ AEM: ເມັມເບຣນທີ່ຕ້ານທານສະພາບເປັນດ່າງ (alkaline-tolerant membranes) ແລະ ການກັດກາຍຂອງຕົວເຮັດໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາທີ່ຫຼຸດລົງໃນເວລາທີ່ມີການເຮັດວຽກທີ່ປ່ຽນແປງ

ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ເຕັກໂນໂລຢີແລກປ່ຽນແສງສະຫວ່າງ (AEM) ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມທົນທານ inherent. ເສັ້ນຜ້າແສງອາລຄາລີທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງເຮັດວຽກຢ່າງ ຫມັ້ນ ຄົງໃນໂຫຼດແສງຕາເວັນທີ່ປ່ຽນແປງໂດຍບໍ່ມີການຄວບຄຸມສານເຄມີ. ເຄື່ອງກະຕຸ້ນທີ່ອີງໃສ່ນິກເກວຂອງພວກມັນຕໍ່ຕ້ານການກັດກ່ອນໃນຄວາມກົດດັນສ່ວນບາງຕ່ ໍາ ກວ່າຄວາມຈຸ 30%, ຮັກສາປະສິດທິພາບຂອງ Faraday ຫຼາຍກ່ວາ 92% ຫຼັງຈາກ 3,000 ວົງຈອນ. ເຄມີກັມຫລີກລ້ຽງຄວາມເສຍຫາຍການປ່ຽນແຮງດັນໄຟຟ້າ, ຫຼຸດອັດຕາການຫຼຸດລົງ 60% ເມື່ອທຽບກັບລະບົບ PEM.

ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທັງໝົດໃນການເປັນເຈົ້າຂອງ ແລະ ການບູລະນາການລະບົບສຳລັບການຕິດຕັ້ງທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບພະລັງງານແສງຕາເວັນ

ຂໍ້ໄດ້ປຽດດ້ານ CAPEX: ເຄື່ອງເຮັດຕົ້ນຕົ້ນຂອງ AEM ທີ່ບໍ່ໃຊ້ພາສະຕິດັມ ແລະ ລະບົບສ່ວນທີ່ເຫຼືອຂອງໂຮງງານ (Balance-of-Plant) ທີ່ງ່າຍຂຶ້ນ

ເມື່ອປຽບທຽບເຄື່ອງເຮັດຕົ້ນຕົ້ນ PEM ແລະ AEM ສຳລັບການເຊື່ອມຕໍ່ກັບພະລັງງານແສງຕາເວັນ ລະບົບ AEM ໃຫ້ຂໍ້ໄດ້ປຽດດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍເບື້ອງຕົ້ນ (CAPEX) ທີ່ຊັດເຈນ. ຂໍ້ໄດ້ປຽດດັ່ງກ່າວເກີດຂື້ນເປັນສ່ວນໃຫຍ່ຈາກການໃຊ້ຕົວເຮັດຕົ້ນຕົ້ນທີ່ບໍ່ມີພາສະຕິດັມຂອງ AEM—ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວແມ່ນເປັນສຳລັບເຄື່ອງເຮັດຕົ້ນຕົ້ນທີ່ອີງໃສ່ນິກເກີລ໌ ຫຼື ເຫຼັກ—ເທື່ອງກັບການທີ່ເຄື່ອງເຮັດຕົ້ນຕົ້ນ PEM ຕ້ອງອີງໃສ່ອີຣິດຽມ ແລະ ເຄື່ອງເຮັດຕົ້ນຕົ້ນທີ່ເປັນສ່ວນໜຶ່ງຂອງກຸ່ມພາສະຕິດັມ. ເຄື່ອງເຮັດຕົ້ນຕົ້ນທີ່ເປັນສ່ວນໜຶ່ງຂອງກຸ່ມພາສະຕິດັມມີສ່ວນຮ່ວມຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງສ່ວນເຄື່ອງເຮັດຕົ້ນຕົ້ນ (stack) ຂອງ PEM ໂດຍຄິດເປັນສັດສ່ວນເຖິງ 40% ຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທັງໝົດຂອງສ່ວນເຄື່ອງເຮັດຕົ້ນຕົ້ນ.

ເພີ່ມເຕີມ, AEM ສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິຜົນໃນຄວາມກົດດັນຕ່ຳກວ່າລະບົບ PEM, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ການຈັດຕັ້ງສ່ວນອື່ນໆຂອງລະບົບ (balance-of-plant) ເປັນໄປຢ່າງງ່າຍດາຍ. ຄວາມຕ້ອງການທີ່ຫຼຸດລົງສຳລັບປັ້ມຄວາມກົດດັນສູງ, ວາວ, ແລະ ໜ່ວຍການກຳຈັດສິ່ງປົນເປືືອນໃນກາຊ ລົດລົງເຖິງ 25–30% ເມື່ອທຽບກັບລະບົບ PEM. ເຖິງແນວໃດກໍຕາມ, ເຖິງແນວໃດກໍຕາມ, ຖ້າວ່າລະບົບ PEM ມີຂະໜາດເລັກກວ່າ, ຂໍ້ໄດ້ປຽດດ້ານຂະໜາດນີ້ມັກຈະບໍ່ຊົດເຊີຍຄວາມແຕກຕ່າງດ້ານຕົ້ນທຶນວັດສະດຸໃນການຕິດຕັ້ງທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບແສງຕາເວັນ ໂດຍທີ່ຂໍ້ຈຳກັດດ້ານພື້ນທີ່ມັກຈະບໍ່ສຳຄັນເທົ່າກັບຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃນດ້ານລາຄາ. ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການດຳເນີນງານ (OPEX) ຍັງຄົງເປັນເລື່ອງທີ່ຕ້ອງພິຈາລະນາ, ແຕ່ຄວາມຖີ່ທີ່ຕ່ຳກວ່າໃນການປ່ຽນຕົວເຮັງຂອງ AEM ແລະ ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ກັບການເຮັດວຽກທີ່ປ່ຽນແປງໄດ້ ຈະເຮັດໃຫ້ຄວາມຄຸ້ມຄ່າດ້ານເສດຖະກິດໃນໄລຍະຍາວດີຂຶ້ນອີກ.