Kaip atsinaujinanti energija maitina žaliojo vandenilio gamybą

Vėjo, saulės ir vandens energijos vaidmuo elektrolizėje žaliam vandeniliui gaminti

Vandens elektrolizę, leidžiančią gaminti vandenilį be anglies emisijų, daro įmanomą švarus elektra, gauta iš vėjo, saulės baterijų ir hidroenergijos. Šiuo metu vis daugiau matome saulės elektrinių ir jūros vėjo projektų, kurie maitina didelius elektrolizatorius, o hidroenergija toliau teikia patikimą fono energijos palaikymą. Praėjusiais metais pasaulis pagamino apie 1,2 milijono tonų žaliojo vandenilio, kas yra reikšmingas šuolis lyginant su vos dvejais metais anksčiau, kai tai buvo tik pusė to kiekio. Geriau integruojant atsinaujinančius energijos šaltinius kartu su mažėjančiomis elektrolizatorių kainomis, šis augimas tikrai paspartėjo. Atsižvelgiant į konkrečias vietoves, saulėtomis vietovėmis paprastai apie ketvirtadalį iki beveik trečdalio elektrolizės poreikių tenkina saulės energija, tuo tarpu pajūrio zonose, kuriose pučia stiprūs vėjai, dažnai apie keturiasdešimt–penkiasdešimt procentų energijos poreikių vandenilio gamybai tenka vėjo jėgainėms.

PEM elektrolizės efektyvumas kintamos atsinaujinančios energijos aplinkose

Protonų apykaitos membranos (PEM) elektrolizatoriai pasiekia 75–80 % efektyvumą keičiant kintamą vėjo ir saulės energiją į vandenilį, greitai reaguodami į tiekimo pokyčius. Pažangūs valdymo sprendimai užtikrina našumą staigiai sumažėjus saulės spinduliavimui, pavyzdžiui, tik 30 sekundžių trukmės laikotarpiais, užtikrindami nuolatinį vandenilio išvestį.

Technologiniai pasiekimai saulės energija varomose vandenilio gamybos sistemose

Fotovoltinius elementus integruojantys elektrolizės sistemos dabar pasiekia 12–14 % saulės energijos į vandenilį konversijos efektyvumą dėka inovacijų, tokių kaip spektrinis skaidymas ir šilumos atgavimas. Bandomieji projektai, naudojantys dviejų ašių sekimo saulės masyvus, padidino kasdieninę vandenilio gamybą 22 %, didinant derlingumą kintamose sąlygose.

Inovacijos, leidžiančios patikimą elektrolizę su kintama atsinaujinančia energija

Hibridiniai atsinaujinančios energijos ir vandenilio blokai naudoja dirbtinio intelekto valdomą prognozavimą, kad sinchronizuotų elektrolizatoriaus veikimą su realiu energijos kiekiu. Baterijų buferinės sistemos išlygina energijos tiekimą pertraukų metu gamybos pritrūkumo laikotarpiu, išlaikant 98 % eksploatacinio laiko bandymų metu.

Žaliasis vandenilis kaip atsinaujinančios energijos kaupimo ir tinklo stabilumui užtikrinti skirtas sprendimas

Vandenilio naudojimas siekiant sumažinti kintamumą ir padidinti tinklo atsparumą

Žalias vandenilis išsprendžia didelę problemą atsinaujinančios energijos sistemose, kai energija gaminama tada, kai jos niekas nereikia. Skirtingai nei litio jonų baterijos, kurios gali saugoti elektrą tik kelias valandas, žalias vandenilis gali laikyti perteklinę energiją savaitėmis ar net mėnesiais. Paimkime Vokietijos 2024 metų eksperimentą. Jie panaudojo visą perteklinę vėjo energiją, kurios niekas nenaudojo, ir pavertė ją vandeniliu. Rezultatas? Apie 72 gigavatvalandės sukauptos energijos, pakankamai, kad apie dešimt tūkstančių namų ūkių galėtų ištverti sunkius žiemos mėnesius, kai paklausa smarkiai išauga. Ir tai nėra tik teoriniai dalykai. Tikrojo pasaulio duomenys iš „Grid Resilience Report“ rodo, kad daugelis saulės ir vėjo jėgainių per piką švaisto nuo 20 iki 40 procentų savo gamybos, nes nėra kur dėti pertekliaus. Naudojant žalio vandenilio saugojimą, šis švaistomas potencialas tampa naudinga energija.

Decentralizuotos vandenilio saugyklos ir realaus laiko adaptacinis valdymas

Mažosios elektros tinklų sistemos, įranga su vandenilio kaupikliais ir dirbtinio intelekto valdymo sistemomis, autonomiškai balansuoja tiekimą ir paklausą. Norvegijos „Lyse Energi“ tinklas sumažino iškastinio kuro naudojimą smūginėms elektrinėms 63 % naudodamas decentralizuotus vandenilio mazgus, kurie reaguoja į tinklo svyravimus per mažiau nei 500 ms . Prognozuojantys algoritmai optimizuoja elektrolizerių naudojimą, išlaikydami 89 % sistemos efektyvumą nepaisant ±40 % atsinaujinančių energijos šaltinių svyravimų.

Vandenilio kaupimo integravimas į atsinaujinančią energiją naudojančius elektros tinklus

Komunalinės paslaugų tiekėjos diegia vandeniliu pagrįstus „tinklo smūgio sugerdiklius“, kad stabilizuotų tinklus, kuriuose atsinaujinančios energijos dalis viršija 50 %. Pagrindinės strategijos apima:

• Hibridinės saugyklos kombinuojančios vandenilio bakus su 4 valandų baterijomis
• Dinaminiai injekcijos protokolai leidžiantys iki 20 % vandenilio maišymą gamtinių dujų vamzdynuose
• Paklausos reagavimo elektrolizeriai kurie padidina gamybą, kai elektros kainos tampa neigiamos

Šis sluoksniuotas požiūris sumažino dažnio nuokrypius 83 % lyginant su įprastais metodais, remiantis 2023 m. septynių Europos tinklo operatorių atliktomis bandomosiomis.

Emisijų mažinimas ir darnumo stiprinimas integruojant atsinaujinančios kilmės vandenilį

Gyvavimo ciklo analizė dėl emisijų mažinimo žaliuosiuose vandenilio sistemose

Gyvavimo ciklo vertinimai rodo, kad žalieji vandenilio sistemos gali pasiekti iki 80 % žemesnes emisijas palyginti su iškastinio kuro alternatyvomis visame gamybos, saugojimo ir sklaidos procese. 2025 m. tyrimas parodė, kad vėjo ir saulės energijos naudojimas kartu su elektrolize ne tik sumažina emisijas, bet taip pat 30 % sumažina vandens sunaudojimą, išliekant 40–60 % konkurencingoms kainoms palyginti su tradiciniu vandeniliu. Pagrindiniai indėliai apima:

• 97 % žemesnės emisijos dėl tiesioginio atsinaujinančios energijos maitinamos elektrolizės
• 62 % mažesnis metano nutekėjimas palyginti su gamtinių dujų reformingu
• Apskritiminio dizaino praktikos, perdirbančios 85 % išgriebtų elektrolizerių komponentų

Sudarant darnią energijos infrastruktūrą su integruotu žaliuoju vandeniliu

Žaliojo vandenilio sistemos atveria kelią protingesnėms elektros tinklo sistemoms, kurios gali ilgesnį laikotarpį derinti atsinaujinančios energijos gamybą su saugojimo poreikiais. Kai vėjo ir saulės energijos gamyba sumažėja, šios sistemos pakeičia senas iškastinio kuro atsarginės energijos jėgaines, kurios anksčiau įsijungdavo tokiais momentais. Jos taip pat padeda išlaikyti tinklo stabilumą panašiai kaip anksčiau tai darė tradicinės anglies ar dujų jėgainės. Kai kurie darnumo ekspertai nustatė, kad tada, kai bendruomenės vietiniu lygiu naudoja vandeniliu varomus mikrotinklus, jos perduodant praranda apie 18–22 procentus mažiau energijos lyginant su centralizuotomis sistemomis. Yra ir daugiau privalumų, tokių kaip didesnis atsparumas ekstremalioms oro sąlygoms ir sumažinta priklausomybė nuo vieno tiekimo grandinės silpnojo taško.

• 72 valandų energijos atsparumas ekstremalioms oro sąlygoms
• 55 % greitesni atsinaujinančios energijos leidimai dėl supaprastintų vandenilio buferių patvirtinimų
• $27/MWh sutaupymas ilgalaikėje saugykloje lyginant su litio-jonų sprendimais

Papildomos atsinaujinančios energijos komercininkė: žaliojo vandenilio vaidmuo tiekimo sumažinime

Perteklinės vėjo ir saulės energijos konvertavimas į laikomą žaliąjį vandenilį

Kai gaminama per daug atsinaujinančios energijos, o nėra kur jos siųsti, elektrolizė įsikiša ir šią perteklinę energiją paverčia vandeniliu, kurį galima išsaugoti vėlesniam naudojimui. Tai paverčia tai, kas būtų prarasta elektros energija, į kažką ekonomiškai vertingo. Elektrolizerių vienetus statyti šalia vėjo jėgainių ir saulės baterijų yra logiška, nes jie gali pasisavinti didelius saulės energijos antplūdžius per dienos vidurį arba sugauti visą tą papildomą vėjo energiją naktį, kai tinklai dažnai būna perkrauti. Kai kurios įmonės taip pat pradėjo eksperimentuoti su plūduriuojančiomis platformomis atviroje jūroje. Šie sprendimai veikia gana gerai, kadangi pašalina brangių požeminių kabelių poreikį, tuo pačiu gamindami vandenilį ten, kur vėjas jūroje yra stipriausias.

Pertrauktos energijos naudojimo vandenilio gamybai ekonominiai pranašumai

Papildomos energijos, kuri kitaip būtų švaistoma, naudojimas gali sumažinti žaliojo vandenilio gamybos išlaidas nuo 30 iki net 50 procentų, lyginant su įprastomis tinkle esančiomis metodikomis. Paprastai šios gamybos išlaidos svyruoja apie 3,8–11,9 JAV dolerių už kiekvieną pagamintą kilogramą, tačiau įmonės, pasitelkiančios nepanaudotus atsinaujinančios energijos šaltinius, paprastai pasiekia pelningumo ribą maždaug 3–5 metais anksčiau nei kitos. Šį požiūrį daro tokį patrauklų tai, kad vienu metu kuriamos dvi skirtingos pajamų formos. Pirma – akivaizdžios pajamos iš paties vandenilio produkto pardavimo gamykloms ir kitoms pramonės įmonėms. Bet yra ir antra srovė – dalyvavimas specialiuose tinklo aptarnavimo programose, kuriose jie gauna atlygį už savo energijos suvartojimo koregavimą priklausomai nuo to, ko elektros sistema reikia bet kuriuo metu.

DUK

Kas yra žalias vandenilis?

Žaliasis vandenilis – tai vandenilis, gaminamas elektrolizuojant vandenį, kuriam naudojama atsinaujinančios energijos, tokios kaip vėjo, saulės ir hidroenergija, sukelianti nulinį anglies dvideginio išmetimą.

Kodėl žaliasis vandenilis svarbus tinklo stabilumui?

Žaliasis vandenilis gali ilgą laiką kaupti perteklinę atsinaujinančių energijos šaltinių energiją, todėl padeda išlyginti tiekimą ir paklausą bei padidina tinklo atsparumą energijos svyravimams.

Koks efektyvumas gaminant vandenilį naudojant PEM elektrolizę?

Protonų keitimo membranos (PEM) elektrolizatoriai yra apie 75–80 % efektyvūs konvertuojant kintamą atsinaujinančios energijos energiją į vandenilį.

Kaip žaliojo vandenilio integracija sumažina išmetamų teršalų kiekį?

Žaliojo vandenilio sistemos gali sumažinti išmetamų teršalų kiekį iki 80 % lyginant su iškastiniais kurais grindžiamomis metodikomis, daugiausia dėl atsinaujinančia energija varomo elektrolizės proceso ir sumažinto metano nutekėjimo.