Kodėl vandenilis yra būtinas vėjo energijos kaupimui?

Vėjo energijos problema ta, kad ji ne visada pučia tada, kai labiausiai jos reikia, todėl tai gali sukelti problemų elektros tinklui, ypač ilgais bevejiais laikotarpiais, vadinamais Dunkelflaute. Vandenilis siūlo sprendimą – perteklinę vėjo energiją jis paverčia kažkuo, ką galima saugoti vėlesniam naudojimui, naudojant procesą, vadinamą elektrolize. Kai praeina savaitės be didesnio vėjo, šis saugomas vandenilis gali būti vėl paverstas elektra naudojant degalų elementus arba tradicinius turbinų generatorius. Akumuliatoriai tiesiog netinka ilgalaikėms reikmėms, nes jie paprastai išlaiko įkrovą tik kelias dienas. Būtent čia vandenilis iš tikrųjų pasirodo – jis gali saugoti energiją mėnesių eilėmis. Tokio ilgalaikio energijos kaupimo poreikis tampa absoliučiai būtinas elektros tinklų stabilumui užtikrinti tuo metu, kai vėjo ir saulės energijos gamyba vienu metu sumažėja skirtingose šalies vietose.

Vandenilis – tai ne tik galimybė atgauti 30–40 procentų energijos, prarandamos per konversijos nuostolius. Jo tikrasis potencialas slypi ir kitur. Pavyzdžiui, jis gali būti naudojamas aplinkai žalingose pramonės šakose, kurias sunku „išvalyti“. Taip, vandenilis gali pakeisti kokso anglį plieno gamyboje, maitinti didelius krovininius sunkvežimius, vežančius prekes per šalis, o taip pat tiekti intensyvią šilumą įvairioms gamybos procesams. Pagal praeitais metais paskelbtus DNV tyrimus, vandenilio kaupimas padeda sumažinti vėjo elektrinėse susidarančią prarastą vėjo energiją maždaug dviejų trečdalių. Be to, jis taip pat žymiai sumažina gamyklose išsisklendžiančias emisijas. Taigi kalbame apie sprendimą, kuris vienu metu padeda padaryti mūsų elektros tinklus lankstesnius ir pasiekti gilesnio lygio anglies mažinimą įvairiose ekonomikos srityse.

Kaip veikia vėjo energija varoma vandenilio gamyba

Elektrolizė: perteklinės vėjo elektrinės energijos konvertavimas į žaliąjį vandenilį

Papildoma vėjo energija naudojama tada, kai elektros tinklui šiuo metu reikia mažiau elektros energijos. Ši perteklinė energija varo elektrolizerius, kurie skaido vandens molekules (H2O) į vandenilį ir deguonį. Šio proceso rezultatas vadinamas žaliuoju vandeniliu, nes jis neleidžia išsiskirti anglies dioksido emisijų, skirtingai nei pilkasis ar mėlynasis vandenilis, gaminamas iš fosilinių kuro šaltinių. Šios elektrolizerių sistemos gali pakankamai lankščiai reguliuoti savo veikimą: jos intensyviau veikia stipriai pūtiant vėjui ir vėliau sulėtėja, kai keičiasi sąlygos. Dėl šios lankštumo jos puikiai derinamos su atsinaujinančiais energijos šaltiniais, kurie visada negamina pastovaus kiekio energijos.

Vandenilio kaupimas ir panaudojimo keliai: nuo suspausto dujų iki degalų elementų ir pramonės

Kartą pagamintas vandenilis suspaudžiamas vietos saugojimui arba skystinamas vežimui. Jo taikymo sritys apima kelis sektorius:

• Perkonvertavimas į elektros energiją naudojant degalų elementus mažo vėjo periodais
• Tiesioginis naudojimas pramonės procesuose, reikalaujančiuose aukštos kokybės šilumos (pvz., cemento, plieno gamyba)
• Kuro medžiaga nulinės emisijos sunkvežimiams, traukiniams ir jūros laivams

Ši kryžminė sektorių universalumas paverčia vandenilį strateginiu energijos nešikliu — ne tik baterijų alternatyva, bet ir sisteminio visuotinio dekarbonizavimo pagrindinė priemonė ilgalaikių tamsiųjų periodų (Dunkelflaute) metu.

Vandenilio integravimas realiomis sąlygomis kartu su vėjo elektrinėmis

Hywind Tampen: jūroje įrengtos vėjo elektrinės ir žaliasis vandenilis pramonės sektoriaus dekarbonizavimui

„Equinor“ įmonės plūduriuojančioji vėjo elektrinė „Hywind Tampen“ šiuo metu yra didžiausia pasaulyje, ji tiesiogiai tiekia švarią energiją jūros platformoms, o perteklinę energiją naudoja žaliajai vandeniliui gaminti. Ši milžiniška 88 MW galios įrenginys sugeba sumažinti šių platformų išmetamųjų teršalų kiekį apie 35 procentų, efektyviai pakeisdama senas dujų turbinas, tačiau vis tiek užtikrindama sklandų visų sistemų veikimą. Šio projekto ypatingumas – tai būdas, kuriuo jis parodo, kad pramonės šakos gali pradėti atsitraukti nuo fosilinių kuro šaltinių net prieš tai, kol visa elektros tinklo infrastruktūra bus atnaujinta, kad galėtų priimti didelius atsinaujinančios energijos kiekius. Vėjo energijos ir vandenilio gamybos derinys sukuria praktinį sprendimą sektoriams, kuriems reikia patikimos energijos, bet kurie nori sumažinti savo anglies pėdsaką.

H2Bus projektas (Danija) ir kiti tinklo masto bandymo projektai, demonstruojantys atsparumą „dunkelflaute“ reiškiniui

Danijoje vykdomas H2Bus projektas, kuriame papildoma vėjo energija, kai pūšta stipriai, paverčiama į kaupiamą vandenilį, o vėliau šis vandenilis naudojamas maitinti viešuosius autobusus, kai vėjas nustoja pūsti. Šio požiūrio ypatingumas tas, kad jis iš tikrųjų padeda subalansuoti elektros tinklą, užtikrindamas apytiksliai tris pilnus atsarginės energijos tiekimo dienas ilgais laikotarpiais, kai vėjo beveik nėra. Kitose šalyse taip pat buvo bandyti panašūs sprendimai. Vokietijoje praeitais metais buvo atlikti bandymai, kuriuose perteklinė atsinaujinanti energija buvo kaupiama kaip vandenilis, o Škotijos bendruomenės pakrantės ruožuose eksperimentavo su tuo pačiu principu. Šie realaus pasaulio eksperimentai rodo, kad vandenilis iš tikrųjų gali padaryti vėjo energiją patikima visus metus, o ne tik priklausomą nuo to, kokią orų sąlygų mums suteikia gamta. Tai transformuoja anksčiau neprognozuojamą energijos šaltinį į patikimą švarios energijos ateities šaltinį.

Pagrindiniai iššūkiai ir kompromisiniai sprendimai vėjo energijos konvertavimo į vandenilį sistemose

Efektyvumas prieš trukmę: kaip įveikti 30–40 % energijos nuostolius ratuku („round-trip“) sezoninės vertės tikslais

Vėjo energijos konvertavimo į vandenilį sistemos tikrai praranda daug energijos kelyje. Elektrolizė paprastai veikia su 60–70 % efektyvumu, o grąžinant energiją atgal per deguonies elementus bendroji efektyvumas stačiai krenta iki apie 30–40 %. Vis dėlto daugelis ekspertų teigia, kad tai finansiškai ir operacinėje prasme turi prasmės, kai reikia sukaupti perteklinę vasarą gautą vėjo energiją ir naudoti žiemą, kai paklausa smarkiai išauga. Sezoninis tiekimo ir paklausos neatitikimas tiesiog tampa pernelyg didelė problema, kad būtų galima ignoruoti vien tik efektyvumo skaičius. Nors akumuliatoriai gali pasiekti įspūdingą 90 % ratukinės („round-trip“) efektyvumą, jie tiesiog netinka ilgalaikiam saugojimui. Vandenilio galimybė būti laikomam kelis mėnesius be reikšmingo kokybės praradimo – tai savybė, kurios šiuo metu nė viena kita technologija masinėmis sąlygomis neprilygsta.

Techniniai trūkumai: elektrolizatorių lankstumas, infrastruktūros mastelio didinimas ir kaštų mažinimas

Elektrolizatoriaus našumas kintamos vėjo energijos sąlygomis išlieka viena pagrindinių apribojimų. Dėl šių vienetų reikia pastovių apkrovų, todėl jie prastai derinami su svyruojančia energijos gamyba, o protonų mainų membranų (PEM) sistemos toleruoja kintamumą, tačiau kainuoja 2–3 kartus brangiau už kW.

• Specializuoti vandenilio dujotiekio tinklai yra reti, išskyrus ribotus pramoninius koridorius.
• Didelio masto saugyklos remiasi brangiais slėginiais bakais arba geologiškai specifinėmis druskos urvais.
• Viso pasaulio elektrolizatorių gamybai iki 2030 m. reikės išaugti maždaug 100 kartų, kad būtų patenkinta prognozuojama paklausa.

Norint pasiekti kainų lygiavertį su fosiliniais vandeniliu, kapitaliniai išlaidų dydžiai turi sumažėti žemiau 500 USD/kW – nuo šiandieninės 800–1400 USD/kW ribos – kas reikalauja suderintos politinės paramos, tiekimo grandinės investicijų ir standartizacijos viso vertės grandinės mastu.

DUK

Kodėl vandenilis yra pageidautinas palyginti su akumuliatoriais ilgalaikiam energijos kaupimui?

Vandenilis gali kaupti energiją mėnesių laikotarpiui, skirtingai nei baterijos, kurios paprastai išlaiko įkrovą tik kelias dienas. Tai daro vandenilį esminiu elektros tinklo stabilumui užtikrinti ilgais laikotarpiais, kai nėra vėjo.

Kas yra žaliasis vandenilis ir kaip jis gaminamas?

Žaliasis vandenilis gamiamas elektrolizės būdu naudojant perteklinę vėjo energiją, kad būtų padalyta vandens molekulė į vandenilį ir deguonį, o tai sukelia nulinį anglies dioksido išmetimą.

Kodėl vandenilis laikomas universaliu įvairiose srityse?

Vandenilio taikymo sritis apima jo atgalinį paverčiamąjį į elektrą mažo vėjo intensyvumo laikotarpiu, tiesioginį naudojimą pramonės procesuose bei naudojimą kaip kuro medžiagą nulinio išmetimo transporto priemonėms, kas patvirtina jo universalią taikymo galimybę įvairiose srityse.

Kokie yra pagrindiniai iššūkiai, susiję su vėjo energijos konvertavimu į vandenilį?

Šie iššūkiai apima energijos nuostolius konvertavimo metu, infrastruktūros ribotumus bei aukštus elektrolizatorių mastelio didinimo ir saugojimo sprendimų kaštus.