Учинци енергетске густине: гравиметријске и волуметријске стварности за складиштење зелених водоника

Гравиметријска ограничења металних хидрида у односу на системе са притиснутим гасом

Проблем са складиштењем водоника у чврстом стању је што је превише тежак. Већина металних хидрида управља само око 4,5 масних процената капацитета складиштења, што је мање од онога што америчко Министарство енергије жели да види до 2025. године (ихов циљ је 5,5 масних процената). Та јаз од око 20% се свезује на чињеницу да су овим растворима за складиштење потребни прилично тешки метали да би заправо апсорбовали водоник. Гледајући ствари другачије, данашњи системи компресисаног гаса који раде на притиску од 700 бара могу задржати водоник са ефикасношћу од око 5,7 wt% и не захтевају додатне материјале осим онога што је потребно за саму компресију.

Волуметријске предности 700-барских сферичних резервоара у апликацијама зелених водоника у корисном обиму

Сферични резервоари добро функционишу када је простор на премијуму. За складиштење металног хидрида теоретски се може чувати око 80 килограма по кубни метар, али системи у стварном свету обично управљају само око половине када унесемо у обзир све потребне контејнере и системе за хлађење. Зелене водоне које раде са тим 700 барским притиском, заправо чувају око 40 кг/м3, док им је потребна много мање компликована контрола температуре. Разлика је данас веома важна. Ови округли резервоари омогућавају оператерима да складиште око 30 одсто више водоника у истој физичкој области у поређењу са опцијама чврстог стања за операције великих размера. Студија објављена недавно у Energy Reports-у довољно јако то подржава.

Трговиња густине на нивоу система: Изолација, тежина за затварање и утицај на равнотежу постројења

Када разматрају решења за складиштење, инжењери морају да размотрију више од самог главног медија за складиштење. Систем метални хидрид долази са својим сопственим изазовима, укључујући и потребу за криогеном изолацијом која обично додаје око 15 до 20 посто у укупну тежину система. Постоји и питање опреме за пречишћавање водоника и система за топлотне управљање који на крају конзумирају око двадесет посто онога што се складишти. С друге стране, системи под високим притиском имају тенденцију да имају бољу ефикасност јер губе само око осам посто током процеса компресије, иако за њих су потребне посебне легуре за контејнере. Сферични резервоари такође пружају неке велике предности. Они смањују додатне компоненте потребне на другим местима у постројењу и могу одржавати импресивно складиштење да би се постигли стопе ефикасности од око 92 одсто када се повећају за апликације на мрежи. То их чини посебно атрактивним за интеграцију са обновљивим изворима енергије где се таква ефикасност заиста рачуна.

Техноекономска анализа опција складиштења зелених водоника

CAPEX упоређивање: Синтеза и сертификација материјала од металног хидрида у односу на производњу сферичних резервоара у складу са ASME-ом

Сјеми за складиштење металног хидрида имају прилично високу цену због компликованог рада материјала који је потребан плус пролазак кроз те строге безбедносне сертификације. Гледајући индустријске податке, само материјали често чине више од 15 долара по килограму за ове фансиасне легуре, а затим се додаје још 20 до 30 одсто на врху за правилно сертификовање. С друге стране, ти сферични резервоари који су у складу са стандардом ASME имају користи од стандардних метода производње које већина продавница већ зна како да управља, што смањује почетне трошкове за отприлике 40 до 60 посто у поређењу са њиховим саставним колегама. Зашто? -Не знам. Зато што произвођачи већ годинама производе сличне производе и не требају егзотичне материјале. Ипак, вреди напоменути да ни једна од опција није јефтина када говоримо о великим пројектима зелених водоника. Оба приступа захтевају озбиљне новац унапред пре него што се почне да показује било каква стварна корист.

ОПЕКС фактори: енергија компресије, деградација током циклуса живота и топлотне управљање за операције зеленим водоником

Гледајући оперативне трошкове показује неке прилично велике разлике између опција складиштења. Системи високог притиска троше око 8 до 12 посто своје складиштене енергије само компресирањем, док метални хидриди полако губе капацитет током времена око пола десетине процената сваког циклуса. Држење ствари на правилној температури троши отприлике четвртину до скоро половину онога што компаније троше на складиштење чврсте материје јер им је потребна континуирана контрола климе. Ово није нешто о чему се сферични резервоари при нормалном атмосферском притиску морају бринути. Недостатак ових округлих конструкција је да се вентили и регулатори брже издржу, што значи чешће поправке. Када све ове бројеве се претежу једна против друге, системи од 700 бара обично коштају око 1,7 милиона долара за сваки гигават сат складиштења у поређењу са око 2,4 милиона долара када се користе монтаже металног хидрида у проектима зелених водоника.

Скилабилност и спремност за распоређивање индустријске инфраструктуре зелених водоника

Трпезни управљање изазови ограничавајући складиштење чврстог стања у зеленом водона

Проблем са складиштењем водоника у чврстом стању лежи у управљању топлотом током процеса апсорпције и ослобађања, што се меша у покушај да се ови системи скалирају за стварну индустријску употребу. Држење стабилне температуре у оквиру око 5 степени Целзијуса је апсолутно неопходно ако желимо да избегнемо разлагање материјала током времена. Али оваква прецизност постаје веома тешка када се бавимо великим количинама складиштења водоника. Потреба за додатном опремом за хлађење додаје још један слој компликација. Ови системи хлађења заправо користе између 15 и 30% онога што је складиштено, плус заузимају драгоцен простор у целокупном инсталационом уређењу. Гледајући трендове, већина великих пројеката зелених водоника чак не разматра опције чврстог стања након малых тестова. Инсајдерс из индустрије указује на проблеме топлотног управљања као главни разлог зашто шире прихватање још није почело.

Доказану скалабилност сферичних резервоара под високим притиском у постојећим пилотним и комерцијалним пројектима зелених водоника

Сферични резервоари под високим притиском су спремни да изађу из кутије. У свету, сада постоји више од 47 великих пројеката зелених водоника са складиштењем више од 100 тона сваки, сви раде на овим садовима од 700 бара. Оно што их чини посебним је њихова природна топлотна стабилност, тако да нису потребни никакви фантастични системи хлађења. То значи да компаније могу проширити свој оперативни модул по модулу користећи стандардне пројекте сертификоване од стране АСМЕ-а. Узмите на пример шкотски центар за обновљиви водоник од 2,5 гигаватт-часове. Све су поставили и покренули за само 18 месеци. Таква брзина једноставно није могућа са тим алтернативама чврстог стања које се још развијају. Способност брзог ширења даје сферичним резервоарима праву предност када је у питању брзо изградња нове индустријске инфраструктуре, посебно важно за пројекте који трче против рокова смањења угљен-диоксида које су поставили владе свуда.

Подела за често постављене питања

Који је циљ тежине капацитета постављен од стране америчког Министарства енергетике за складиштење водоника?

Америчко Министарство енергетике има за циљ да до 2025. године за решења за складиштење водоника оствари капацитет складиштења од 5,5 одсто у тежини.

Како се сферични резервоари компаре у обемном смислу са системима за складиштење металног хидрида?

Сферични резервоари који раде на 700 бара могу да складиште око 40 кг/м3 водоника, пружајући око 30% више складиштења у истој површини у поређењу са системима металног хидрида.

Који су главни изазови метални хидридни системи у апликацијама зелених водоника?

Метал хидриди захтевају криогену изолацију и системе топлотне управљања, што додаје тежини и сложености система.

Како се CAPEX сферичних резервоара упоређује са системом металног хидрида?

Сферични резервоари имају ниже почетне трошкове због стандардних метода производње, смањујући КАПЕКС за отприлике 40 до 60 посто у поређењу са системима металног хидрида.