Преобразование энергии в водород для мультиэнергетических систем
Исследователи из Швейцарского федерального технологического института ETH Zurich исследовали потенциальные преимущества интеграции технологии преобразования энергии в водород в «мультиэнергетические системы» – скоординированные сети, в которых взаимодействуют электроэнергия, тепло, охлаждение, топливо и транспорт.
Мультиэнергетические системы
Группа Eidgenössische Technische Hochschule Zürich заявила, что преобразование энергии в водород особенно перспективно для увязки спроса на электроэнергию и отопление и компенсации сезонных колебаний в производстве возобновляемой энергии. Исследователи также отметили, что одним из препятствий на пути к успеху мультиэнергетических систем (MES) является сочетание динамической работы краткосрочных и долгосрочных систем хранения энергии.
Преобразование энергии в водород для мультиэнергетических систем
ЗАКРЫТЫЕ эфиры c ЛУЧШИМИ психологами, врачами, остеопатами на закрытом аккаунте course.econet.ru
ПОЛУЧИТЬ ДОСТУП
Имея это в виду, группа заявила: «Чтобы обеспечить более устойчивую и надежную конструкцию MES, важно учитывать неопределенность параметра, а не детерминированно описывать каждый параметр одним значением».
Подписывайтесь на наш youtube канал!
Исследователи использовали характеристику неопределенности или модель неопределенности – инструмент распределения вероятностей для характеристики неопределенностей в данных. Модель используется, чтобы понять, насколько вероятны будут определенные результаты, если некоторые аспекты системы не известны точно. «Основная новизна этого вклада заключается в том, что для ответа на вопрос, какие факторы приводят к включению PtH2 [ мощность- к-водороду] в оптимальную конфигурацию района MES?», – заявила группа ETH Zurich.
Команда оценила четыре европейских эталонных района в рамках линейной модели оптимизации со смешанными целыми числами, которая используется для оценки больших и сложных проблем. Контрольные районы находились в европейских климатических зонах Кеппен-Гейгера, которые включают теплое Средиземноморье; умеренный океанический; умеренно-континентальный / влажный континентальный; и прохладные континентальные / субарктические регионы. Учитывались системные затраты и выбросы CO2 для каждого из районов. «В целом затраты и выбросы CO2 таковы, что уменьшение первых означает увеличение вторых», – заявили исследователи.
Смоделированная мультиэнергетическая система включает централизованный энергетический район, в котором энергия преобразуется и хранится в одной точке, а затем доставляется конечным пользователям. Были смоделированы девять технологий, включая солнечную; и ветроэнергетика; энергия-водород; литий-ионный аккумулятор ; воздушные тепловые насосы с электроприводом; котлы на природном газе; и теплоаккумулятор горячей воды.
«Система PtH2 состоит из протонообменного мембранного электролизера (PEMEC), преобразующего электричество в H2 [водород], топливного элемента PEM [протонообменная мембрана] (PEMFC), регенерирующего H2 в электричество и тепло, и находящегося под давлением резервуар для хранения H2 (H2St), который разделяет производство и потребление H2», – пишут авторы исследования.
Анализ показал, что районные мультиэнергетические системы могут достичь нулевых эксплуатационных выбросов CO2 только при сезонном использовании энергии в водород в качестве технологии сокращения выбросов на 5-10% «последней мили» с использованием такой системы. повышение затрат. Согласно исследованию ETH Zurich, эта технология особенно важна в районах с высоким соотношением сезонного спроса на тепловую и электрическую энергию, где она может помочь компенсировать долгосрочное несоответствие между производством возобновляемой энергии и спросом.
Чтобы достичь нулевых чистых выбросов, возобновляемые источники энергии должны будут предлагать 50-90% собственного потребления, при этом энергия из водорода в основном используется для удовлетворения пиковых зимних нагрузок и обеспечивает около 5% годовой потребности в энергии мультиэнергетических система.
«В дополнение к внедрению электроэнергии в водород в районах с высоким соотношением тепловых и электрических нагрузок, батареи, как обнаружено, играют важную роль, поскольку вносят вклад в большую часть системных затрат, хотя и составляют максимум 2% от годовой потребности в энергии», – добавили исследователи. «Между районами система преобразования электроэнергии в водород обеспечивает более высокий вклад в годовую чистую потребность в электроэнергии (3-8%), чем потребность в тепловой энергии (3-4%)».
Моделирование мультиэнергетической системы было представлено в статье «Энергия в водород как сезонное накопление энергии: анализ неопределенностей для оптимального проектирования низкоуглеродных мультиэнергетических систем»,- опубликованной в Applied Energy.
Исследователи из Швейцарского федерального технологического института ETH Zurich исследовали потенциальные преимущества интеграции технологии преобразования энергии в водород в «мультиэнергетические системы» – скоординированные сети, в которых взаимодействуют электроэнергия, тепло, охлаждение, топливо и транспорт.
Группа Eidgenössische Technische Hochschule Zürich заявила, что преобразование энергии в водород особенно перспективно для увязки спроса на электроэнергию и отопление и компенсации сезонных колебаний в производстве возобновляемой энергии. Исследователи также отметили, что одним из препятствий на пути к успеху мультиэнергетических систем (MES) является сочетание динамической работы краткосрочных и долгосрочных систем хранения энергии.
Имея это в виду, группа заявила: «Чтобы обеспечить более устойчивую и надежную конструкцию MES, важно учитывать неопределенность параметра, а не детерминированно описывать каждый параметр одним значением».
Исследователи использовали характеристику неопределенности или модель неопределенности – инструмент распределения вероятностей для характеристики неопределенностей в данных. Модель используется, чтобы понять, насколько вероятны будут определенные результаты, если некоторые аспекты системы не известны точно. «Основная новизна этого вклада заключается в том, что для ответа на вопрос, какие факторы приводят к включению PtH2 [ мощность- к-водороду] в оптимальную конфигурацию района MES?», – заявила группа ETH Zurich.
Команда оценила четыре европейских эталонных района в рамках линейной модели оптимизации со смешанными целыми числами, которая используется для оценки больших и сложных проблем. Контрольные районы находились в европейских климатических зонах Кеппен-Гейгера, которые включают теплое Средиземноморье; умеренный океанический; умеренно-континентальный / влажный континентальный; и прохладные континентальные / субарктические регионы. Учитывались системные затраты и выбросы CO2 для каждого из районов. «В целом затраты и выбросы CO2 таковы, что уменьшение первых означает увеличение вторых», – заявили исследователи.
Смоделированная мультиэнергетическая система включает централизованный энергетический район, в котором энергия преобразуется и хранится в одной точке, а затем доставляется конечным пользователям. Были смоделированы девять технологий, включая солнечную; и ветроэнергетика; энергия-водород; литий-ионный аккумулятор ; воздушные тепловые насосы с электроприводом; котлы на природном газе; и теплоаккумулятор горячей воды.
«Система PtH2 состоит из протонообменного мембранного электролизера (PEMEC), преобразующего электричество в H2 [водород], топливного элемента PEM [протонообменная мембрана] (PEMFC), регенерирующего H2 в электричество и тепло, и находящегося под давлением резервуар для хранения H2 (H2St), который разделяет производство и потребление H2», – пишут авторы исследования.
Анализ показал, что районные мультиэнергетические системы могут достичь нулевых эксплуатационных выбросов CO2 только при сезонном использовании энергии в водород в качестве технологии сокращения выбросов на 5-10% «последней мили» с использованием такой системы. повышение затрат. Согласно исследованию ETH Zurich, эта технология особенно важна в районах с высоким соотношением сезонного спроса на тепловую и электрическую энергию, где она может помочь компенсировать долгосрочное несоответствие между производством возобновляемой энергии и спросом.
Чтобы достичь нулевых чистых выбросов, возобновляемые источники энергии должны будут предлагать 50-90% собственного потребления, при этом энергия из водорода в основном используется для удовлетворения пиковых зимних нагрузок и обеспечивает около 5% годовой потребности в энергии мультиэнергетических система.
«В дополнение к внедрению электроэнергии в водород в районах с высоким соотношением тепловых и электрических нагрузок, батареи, как обнаружено, играют важную роль, поскольку вносят вклад в большую часть системных затрат, хотя и составляют максимум 2% от годовой потребности в энергии», – добавили исследователи. «Между районами система преобразования электроэнергии в водород обеспечивает более высокий вклад в годовую чистую потребность в электроэнергии (3-8%), чем потребность в тепловой энергии (3-4%)».
Моделирование мультиэнергетической системы было представлено в статье «Энергия в водород как сезонное накопление энергии: анализ неопределенностей для оптимального проектирования низкоуглеродных мультиэнергетических систем»,- опубликованной в Applied Energy.
https://econet.ru/articles/preobrazovanie-energii-v-vodorod-dlya-multienergeticheskih-sistem
18.10.2020