Vědci z UNSW navrhli použití dvoupalivových pístových motorů pro přidávání operací plynu k výkonu. A to při výrobě vodíku ve velkém měřítku na základě FV energie. Předběžná zjištění jejich výzkumu ukazují, že navrhovaný systém stále dosahuje příliš vysokých LCOE pro komerční vyspělost. Snížení nákladů na elektrolyzér, politické zásahy a měnící se dynamika trhu s energií však mohou v budoucnu snížit hodnoty LCOE. A to o více než polovinu.
Skupina vědců z University of New South Wales v Austrálii prozkoumala technickou a ekonomickou proveditelnost spoléhání se na pístové motory poháněné vodíkem, pro použití vodíku poháněného fotovoltaickou elektrárnou v operacích typu gas-to-power i power-to-gas.
Pístové motory jsou motory, které používají jeden nebo více pístů k přeměně tlaku na rotační pohyb. Přeměňují teplo a tlak uvolněné při spalování paliva smíchaného se vzduchem na mechanickou energii.
Navržené řešení se koncipovalo tak, aby snížilo úroveň nákladů na energii (LCOE) při výrobě vodíku poháněného velkokapacitní fotovoltaickou elektrárnou. ,,Neočekává se, že náklady na pístový motor klesnou. A to zejména proto, protože jde o relativně vyspělou technologii,“ řekl hlavní autor výzkumu Shaun Chan. ,,Životaschopnost navrhované konfigurace závisí na nákladech elektrolyzéru.“
„Hodnocení technicko-ekonomické proveditelnosti pístových motorů poháněných vodíkem pro výrobu obnovitelné energie se základním zatížením“, publikovaná studie v Energy Conversion and Management. Výzkumná skupina taky uvedla, že systém zahrnuje 180 MW velké fotovoltaické zařízení i 93 MW elektrolyzér s protonovou výměnnou membránou (PEM). Dále pak kompresor o výkonu 4 MW a 29 tunový tlakový zásobník vodíku pro přeměnu energie na plyn. Ale také pístový generátor na vodíkový pohon o výkonu 10 MW založený na duálním přímém vstřikování vodíku a nafty (H2DDI) technologie pro plynový provoz.
Použití dvoupalivových pístových motorů při výrobě vodíku na základě FV energie
Akumulační jednotka typu power-to-gas pracuje s přebytečnou energií poskytovanou solární farmou. Zatímco jednotka typu gas-to-power se používá k přeměně uloženého vodíku na elektřinu, když je na trhu omezená dostupnost elektřiny. „Vyrobený vodík se může buď prodat na trh a přimíchat se do stávajícího plynovodu. A nebo se může uskladnit pro pozdější použití, když se výroba energie z FV stává nedostatečná. A to například v noci nebo za nepříznivých povětrnostních podmínek,“ vysvětlili vědci.
Výzkumníci upřesnili, že nafta se používá jako zdroj zapalování i jako doplňkový zdroj energie. Přičemž technologie H2DDI měří proměnlivé podíly vodíku a nafty pro výrobu energie na základě dostupných zásob paliva. Vysvětlili také, že se zjistilo, že zvýšení podílu energie vodíku vede k vyššímu LCOE.
Technicko-ekonomická analýza konfigurace systému
Technicko-ekonomická analýza ukázala, že navrhovaná konfigurace systému má potenciál dosáhnout LCOE 7 500 Kč/MWh. A zároveň minimálních emisí CO2 78 kg/MWh. Pro srovnání, aktuální průměr LCOE Nového Jižního Walesu je poloviční než tato hodnota. Také se zjistilo, že systém zlepšuje trvalé zásobování sítě zvýšením spotřeby nafty bez podstatného zvýšení LCOE.
Přestože tato počáteční zjištění ukazují, že navrhovaná technologie má před dosažením komerční zralosti před sebou ještě dlouhou cestu, výzkumný tým nabyl přesvědčení, že díky přizpůsobivosti systému má konkurovat alternativním technologickým přístupům.
S ohledem na to akademici provedli řadu technických a ekonomických hodnocení s ohledem na předpokládané ceny energie, technologický pokrok a vylepšení sítě. Prostřednictvím této analýzy zjistili, že systém může dosáhnout optimalizovaných hodnot LCOE 3 tis. Kč/MWh a 3 400 Kč/MWh pro motor a systémy palivových článků PEM.
,,Analýza citlivosti odhalila, že LCOE byl nejcitlivější na diskontní sazbu. A to s 2 % variací vedoucí k 27 %–30 % změně,“ vysvětlili dále. ,,Naopak, 5 % výkyvy v cenách motorové nafty, velkoobchodu s vodíkem a certifikátu pro velkoobjemovou výrobu (LGC) měly minimální dopad. A to díky optimalizované a nezměněné velikosti systému v testovaných rozmezích.“
Upřesnili také, že popisovaná krajina může být v budoucnu výrazně změněna průlomy v technologiích obnovitelných zdrojů energie a skladování energie. „Ekonomická proveditelnost technologie může být významně ovlivněna budoucími vládními politikami. Ale i předpisy souvisejícími s mechanismy stanovování cen uhlíku, cíli v oblasti obnovitelné energie a podpůrnými programy pro čisté technologie,“ dodali.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
