Подходяща ли е технологията за производство на водород чрез фотоволтаична електролиза за битови приложения?

„Генерирайте водород, използвайки слънчева енергия, след което произвеждайте електричество, когато е необходимо – освобождавайки се от мрежата и постигайки нулеви въглеродни емисии.“ Тази визия звучи привлекателно. Като технически екип с дългогодишен опит в енергийния сектор, трябва да предупредим жилищните потребители с подобни стремежи: прилагането на вятърна и слънчева енергия производство на водород внедряването на технологии в домашни условия не само е малко вероятно да спести разходи на този етап, но може да се превърне в една от най-скъпите енергийни опции за домакинствата.

Нека разгледаме практическите предизвикателства на фотоволтаично свързаната електролиза на вода чрез конкретен пример.

1. Технология „Фотоволтаична + водородна енергия“

С помощта на електролизен агрегат за вода с производителност 1 Nm²/h (стандартни кубически метри на час), в електролитната клетка се подава 55 kWh електроенергия. Чрез сложни електрохимични реакции и системни загуби, електрическата енергия се преобразува в химическа енергия, което в крайна сметка води до получаване на 1 килограм водород. Този водород изисква допълнително преобразуване за ефективно използване.

Впоследствие този 1 кг водород се подава в домакинска водородна горивна клетка за производство на енергия. Чрез серия от химични реакции химическата енергия, съхранявана във водорода, се преобразува обратно в електрическа енергия. На практика водородната горивна клетка може да произведе само 12-15 kWh използваема електроенергия. Това води до обща ефективност на цикъла от приблизително 21,8% до 27,3%. Това показва, че над 72% от първоначалната електрическа енергия се губи като топлина и други форми на енергия по време на процеса на двойно преобразуване „електричество-водород-електричество“.

2. Фотоволтаична + литиево-йонна батерийна технология

Използвайки същите 55 kWh фотоволтаична енергия, ефективността на цикъла на заряд-разряд на... литиева батерия системата обикновено надвишава 85%. Това се равнява на приблизително 46,75 kWh използваема електроенергия от 55 kWh. В сравнение със сценария с фотоволтаична + водородна енергия, максималната използваема електроенергия за едно домакинство е само 15 kWh.

Защо е налице такава значителна разлика?

1. Електролитно производство на водород и водородна горивна клетка Производството на енергия по същество включва преобразуване на енергия от една форма в друга. Термодинамичните закони диктуват, че подобни преобразувания неизбежно водят до загуби, с неизбежно теоретично изчерпване на енергията на всеки етап. За разлика от това, зареждането/разреждането на литиеви батерии следва по-директен път „електричество-химия-електричество“, включващ по-малко стъпки на преобразуване и следователно по-ниски загуби на енергия по време на съхранение и освобождаване.

2. От гледна точка на технологичната зрялост, литиевите батерии са изградили цялостна, зряла индустриална верига. Ефективността на системата им е оптимизирана в дългосрочен план и се приближава до своите инженерни граници. Обратно, технологията за водородна енергия за битови приложения все още е в ранните си етапи на развитие. Системата се състои от множество сложни компоненти – електролизатори, компресори, пречиствателни агрегати, горивни клетки – всеки от които изисква допълнителна консумация на енергия. Следователно общата ефективност на интегрираната система изостава от тази на литиевите батерии.

3. Разлики в разходите се появяват и между фотоволтаични системи + съхранение на литий и фотоволтаични системи + производство на водород. Производство на оборудване за производство на водород и съхранение на водород сами по себе си консумират значителна електроенергия. За да се постигнат еквивалентни цели за захранване на домакинствата, водородните решения често изискват по-големи инсталации на слънчеви панели. От гледна точка на разходите за целия жизнен цикъл, настоящите жилищни водородни системи трудно се конкурират икономически с традиционните методи за съхранение на енергия.

За домакинските потребители, които дават приоритет на екологичната устойчивост и енергийната автономност, ефективното използване трябва да остане от основно значение. Насочването на чиста слънчева енергия към по-неефективни системи за преобразуване води до значителни разходи за жилищни приложения. Важно е да се признае, че водородът, като стратегически енергиен източник, трябва да се фокусира предимно върху промишлени приложения, съхранение на енергия в мрежов мащаб и тежкотоварни транспортни системи.

За енергийни сценарии за жилищни сгради препоръчваме: На този етап изберете технически зрялото и икономически жизнеспособно решение „PV + литиева батерия“, за да увеличите максимално стойността на всеки киловатчас слънчева светлина. Само когато водородната енергия постигне пробиви в жилищните технологии и демонстрира значителни икономически подобрения, интегрирането ѝ в домашните енергийни системи трябва да се счита за разумен подход.