Pływająca fotowoltaika, która produkuje wodór. Gdzie istnieje potencjał wykorzystania tej technologii?

Najnowsze badania z Wielkiej Brytanii sugerują, że Oman mógłby zainstalować pływającą farmę fotowoltaiczną przy tamie Wadi Dayqah w celu produkcji wodoru. Według jednego z naukowców projekt jest technicznie możliwy do realizacji, jednak jego ekonomiczna opłacalność zależy od postępów w technologii magazynowania energii wodorowej. Poznajmy szczegóły!Naukowcy z University of Exeter w Wielkiej Brytanii przeanalizowali możliwość umieszczenia pływającej farmy fotowoltaicznej (ang. floating photovoltaics, FPV) na zaporze Wadi Dayqah w Omanie oraz jej integracji z systemem magazynowania wodoru. Po przeprowadzeniu symulacji i optymalizacji rozmiaru projektu za pomocą kilku programów komputerowych, stwierdzili, że przedsięwzięcie jest technicznie wykonalne. Niestety sam proces charakteryzuje się stosunkowo wysokim kosztem jednostkowym produkcji wodoru (LCOH). Wszystko więc będzie zależeć od rozwoju technologii wodorowych, co może radykalnie zmniejszyć koszty. Co jednak powinniśmy wiedzieć o samej tamie?

Proponowaną lokalizacją systemu FPV jest tama Wadi Dayqah, położona w północno-wschodnim regionie Omanu, około 83 km na południowy wschód od Maskatu w Qurayat. Zbiornik o powierzchni 350 ha tworzą dwie tamy. Tama może pochwalić się średnim rocznym globalnym poziomym napromieniowaniem wynoszącym 2083,6 kWh/m² i utrzymuje umiarkowaną średnią roczną temperaturę otoczenia wynoszącą 28,43°C.

potwierdzają naukowcy

Założenia dla symulacji – co zrobili naukowcy?

Badacze użyli oprogramowania PVsyst do zaprojektowania systemu FPV. Znaleźli odpowiedni obszar o powierzchni 130 tys. m² na zbiorniku, który charakteryzował się minimalnym zacienieniem ze strony otaczających gór. Następnie przeprowadzili symulację z zastosowaniem dwustronnych monokrystalicznych modułów krzemowych o mocy 635 W i sprawności 20,5%. Koszt systemu został oszacowany na 1260 USD/kW, a przewidywana żywotność wynosiła 25 lat.

Ze względu na brak precyzyjnych danych dotyczących rocznego zużycia energii elektrycznej w gospodarstwie domowym w Omanie, założono, że średnia liczba osób w gospodarstwie domowym wynosi 7,2. Z kolei roczne zużycie energii elektrycznej na osobę założono na poziomie 8,274 MWh. Na tej podstawie oszacowano, że roczne zużycie energii elektrycznej na gospodarstwo domowe wynosi 60 MWh. Wykorzystano tę wartość do określenia liczby gospodarstw domowych, które proponowany system mógłby obsłużyć pod względem zapotrzebowania na energię elektryczną.

Magazynowanie wodoru – jak to zrobić?

Do optymalizacji rozmiaru systemu magazynowania wodoru z minimalnym kosztem energii użyto oprogramowania HOMER Pro. Założono, że zastosowane zostaną następujące komponenty:

• elektrolizer z membraną wymiany protonów (PEM) o koszcie kapitałowym 2500 USD/kW i żywotności 15 lat,
• ogniwo paliwowe PEM kosztujące 2500 USD/kW z żywotnością 60 tys. godzin,
• zbiornik wodoru o kosztach 1 tys. USD/kW i żywotności 15 lat,
• konwerter o koszcie 300 USD/kW i żywotności 15 lat.

Narzędzie optymalizacyjne wskazało, że optymalna moc elektrolizera wynosi 22 MW, pojemność zbiornika magazynowego to 60 tys. kg, moc ogniwa paliwowego to 13 MW, a moc konwertera to 12,4 MW. Przy zainstalowanej mocy 26,57 MW system FPV obejmuje 41 847 modułów bifacjalnych. System ten osiąga wydajność produkcji 1947 kWh/kWp rocznie, co przekłada się na całkowitą roczną produkcję energii wynoszącą 51 734 GWh.

Rezultaty symulacji

Cały system wytworzył 65,516 GWh energii elektrycznej rocznie, przy czym system FPV odpowiada za 79% całkowitej produkcji energii elektrycznej, a ogniwo paliwowe za pozostałe 21%.

Modelowany system osiąga 100% udziału energii odnawialnej, co dowodzi jego zdolności do zaspokojenia 100% zapotrzebowania na energię przy użyciu energii odnawialnej. Domowe obciążenie elektryczne zużywa 25,3 GWh rocznie, co odpowiada 422 gospodarstwom domowym.

sprecyzował zespół badawczy

Analiza ekonomiczna systemu ujawniła wysoki średni koszt energii elektrycznej (LCOE) wynoszący 0,97 USD/kWh oraz koszt produkcji wodoru (LCOH) równy 29,7 USD/kg. Wysokie koszty te są związane z dużymi wydatkami kapitałowymi i operacyjnymi dla komponentów systemu oraz stratami wynikającymi z niewydajności ogniw paliwowych. Naukowcy zaznaczyli, że przyszłe postępy w technologii magazynowania energii wodorowej oraz rosnące ceny paliw kopalnych mogą poprawić opłacalność ekonomiczną systemu.

Opracowano na podstawie: pv-magazine, University of Exeter, International Journal of Hydrogen Energy.