В связи с глобальным развитием возобновляемой энергетики эффективные решения по хранению энергии необходимы для балансировки спроса и предложения. Хотя аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) доминировали на рынке, водородные накопители энергии (HES) привлекает все большее внимание как альтернативное решение. Но как работает водородное хранилище и чем оно отличается от аккумуляторных батарей? Давайте погрузимся в детали.
Что такое водородное хранилище энергии?
Водородные накопители энергии (HES) - это метод хранения энергии путем преобразования электричества в водород посредством электролиза. Водород можно хранить, а затем снова преобразовывать в электричество с помощью топливных элементов или сжигать для промышленного применения. В отличие от батарей, которые хранят энергию в электрохимических элементах, HES хранит энергию в молекулярной форме, Водород обладает самой высокой энергией на единицу массы среди всех видов топливачто делает его пригодным для длительного и масштабного применения.
Развитие водородных накопителей энергии
Концепция хранение энергии в виде водорода История водородной энергетики восходит к началу XIX века, когда впервые был открыт электролиз. Однако практическое применение набрало обороты в конце XX века, когда были разработаны водородные топливные элементы для космических полетов.
- 1960-1970-е годы:NASA использовало водородные топливные элементы при освоении космоса (миссии "Аполлон").
- 1990s:Появились автомобили на водородных топливных элементах.
- 2000-е - настоящее время:Водород изучается для хранения энергии в сетях, декарбонизации промышленности и транспорта.
Благодаря достижениям в области производство экологически чистого водорода (с использованием возобновляемой энергии для электролиза), водородные хранилища теперь рассматриваются как ключевой игрок в переходе к углеродно-нейтральное будущее.
Почему водород может хранить энергию?
Водород действует как энергоносительЭто означает, что он не генерирует энергию сам, но может эффективно ее накапливать и высвобождать.
- Процесс электролиза:Электричество используется для расщепления воды (H₂O) на водород (H₂) и кислород (O₂).
- Хранение:Водород можно хранить в баллонах со сжатым газом, в резервуарах с жидким водородом или в твердотельных хранилищах (гидриды металлов).
- Высвобождение энергии:Водород можно сжигать в двигателях внутреннего сгорания, использовать в топливных элементах или преобразовывать в электричество, когда это необходимо.
Поскольку Водород можно хранить неограниченное времяЭто перспективное решение для долгосрочное и сезонное хранение энергииВ отличие от аккумуляторов, которые со временем разрушаются.
Основные компоненты системы хранения водородной энергии
A Система хранения водородной энергии состоит из следующих основных компонентов:
| Компонент | Функция |
| Электролизер | Расщепляет воду на водород и кислород с помощью электричества. |
| Резервуары для хранения | Хранит водород в сжатый газ, жидкая форма или твердое вещество. |
| Топливный элемент/система сгорания | Преобразует накопленный водород в электричество или тепло. |
| Компрессор | Нагнетает давление водорода для эффективного хранения и транспортировки. |
| Возобновляемый источник энергии | (Необязательно) Солнечная, ветровая или гидроэнергия, используемая для производства зеленого водорода. |
В зависимости от области применения, водородные хранилища могут использоваться для балансировка электросетей, промышленное электроснабжение, транспорт и отопление.
Преимущества и недостатки водородных накопителей энергии
Преимущества:
- Возможность длительного хранения:В отличие от аккумуляторов, водород не теряет энергию со временем.
- Масштабируемость:Подходит для крупномасштабного хранения энергии, включая национальные сети.
- Возобновляемый водородный потенциал:Может производиться с использованием энергии солнца и ветра.
- Многоразовое применение:Может использоваться для производства электроэнергии, отопления и топлива для транспорта.
Недостатки:
- Низкая эффективность:Эффективность в оба конца (потери на преобразование энергии) составляет всего 30-50%по сравнению с 80-90% для батарей.
- Инфраструктурные проблемы:Для хранения водорода требуются специальные резервуары, трубопроводы и топливные элементы.
- Высокая стоимость производства:Электролиз и водородные топливные элементы все еще дороги по сравнению с аккумуляторными системами.
- Вопросы безопасности:Водород легковоспламеняющийсятребует строгого обращения.
Водородные накопители энергии против аккумуляторных: Что лучше?
| Характеристика | Водородное хранилище энергии | Аккумуляторные батареи (BESS) |
| Плотность энергии | Высокая, но требует большого объема памяти. | Ниже, но компактнее. |
| Эффективность | ~30-50% (низкая эффективность преобразования). | ~80-90% (высокая эффективность). |
| Продолжительность хранения | Долгосрочная (от нескольких недель до нескольких месяцев). | Краткосрочные и среднесрочные (от нескольких часов до нескольких дней). |
| Инфраструктура | Требуются электролизеры, накопители и топливные элементы. | Требуются только аккумуляторы и инверторы. |
| Стоимость | Высокий уровень благодаря электролизу и топливным элементам. | Снижается и улучшается за счет экономии на масштабе. |
| Приложение | Крупномасштабное сезонное хранение энергии, промышленность и транспорт. | Краткосрочная балансировка сети, домашнее и коммерческое использование. |
Для сезонного хранения энергии в масштабах энергосистемы больше подходит водород. Однако для ежедневного хранения энергии и небольших приложений в настоящее время более эффективными и экономичными являются аккумуляторы.
Проблемы хранения водородной энергии
Несмотря на свой потенциал, хранение водорода сталкивается с рядом проблем:
- Низкая эффективность- Энергия теряется при электролизе, сжатии и преобразовании в топливных элементах.
- Стоимость электролизеров и топливных элементов - эти технологии все еще дороги и требуют дальнейшего развития.
- Сложность хранения- Водород необходимо хранить при высоком давлении (350-700 бар) или экстремально низких температурах (-253°C для жидкого водорода).
- Инвестиции в инфраструктуру- В отличие от аккумуляторов, водород требует специальных трубопроводов, заправочных станций и мер безопасности.
- Вопросы общественной безопасности- Из-за горючести водорода обращение с ним и его транспортировка требуют применения передовых протоколов безопасности.
Будущие достижения в области эффективности водородных топливных элементов, снижения стоимости электролизеров и технологий хранения определят, насколько конкурентоспособными могут быть водородные накопители энергии по сравнению с аккумуляторными.
Примеры проектов водородных накопителей энергии, находящихся в стадии строительства
25 сентября 2024 года началось строительство пиковой электростанции Grove Mulei, Китай, мощностью 200 МВт/1600 МВт.ч с водородным накопителем энергии. В настоящее время это крупнейший проект по хранению водородной энергии в мире. После завершения строительства и ввода в эксплуатацию станция сможет производить 40 000 тонн водорода, 320 000 тонн промышленного кислорода и 51,6 млн тонн высокотемпературной горячей воды в год.
Дальнейшее чтение: Что такое мегаватт (МВт) и сколько домов он может обеспечить энергией?
Заключение
Может ли водород хранить энергию? Да, и это перспективное решение для долгосрочного и крупномасштабного хранения энергии. Однако из-за потерь эффективности, высокой стоимости инфраструктуры и существующих технологических барьеров аккумуляторные батареи остаются предпочтительным выбором для большинства краткосрочных и бытовых применений.
В перспективе будущее накопителей энергии, скорее всего, будет представлять собой гибридный подход, при котором водородные накопители будут использоваться для удовлетворения долгосрочных потребностей в энергии, а аккумуляторы - для удовлетворения краткосрочных колебаний. При постоянных инновациях и инвестициях водородные накопители энергии могут сыграть важную роль в достижении устойчивого и возобновляемого энергетического будущего.
Экономия денег, защита окружающей среды
PKNERGY поможет вам сократить расходы на электроэнергию для вашего дома, храня солнечную энергию для использования в любое время - ночью или во время отключения.
RU 
EN 
ES 
DE 
PT 
AR 
KU 
ID 
SL 
KO 
FR 
IT 
BG 
NL 
CS 