Гибридная система на водороде заменит дизель в удаленных районах Австралии

Австралийские инженеры из Университета Маккуори и Университета Саншайн-Кост представили модель автономной гибридной энергосистемы, способной заменить дизельные генераторы в удаленных районах. Исследование, результаты которого опубликованы в научном журнале Journal of Energy Storage, демонстрирует эффективность комбинации солнечных панелей, литий-ионных аккумуляторов и водородных технологий. Разработанная система предназначена для обеспечения надежного электроснабжения изолированных сообществ, таких как небольшие поселения, медицинские пункты или школы, не имеющих доступа к централизованной электросети.

Проблема зависимости от ископаемого топлива остается актуальной для многих регионов мира, включая Австралию. Несмотря на высокий потенциал солнечной энергетики, значительная часть удаленных станций все еще полагается исключительно на дизельную генерацию из-за нестабильности возобновляемых источников. Предложенное решение использует архитектуру двойного хранения энергии. Аккумуляторы сглаживают краткосрочные колебания мощности, а водородный цикл обеспечивает долгосрочный запас энергии. Излишки электричества от солнечных панелей направляются на электролиз воды для получения зеленого водорода, который затем хранится и используется топливными элементами при дефиците генерации.

Для определения наилучшей конфигурации оборудования авторы работы сравнили три алгоритма оптимизации: NSGA-II, CSA и SQPA. Моделирование проводилось на основе климатических данных региона Брокен-Хилл в Новом Южном Уэльсе. Наиболее эффективным оказался алгоритм NSGA-II, который позволил спроектировать систему с чистой приведенной стоимостью в 226 500 долларов США за 20 лет эксплуатации. Расчетная нормированная стоимость электроэнергии составила 0,193 доллара за киловатт-час, а стоимость производства зеленого водорода – 4,88 доллара за килограмм.

Ключевым преимуществом разработанной конфигурации стало снижение выбросов углекислого газа на 98% по сравнению с традиционными дизельными установками. Анализ чувствительности показал, что экономическая эффективность проекта сильно зависит от КПД компонентов. Например, повышение эффективности топливных элементов на 20% может снизить стоимость водорода на четверть, а электроэнергии – на 12%. При этом система потребляет около 9 литров воды на килограмм производимого водорода, что было учтено в экономических расчетах, но практически не повлияло на итоговую стоимость энергии.

Внедрение подобных гибридных систем решает сразу несколько задач: от декарбонизации энергетики до повышения устойчивости снабжения в условиях изменения климата. Предложенная модель управления энергопотоками работает по иерархическому принципу, отдавая приоритет зарядке батарей, а затем производству водорода. Это позволяет минимизировать потери энергии и избежать необходимости использования резервных дизельных генераторов. Масштабирование технологии на 100 подобных объектов могло бы сократить выбросы CO2 более чем на 50 000 тонн в год.