Водородна ера: децентрализирани хранилища за водород, когато няма слънце и вятър

Няколко пъти през последните две години (2018- 2020), енергийните нужди в Германия биха могли да бъдат покрити на 100% през деня от слънчева, вятърна, водна и биологична енергия.

Но няма налични хранилищa, където да се съхранява енергията за времето през нощта или когато не грее слънце и не духа вятър. Децентрализираните хранилища за H2 биха могли в голяма степен да преодолеят този проблем, коментира в свой анализ Gerd Bajog (Герд Байог), генерален директор на  General Bajog Electronic.

Фиг. 1 Дял на възобновяемата енергия в производството на електроенергия на месец в Германия от ноември 2019 до ноември 2020

Бад Лаухщедт – Гьоте и водород

Отново има планове за строителство в Бад Лаухщедт, но когато бъдат осъществени, резултатът няма да се вижда. Защото хранилището за водород се изгражда на дълбочина между 700 и 900 метра и е заобиколено от солен слой. Подземното съхранение на водород е известен метод – фирма VNG вече има пуснати в експлоатация няколко такива хранилища, наречени каверни, в Бад Лаухщедт. Към тях предстои да се добави подземно хранилище за водород със значителни размери: половин километър дължина и 100 метра дълбочина. В него могат да се съхраняват до 3.800 тона водород - количество, достатъчно да захрани с електричество 40.00 домакинства за една година. Или казано по друг начин – хранилището ще може с едно напълване да захранва Бад Лаухщедт с електроенергия в продължение на пет години.

Добри примери за енергиен преход

Вече съществуват компании, които разполагат с технологии за един добър енергиен преход от въглища към възобновяеми източници на енергия. Могат да оборудват еднофамилни и многофамилни къщи, както и цели квартали с ново строителство с автономни енергийни системи, състоящи се от: горивни клетки, електролизатори, батерийни буфери и инвертори. Енергийните системи са изградени от модули. Това означава, че всеки отделен компонент може да бъде допълнен, изцяло разширен или подменен, коментира Байок. В системата могат да бъдат интегрирани и чужди продукти. Целта е ползвателят да бъде гъвкав и да може да продължи да използва вече съществуващите енергийни и отоплителни системи.

Възможно е да се свържат всички налични енергийни системи с възможност за връзка в конкретна система за енергийно управление и да се управляват икономически изгодно и енергоефективно. Всеки проект е индивидуален и се вземат предвид всички характеристики.  Управлението се случва дистанционно и онлайн, всяко семейство има достъп до всички данни за своето потребление.

Сграда в Швейцария с 14 домакинства -напълно енергийни независима

В тази сграда в Швейцария живеят 14 домакинства (по 3-4 души/домакинство) Сградата е напълно енергийно независима, без връзка с енергопреносната мрежа. 1 подземен резервоар с 2x 84,8 m³ при 35 бара побира прибл. 508,7 Kg H2

1Kg H2 33KWh (брутна стойност ) минус загубите (енергия– собствени нужди, създаване на налягане и т.н.)

1Kg H2 19KWh (нетна стойност електричество) са на разположение (508kg * 19KWh = 9.665,3KWh)

Батериен буфер: 400KW/h

Обща енергия 10.065 KW/h средно потребление 9,5KW / ден= 1.059,5 дни за 1 домакинство

или = 14 домакинства 75,7 дни без слънце!

Основа за изчисленията: 3.500KWh/год = 9,5KWh/ден = 400 Watt/h за домакинство с 3-4 души и 150m² жилищна площ

Напълно е възможно да се създаде енергийна общност със собствена енергийна централа.

Как изглежда една пълноценна енергийна инфраструктура за енергийно независим квартал с ново строителство с централен резервоар за Н2? Изглежда сложен организъм, но работи по съвсем ясен механизъм, който всеки от нас трябва да се опита вече да разбира и да осъзнава като възможен. Вместо да се правят големи инвестиционни разходи за всяка отделна сграда, във всяка сграда е положен само един захранващ кабел. Освен това във всяка сграда може да се инсталира въздушна термопомпа, която да осигурява индивидуално отопление и охлаждане. Електричеството за съхранението на водорода се подава към енергийния център от всеки покрив (ФВ). Там водородът се генерира и съхранява централно. През нощта или в изключително облачни дни водородът захранва горивните клетки, които от своя страна зареждат буфера на батерията. Буферът на батерията от своя страна захранва инверторите в контролния център. Оттам нататък всички сгради получават променливо напрежение 24 часа в денонощието, 365 дни в годината и по този начин могат да захранват цялото си домакинство, включително топла вода чрез нагреватели в резервоара за съхранение на вода и за подово отопление (ниска температура), ако семейството не желае въздушна термопомпа.

Мобилни зарядни станции и аварийно електрозахранване 

Мобилни зарядни станции (за електричество и H2) могат да бъдат разположени по автомагистралите (местата за почивка) и пътищата. Зареждането с гориво отнема 1 минута и 30 секунди и може да се извърши с 300 или 700 бара. За аварийно захранване малката версия разполага с 1 409KWh през нощта или в изключително облачни дни. Количеството енергия от обема на резервоара могат да бъдат разширени при необходимост. За целта са важни наличната слънчева, вятърна, водна и биоенергия. Тъй като в Германия са изградени достатъчно слънчеви и вятърни паркове в близост до автомагистралите, това е логичният енергиен източник за подвижните зарядни станции за водород и неговият капацитет може да бъде увеличаван при необходимост. Голям подземен резервоар, напълнен само с 35 бара.

Пример за малка зарядна станция за H2 фута с производство на водород:

1Kg H2 за 1,5 часа с 28,8KW електролизатор; за около 14 МПС

Общо H2 = 42,7Kg= 1.409,1 KWh

За производството са необходими: 171бр. ФВ-модули по 325W = 55KWh(пик), необходими (=38,78KWh средно) 32бр. Бутилки H2 по 50л. = 1,6m² с 1,4кг./бутилка при 300 бара

В Германия Зелените настояват, всички МПС с двигатели с вътрешно горене да бъдат заменени с електромобили (с батерии) до 2030 година и да се премахнат. Това би означавало, че само през 2020 за всички регистрирани в Германия автомобили трябва да има батерии и капацитет за зареждане на електродвигателите в следния размер:

- дизелови автомобили 274.400 млн. MW/год. (черната линия) и

- автомобили с други двигатели с вътрешно горене (ДВГ) (нормално, супер гориво) 190.000 млн. MW /год. (синята линия)

В момента АЕЦ OHU II край Мюнхен произвежда 1485 MW и подобно на много други АЕЦ ще бъде спряна през 2021.

Водородът и неговото значение за „зелената икономика“

Дори и след 13,8 милиарда години химическият състав на Вселената остава непроменен. Вселената се състои на 92,1 % от водород (H 3= три атома) и на 7,8 % от хелий.

Делът на всички останали елементи във Вселената взети заедно е около 0,10%. И днес звездите възникват от кондензацията на водородни и хелиеви атоми. Според това, което е известно на науката, съотношението между елементите все още не се е променило.

Водородът като естествен и най-чист източник на енергия се среща в неограничени количества и предлага на човечеството неограничена енергийна сигурност, ако решим да я използваме в пълна степен.

„Следователно до евентуалното откриване на термоядрения синтез (= отново водород) или овладяването на тъмната материя ние и съответно нашите деца и внуци ще живеем през следващите 100-300 години с водорода като източник на енергия“, коментира Герд Байог.

Ако трябва да говорим още по-глобално, можем да кажем още няколко любопитни факта, които може би много от нас знаят. До Земята достига едва половин милиардна част от излъчваната от Слънцето енергия.

Тази миниатюрна част от цялата излъчвана енергия представлява 1 млрд. 500 млн. TWh (1.500.000.000) тераватчаса (TWh) годишно. Годишното потребление на енергия в световен мащаб е „едва“ около 100.000 TWh. Следователно само с енергията, излъчвана за една година от Слънцето, бихме могли да захраним с енергия още 15.000 планети с големината на Земята. Слънцето е неизчерпаем природен ресурс, който може да използваме, стига да се научим как по най-добрия начин.