תפקידה של כוח פקד בפיתוח מתקני ייצור הידרוגן ירוק

התפקיד הקריטי של כוח פקד בייצור ירוק מימן

מימן ירוק מתפתח במהירות כאבן הפינה של המעבר העולמי לאנרגיה בת קיימא.על ידי שימוש בחשמל מתחדש כדי לחלק מולקולות מים למימן וחמצן באמצעות אלקטרוליזה, שיטת ייצור זו מציעה נושאת אנרגיה ללא פחמן שיכולה להערים על המגזרים הקשים לכדי-abate כגון תעשייה כבדה, יצרני אנרגיה לטווח ארוך, ודור חשמל יעיל.

אספקת חשמל עבור מימן ירוק חייב לספק זרם ישיר יציב ואיכותי (DC) לתאי אלקטרוליצר.אפילו תנודות מתח קטנות או עיוותים הרמוניים יכול להפחית את היעילות העצומה, להגדיל את צריכת האנרגיה הספציפית (kWh per ק"ג H2), ולהאיץ את ההידרדרות של דלקת מפרקים אלקטרודה.

חשיבותו של כוח הפקד בייצור ירוק מימן

תהליך אלקטרוליטיזה - בין אם אלקליין, Proton Exchange membrane (PEM), או תחמוצת מוצק - דורש זרם יציב, מבוקר DC. Power אספקה משמש כממשק בין מקור האנרגיה המתחדשת (wind, סולרית, הידרו) או רשת החשמל ו- אלקטרוליצר.הם מבצעים מספר פונקציות קריטיות: תיקון AC ל- DC, צעד לאחור או צעד, רגולציה נוכחית, ו- מימן הפסדי כוח נמוך יותר.

אלקטרוליצרים רגישים לטראנסים חשמליים.ספק חשמל מעוצב בצורה גרועה יכול להציג זרמי קרוע הגורם חימום מקומי, הפצה לא אחידה של תאים, ולבוש מואץ של אלקטרודות ומנברנס.במתקנים בקנה מידה גדול, אפילו שיפור של 1% ביעילות אספקת חשמל יכול לחסוך מגה-וואט שעות של חשמל מדי שנה, צמצום משמעותי של הוצאות התפעול.

השפעה על כלכלת המערכת

ההוצאה הון (CAPEX) עבור ציוד אספקת החשמל מייצגת בדרך כלל 10-15% מסך העלות הכוללת של תחנת אלקטרוליזה. עם זאת, ההשפעה התפעולית שלה היא הרבה יותר גדולה.אספקת החשמל תורמת לדחיסות הנוכחית של הערימה, הקובעת את שיעור ייצור מימן לאזור תא.ד שיניים נוכחיות גבוהות יותר להפחית את גודל הערימה ובכך CAPEX, אך הם דורשים אספקה עם רגולציה מתח מעולה והתנגדות פנימית נמוכה, הפועלת בטמפרטורות נמוכות של כוח על פני שטח אחסון, כלומר, על פני קיבולת גבוהה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, יעילות גבוהה יותר, כלומר, כוח, כוח, כוח, כלומר, כוח, כוח, כלומר, כוח, על בסיס קיבולת גבוהה יותר, כוח, על פני קיבולת גבוהה יותר, על פני טווח גבוה יותר, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, על פני קיבולת גבוהה יותר, כלומר, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח, כוח רב-בכוח, כוח, כוח, כלומר, כלומר, על בסיס יעילות גבוהה יותר, כלומר, כלומר, על פני קיבולת גבוהה יותר, על פני קיבולת גבוהה יותר, כוח, כוח, כוח, כוח,

טכנולוגיות אלקטרוליטיות ודרישות אספקת החשמל שלהם

טכנולוגיות אלקטרוליטייזר שונות מטילות דרישות נפרדות על אספקת החשמל.הבנת דרישות אלה היא יסוד לסימון הציוד הנכון.

אלקלליין אלקטרוליצר

Alkaline אלקטרוליצרים הם הטכנולוגיה הבוגרת והפורסת ביותר.הם פועלים עם אלקטרוליטיום אשלגן נוזלי אלקטרוליט, בדרך כלל בטמפרטורות של 70-90 מעלות צלזיוס ולחצים עד 30 בר. אספקת החשמל חייבת לספק DC נמוך (בדרך כלל 1.8–2.4 V לתא) עם רמות גבוהות (אלפי אמפרסים) מחוברים בסדרה כדי לדרוש תצורה של תצורה של 24% ל-VLV.

Proton Exchange Membrane (PEM) אלקטרוליצר

PEM אלקטרוליצרים משתמשים במזכר אלקטרו פולימרי מוצק ופועלים בדחיסות גבוהה יותר (1–3 A/3 C/cm2) בהשוואה ליחידות אלקליין.הם דורשים כוח DC טהור מאוד עם ripple מינימלי - באופן זמני פחות מ-5% ripple factor - כדי להגן על ערמות הרגישות של Vscale ושכבות מ- DC.

Solid Oxide Electrolyzers (SOEC)

הטכנולוגיה SOEC פועלת בטמפרטורות גבוהות (700-850 מעלות צלזיוס) ומשתמשת אלקטרוליט קרמיקה.בעוד עדיין בשלב מוקדם של המסחריזציה, SOEC מציעה יעילות חשמלית גבוהה על ידי שימוש בחום פסולת. דרישות אספקת החשמל שונות באופן משמעותי: הערימה פועלת בתנודות נוכחיות נמוכה יותר (<1 A/CM2) אבל דורש מתח יציב של כ-1.5- V לכל תא.

סוגים של Power Supplies בשימוש במתקנים ירוקים של מימן

בחירת ארכיטקטורת אספקת החשמל תלויה בקנה המידה של המתקן, המיקום ומקור האנרגיה.שלוש התצורה העיקרית מועסקת:

כוח גריידי-קוני-מוטד-קוני

מערכות אלה שואבות חשמל ישירות מרשת השירות, לעתים קרובות מסופק על ידי חוות אנרגיה מתחדשת (wind או השמש) באמצעות הסכמי רכישת חשמל (PPAs) הרשת מבטיחה הפעלה רציפה, אבל אספקת החשמל חייבת לסכן את מתח רשת AC ותדירות לתוך DC יציב. Grid המחוברת מחדש חייב לציית תקני איכות כוח מחמירים (IE 519) כדי להגביל את הזרקת החשמל (AFE) הם יותר ויותר בשימוש עבור תחנות אבטחה גבוהה (HDC) כדי להפעיל מחדש של כוח (H) כדי להפעיל מחדש של כוח).

Off-Grid and Islanded Power Supplies

מתקנים מרוחקים או מאויים, כגון אלה על פלטפורמות offshore או באזורי המדבר, להסתמך על הדור המתחדש ייעודי עם סוללה או אחסון מימן. אספקת החשמל כאן חייב לבצע מעקב מקסימלי נקודת כוח (MPPT) ממערך סולארי או טורבינות רוח ולנהל טעינה של אחסון אנרגיה על ידי סוללות / דיסאגינג.מערכות אלה לעתים קרובות לשלב מודולים דו-כיוניים ו- DC-DC כדי לשמור על מתח יציב של אוטובוס למרות המשתנים.

מערכות אספקה היברידיות

תצורה היברידית משלבת חיבור רשת עם הדור המתחדש של האתר היברידי ומחסן.הם מציעים את הפשרה הטובה ביותר בין אמינות וקיימות.אספקת החשמל מארגן את זרימת החשמל ממקורות מרובים, באמצעות אוטובוס מרכזי DC או אדריכלות AC-קופאונדרד. A משותף טופולוגיה נפוצה היא להשתמש ב- AC-DCer דו-כיוני המחובר לרשת, מ-DCer צפוי ממקורות מתחדשים, ו- bicial-DCer עבור מערכות בקרה מתקדמות.

תכונות מפתח של יעילות Power Supplies

כדי להשיג ייצור מימן ירוק אופטימלי, אספקת החשמל חייבת להציג כמה מאפיינים מרכזיים המשפיעים ישירות על ביצועי הצמח ועל תוחלת החיים.

המונחים: Efficiency

יעילות היא המדד הקריטי ביותר של אספקת החשמל המודרנית עבור אלקטרוליטיזה להשיג 94-98% יעילות בעומס מדורג, באמצעות מוליכים למחצה רחבים (SiC ו- GaN) אשר להפחית את המעבר והפסדי התנהגות. Efficiency חייב להישאר גבוה בטווח עומס רחב - מ-20% עד 100% - כדי להכיל הפסד מתחדש.

איכות ויציבות

אספקת החשמל חייבת לספק DC עם ripple מינימלי, רעש ומתח מעל ל- ריפל מאיצה את ההשפלה האלקטרוכימית, במיוחד ב- PEM אלקטרוליטייזרים שבהם מימן וחמצן יכולים לחצות את המזכר.התעשייה הטובה ביותר היא גורם קרוע מתחת ל-3% עבור מערכות אלקליין ומתחת 1% עבור מערכות PEM. Voltage יש להיות בתוך ±1% בתנאים יציבים, עם תגובה מהירה לעומסים (I מפשט גם אינטגרציה) ו-PTSD.

סקלאלה ומודולריות

פרויקטים של מימן ירוק גדלים לעתים קרובות בשלבים.מודולים.אספקת חשמל מודולרית, שנבנה מאבני המרת סטנדרטיות (למשל, 1MW, 2MW), לאפשר הרחבה קיבולת ללא החלפת ציוד קיים.מודולרית גם לשפר את סובלנות אשמה: אם מודול אחד נכשל, השאר להמשיך לפעול בקיבולת מופחתת. סקלאלה היא חשובה במיוחד עבור מערכות מריד שבו יכולת דור גדל באופן מצטבר.

עמידות סביבתית וגמישות סביבתית

אספקת חשמל במפעלי מימן פועלת בסביבות מאתגרות - לחות גבוהה, חשיפה פוטנציאלית למימן, רטט מדחוסים, וטמפרטורות קיצוניות. ציוד חייב להיות מתוכנן עם IP54 או יותר מאולמות, חומרים עמידים על קורוזיה, ומעריצי קירור מחוסנים או לולאות נוזליות. Power אלקטרוניקה ישדרג לחיים תפעוליים מינימליים של 20 שנים, התאמת המטרה של ערימה אלקטרו-מרוסית.

תמיכה ירוקה

כאשר צמחי מימן הופכים גדולים יותר (מאות של מגה-וואט), הם חייבים לספק שירותי רשת כגון רגולציה בתדר, בקרת כוח תגובתי, ומשלוח תקלות דרך. אספקת חשמל מתקדמת עם מופנים המחוברים לרשת יכולה לפעול במצב האי וביכולת של כוכב שחור.זה הופך מתקן מימן מעומס פסיבי לתוך נכס פעיל ברשת, פוטנציאל לייצר זרמים נוספים.

אתגרים ושילוב בעיות

חלוקת כוח לייצור מימן ירוק מציגה אתגרים טכניים וכלכליים משמעותיים שיש לטפל בהם לאימוץ נרחב.

הרמוניות ואיכות הכוח

מתקנים גדולים של תיקון הזרמים הזרקת הרמוניים לרשת AC, אשר יכול לגרום להתחממות יתר של הטרנספורמציה, nuisance טריפ של מכשירים הגנה, והתערבות עם מערכות תקשורת. Compliance עם IEEE 519 סטנדרטים בדרך כלל דורש 12-pulse או 24pulse Retifier תצורה, מסננים פסיביים, או מסננים הרמוניים פעילים.

תגובה על שינוי

אנרגיית השמש והרוח מתחלחלת על פני השטח השני-תוך דקות בשל כיסוי ענן או גלי רוח.אספקת החשמל חייבת לעקוב אחר שינויים אלה מבלי לגרום לאלקטרוליט לנוע על מתח נמוך או מעל-זמני. אלקטרוניקה כוח מהיר עם מוליכים למחצה רחבים פסאגפ (SiC) יכול לטפל בשיעורי רמפות של 20% לשנייה, אבל תהליך אלקטרו-צר יש עצמו עם מגבלות מסיביות ומגבלות מהירות כגון בקרת סוללות (מערכת).

ניהול ארס

ממירי כוח גבוהה מתפזרים חום משמעותי.עבור 10 MW אלקטרוליצר עם 95% אספקת חשמל יעילה, דחיית החום היא 500 קילוואט. באקלים חם או חללים מוגבלים, הסרת חום זה דורש מערכות קירור חזקות יותר מאשר קירור נוזלי אוויר עבור קרינת חשמל גבוהה, אבל מוסיף מורכבות וסיכון דליפה פוטנציאלי.חום מאספקת חשמל יכול להשתלב לתוך מערכות חימום או בשימוש כדי לשפר את יעילות המים, כולל.

ניכוי עלויות

עלויות אספקת החשמל הנוכחיות למגוון רחב של אלקטרוליטיזה מ -100 $- 200 לוואטוורצ'י. כדי להשיג את המטרה של המחלקה לאנרגיה של 2 / ק"ג H2 עד 2026, עלויות אספקת החשמל חייבות ליפול מתחת ל 50 /kW.זה דורש התקדמות באריזות Semiconductor, ייצור בנפח גבוה יותר וסטנדרטיזציה. משותף להתנצלות עם תעשיות אחרות (למשל, טעינה, כוח נתונים) יכול להאיץ עקומת למידה.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

כמה התפתחויות מבטיחות נועדו לשפר את ביצועי אספקת החשמל ולהקטין את עלות מימן ירוק.

ראשי > Bandgap Semiconductors

סיליקון carbide (SiC) ו-Geium nitride (GaN) מכשירים כוח מציעים התנהגות נמוכה יותר והפסדים מעבר בהשוואה לסיליקון IGBTs. הם יכולים לפעול בתדרים גבוהים יותר (הרחבים למאות kHz), המאפשרים להפוךים קטנים יותר, capacitors, ורכיבים מגנטיים.עבור אלקטרוליטיזה, זה מתורגם לאספקת חשמל קומפקטית וקלה עם יעילות גבוהה יותר ותגובה מהירה יותר.

אלקטרוניקה דיגיטלית ותחזוקה חיזוי

אספקת חשמל מצוידת בחיישנים (נוכחים, מתח, טמפרטורה, לחות) יכול לספק נתונים למודלים תאום דיגיטליים שדמיינו בריאות ממיר וחיזוי כישלונות. תחזוקה מבוססת מצב מפחיתה את זמן השבתה ומרחיבת את חיי הציוד.

שילוב עם אחסון אנרגיה

סוללות, supercapacitors, ואפילו אחסון מימן ניתן לממשק ישירות עם אוטובוס אספקת החשמל DC. Solid-state המירטורים (SSTs) מתעוררים כפלטפורמת אלקטרוניקה מאוחדת שיכולה לנהל מספר רב של DC ו- AC יציאות בו זמנית. An SST יכול לנעוץ אנרגיה בין הרשת, מתחדשים, אחסון ואלקטרוליצר ללא ממירים נפרדים, צמצום ספירת רכיבים והפסדים ניסיוניים הוכיחו שיפור במערכת הכוללת.

Renewable-to-Hydrogen Coupling

עיצובי מערכת חדשנית מבטלים את רשת AC לחלוטין על ידי הפיכה ישירה של מערכות פוטו-וולטאיות סולריות או טורבינות רוח לאלקטרוליט באמצעות ממיר DC-DC. גישה זו מפחיתה הפסדים משלבי המרה מרובים ומבטלת עלויות מסנן הרמוני.עם זאת, היא דורשת אלגוריתמי MPPT חזקים שיכולים להתמודד עם מהירויות גירוד חלקית וניתוקציה של כמה פרויקטים טייסים באוסטרליה ובאירופה הם בדיקות ישירות עם הפיכה עם הפיכה עם HIV- 9EMNIVE חסכוניים מבוססי יעילות.

משאבים חיצוניים לקריאה נוספת

כדי להעמיק את ההבנה של עיצוב אספקת החשמל עבור מימן ירוק, לשקול את המקורות הסמכותיים הבאים:

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) [ה]ה-[דרוש מקור]] [ה]]]: [ה] [ה]] [ה]]]] [ה]]], [ה][דרוש מקור]]]], [ה[[המאה ה-20], [ה[[המאה ה-20]].
• (ב) [המרכז] ידע: [ה]המרכז ידע: מחקרי אספקה כוח: 206FLT: 3] - דוגמאות בעולם האמיתי של אינטגרציה של אספקת חשמל במפעלי מימן תפעוליים.
• [01:0] ,364 20:2] ,[עריכת קוד מקור | עריכה]

מסקנה: Powering the Hydrogen Economy

אספקת חשמל אינה רק רכיבים גישה בייצור מימן ירוק; הם מאפשרים לקבוע את הכדאיות הטכנית, את הכדאיות הכלכלית ואת תוחלת התפעולית של תחנות אלקטרוליטיות.מממאשר כי התנאים חשמל רשת ל- DC-DC מתקדם כי ממשקים ישירות עם מערך אנרגיה סולארית, כל שלב חייב להיות מותאם ליעילות, אמינות, איכות.