Поскольку мир сталкивается с экологическими последствиями использования традиционных ископаемых видов топлива, люди обращаются к
возобнавляемым источникам энергии. Среди возобновляемых источников большое внимание уделяется ветровой энергии. Как бесплатный, чистый и неисчерпаемый источник энергии, это один из самых многообещающих методов получения экологически чистой энергии [1]. Это также значительно снижает зависимость от ископаемого топлива и исключает выбросы углекислого газа и других вредных загрязнителей. Однако ограничения производства электроэнергии из ветроэнергетических систем включают: зависимость от регулярности ветра, проблемы хранения и транспортировки, а также необходимость преобразования энергии ветряных турбин в универсальный энергоноситель [1]. Кроме того, ограничение ветра, то есть сокращение выработки электроэнергии ниже мощности, обеспечиваемой хорошо функционирующей системой ветряных турбин, является еще одной большой проблемой, которую необходимо учитывать [2]. В таком случае, водородные энергетические системы могут обеспечить наилучшие решения многих из ранее заявленных проблем. Не выделяя каких-либо загрязняющих газов, водород, производимый из возобновляемых источников энергии, таких как ветер, обещает стать экологически чистым и устойчивым энергоносителем благодаря его способности хранить и доставлять огромное количество энергии и имеет большой потенциал, чтобы стать «топливом для энергии». будущее »[1,3]. Преимущества водорода включают экологическую безопасность, высокую эффективность преобразования и высокую плотность энергии от 120 до 142 МДж на кг [3]. В этой статье будут рассмотрены основные принципы и необходимые требования ветроэнергетической водородной системы и предложены будущие исследования в более неразвитых и развивающихся странах, на примере исследования, проведенного в Афганистане. Не выделяя каких-либо загрязняющих газов, водород, производимый из возобновляемых источников энергии, таких как ветер, обещает стать экологически чистым и устойчивым энергоносителем благодаря его способности хранить и доставлять огромное количество энергии и имеет большой потенциал, чтобы стать «топливом для энергии». будущее »[1,3]. Преимущества водорода включают экологическую безопасность, высокую эффективность преобразования и высокую плотность энергии от 120 до 142 МДж на кг [3]. В этой статье будут рассмотрены основные принципы и необходимые требования ветроэнергетической водородной системы и предложены будущие исследования в более неразвитых и развивающихся странах, на примере исследования, проведенного в Афганистане. Не выделяя каких-либо загрязняющих газов, водород, производимый из возобновляемых источников энергии, таких как ветер, обещает стать экологически чистым и устойчивым энергоносителем благодаря его способности хранить и доставлять огромное количество энергии и имеет большой потенциал, чтобы стать «топливом для будущее »[1,3]. Преимущества водорода включают экологическую безопасность, высокую эффективность преобразования и высокую плотность энергии от 120 до 142 МДж на кг [3]. В этой статье будут рассмотрены основные принципы и необходимые требования ветроэнергетической водородной системы и предложены будущие исследования в более неразвитых и развивающихся странах, на примере исследования, проведенного в Афганистане. предлагает перспективу экологически чистого и устойчивого энергоносителя благодаря его способности хранить и доставлять огромное количество энергии и имеет большой потенциал, чтобы стать «топливом будущего» [1,3]. Преимущества водорода включают экологическую безопасность, высокую эффективность преобразования и высокую плотность энергии от 120 до 142 МДж на кг [3]. В этой статье будут рассмотрены основные принципы и необходимые требования ветроэнергетической водородной системы и предложены будущие исследования в более неразвитых и развивающихся странах, на примере исследования, проведенного в Афганистане. предлагает перспективу экологически чистого и устойчивого энергоносителя благодаря его способности хранить и доставлять огромное количество энергии и имеет большой потенциал стать «топливом будущего» [1,3]. Преимущества водорода включают экологическую безопасность, высокую эффективность преобразования и высокую плотность энергии от 120 до 142 МДж на кг [3]. В этой статье будут рассмотрены основные принципы и необходимые требования ветроэнергетической водородной системы и предложены будущие исследования в более неразвитых и развивающихся странах, на примере исследования, проведенного в Афганистане.
Ветровая водородная промышленность в настоящее время развивается в направлении интеллектуальных и информационных технологий, способствуя качественному развитию этой отрасли [2]. В качестве способа решения проблемы ограничения ветровой нагрузки интеграция водородного топлива в ветряную электростанцию позволяет гибко менять производство, чтобы наилучшим образом согласовать доступность ресурсов с конкретными производственными потребностями и рыночными факторами [4]. Современная система производства водорода с помощью энергии ветра представляет собой «чистый и эффективный способ получения энергии», при котором электричество вырабатывается напрямую с помощью ветряных турбин или путем электролиза воды для производства водорода в электролизере [2]. Базовая структура ветроэнергетической водородной системы показана на рисунке 1.
Ключевые принципы системы, представленной на рисунке 1, заключаются в том, что водород, генерируемый посредством электролиза, не может быть поглощен электросетью, поскольку он сразу же поступает на хранение, а электричество, генерируемое ветряной электростанцией, не подключенной к сети, может генерировать водород напрямую [ 2]. Соотношение энергии ветра в энергосистеме и производства водорода может быть отрегулировано системой управления соответствующим образом, в результате чего начальная энергия, потерянная из-за ограничения ветра, может быть поглощена максимально [2]. Даже в периоды слабого ветра подключение к сети может работать как резервное электричество, чтобы электролизер работал на полную мощность [5]. Более того, помимо обеспечения энергией электросети, Избыточная электроэнергия, поставляемая ветряными турбинами, также может привести к производству водорода путем электролиза воды вместо того, чтобы сокращать потребление электроэнергии, как это обычно делается [4]. Водород находится под давлением для хранения и может использоваться в широком диапазоне применений, таких как автомобили с водородными топливными элементами или для выработки электроэнергии с использованием системы топливных элементов [5]. Последний может быть альтернативным методом, подходящим для маломасштабной выработки энергии в отдаленных районах, где мало ветра [6].Дальнейшее развитие водородных топливных элементов может удовлетворить потребности населения различной численности и обеспечить решение проблем электроснабжения нескольких отраслей промышленности и жилых домов [1]. Несмотря на то, что энергия ветра представляет собой надежный вариант производства водорода с точки зрения огромных преимуществ, которые она приносит, нынешний масштаб системы производства водорода обычно находится в пределах нескольких мегаватт мощности, в то время как основная централизованная система ветроэнергетики достигла нескольких сто мегаватт и более [2]. Несмотря на то, что плотность хранения водорода может быть увеличена с помощью технологии хранения водорода под давлением или технологии твердотельного хранения водорода, недостаточная емкость электролизной водородной системы является одной из основных причин различий в выработке электроэнергии. что делает это серьезным препятствием для практического применения системы [2]. Для крупномасштабных целей водородный топливный элемент также должен пройти дальнейшую модернизацию, чтобы сформировать элемент с более высокой плотностью мощности [6]. Другие вопросы включают оптимизацию электролизера при колебаниях энергии ветра и разработку топливного элемента с длительным сроком службы [6]. С целью достижения высокой эффективности и низкой стоимости быстрое развитие технологии производства водорода с помощью энергии ветра приведет к дальнейшему развитию оборудования, задействованного в этом процессе.
Несмотря на то, что многие ключевые области ветроэнергетической технологии производства водорода должны быть улучшены, было установлено несколько технических требований для обеспечения общей эффективной работы ветровой водородной системы. Наиболее важным из них является способность ветряных турбин иметь сильную устойчивость к колебаниям ветра, поскольку ветровые турбины вносят непосредственный вклад в питание электролизера, а также внешней электросети [2]. Конструктивные характеристики ветряных турбин, такие как размер, различаются в зависимости от их конкретного применения и области использования. Функция безопасности, которая защищает ветряные турбины от повреждений, - это скорость отключения [7]. Скорости отключения, обычно выше 25 км / ч, относятся к скорости ветра, при которой ветряные турбины прекращают выработку электроэнергии [7]. Еще одно важное требование - построить электролитическую ячейку с подходящим электродом, катализатор и другие части для улучшения конверсии водорода высокой чистоты [6]. Наконец, гибкость системы управления, которая объединяет технологию производства водорода и энергию ветра, важна для управления распределением выходной мощности от ветряных турбин к электролизеру для производства водорода [1,2].
Помимо технических требований, упомянутых выше, необходим анализ экологической и экономической осуществимости, чтобы убедиться, что участок подходит для установки ветроэнергетических установок. Выбор правильного места для установки ветряных турбин является наиболее важным параметром для достижения экономической целесообразности [1]. Чтобы экономика достигла консенсуса по использованию этой системы, проводятся дополнительные точные оценки для расчета затрат на производство, эксплуатацию и техническое обслуживание, а также периода окупаемости, когда доход превышает затраты и достигается прибыльность [3]. Учитывая, что многие развитые страны провели исследования и оценили компетентность водородной и ветроэнергетической системы в различных областях в своих странах, неразвитые и развивающиеся страны страдают от недостатка внимания исследователей [3]. Этот недостаток информации побудил провести исследование по тщательной экономической оценке производства водорода с использованием энергии ветра в Афганистане в 2020 году [3]. Путем определения точных характеристик ветряных турбин, таких как номинальная мощность и выживаемая скорость ветра, можно сделать точные вычисления для исследования возможного ежегодного производства электроэнергии [3]. В ходе исследования были собраны данные о некоторых местах в Афганистане с благоприятной скоростью ветра, а также учтены некоторые непредсказуемые обстоятельства, которые могут ухудшить идеальные характеристики ветряной электростанции. В исследовании сделан вывод, что Файзабад оказался лучшим регионом для запуска ветроэнергетической системы производства водорода, поскольку он является районом со средней максимальной скоростью ветра и может вырабатывать до 260 601 кВтч электроэнергии в год [3]. Учитывая другие сценарии и темпы деградации, установка и использование гибридной водородно-ветровой электростанции может окупиться в течение 4-6 лет. Несмотря на острые политические и социальные проблемы, с которыми сталкиваются неразвитые и развивающиеся страны, такие как Афганистан [3], такого рода исследования помогают достичь цели устойчивого развития.
Производство водорода с помощью энергии ветра не только обеспечивает альтернативу чистой возобновляемой энергии с большим потенциалом для широкого спектра применений, но также решает многие существующие проблемы ветроэнергетики, такие как потребность в хранилище и транспортном средстве, свертывание. Технические требования, такие как высокая адаптируемость ветряных турбин, высокий КПД электролитической ячейки и гибкость системы управления, способствуют общей эффективности системы. Кроме того, необходимо провести анализ экологической и экономической осуществимости, чтобы найти и проверить подходящие места для установки. Однако недостаточная мощность электролиза и оптимизация электролизера во время колебаний ветровой энергии по-прежнему являются основными проблемами в ветроэнергетической водородной системе.Также необходимо провести дополнительные исследования в более неразвитых и развивающихся странах, таких как Афганистан, для содействия устойчивому развитию. Постоянное расширение ветроэнергетических технологий производства водорода имеет большое значение для будущего развития и является важным стратегическим направлением развития возобновляемой энергетики.
