9 اکتبر 2020توسط آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر تصویر شماتیک مفهوم مقیاس H2 @.
تحقیقات جدید آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) (NREL) فرصت های کلیدی هیدروژن را برای ایجاد هم افزایی برای سیستم انرژی ایالات متحده شناسایی کرده و تأثیرات بالقوه آنها را در بازارهای هیدروژن کمی می کند.
هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است ، که پیش بینی می شود کاربردهای فعلی و بالقوه بسیاری در صنایع شیمیایی و تصفیه ، ساخت و حمل و نقل داشته باشد . تولید آن همچنین می تواند به حل چالش های مربوط به ادغام سطح بالایی از انرژی های تجدیدپذیرهای متغیر در شبکه های انرژی کمک کند. دفتر فن آوری سلول های هیدروژنی و سوختی در DOE در زمینه بهره وری انرژی با ابتکار H2 @ برای پیشبرد تولید هیدروژن ، حمل و نقل ، ذخیره سازی و استفاده در بخش های مختلف انرژی پیشگام است.
از طریق این ابتکار ، تحلیلگران NREL با مشارکت محققان آزمایشگاه ملی ارگون ، آزمایشگاه ملی آیداهو ، آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور و کارشناسان صنعت – پتانسیل فنی اقتصادی تحقق یک سیستم انرژی هیدروژن یکپارچه را تا اواسط قرن 21 برای 48 همسایه ایالتی خود ارزیابی کردند. یافته ها در گزارش جدید ، پتانسیل فنی و اقتصادی H2 @ منتشر شده است.
“مفهوم مقیاس H2 @ مبتنی بر استفاده از هیدروژن به عنوان واسطه انرژی برای ادغام بخشها در سیستم انرژی است. هیدروژن می تواند جایگزینی برای منابع انرژی فعلی برای صنعت و حمل و نقل باشد و با ایجاد بازار بزرگتر و انعطاف پذیری برای تولید برق ، می تواند استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را تقویت کند. مارک روت ، تحلیلگر NREL و نویسنده اصلی گزارش ، گفت: “این مطالعه نشان می دهد که منابع کافی برای انجام این کار داریم و فواید زیادی نیز دارد.”
مفهوم مقیاس H2 @
در دید مقیاس H2 @ ، هیدروژن به عنوان زیرساخت انرژی مکمل شبکه الکتریکی عمل می کند و همچنین نقش بیشتری در بخشهای صنعتی و حمل و نقل ایفا می کند. امروز ، تقاضای ایالات متحده برای هیدروژن 10 میلیون تن سالانه است. این ماده اولیه در بخشهای صنعتی برای تصفیه روغن ، تولید کود و تولید مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. کاربردهای جدید هیدروژن که در این گزارش مورد ارزیابی قرار گرفت شامل فولاد سازی ، سوخت های مصنوعی ، ذخیره انرژی ، تزریق به سیستم گاز طبیعی و وسایل نقلیه با سلول سوختی است. این مطالعه با توجه به پیشرفت های تحقیق و توسعه و قیمت های مختلف گاز طبیعی و برق ، پتانسیل اقتصادی مصرف هیدروژن در بخش های فعلی و نوظهور را مشخص کرد. تا سال 2050 ، این مطالعه تخمین می زند که تقاضای هیدروژن توسط ایالات متحده می تواند به 22 تا 41 میلیون تن در سال افزایش یابد.
یکی از روشهای تولید هیدروژن که در این مطالعه ارزیابی شده الکترولیز است که مولکولهای آب را با استفاده از الکتریسیته به اتمهای هیدروژن و اکسیژن تجزیه می کند. الکترولیز هنگامی که برق با استفاده از انرژی تجدید پذیر یا هسته ای تولید می شود ، انتشارآلاینده کمی دارد اما در حال حاضر گران تر از تولید هیدروژن از گاز طبیعی است. این مطالعه نشان می دهد که هزینه الکترولیزر و ادغام الکترولیزرها را با شبکه برق و نیروگاه های هسته ای را کاهش می دهد.
از آنجا که الکترولیزرهای دمای پایین فقط به چند ثانیه زمان نیاز دارند تا روشن شوند و با حداکثر ظرفیت کار کنند ، هیدروژن همچنین می تواند با کاهش مسائل متناوب ، منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر را تکمیل کند. این موضوع می تواند به عنوان یک بار پاسخگو در شبکه الکتریکی عمل کند ، ثبات شبکه را افزایش دهد ، محدودیت را کاهش دهد و یک جریان درآمد اضافی برای تولیدکنندگان برق ایجاد کند. بنابراین این قابلیت می تواند از افزایش نفوذ تجدید پذیرها پشتیبانی کند. به عنوان مثال ، تجزیه و تحلیل مقیاس H2 @ نشان می دهد که با توجه به رشد تقاضای هیدروژن و استفاده از الکترولیزرها برای کسب درآمد از برق کمتر و متناوب ، با افزایش تولید انرژی باد تا 2 برابر امکان پذیر است.
این الکترولیزر ها در ادغام با سیستم های انرژی NREL انرژی تولید شده توسط خورشید را به هیدروژن تبدیل می کند. اعتبار: آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید پذیر
پاسخگویی به تقاضای آینده
این گزارش اولین گزارش جامع درمورد توان اقتصادی تقاضای هیدروژن چند بخشی در آینده در ایالات متحده است. تحلیلگران در پنج سناریوی آینده پتانسیل افزایش دو تا چهار برابر تقاضای بالقوه هیدروژن را شناسایی کردند. در صورت دستیابی به اهداف تحقیق و توسعه و برطرف شدن موانع ، تولید هیدروژن در این سناریوها توان تامین 4 تا 17 درصد از مصرف انرژی اولیه ایالات متحده را دارد.
این پنج سناریو بر اساس مفروضات کلیدی مانند قیمت منابع ، شرایط بازار ، تحقیق و توسعه فناوری هیدروژن و تأمین سوخت در دسترس بودن زیرساخت ها متکی بود. سناریوی مرجع ، با فرض کم بودن فناوری یا توسعه بازار ، از شرایط امروز استفاده می کند. سناریوی الکترولیز با کمترین هزینه ، با سه سناریوی باقی مانده در این محدوده ، تهاجمی ترین فناوری و توسعه بازار را به خود اختصاص می دهد.
بر اساس مفروضات و قیمتی که کاربران برای هیدروژن پرداخت خواهند کرد ، پتانسیل بازار می تواند سالانه 22 تا 41 میلیون تن باشد. عوامل اصلی این رشد شامل قیمت گاز طبیعی و کاهش هزینه الکترولیز در دمای پایین است ، اگرچه تقاضا می تواند با سایر گزینه های هیدروژن کم هزینه افزایش یابد.
بیشتر این رشد احتمالاً در مناطق شهری اتفاق خواهد افتاد ، اما تولید سوخت های زیستی و تولید متانول می تواند در مناطق روستایی افزایش یابد.
