12 جولای 2024 -توسط وین هیکس، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر-دو پیکربندی مختلف برای تولید هیدروژن تمیز با استفاده از باد دریایی مورد مطالعه قرار گرفت. اعتبار: آلفرد هیکس، NREL
به گفته محققان آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) استفاده از برق تولید شده توسط توربین های بادی دریایی به عنوان یکی از مسیرهای تقسیم آب برای تولید هیدروژن پاک ممکن است منطقی اقتصادی باشد، به ویژه در امتداد سواحل اقیانوس اطلس ایالات متحده و در خلیج مکزیک.
طبق یافته‌های آنها در مقاله اخیراً منتشر شده، «پتانسیل استقرار در مقیاس بزرگ سیستم‌های باد به هیدروژن در ایالات متحده»، اقتصاد در مناطقی که آب چندان عمیق نیست و باد شدید است، بهترین کار را دارد. که در مجله Physics: Conference Series آمده است.
توانایی تولید هیدروژن با هزینه ای که به هدف وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) برای هیدروژن تمیز کم هزینه نزدیک می شود، به طور قابل توجهی به فناوری مورد استفاده و محل تولید بستگی دارد. مشوق های سیاست پیش بینی شده نیز می تواند نقش داشته باشد. هیدروژن را می توان با استفاده از یک الکترولایزر تولید کرد که آب – ساخته شده از دو اتم هیدروژن و یکی از اکسیژن – را به اجزای تشکیل دهنده آن تقسیم می کند.
یک الکترولیز که از یک منبع انرژی تجدیدپذیر تغذیه می شود، چیزی را تولید می کند که به عنوان هیدروژن پاک شناخته می شود. DOE از طریق ابتکار Hydrogen Shot خود، تلاش‌هایی را برای کاهش هزینه هیدروژن تمیز به 1 دلار در کیلوگرم تا سال 2031 انجام می‌دهد. دستیابی به 2 دلار در هر کیلوگرم می‌تواند آن را در برخی از کاربردها در مقایسه با روش‌های متداول کربن فشرده تولید هیدروژن رقابتی کند.
کیتلین برونیک، مهندس تحقیقات سیستم‌های هیبریدی در NREL، و نویسنده اصلی مقاله جدید گفت: «هم تولید بادی دریایی و هم تولید هیدروژن پاک، فناوری‌هایی هستند که به سرعت در حال تکامل هستند و وقتی با هم ترکیب شوند، پتانسیل تولید و ذخیره انرژی‌های تجدیدپذیر و کربن زدایی بخش‌هایی را دارند که برق‌رسانی به آنها سخت است»..
ادامه سرمایه‌گذاری و تحقیق روی طراحی و بهینه‌سازی در سطح سیستم و کارخانه می‌تواند باعث پیشرفت بیشتر فناوری و کاهش هزینه برای این سیستم‌ها شود.
این مقاله استفاده از شبیه‌سازی‌های مطالعه موردی را برای تجزیه و تحلیل فن‌آوری-اقتصادی تولید هیدروژن از انرژی باد فراساحلی در سال‌های 2025، 2030 و 2035 توصیف می‌کند.
محققان NREL دو سناریو را با تکیه بر الکترولیز با نیروی باد دریایی ارزیابی کردند و چهار منطقه ساحلی نماینده تاسیسات هیبرید باد به هیدروژن را شناسایی کردند.
بسته به عمق آب در مکان های مورد مطالعه، محققان در نظر گرفتند که آیا توربین ها شناور هستند یا در کف اقیانوس ثابت هستند. این تحقیق نشان می‌دهد که تا سال 2030، ترکیبی از عوامل از جمله مشوق‌های سیاستی و بادهای دریایی با کف ثابت با الکترولیز خشکی ممکن است امکان تولید هیدروژن را با قیمت کمتر از 2 دلار در کیلوگرم فراهم کند.
این تجزیه و تحلیل راهنمایی سیاستی ارائه نمی دهد، اما سیاستی را با استفاده از مفروضات اولیه انجام شده قبل از انتشار مقررات پیشنهادی برای اعتبار مالیاتی نشان می دهد.
در سناریوی اول، یک نیروگاه بادی فراساحلی الکتریسیته تولید می کرد که از طریق کابل های ولتاژ بالا به یک سایت خشکی منتقل می شد. در آنجا یک الکترولیز هیدروژن را از آب شیرین تولید می کرد. این یک رویکرد مرسوم از جفت کردن باد دریایی با الکترولیز خشکی را نشان می دهد.
در سناریوی دوم، هیدروژن از آب شیرین شده دریا در سایت نیروگاه بادی دریایی جدا شد و به زیرساخت های بیشتری در اقیانوس برای جا دادن تجهیزات اضافی نیاز داشت. سپس هیدروژن از طریق خطوط لوله برای ذخیره سازی به ساحل منتقل شد. محققان خاطرنشان کردند که امکان سنجی فنی این سناریو کمتر ثابت شده است.
برونیک گفت: «انتقال یک الکترولیز به سکوی فراساحلی برای تولید انرژی انبوه چالش جدیدی را به همراه دارد. برای استفاده کامل از برق تولید شده توسط مزارع بادی فراساحلی برای تولید هیدروژن، الکترولیزهای قابل توجهی به همراه تجهیزات جانبی برای تصفیه آب، ذخیره سازی هیدروژن و حمل و نقل مورد نیاز است.
تولید هیدروژن تجدیدپذیر فراساحلی قلمروی ناشناخته باقی می ماند و به پیکربندی های نوآورانه برای ادغام تمام تجهیزات لازم با یک مزرعه بادی برای عملیات در مقیاس گیگاوات نیاز دارد.علاوه بر طراحی فن‌آوری این سیستم‌ها، محققان در نظر گرفتند که یک سیستم باد به هیدروژن دریایی در کجا قرار دارد.
آنها مکان‌های کم‌عمق‌تری را در خلیج مکزیک و خلیج نیویورک بررسی کردند، جایی که توربین‌ها می‌توانستند در کف اقیانوس ثابت شوند، منابع باد فراوانی داشتند، و در مجاورت حداقل یکی از هاب‌های هیدروژن پاک منطقه‌ای DOE بودند که تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان هیدروژن را به هم متصل می‌کند .
آنها همچنین مکان هایی با آب های بسیار عمیق تر در سواحل شمال کالیفرنیا و در خلیج مین را بررسی کردند که در آن توربین ها باید روی سکوهای شناور نصب شوند. هیدروژن در ساحل در لوله های زیرزمینی، غارهای سنگی یا غارهای نمک ذخیره می شود.
تجزیه و تحلیل پیش بینی کرد که هزینه یکسان شده هیدروژن (LCOH) که شامل کل سیستم باد می شود،انتقال الکتریکی و سیستم هیدروژن می تواند در خلیج نیویورک به دلیل ظرفیت باد بالاتر، کمترین مقدار را داشته باشد.
خلیج مکزیک دومین کمترین رقم را داشت. انتخاب محل ذخیره هیدروژن به طور قابل توجهی بر هزینه تأثیر می گذارد، با کاهش 20٪ تا 30٪ در LCOH محاسبه شده از استفاده از غارها. مشوق های سیاست پیش بینی شده نیز عاملی در کاهش بیشتر هزینه ها هستند.
این مطالعه شاخص‌های امیدوارکننده‌ای را نشان می‌دهد که استقرار در مقیاس بزرگ از باد به هیدروژن دریایی می‌تواند به نظر برسد و همچنان که فناوری‌های جدید و بهتر در این زمینه توسعه می‌یابد، همچنان منطقه مورد علاقه خواهد بود.
