Τεχνολογίες αποθήκευσης και αποδοτικής μετατροπής του υδρογόνου (H2) ως μέσο αποθήκευσης ενέργειας με χρήση ΑΠΕ
Hydrogen conversion and storage technologies using RES
Keywords
Υδρογόνο ; ΑΠΕ ; Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ; Αποθήκευση ενέργειας ; Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ; Κατανάλωση ενέργειαςAbstract
Όντας αντιμέτωποι με τις περιβαλλοντικές προκλήσεις (ρύπανση, μειωμένα αποθέματα ορυκτών καυσίμων, πυρηνικά απόβλητα κλπ) και την αυξανόμενη ζήτηση για ενέργεια, υπάρχει μια ανάγκη για μια βιώσιμη επιλογή. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως ο άνεμος και ο ήλιος, δυστυχώς, συναρτώνται από τις καιρικές συνθήκες και συνεπώς σε μια μεταβλητότητα παραγωγής. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει ήδη ένα κενό μεταξύ παραγωγής και κατανάλωσης σήμερα το οποίο στο μέλλον θα αυξηθεί. Είναι επομένως απαραίτητο να αποθηκευτεί η αχρησιμοποίητη ενέργεια η οποία παράγεται έτσι ώστε να υπάρχει δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί κατά την διάρκεια περιόδων υψηλής ζήτησης ή να χρησιμοποιηθεί σε μια άλλη μορφή. Τι τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση της πλεονάζουσας ενέργειας; Η πρώτη λύση που έρχεται στο μυαλό είναι οι μπαταρίες. Παρότι μερικές έχουν αρκετά δυνατότητα αποθήκευσης, το κόστος και η περιορισμένη διάρκεια ζωής δεν επιτρέπουν την χρησιμοποίησή τους σε ευρεία κλίμακα. Άλλες λύσεις υπάρχουν, αλλά όλες είναι περιορισμένες στην δυνατότητα αποθήκευσης συγκριτικά με τις αναμενόμενες πλεονάζουσες ποσότητες.
Πέρα από την άμεση αποθήκευση ενέργειας, η άλλη προσέγγιση είναι η μετατροπή της σε μια άλλη μορφή έτσι ώστε να αποθηκευτεί. Εδώ έρχεται η ηλεκτρόλυση να παίξει έναν βασικό ρόλο, για παράδειγμα στην μετατροπή του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο, εξου και η αντίληψη της μετατροπής της ισχύος σε αέριο (power to gas).
Το υδρογόνο μπορεί να αποθηκευτεί σε διαφορετικές μορφές, να μετατραπεί σε ένα άλλο καύσιμο (π.χ. μεθάνιο) ή, αν αυτό είναι απαραίτητο, να μετατραπεί ξανά σε ηλεκτρική ισχύ με χρήση μιας κυψέλης καυσίμου ή ενός εργοστασίου τροφοδοτούμενου με αέριο. Οποιαδήποτε και να είναι η επιδιωκόμενη χρήση, η πλεονάζουσα ενέργεια θα αξιοποιηθεί. Παρότι η προσέγγιση αυτή μοιάζει να είναι η πιο εκλεπτυσμένη στα πλαίσια της ενέργειας και της τεχνολογίας, εξακολουθεί να έχει κάποια αρνητικά. Από τη μια, το κόστος αυτών των εγκαταστάσεων είναι ακόμα υψηλό και, από την άλλη, η δυνατότητα μετατροπής υδρογόνου είναι χαμηλή συγκριτικά με τις τρέχουσες ποσότητες πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας και ακόμα περισσότερο για αυτές οι οποίες προβλέπονται για τις επόμενες δεκαετίες. Παρόλα αυτά, η τεχνολογία της μετατροπής της ισχύος σε αέριο συνδυασμένη με μια αποκεντρωμένη προσέγγιση (τοπική χρήση του υδρογόνου ή του μεθανίου) και βελτιστοποιημένη διαχείριση σε όλα τα επίπεδα, όπως αυτό της παραγωγής, η διανομή και η χρήση θα επιτρέψουν μια καλύτερη κάλυψη των αναγκών καθώς επίσης και διευκόλυνση της σταθεροποίησης των ηλεκτρικών δικτύων. Η συνεισφορά της μετατροπής της ισχύος σε αέριο μπορεί να διαπιστωθεί στην στο γενικό πλαίσιο της παραγωγής και κατανάλωσης της ενέργειας και των συσχετισμένων ζητημάτων.
Abstract
Faced with environmental challenges (pollution, dwindling fossil fuel reserves, nuclear waste, etc.) and increasing demand for energy, there is a need for a sustainable option. Renewable energy sources such as wind and solar are, unfortunately, dependent on weather conditions and therefore on a variability of production. As a result, there is already a gap between production and consumption today which will increase in the future. It is therefore necessary to store the unused energy that is produced so that it can be used during periods of high demand or used in another form. What technology can be used to store surplus energy? The first solution that comes to mind is batteries. Although some have quite a bit of storage potential, the cost and limited lifespan do not allow them to be used on a large scale. Other solutions exist, but all are limited in storage capacity compared to the expected surplus quantities. Apart from direct storage of energy, the other approach is to convert it into another form so that it can be stored. This is where electrolysis comes in to play a key role, for example in the conversion of water into hydrogen and oxygen, hence the concept of power to gas. Hydrogen can be stored in different forms, converted into another fuel (e.g. methane) or, if necessary, converted back into electrical power using a fuel cell or a gas-fired plant. Whatever the intended use, the surplus energy will be utilised. Although this approach seems to be the most sophisticated in the context of energy and technology, it still has some drawbacks. On the one hand, the cost of these facilities is still high and, on the other hand, the hydrogen conversion potential is low compared to current amounts of surplus electricity and even more so for those projected for the coming decades.
Nevertheless, the technology of power to gas conversion combined with a decentralised approach (local use of hydrogen or methane) and optimised management at all levels, such as production, distribution and use, will allow a better coverage of needs and facilitate the stabilisation of the electricity networks. The contribution of power-to-gas conversion can be seen in the overall context of energy production and consumption and related issues.
Number of pages
164Faculty
Σχολή ΜηχανικώνAcademic Department
Τμήμα Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών ΜηχανικώνLanguage
GreekCollections
Except where otherwise noted, this item's license is described as
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές