Fraunhofer ISE разработва концепция за производство на водород на платформи в морето

Изследователи от Института Fraunhofer за соларни енергийни системи (Fraunhofer ISE) разработват техническа концепция и проект за съоръжение за производство на водород, оптимизирано за експлоатация в морето. Резултатите показват, че е технически и икономически осъществимо да се произвежда водород директно в морето чрез електролизьор с полимерно електролитна мембрана (PEM). Разработката е в рамките на 2-годишния проект “OffsH2ore”, финансиран от Федералното министерство на икономиката и действията в областта на климата на Германия.

Целта на инициативата е да се разработи технически и икономически проект за интегрирана офшорна инсталация за производство на водород чрез PEM електролиза, включително и концепция за транспортиране на компресирания газообразен водород до сушата. Енергията за осъществяване на електролизата се осигурява от офшорен ветрогенераторен парк. Получените резултати могат да послужат като план и отправна точка за разработването на пилотни и голямомащабни проекти и за изготвяне на съответното законодателство в областта. Досега не е реализирано производство на водород в морето в мащаба, предвиждан в проекта – 500 MW. Благодарение на представената от консорциума концепция бързото и масово внедряване на подобни съоръжения става реалистично.

Партньорите по проекта

Освен Fraunhofer ISE в проекта участват PNE – международна развойна компания и оператор на инсталации за възобновяема енергия, SILICA Verfahrenstechnik, занимаваща се с инженеринг и изграждане на ВЕИ инсталации, KONGSTEIN, която изпълнява ролята на консултант в областта на технологиите за офшорни вятърни инсталации и производство на водород, и Wystrach, доставчик на съоръжения за съхранение на водород под високо налягане. Проектът “OffsH2ore” обединява в консорциум опитни индустриални партньори и изследователи от цялата верига на стойността.

Производство на водород без конкуренция за земя

“Зеленият водород, получен устойчиво от възобновяеми енергийни източници, ще се превърне във важен стълб за ограничаването на употребата на изкопаеми горива в енергийната ни система. За държави като Германия, където мащабното производство на водород вече е предизвикателство заради фактори като конкуренцията за земеползване например, генерирането му в морето с вятърна енергия от офшорни инсталации е допълнителна възможност”, обяснява координаторът на проекта Мариус Холст. “Производството на водород в морето предлага не само повече часове работа на пълно натоварване, но и възможност за обхващане на цялата верига на стойността на национално ниво, като същевременно се раздели разрастването на офшорната вятърна енергетика от разширението на електроразпределителната мрежа.”

В основата на концепцията е офшорен вятърен парк, който е директно свързан с 500-мегаватова електролизьорна платформа. Инсталацията може да произвежда до 50 000 тона зелен водород годишно. Системата има мащабируема, модулна конструкция, която лесно може да се адаптира за различен производствен капацитет. Прясна вода за PEM електолизьора се осигурява чрез обезсоляване на морска вода, използвайки отпадната топлина, генерирана от процеса на електролиза. Полученият водород се пречиства и изсушава, сгъстява се до 500 bar и се товари на кораб. С един курс могат да бъдат транспортирани до 400 тона водород от офшорната платформа до сушата. Концепцията е независима от линиите за пренос на водород и предлага гъвкавост по отношение на избора на локация.

Офшорната PEM електролиза е технически и икономически осъществима

Работните пакети на Fraunhofer ISE включват проектиране на модул за PEM електролиза. Изследователите успяват да демонстрират, че офшорното производство на водород чрез PEM електролиза е технически и икономически осъществимо. “PEM електролизата е предпочитаната технология за офшорната среда. С този електролизьор можем да се адаптираме към ограниченото пространство, налично на платформата, и да се възползваме от динамичния работен режим на този тип електролиза”, обяснява Анна Вунш, която контролира изпълнението на този работен пакет и изчислява техническия проект на системата. С PEM електролизьорите операторите могат да реагират бързо на флуктуации в енергийните доставки и да използват безпроблемно съоръжението, дори при частично натоварване.

Първата стъпка за изчисляване на разходите за производството на водород е да се определи разходно оптималната мощност на офшорния вятърен парк въз основа на капацитета за електролиза от 500 MW. Минималните разходи за производство на водород се получават при мощност на вятърния парк от 602 MW. В този случай те възлизат на 5,92 евро на килограм при малко под 5000 часа електролиза при пълно натоварване.

Разходите за производство на водород се увеличават и часовете на пълно натоварване намаляват при понижаване на капацитета на вятърния парк. Например, ако вятърният парк има мощност от 490 MW, производствените разходи ще бъдат 6,37 евро/кг, а часовете на пълно натоварване – 4225 годишно. При толкова понижена мощност на вятърния парк 500-мегаватовата електролизьорна инсталация е съществено преоразмерена и не може да работи при номинално натоварване, обясняват от Fraunhofer ISE.