Hydro xanh, công nghệ sản xuất điện dựa trên bộ lưu trữ khí nén, tế bào điện phân oxit rắn
Các nhà khoa học ở Hàn Quốc đã phát triển một hệ thống lưu trữ khí nén có thể được sử dụng làm hệ thống làm mát, nhiệt và điện kết hợp, đồng thời cung cấp nhiệt và năng lượng cho các tế bào điện phân oxit rắn để sản xuất hydro. Nó cho thấy hiệu suất khứ hồi tổng thể là 121,2% và hiệu suất quá thống nhất trong khoảng từ 100% đến 120%.
Sơ đồ hệ thống
Hình ảnh: tạp chí pv/i>
Các nhà nghiên cứu từ Viện Máy móc và Vật liệu Hàn Quốc đã đề xuất kết hợp bộ lưu trữ khí nén đoạn nhiệt (A-CAES) và pin điện phân oxit rắn quy mô lớn (SOEC) để sản xuất hydro xanh thông qua năng lượng dư thừa từ các cơ sở quang điện gió và mặt trời.
A-CAES có thể lưu trữ nhiệt nén hoặc khí nén tương ứng trong các bể chứa năng lượng nhiệt (TES) và bể chứa không khí, sau đó giải phóng nhiệt và khí nén để sản xuất điện. Nó khác với CAES thông thường ở chỗ thực hiện quy trình “đoạn nhiệt”, nghĩa là không mất hoặc thu nhiệt. SOEC sử dụng chất điện phân oxit rắn hoặc gốm để sản xuất nhiên liệu hydro và khí tổng hợp (CO+H2) từ hỗn hợp nước và carbon dioxide hoặc oxy từ carbon dioxide.
Các nhà khoa học giải thích: “Hệ thống A-CAES có thể được sử dụng làm hệ thống làm mát, nhiệt và điện (CCHP) kết hợp, cung cấp nhiệt và điện cho SOEC nhằm tối đa hóa hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống”. “Không giống như hệ thống CAES dành cho bệnh nhân tiểu đường có nguồn nhiệt bên ngoài, trong trường hợp hệ thống A-CAES, nhiệt được thu hồi từ quá trình nén, được lưu trữ trong thiết bị TES và sau đó được sử dụng để làm nóng khí nén cho quá trình giãn nở.”
Hệ thống này bao gồm một động cơ, một máy nén và các bộ phận TES, được kết nối với cả tuabin để phát điện và bộ phận SOEC. Nó làm mát không khí nén nóng trong thiết bị TES rồi lưu trữ trong các hang động lớn dưới lòng đất. Trong quá trình xả, khí nén được thoát ra khỏi hang và được làm nóng bởi TES. Khí nén nóng sau đó được chuyển đến thiết bị giãn nở để phát điện hoặc tới thiết bị SOEC.
Nhóm cho biết: “Đơn vị TES được chia thành đơn vị nhiệt độ cao (HT) và nhiệt độ trung bình (MT) để sử dụng hiệu quả”. “Trong quá trình xả, khí nén được làm nóng bởi thiết bị TES sẽ cung cấp nhiệt bên ngoài cho hệ thống SOEC thông qua bộ trao đổi nhiệt nhiệt độ cao (HT-HE).”
Các học giả đã phân tích hiệu suất của hệ thống khi xem xét việc lưu trữ không khí ở áp suất không đổi, hiệu ứng động năng và thế năng không đáng kể, cũng như chênh lệch nhiệt độ tối thiểu là 10 C đối với sự truyền nhiệt giữa TES và không khí. Họ cũng giả định áp suất nén của không khí luôn ở mức 70 bar, trong khi công suất nén được giả định là 100 MWh, với thời gian nạp và xả là như nhau.
Phân tích cho thấy hệ thống có hiệu suất khứ hồi khoảng 70% và 30% năng lượng đầu vào còn lại được phân tán dưới dạng nhiệt do “không thể đảo ngược” của các quy trình A-CAES.
Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh: “Khi hệ thống A-CAES được tích hợp với SOEC, năng lượng nhiệt từ A-CAES có thể được sử dụng để làm bay hơi nước trong máy điện phân SOEC,” các nhà nghiên cứu nhấn mạnh và lưu ý rằng thiết bị SOEC có thể hoạt động trong 24 giờ bất kể nhiệt độ. chế độ xả hoặc sạc. “Với việc tăng cường sử dụng năng lượng nhiệt của A-CAES cho SOEC, mặc dù hiệu suất sử dụng điện khứ hồi giảm nhưng hiệu suất khứ hồi của CHP tăng lên hơn 1.”
Tổng hiệu suất khứ hồi của hệ thống CCHP-A-CAES được tìm thấy là 121,2% và hiệu suất vượt trội của nó nằm trong khoảng từ 100% đến 120%. Họ kết luận: “Mô hình hóa kinh tế nhiệt và tối ưu hóa các hệ thống được đề xuất, xem xét cả yếu tố hiệu quả năng lượng và kinh tế, sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về những cách tốt nhất để triển khai chúng trong các ứng dụng trong thế giới thực”.
