Надежное, экономичное и экологически безопасное энергоснабжение, ориентированное на защиту климата, является одной из важнейших задач XXI века. Возобновляемые источники энергии имеют здесь особое значение, но их экономическое хранение все еще остается проблемой. Именно в этом и заключается исследовательский проект «Dess 2020+» - «Система централизованного хранения и снабжения энергией 2020+»: главная цель - больше не транспортировать «зеленое» электричество на большие расстояния в будущем. Для этой цели необходимо разработать децентрализованные варианты хранения возобновляемой энергии. В рамках проекта, финансируемого Федеральным министерством экономики и энергетики (BMWi), Robert Bosch GmbH работает в качестве координатора Института солнечных систем Фраунгофера ISE.
Сосредоточиться на хранении
В своей энергетической концепции от 2010 года федеральное правительство предусматривает далеко идущую реструктуризацию энергоснабжения Германии к 2050 году. Основными целями являются снижение потребления первичной энергии на 50% и увеличение доли возобновляемых источников энергии до 80% потребления электроэнергии и до 60% валового конечного потребления энергии, то есть потребления всех источников энергии, включая тепло и топливо. Особой проблемой является накопление возобновляемых источников энергии от солнца или ветра, количество которых сильно колеблется в зависимости от погоды.
«Мы исследуем в основном закрытую систему для жилых кварталов, в которой электричество генерируется регенеративно, хранится на месте и также используется там. Это должно работать не только в подключенных домах, но и на водородных транспортных средствах », - говорит Анника Утц. Инженер возглавляет проект Dess 2020+ в исследовательском кампусе Bosch в Реннингене. Исследователи полагаются на систему, состоящую из трех основных компонентов: электролизер с протонообменной мембраной (PEM electrolyzer), твердооксидный топливный элемент (SOFC) и несколько резервуаров для хранения водорода. Эта комбинация предназначена для решения проблемы хранения и, следовательно, безопасности поставок при использовании возобновляемых источников энергии.
Водород как источник энергии
Исследователи предполагают жилой район с примерно 100 домохозяйствами, в которых электричество вырабатывается, например, с помощью фотоэлектрической системы. Электролизер PEM использует это электричество для расщепления воды на водород и кислород. Водород хранится в резервуарах и используется для работы топливного элемента независимо от того, когда он был сгенерирован. Это обеспечивает электроэнергией и энергией для нагрева воды и отопления помещений подключенных зданий по мере необходимости.
«Твердооксидный топливный элемент особенно подходит, поскольку он работает как на водороде, так и на природном газе, что делает его идеальным для перехода от ископаемых источников энергии к возобновляемым источникам энергии. Это важнейший критерий безопасности поставок. Если на самом деле не хватает водорода, вы можете в кратчайшие сроки перейти на природный газ », - объясняет Утц. Преимущество этой системы хранения: в случае систем хранения аккумуляторных батарей, которые были обычными на сегодняшний день, большие емкости всегда идут рука об руку со значительно более высокими затратами. Водород, с другой стороны, может храниться сравнительно дешево и, следовательно, более экономно, даже в больших количествах.
Топливо для автомобилей тоже
Помимо обеспечения энергией домашних хозяйств, система должна также способствовать экологически безопасной мобильности. Например, в районе может быть установлен распределитель водородного топлива, где автомобили, работающие на топливных элементах, могут эффективно заправляться в течение нескольких минут. Однако для этого необходимо увеличить давление водорода до примерно 800 бар - для подачи энергии в здания достаточно давления 50 бар. Чтобы повысить степень сжатия, Bosch и Fraunhofer ISE исследуют потенциал не требующего обслуживания высокоэффективного электрохимического компрессора для транспортного сектора.
Исследовательский проект Dess 2020+ рассчитан на три года - до октября 2018 года. Он является частью шестой программы энергетических исследований «Исследования в области экологически чистого, надежного и доступного энергоснабжения» Федерального министерства экономики и энергетики. (КДж)