Analiza energetyczna pracy układu instalacja fotowoltaiczna–elektrolizer przeznaczonego do produkcji wodoru

• Autorzy: Ceran Bartosz

Warianty tytułu

EN

Energy analysis of the system PV–electrolyser designed for the production of hydrogen

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W publikacji przedstawiono wyniki analizy energetycznej układu farma fotowoltaiczna – elektrolizer do produkcji czystego, zielonego wodoru. Analizę przeprowadzono dla okresu 10-letniej eksploatacji systemu z uwzględnieniem wpływu spadku wydajności urządzeń na efektywność energetyczną procesu produkcji wodoru. Zdefiniowano równania bilansowe systemu. Na podstawie produkcji energii elektrycznej przez instalacje PV dobrano liczbę pracujących elektrolizerów. Przedstawiono wpływ starzenia się paneli PV na charakterystykę eksploatacyjną PPV = f(E). Opisano model matematyczny przeznaczono do wyznaczania spadku wydajności elektrolizera na podstawie wzrostu wartości napięcia średniego Uav. Wyznaczono zmiany wartości wskaźnika jednostkowego kosztu produkcji wodoru oraz zmiany wartości wskaźnika jednostkowego zapotrzebowania na energię do produkcji 1 kg wodoru. Uzyskane wyniki zaprezentowano w formie graficznej za pomocą wykresów słupkowych. W pracy zwrócono uwagę na fakt, że nieuwzględnianie spadku wydajności urządzeń prowadzi do uzyskania błędnych wyników dotyczących prognozowanej ilości produkowanego wodoru. Wykazano konieczność prowadzania analiz techniczno-ekonomicznych pracy rozpatrywanego systemu w perspektywie długoterminowej.

EN

The paper presents the results of the energy analysis of the photovoltaic farm-electrolyser system for the production of clean, green hydrogen. The analysis was carried out for the 10-year period of system operation, taking into account the impact of the decrease in equipment efficiency on the energy efficiency of the hydrogen production process. The system balance equations have been defined. The number of working electrolysers was selected based on the production of electricity by PV installations. The influence of aging of PV panels on the operational characteristics of PPV = f(E) was presented. The described mathematical model is intended to determine the decrease in the efficiency of the electrolyser on the basis of the increase in the value of the average voltage Uav. Changes in the value of the unit cost of hydrogen production and changes in the unit index of energy demand for the production of 1 kg of hydrogen were determined. The obtained results are presented graphically by means of bar charts. The paper emphasizes the fact that ignoring the decrease in the efficiency of the devices leads to erroneous results regarding the forecasted amount of produced hydrogen. The necessity to conduct technical and economic analyzes of the work of the analyzed system in the long term was demonstrated.

Słowa kluczowe

PL

wodór; elektrolizer PEM; analiza energetyczna; straty energii

EN

hydrogen; PEM electrolyser; energy analysis; energy losses

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 110
• Strony: 119--128
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ceran Bartosz

• Politechnika Poznańska, Instytut Elektroenergetyki, Poznań

Bibliografia

• [1] Bartosik M. i in. 2016 – Bartosik, M., Kamrat, W., Kaźmierkowski, M., Lewandowski, W., Pawlik, M., Peryt, T., Skoczkowski, T., Strupczewski, A. i Szeląg, A. 2016. Magazynowanie energii elektrycznej i gospodarka wodorowa. Przegląd elektrotechniczny 12, s. 332–340.
• [2] Ceran, B. 2019. The concept of use of PV/WT/FC hybrid power generation system for smoothing the energy profile of the consumer. Energy 167, s. 853–865, DOI: 10.1016/j.energy.2018.11.028.
• [3] Ceran, B. 2020. Multi-Criteria comparative analysis of clean hydrogen production scenarios. Energies 13(16), DOI: 10.3390/en13164180.
• [4] Ceran i in. 2020 – Ceran. B., Orłowska A. i Krochmalny, K. 2020. The method of determining PEMFC fuel cell stack performance decrease rate based on the voltage-current characteristic shift. Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability 22(3), s. 530–535.
• [5] Chmielniak i in. 2017 – Chmielniak, T., Lepszy, S. i Mońka, P. 2017. Energetyka wodorowa – podstawowe problemy. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 20(3), s. 55–66.
• [6] Jensen i in 2010 – Jensen J.O., Li, Q. i Bjerrum, N. 2010. The energy efficiency of onboard hydrogen storage [W:] Energy Efficiency. s. 143–156, DOI: 10.5772/9833.
• [7] Kumar S.S. i Himabindu, V. 2019. Hydrogen production by PEM water electrolysis – A review. Materials Science for Energy Technologies 2, s. 442–454, DOI: 10.1016/j.mset.2019.03.002.
• [8] [Online] https://www.hydrogen.energy.gov [Dostęp: 05.08.2021].
• [9] [Online] https://www.gov.pl/web/klimat/polska-strategia-wodorowa-do-roku-2030-z-perspektywa-do-roku-2040- opublikowana-w-monitorze-polskim [Dostęp: 05.01.2022].
• [10] Wang i in. 2019 – Wang, M., Wang, G., ,Sun, Z., ,Zhang Y. i Xu, D. 2019. Review of renewable energy-based hydrogen production processes for sustainable energy innovation. Global Energy Interconnection 2, s. 436–443, DOI: 10.1016/j.gloei.2019.11.019.
• [11] Widera, B. 2020. Renewable hydrogen implementations for combined energy storage, transportation and stationary applications. Thermal Science and Engineering Progress 16, DOI: 10.1016/j.tsep.2019.100460.

Uwagi

Wydano w tomie: Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej : energetyka krajowa a europejski Zielony Ład