Какие бы политические события не происходили в той или иной стране, инвесторы продолжают вкладывать средства в ВИЭ. Понимание того, что при совершенствовании технологий и массовом производстве фотоэлементов для солнечных панелей, роторов ветроагрегатов, биогазового оборудования и аккумуляторов, стоимость произведенной энергии будет сравнима с энергией от ископаемого топлива, стимулирует их вложения. Да еще фактор генерации чистой возобновляемой энергии играет также важную роль. Поэтому, инженеры и ученые в постоянном поиске лучшей конфигурации ВИЭ для надежного и устойчивого энергоснабжения
По заявлению ученых из Портсмутского университета (Великобритания), они нашли лучшую комбинацию возобновляемых источников для обеспечения бесперебойного и надежного производства энергии с экономией в 25%.
Основным препятствием для широкого внедрения ВИЭ является их нестабильность. В новом исследовании были проанализированы гибридные системы, которые вырабатывают электроэнергию из двух или более возобновляемых источников, обеспечивая более стабильное энергоснабжение.
Исследователи протестировали четыре комбинации возобновляемых источников энергии, а также интеграцию обычных солнечных панелей с экологически чистым фазопереходным материалом, который увеличивает общую производительность системы.
Материалы с фазовым переходом (PCM) — это вещества, способные накапливать тепловую энергию, что позволяет стабилизировать температуру. Они могут поглощать или выделять большое количество так называемого «скрытого» тепла при изменении своего физического состояния, например, в процессе плавления или замораживания.
«Ветряные и солнечные электростанции производят энергию только тогда, когда дует ветер или светит солнце, что означает резкие изменения в генерации. Поскольку сами по себе эти формы энергии ненадежны, мы должны объединить их вместе, — говорит доктор Сурав Ханна, который является автором-корреспондентом научной статьи. — Объединив их, мы можем повысить надежность и найти наиболее эффективное и экономичное сочетание возобновляемых источников».
Эксперты британского университета пришли к выводу, что объединение теплоаккумулирующего материала с фотоэлектрическими панелями, установками на энергии ветра, биогаза и аккумулятором является лучшим сочетанием возобновляемых источников с экономией до 25%.
«Обычные фотопанели могут преобразовывать только 20% солнечной энергии в электричество. Остальные 80% теряются, превращаясь в тепло. Новым подходом стало то, что мы исследовали, как хранить это тепло в материале с фазовым переходом, а это означает, что 80%, которые обычно теряются, загружаются в накопитель тепловой энергии. Эту тепловую энергию можно преобразовать в отопление помещений и нагрев воды, на что обычно уходит больше всего энергии в домашнем хозяйстве», — поясняет Ханна.
Комбинации возобновляемых источников энергии были протестированы в индийском городе Ченнаи — в жарком и влажном климате, но ученые намерены найти способ оптимизации выработки электроэнергии и экономии денежных средств в других местах, добиваясь полной автономии.
Была построена система из фотоэлектрического блока, оснащенного PCM на задней стороне солнечных панелей, ветряка, аккумулятора и биогазовой установки. В качестве PCM использовался гексагидрат хлорида кальция с температурой плавления около 30 градусов Цельсия и скрытой теплоемкостью 191 кДж/кг.
Ветровая турбина, фотоэлектрическая система и аккумуляторная батарея подключены к шине постоянного тока, а биогазовый генератор, а электрическая нагрузка подключена к шине переменного тока. Преобразователь необходим для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот.
Для максимального увеличения выработки энергии ветра и солнца, уменьшения использования батарей и минимизации операций с биогазом и уменьшения выбросов углерода был создан специальный алгоритм управления. Оптимальная конфигурация системы была предоставлена комбинацией фотоэлектрической системы мощностью 224 кВт, оснащенной PCM, ветряной турбины мощностью 206 кВт, биогазового генератора мощностью 420 кВт, батареи на 633 Ач и преобразователя мощностью 170 кВт.
Чистая текущая стоимость этой конфигурации составила 1,43 миллиона долларов, а приведенная стоимость энергии (LCOE) была оценена исследовательской группой в 0,094 доллара за 1 кВтч. Эти значения сравнивались со значениями той же конструкции системы без хранилища PCM, и было обнаружено, что они значительно ниже.
Полное описание конструкции системы наилучшей комбинации ВИЭ для надежного производства энергии приводится в статье, которая недавно была опубликована в журнале Energies.
Nikolay Kitaev
