Συνδυασμός πλωτών Φ/Β με αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα

Ερευνητές από την Αίγυπτο και το Ηνωμένο Βασίλειο ανέπτυξαν ένα νέο πλωτόΦ/Β σύστημαέννοια που χρησιμοποιεί πεπιεσμένο αέρα για αποθήκευση ενέργειας. Το σύστημα έχει απόδοση μετ' επιστροφής 34,1% και ενεργειακή απόδοση 41%.

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Port Said στην Αίγυπτο και το Πανεπιστήμιο Strathclyde στο Ηνωμένο Βασίλειο έχουν προτείνει τον συνδυασμό αποθήκευσης ενέργειας πεπιεσμένου αέρα (CAES) με πλωτά φωτοβολταϊκά μέσω μιας νέας στρατηγικής διαχείρισης ενέργειας.

«Για να ξεπεραστούν τα προβλήματα διαλείπουσας λειτουργίας και διαθεσιμότητας της ηλιακής ενέργειας, το προτεινόμενο πλωτό φωτοβολταϊκό σύστημα είναι εξοπλισμένο με ένα φιλικό προς το περιβάλλον υβριδικό σύστημα αποθήκευσης ενέργειας πεπιεσμένου αέρα που ελέγχεται από μια νέα στρατηγική διαχείρισης ενέργειας για την αποτελεσματική διαχείριση της ροής ισχύος μεταξύ των στοιχείων του συστήματος χωρίς υπέρβαση του επιτρεπόμενου επιχειρησιακά όρια για ασφαλή λειτουργία», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας, Erkan Oterkus, στο περιοδικό pv. «Αυτή η στρατηγική ελέγχου έχει σχεδιαστεί για να διασφαλίζει την εκπλήρωση των απαιτήσεων φορτίου και τη χρησιμοποίηση ακόμη και της χαμηλής ποιότητας παραγωγής ενέργειας ΦΒ, η οποία μειώνει τυχόν σπατάλη ισχύος και βελτιώνει την απόδοση του συστήματος».

Στην προτεινόμενη ιδέα, η στρατηγική διαχείρισης ενέργειας ακολουθεί την ντετερμινιστική προσέγγιση βασισμένη σε κανόνες, η οποία καθορίζει τους κανόνες με τη βοήθεια ενός χάρτη οικονομίας καυσίμου ή εκπομπών του εν λόγω συστήματος. «Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιεί την ανθρώπινη τεχνογνωσία, τη διαίσθηση, τα ευρετικά και τα μαθηματικά μοντέλα για να δημιουργήσει ένα σύνολο προκαθορισμένων κανόνων που ελέγχουν τη λειτουργία των στοιχείων του συστήματος», τόνισε η ομάδα. «Αυτοί οι κανόνες είναι ερμηνεύσιμοι και μπορούν να ρυθμιστούν για καλύτερη απόδοση διαφορετικών επιχειρησιακών σεναρίων με χαμηλό υπολογιστικό φόρτο».

Το πρωτότυπο των 5 kW χρησιμοποιεί μερικώς επιπλεόντες φωτοβολταϊκούς πίνακες που βρίσκονται σε συνεχή άμεση επαφή με το περιβάλλον νερό, γεγονός που παρέχει αποτελεσματική και ελεύθερη ψύξη και βελτιώνει την απόδοση των Φ/Β πάνελ ως αποτέλεσμα της θερμικής ισορροπίας με το περιβάλλον νερό. Η πλωτή πλατφόρμα που χρησιμοποιείται για την υποστήριξη τουΦ/Β σύστημαέχει τη δυνατότητα να παρακολουθεί αυτόματα το ηλιακό φως για περισσότερη παραγωγή ηλιακής ενέργειας και να μεταβάλλει την αναλογία βύθισης ρυθμίζοντας το βύθισμα της πλατφόρμας και τη γωνία κλίσης των φωτοβολταϊκών πάνελ για να ελέγχει την ψύξη τους ή να τα καθαρίζει από τυχόν συσσωρευμένη σκόνη ή βυθίζοντας πλήρως τα φωτοβολταϊκά πάνελ για να αποφευχθεί οποιαδήποτε ζημιά σε έντονες καιρικές συνθήκες.

Το σύστημα αποθήκευσης περιγράφεται ως αδιαβατικό σύστημα CAES ενσωματωμένο με αποθήκευση θερμικής ενέργειας (TES). Αποτελείται από τέσσερις δεξαμενές χωρίς αντιστάθμιση αέρα χάλυβα που τοποθετούνται στις γωνίες της πλωτής πλατφόρμας. «Πριν από την αποθήκευση αέρα, ο ζεστός πεπιεσμένος αέρας ψύχεται στον εναλλάκτη θερμότητας», εξήγησαν οι ερευνητές. «Όταν η παραγόμενη φωτοβολταϊκή ηλεκτρική ενέργεια είναι χαμηλότερη ή μεγαλύτερη από την απαιτούμενη ισχύ από τους αεροσυμπιεστές, προτείνεται η αποθήκευση αυτής της ηλεκτρικής ενέργειας με τη μορφή θερμότητας σε ένα TES».

Μια δεξαμενή ζεστού νερού είναι επίσης ενσωματωμένη με έναν εναλλάκτη θερμότητας για την αύξηση της θερμοκρασίας του πεπιεσμένου αέρα πριν από τη διαστολή του. Ο πεπιεσμένος αέρας απελευθερώνεται και θερμαίνεται μέσω της δεξαμενής ζεστού νερού πριν από τη διαστολή του στον διαστολέα για την αναγέννηση ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας τη γεννήτρια.

Μέσω μιας σειράς προσομοιώσεων, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι το σύστημα έχει απόδοση μετ' επιστροφής 34,1% και ενεργειακή απόδοση 41%, με την ισχυρότερη απόδοση του συστήματος να παρατηρείται μεταξύ Δεκεμβρίου και Ιανουαρίου. «Σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα CAES, το προτεινόμενο υβριδικό σύστημα CAES έχει ετήσια εξοικονόμηση καυσίμου 126,4 φυσικού αερίου», τόνισαν οι ακαδημαϊκοί. «Αυτή η εξοικονόμηση καυσίμου θα οδηγήσει επίσης σε οικονομικό όφελος μειώνοντας το λειτουργικό κόστος του συστήματος κατά 27.690 $/έτος κόστους καυσίμου».

Διαπίστωσαν επίσης ότι η ενεργειακή και η ενεργειακή απόδοση του συστήματος μπορεί να επηρεαστεί σημαντικά από την απόδοση μεμονωμένων εξαρτημάτων, η οποία, όπως είπαν, μπορεί να μειωθεί υπό συνθήκες λειτουργίας εκτός σχεδίου και μερικού φορτίου.

Το σύστημα περιγράφηκε στο «Υβριδικό σύστημα αποθήκευσης ενέργειας πεπιεσμένου αέρα και στρατηγική ελέγχου για μια μερικώς πλωτή φωτοβολταϊκή μονάδα», που δημοσιεύτηκε στο Energy.

Στην Egret Solar, είμαστε ενθουσιασμένοι με τις δυνατότητες συνδυασμού πλωτών φωτοβολταϊκών (PV) συστημάτων με αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα (CAES). Αυτή η καινοτόμος προσέγγιση υπόσχεται τεράστια υποσχέσεις για την αντιμετώπιση ορισμένων από τις βασικές προκλήσεις που αντιμετωπίζει η βιομηχανία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σήμερα, όπως η αποθήκευση ενέργειας, η σταθερότητα του δικτύου και η αποτελεσματική χρήση του διαστήματος. Η Egret Solar είναι ενθουσιασμένη με τις μακροπρόθεσμες δυνατότητες συνδυασμού πλωτών φωτοβολταϊκών με αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα. Αυτός ο συνδυασμός αντιπροσωπεύει μια λύση αιχμής που αντιμετωπίζει ορισμένες από τις πιο πιεστικές προκλήσεις στον κλάδο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ενώ παράλληλα προωθεί ένα πιο πράσινο, πιο βιώσιμο μέλλον.