Wodór odgrywa kluczową rolę w pomyślnym wdrożeniu transformacji energetycznej, szczególnie w kontekście długoterminowego magazynowania energii odnawialnej. Istnieje również rosnące globalne zapotrzebowanie na odnawialne, wydajne i samowystarczalne systemy energetyczne dla prywatnych gospodarstw domowych, mniejszych firm oraz infrastruktury krytycznej, takiej jak systemy komunikacyjne. Takie rozwiązania są coraz bardziej pożądane również w przypadku mobilnych systemów zasilania awaryjnego i odbiorców poza siecią.

Projekt MarrakEsH bada zrównoważone i przystępne cenowo rozwiązania w zakresie dostaw energii oparte na zielonym wodorze dla tych scenariuszy. Bezpośrednie połączenie prądem stałym różnych generatorów energii i systemów magazynowania, takich jak systemy fotowoltaiczne, akumulatory i ogniwa paliwowe, ma na celu zwiększenie wydajności i mocy całego systemu. W porównaniu z konwencjonalnymi rozwiązaniami, w których energia jest wymieniana za pomocą napięcia przemiennego, może to również obniżyć koszty. W ramach projektu zostanie opracowany konwerter DC/DC oparty na nowoczesnych półprzewodnikach mocy z azotku galu o częstotliwości przełączania do 2 MHz. Te i inne wyzwania są rozwiązywane przez konsorcjum składające się z GKN HYDROGEN, Proton Motor Fuel Cell, Würth Elektronik eiSos, Infineon Technologies, Bonn-Rhein-Sieg University of Applied Sciences i Fraunhofer IEE.

Fraunhofer IEE

Samowystarczalne dostawy energii – konwencjonalne/kopalne (u góry); podejście projektu MarrakEsH (u dołu).

GKN Hydrogen odpowiada za integrację na poziomie całego systemu, umożliwiając tym samym jego industrializację. Firma przewiduje, że nowa architektura konwertera znacznie zwiększy wydajność całego systemu. Ponadto GKN Hydrogen optymalizuje nowy typ jednostki magazynowania wodoru opartej na wodorku metalu, zwiększając pojemność magazynowania i obniżając koszty. Magazyn wodoru na bazie wodorku metalu może być skuteczniej rozładowywany w wyższych temperaturach roboczych. 

– Projekt zapewnia nam dalszy wgląd w zachowanie naszych jednostek magazynujących. Zgodnie z naszą filozofią ciągłego doskonalenia, odkrycia te będą miały bezpośredni wpływ na rozwój nowych rozwiązań w zakresie magazynowania wodoru i energii, a tym samym będą stanowić część naszej strategii rozwoju – mówi Gottfried Rier, CTO w GKN Hydrogen.

Proton Motor Fuel Cell opracowuje nową generację ogniw paliwowych dla optymalnej interakcji z jednostką magazynującą H2 opartą na wodorku metalu. W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów, straty termiczne z ogniwa paliwowego są tutaj wykorzystywane do uwalniania wodoru z wodorku metalu w jednostce magazynującej H2.

– Takie podejście pozwala na zmniejszenie rozmiarów, wagi oraz zwiększenie wydajności i opłacalności poszczególnych podsystemów takiego zdecentralizowanego systemu ogniw paliwowych, co jest pilnym warunkiem wstępnym dla wykorzystania technologii wodorowych przy niższych mocach – wyjaśnia Sebastian Goldner, CTO & COO w Proton Motor Fuel Cell.

Uniwersytet Nauk Stosowanych Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) opracowuje elastyczny, inteligentny system zarządzania energią, który ma na celu optymalne sterowanie przepływami energii między generatorami energii elektrycznej, systemami magazynowania i odbiornikami, a także zapewnienie efektywnego wykorzystania ciepła odpadowego systemu. 

– Innowacyjne i wydajne algorytmy zarządzania energią są wykorzystywane do osiągnięcia zoptymalizowanego i niezawodnego zarządzania operacyjnego przy użyciu niestabilnej odnawialnej energii pierwotnej – wyjaśnia prof. Tanja Clees, profesor nauk inżynieryjnych, koncentrująca się na informatyce inżynieryjnej, modelowaniu i symulacji. 

Dodatkowo, H-BRS opracuje skalowany model laboratoryjny przetwornika DC/DC MHz, niezbędnego do sprzężenia DC różnych generatorów energii i systemów magazynowania. 

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Firmy

Produkcja wodoru będzie musiała gonić popyt

Dekarbonizacja światowej gospodarki, będąca jednym z celów Porozumienia Paryskiego, wymaga znalezienia czystych źródeł energii, umożliwiających jednocześnie zaspokojenie globalnych potrzeb energetycznych. Jedną z ważniejszych ról w tym procesie może odegrać wodór, wynika z raportu „Wodór. Paliwo przyszłości”, przygotowanego przez firmę doradczą Deloitte. Zgodnie z szacunkami Unii Europejskiej do 2030 r. rozwój sektora produkcji tego paliwa przyczyni się do powstania 10 tys. miejsc pracy na każdy zainwestowany miliard euro. Realizacja ambitnych celów dotyczących produkcji wodoru nie będzie jednak możliwa bez wsparcia organów państwowych oraz samorządów.

Inne

Przechowywanie wodoru w węglu może pomóc w napędzaniu czystej gospodarki energetycznej

Zespół naukowców z Penn State odkrył, że węgiel może być potencjalnym sposobem magazynowania wodoru gazowego. To mechanizm podobny do działania akumulatorów przechowujących energię do wykorzystania w przyszłości.

– Wczesne opracowanie i zbadanie wstępnego skalowanego prototypu laboratoryjnego pozwoli nam zbadać i ocenić wyzwania i efekty wynikające z częstotliwości przełączania w zakresie MHz. Wyniki tych badań wpłyną bezpośrednio na odpowiedni demonstrator, który jest opracowywany w Fraunhofer IEE – mói prof. dr Marco Jung, kierownik Katedry Elektromobilności i Infrastruktury Elektrycznej oraz kierownik działu Przetwornic Mocy i Systemów Napędów Elektrycznych we Fraunhofer IEE.

Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology IEE projektuje demonstrator konwertera DC/DC o częstotliwości przełączania do 2 MHz, który służy jako interfejs do podłączenia ogniwa paliwowego i elektrolizera do samowystarczalnego systemu zasilania energią. 

– Bardzo wysoka częstotliwość przełączania, do której dążymy, umożliwia realizację bardzo kompaktowego konwertera DC/DC. Jednak ze względu na stosunkowo wysoką wydajność systemu, można to osiągnąć jedynie przy użyciu najnowszych technologii w dziedzinie komponentów magnetycznych, półprzewodników mocy i sterowników – wyjaśnia dr Sebastian Sprunck, kierownik grupy ds. komponentów i systemów pomiarowych w Fraunhofer IEE.

Würth Elektronik eiSos opracuje komponenty magnetyczne wymagane dla konwerterów energoelektronicznych do łączenia źródeł energii i jednostek magazynujących.

 – Zastosowanie odpowiednich materiałów magnetycznych i zoptymalizowanej konstrukcji zminimalizuje ogólne wymagania materiałowe i straty pasywnych elementów indukcyjnych, zwiększając w ten sposób ich wydajność i opłacalność – mówi Cem Som, wiceprezes Würth Elektronik Midcom Europe. – Jest to szczególnie trudne w przypadku docelowej klasy wydajności i niezbędnych wysokich częstotliwości przełączania.

Infineon Technologies koordynuje projekt i dostarczy wysokowydajny sprzęt sterujący wymagany dla konwerterów energoelektronicznych, a także tranzystory mocy wykonane z krzemu i azotku galu. W ramach projektu, oprogramowanie układowe kontrolera zostanie opracowane i dostosowane, aby umożliwić konwerterom pracę przy częstotliwościach przełączania do 2 MHz. 

– Wysokowydajny sprzęt kontrolera z odpowiednim oprogramowaniem układowym elastycznie zoptymalizowanym pod kątem różnych konfiguracji w połączeniu z niskostratnymi przełącznikami mocy wykonanymi z azotku galu umożliwia realizację bardzo wydajnych i niezwykle kompaktowych dwukierunkowych konwerterów energoelektronicznych – wyjaśnia dr Christian Burrer, wiceprezes ds. marketingu aplikacji EPIC.

Źródło: Fraunhofer IEE