Połączenie pływającej fotowoltaiki z magazynowaniem energii w sprężonym powietrzu

Naukowcy z Egiptu i Wielkiej Brytanii opracowali nowy pływakSystem fotowoltaicznykoncepcja wykorzystująca sprężone powietrze do magazynowania energii. System charakteryzuje się sprawnością w obie strony na poziomie 34,1% i efektywnością energetyczną na poziomie 41%.

Naukowcy z Uniwersytetu w Port Said w Egipcie i Uniwersytetu Strathclyde w Wielkiej Brytanii zaproponowali połączenie magazynowania energii w sprężonym powietrzu (CAES) z pływającą fotowoltaiką w ramach nowatorskiej strategii zarządzania energią.

„Aby przezwyciężyć problemy z nieciągłością i dostępnością energii słonecznej, proponowany pływający system fotowoltaiczny jest wyposażony w przyjazny dla środowiska hybrydowy system magazynowania energii sprężonym powietrzem, kontrolowany przez nowatorską strategię zarządzania energią w celu efektywnego zarządzania przepływem mocy pomiędzy elementami systemu bez przekraczania ich dopuszczalnych limity operacyjne zapewniające bezpieczną eksploatację” – powiedział magazynowi pv główny autor badania, Erkan Oterkus. „Ta strategia sterowania ma na celu zapewnienie spełnienia wymagań dotyczących obciążenia i wykorzystanie nawet niskiej jakości produkcji energii fotowoltaicznej, co zmniejsza wszelkie straty energii i poprawia wydajność systemu”.

W proponowanej koncepcji strategia zarządzania energią opiera się na deterministycznym podejściu regułowym, które określa zasady za pomocą mapy zużycia paliwa lub emisji danego systemu. „Podejście to wykorzystuje ludzką wiedzę, intuicję, heurystykę i modele matematyczne do generowania zestawu z góry określonych reguł kontrolujących działanie elementów systemu” – podkreśliła grupa. „Zasady te można interpretować i dostosowywać w celu uzyskania lepszej wydajności w różnych scenariuszach operacyjnych przy niskim obciążeniu obliczeniowym”.

Prototyp o mocy 5 kW wykorzystuje częściowo pływające panele fotowoltaiczne, które są w ciągłym, bezpośrednim kontakcie z otaczającą wodą, co zapewnia wydajne i swobodne chłodzenie oraz poprawia wydajność paneli fotowoltaicznych w wyniku równowagi termicznej z otaczającą wodą. Pływająca platforma służąca do podtrzymywaniaSystem fotowoltaicznyjest w stanie automatycznie śledzić nasłonecznienie w celu zwiększenia produkcji energii słonecznej i zmiany stopnia zanurzenia poprzez regulację zanurzenia platformy i kąta pochylenia paneli fotowoltaicznych, aby kontrolować ich chłodzenie lub oczyścić je z nagromadzonego kurzu lub całkowicie zanurzyć panele fotowoltaiczne, aby uniknąć uszkodzeń podczas trudnych warunków atmosferycznych.

Układ magazynowania określany jest jako adiabatyczny układ CAES zintegrowany z magazynem energii cieplnej (TES). Składa się z czterech nieskompensowanych zbiorników ze stali powietrznej, które są umieszczone w rogach platformy pływającej. „Przed magazynowaniem powietrza gorące sprężone powietrze jest schładzane w wymienniku ciepła” – wyjaśnili naukowcy. „Za każdym razem, gdy wytwarzana energia fotowoltaiczna jest niższa lub wyższa niż moc wymagana przez sprężarki powietrza, proponuje się magazynowanie tej energii elektrycznej w postaci ciepła w TES”.

Zbiornik ciepłej wody jest również zintegrowany z wymiennikiem ciepła, aby podnieść temperaturę sprężonego powietrza przed jego rozprężeniem. Sprężone powietrze jest uwalniane i podgrzewane przez zbiornik ciepłej wody, a następnie rozprężane w ekspanderze w celu regeneracji energii elektrycznej za pomocą generatora.

Na podstawie serii symulacji zespół badawczy odkrył, że sprawność systemu w obie strony wynosi 34,1%, a efektywność energetyczna – 41%, przy czym najwyższą wydajność systemu zaobserwowano w okresie od grudnia do stycznia. „W porównaniu z konwencjonalnymi systemami CAES proponowany hybrydowy system CAES zapewnia roczną oszczędność paliwa na poziomie 126,4 gazu ziemnego” – podkreślili naukowcy. „Oszczędność paliwa przyniesie również korzyści ekonomiczne w postaci zmniejszenia kosztów operacyjnych systemu o 27 690 USD rocznie kosztów paliwa”.

Odkryli również, że na efektywność energetyczną i egzergię systemu może znacząco wpływać efektywność poszczególnych komponentów, która – ich zdaniem – może się zmniejszyć w warunkach pracy niezgodnej z projektem i przy częściowym obciążeniu.

System został opisany w artykule „Hybrydowy system magazynowania energii sprężonym powietrzem i strategia sterowania dla częściowo pływającej elektrowni fotowoltaicznej” opublikowanym w Energy.

W Egret Solar jesteśmy podekscytowani potencjałem połączenia pływających systemów fotowoltaicznych (PV) z magazynowaniem energii w sprężonym powietrzu (CAES). To innowacyjne podejście niesie ze sobą ogromne nadzieje w zakresie sprostania niektórym kluczowym wyzwaniom stojącym dziś przed branżą energii odnawialnej, takim jak magazynowanie energii, stabilność sieci i efektywne wykorzystanie przestrzeni. Egret Solar jest podekscytowany długoterminowym potencjałem połączenia pływającej fotowoltaiki z magazynowaniem energii w sprężonym powietrzu. To połączenie stanowi najnowocześniejsze rozwiązanie, które pozwala sprostać niektórym z najpilniejszych wyzwań w branży energii odnawialnej, jednocześnie promując bardziej ekologiczną i zrównoważoną przyszłość.