تحقيق التوازن في استخدام الهيدروجين في الطاقة البحرية

أثبت مشروع Sealhyfe أنه يمكن التغلب على التحديات في البحر. الصورة مقدمة من Lhyfe

يشكل انقطاع طاقة الرياح البحرية تحديًا وفرصة لإنتاج الهيدروجين الأخضر.

وسوف يكون هناك جيل جديد من المنصات التي تشغل مساحة في مزارع الرياح البحرية حيث يتم استخدام إنتاج الهيدروجين للمساعدة في تحقيق التوازن بين العرض والطلب على الطاقة. ويمكن إنتاج الهيدروجين الأخضر في مزارع الرياح غير المتصلة بالشبكة، ولكن إذا تم توصيله بالشبكة، فيمكن أيضًا إنتاجه في أوقات الذروة عن طريق تشغيل أجهزة التحليل الكهربائي ثم تخزينه للاستخدام لاحقًا.

تقول سين ماير جينسن ، مستشارة الشؤون العامة في شركة الهيدروجين النرويجية هايستار: "هنا، هناك دور مهم يلعبه الهيدروجين الأخضر الذي يمكن أن يعمل على نطاق مختلف عن البطاريات لموازنة التقلبات في العرض والطلب على إنتاج الطاقة المتجددة ". كجزء من مشروع HyPilot، تخطط شركة Equinor المتعاونة لإثبات وجود محلل كهربائي عالي الكفاءة من Hystar لإنتاج الهيدروجين مصمم خصيصًا للناتج المتغير الموجود عادةً في تطبيقات الرياح البحرية.

يمكن إنتاج الهيدروجين الأخضر في مزارع الرياح خارج الشبكة، ولكن يمكن أيضًا إنتاجه في أوقات الذروة عن طريق تشغيل أجهزة التحليل الكهربائي ثم تخزينه لاستخدامه لاحقًا في الحالات التي تكون فيها مزرعة الرياح متصلة بالشبكة.
الصورة مقدمة من SwitcH2

يمكن لمحللات PEM الكهربائية أن تزيد وتنقص بسرعة للتعامل مع التقلبات في الطاقة، على الرغم من أن التشغيل والتوقف المتكرر قد يؤدي إلى تدهور المكونات، لكن مشروع Sealhyfe أثبت بالفعل أنه يمكن التغلب على التحديات - في البحر. أجرت Lhyfe تجربة لمدة 14 شهرًا لمحلل كهربائي PEM بقوة 1 ميجاوات من Plug أكدت قدرة النظام على إدارة تقلب الطاقة التي يتم تجربتها، بما في ذلك عند أقصى طاقة إنتاجية. كان الأداء الذي تم تحقيقه مرتفعًا كما هو الحال على الأرض. تهدف Lhyfe إلى تشغيل نظام بقوة 10 ميجاوات من عام 2026.
وفي مشروع آخر، تقوم شركة SwitcH2 وشركة BW Offshore، إلى جانب الشركاء Strohm وMARIN وTU Delft، بتطوير منشأة بحرية لتخزين وتفريغ الغاز الطبيعي وإنتاج الأمونيا الخضراء قادرة على إنتاج 790 طنًا من الأمونيا الخضراء يوميًا في ذروتها باستخدام مصنع تحليل كهربائي بقدرة 300 ميجاوات.

ستستخدم وحدة الإنتاج والتفريغ العائم (FPSO) طاقة الرياح والأمواج، المحولة إلى تيار مستمر على متنها، لتشغيل أجهزة التحليل الكهربائي PEM.

يقول بوب ريتفيلدت، المدير الدولي في SwitH2: "إن نظام توليد وتوزيع الطاقة في السفينة قادر على إنتاج الطاقة اللازمة لإبقاء أجهزة التحليل الكهربائي تعمل في جميع الأوقات، وذلك لأننا نستطيع إضافة الطاقة من نظام توليد الطاقة في السفينة بالإضافة إلى الطاقة المتجددة". "بهذه الطريقة نتجنب أي إغلاق للمحطة ونكون قادرين دائمًا على توليد الأحمال الأساسية اللازمة للاستمرار في التشغيل، حتى في الأيام التي لا توجد فيها رياح".

ويقول إنه من المنطقي والأكثر اقتصادية أن يكون لدينا منصة مركزية للمحللات الكهربائية. "في حالة النشر اللامركزي على توربينات الرياح الفردية، فهذا يعني أنه في بعض الأحيان لا يمكنها الإنتاج على الإطلاق إذا لم تتمكن من تخزين الطاقة، وسيكون من الصعب إعادة التشغيل مرة أخرى وعلى الأرجح تتطلب تخزين الهيدروجين أو طاقة البطارية في التوربين للتغلب على الموقف، مما يجعلها مكلفة للغاية. ستظل المحللات الكهربائية المركزية تعمل دائمًا حيث يمكننا توفير طاقة إضافية من نظام السفينة عند الحاجة ".

تعتقد شركة SwitH2 أنه من المنطقي والأكثر اقتصادا أن يكون لديها منصة مركزية للمحللات الكهربائية.
الصورة مقدمة من Swith2

ويقول إن الطاقة الشمسية بالإضافة إلى طاقة الرياح البحرية أمر منطقي للغاية. "إن الجمع بين طاقة الرياح والأمواج والطاقة الشمسية أكثر استقرارًا ولكن لا يزال من الممكن أن تكون هناك أيام تتطلب طاقة احتياطية. يعد تخزين الطاقة في شكل الأمونيا السائلة المنتجة في FPSO الخاص بنا هو الطريقة الأسهل والأكثر اقتصادا للقيام بذلك، ومن السهل تخزينها داخل FPSO. تخزين الهيدروجين أو تخزين البطاريات أكثر صعوبة وليس الحل الأمثل".

وفقًا للمشاركين في مبادرة HYScale الممولة من الاتحاد الأوروبي، فإن تقنية المحلل الكهربائي بغشاء التبادل الأنيوني (AEM) ، وهو تطوير لغشاء التبادل الأنيوني يستخدم مواد خام غير حرجة، يمكن أن تقدم أيضًا حلاً قابلاً للتطوير واقتصاديًا. يقول الرئيس التنفيذي الدكتور شوان حسيني إن التكنولوجيا المحددة التي طورتها CENmat يمكن أن تعمل بثبات عند كثافات تيار أعلى، وهذا يعني أن المصنع يمكن أن يكون أكثر إحكاما. "متطلبات المساحة المنخفضة مهمة لأن تركيب التحليل الكهربائي المتوقع إلى 4-5 تيراواط بحلول عام 2050 سيتطلب مساحة هائلة إذا تم تشغيل المحللات الكهربائية عند كثافات تيار منخفضة."