Международная группа ученых представила в научном журнале International Journal of Hydrogen Energy детальный проект инновационной энергосистемы, объединяющей ветровую электростанцию с технологией топливных элементов для комплексного энергоснабжения жилых районов. Исследование, сфокусированное на климатических условиях Италии, предлагает решение одной из ключевых проблем возобновляемой энергетики – нестабильности выработки, зависящей от погодных условий. Предложенная концепция не просто генерирует электричество, но и производит водород, кислород, а также обеспечивает охлаждение и отопление помещений.
В основе системы лежит ветропарк, энергия которого направляется на несколько целей. Основная часть электричества поступает в общую сеть, тогда как излишки используются для питания электролизеров на основе протон-обменной мембраны. Эти устройства расщепляют воду на водород и кислород, которые затем хранятся. Водород выступает в роли «зеленого аккумулятора» – в периоды безветрия он подается в топливный элемент для выработки электроэнергии, обеспечивая бесперебойное питание потребителей. Одновременно с этим часть энергии ветряных турбин питает компрессионный чиллер, который может работать как на охлаждение, так и на обогрев зданий.
Для определения технической и экономической целесообразности проекта было проведено тщательное термодинамическое моделирование и многокритериальная оптимизация. Исследователи проанализировали потенциал системы для семи крупных городов Италии с различными ветровыми характеристиками – Турина, Болоньи, Флоренции, Палермо, Генуи, Милана и Рима. Анализ показал, что наиболее благоприятные условия для размещения такой гибридной станции предоставляют Генуя, Палермо и Болонья благодаря стабильно высоким скоростям ветра.
Оптимизационные расчеты позволили определить идеальную конфигурацию энергокомплекса: 37 ветровых турбин, один топливный элемент и два электролизера. Такая сборка достигает эксергетической эффективности на уровне 27,98% при эксплуатационных затратах около 619,9 доллара в час. В качестве альтернативы была предложена конфигурация из 32 турбин и двух электролизеров, дополненная установками обратного осмоса для опреснения воды, что расширяет функциональность системы. Ученые также выяснили, что наиболее эффективное распределение энергии предполагает направление 55% выработки в сеть, 20% – на производство водорода и 25% – на работу систем обратного осмоса.
При внедрении проекта в Генуе, признанной лучшей площадкой, система способна производить 28 435 МВт·ч чистой электроэнергии в год. Этого объема достаточно для удовлетворения годовых потребностей примерно 5770 человек. Что не менее важно, работа станции позволит предотвратить выброс 5801 тонны углекислого газа в атмосферу ежегодно, что эквивалентно сохранению около 28 гектаров зеленых насаждений. Данное исследование представляет собой не просто теоретическую модель, а практическое руководство по созданию устойчивых и многофункциональных энергетических хабов, способных повысить надежность энергоснабжения и внести весомый вклад в декарбонизацию экономики.
