NIMS, Токийский университет и Университет Хиросимы совместно оценили экономическую эффективность систем производства водорода, сочетающих фотоэлектрическую энергию и перезаряжаемые батареи, а также оценили технологический уровень, необходимый для систем производства водорода по конкурентоспособной на глобальном уровне стоимости. Результаты, полученные в этом исследовании, могут дать жизненно важные ориентиры для продвижения систем периодического возобновляемого производства электроэнергии в качестве основного источника энергии в стране.
Усилия по увеличению производства возобновляемой энергии столкнулись с некоторыми проблемами, такими как нестабильное производство электроэнергии и низкий годовой коэффициент мощности. Конкретные примеры включают японские энергетические компании, приостановившие прием заявок от поставщиков возобновляемой энергии в сентябре 2014 года, и электроэнергетическая компания Кюсю, контролирующая подавление выходной мощности солнечных электростанций в октябре 2018 года. Для решения этих проблем различные организации изучают системы, способные накапливать избыточную электроэнергию. в перезаряжаемых батареях и системах Power-to-Gas (P2G), способных производить водород с использованием возобновляемой электроэнергии, а также хранить и поставлять произведенный водород. Однако оказалось, что большинство из этих систем дороги в эксплуатации, что подрывает усилия по массовому внедрению экономически целесообразной технологии производства электроэнергии, основанной на внутренних возобновляемых источниках энергии.
Совместная исследовательская группа разработала интегрированную систему (схема ниже), способную регулировать количество заряда/разряда батареи и количество вырабатываемого электролизом водорода в зависимости от количества вырабатываемой солнечной энергии. Затем команда оценила экономическую целесообразность системы. В результате команда определила технологические уровни, необходимые системе для производства водорода с низкими затратами, путем всестороннего анализа различных факторов, таких как емкость аккумуляторной батареи и электролизера, с учетом будущих технологических достижений. Например, ожидается, что перезаряжаемые батареи, которые могут разряжаться только с низкой скоростью, но могут быть произведены экономично, станут доступными примерно к 2030 году. Группа подсчитала, что интеграция этих батарей позволит системе, работающей в Японии, производить водород по конкурентоспособной в мире цене. от 17 до 27 иен за кубический метр.
В будущих исследованиях команда планирует определить уровни технологии компонентов, необходимые для предлагаемых систем, и установить целевые значения НИОКР для достижения этих уровней. Группа также изучит системную осуществимость систем производства возобновляемой энергии даже при контроле подавления выходной мощности или ограничении подключения к электросети, чтобы продемонстрировать прототип предлагаемой системы.