Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από υπεράκτιες ανεμογεννήτριες για να διασπάσουν το νερό και να παράγουν καθαρό υδρογόνο μπορεί να έχει οικονομικά οφέλη, ιδιαίτερα κατά μήκος της ακτής του Ατλαντικού των ΗΠΑ και στον Κόλπο του Μεξικού, σύμφωνα με ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL).
Οικονομικά αποδίδουν καλύτερα σε περιοχές όπου το νερό δεν είναι τόσο βαθύ και ο άνεμος είναι δυνατός, σύμφωνα με τα ευρήματά τους στο πρόσφατα δημοσιευμένο άρθρο, «Δυνατότητα μεγάλης κλίμακας ανάπτυξης συστημάτων υπεράκτιου αιολικού-υδρογόνου στις Ηνωμένες Πολιτείες», το οποίο εμφανίζεται στο Journal of Physics: Conference Series.
Η ικανότητα παραγωγής υδρογόνου σε κόστος που πλησιάζει τον στόχο του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ για χαμηλού κόστους καθαρό υδρογόνο εξαρτάται σημαντικά τόσο από την τεχνολογία που χρησιμοποιείται όσο και από την τοποθεσία παραγωγής. Οι αναμενόμενες πολιτικές- κίνητρα θα μπορούσαν επίσης να παίξουν ρόλο. Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτρολύτη που διασπά το νερό—αποτελούμενο από δύο άτομα υδρογόνου και ένα οξυγόνου—στα συστατικά του μέρη. Ένας ηλεκτρολύτης που τροφοδοτείται από ανανεώσιμη πηγή ενέργειας παράγει το λεγόμενο καθαρό υδρογόνο. Μέσω της πρωτοβουλίας Hydrogen Shot, το υπουργείο ηγείται των προσπαθειών για μείωση του κόστους του καθαρού υδρογόνου σε $1 το κιλό μέχρι το 2031. Ο στόχος των $2 ανά κιλό θα μπορούσε να το καταστήσει οικονομικά ανταγωνιστικό σε ορισμένες εφαρμογές σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους παραγωγής υδρογόνου που είναι έντονες σε άνθρακα.
«Τόσο η υπεράκτια αιολική ενέργεια όσο και η παραγωγή καθαρού υδρογόνου είναι τεχνολογίες που εξελίσσονται ραγδαία και όταν συνδυάζονται έχουν τη δυνατότητα να παράγουν και να αποθηκεύουν πολλή ανανεώσιμη ενέργεια και να απαλλάσσουν από τον άνθρακα τους τομείς που είναι δύσκολο να ηλεκτροδοτηθούν», δήλωσε η Kaitlin Brunik, μηχανικός έρευνας υβριδικών συστημάτων στο NREL και κύρια συγγραφέας του νέου άρθρου. «Η συνεχιζόμενη επένδυση και η έρευνα στον σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση σε επίπεδο συστήματος και εγκαταστάσεων θα μπορούσε να ενισχύσει την τεχνολογική πρόοδο και τη μείωση του κόστους για αυτά τα συστήματα», σχολιάζει.
Το άρθρο περιγράφει τη χρήση προσομοιώσεων μελέτης περιπτώσεων για την ανάλυση των τεχνοοικονομικών της παραγωγής υδρογόνου από υπεράκτια αιολική ενέργεια το 2025, το 2030 και το 2035. Οι ερευνητές του αξιολόγησαν δύο σενάρια που βασίζονται στην ηλεκτρόλυση που τροφοδοτείται από υπεράκτια αιολική ενέργεια και αναγνώρισαν τέσσερις αντιπροσωπευτικές παράκτιες περιοχές για υβριδικές εγκαταστάσεις αιολικού-υδρογόνου. Ανάλογα με το πόσο βαθύ είναι το νερό στις τοποθεσίες που μελετήθηκαν, οι ερευνητές εξέτασαν αν οι ανεμογεννήτριες θα είναι πλωτές ή στερεωμένες στον πυθμένα του ωκεανού. Η έρευνα υποδηλώνει ότι μέχρι το 2030, ένας συνδυασμός παραγόντων που περιλαμβάνουν πολιτικές κίνητρα και υπεράκτια αιολική ενέργεια με σταθερή βάση και ηλεκτρόλυση στην ξηρά μπορεί να επιτρέψει την παραγωγή υδρογόνου για λιγότερο από $2 το κιλό. Η ανάλυση δεν παρέχει καθοδήγηση πολιτικής αλλά αναπαριστά την πολιτική χρησιμοποιώντας προκαταρκτικές υποθέσεις που έγιναν πριν από την κυκλοφορία των προτεινόμενων κανονισμών για την πίστωση φόρου.
Τα σενάρια
Στο πρώτο σενάριο, μια υπεράκτια αιολική εγκατάσταση παρήγαγε ηλεκτρισμό που μεταδιδόταν μέσω καλωδίων υψηλής τάσης σε μια χερσαία τοποθεσία. Εκεί, ένας ηλεκτρολύτης παρήγαγε υδρογόνο από γλυκό νερό. Αυτό αντιπροσώπευε μια συμβατική προσέγγιση συνδυασμού υπεράκτιας αιολικής ενέργειας με ηλεκτρόλυση στην ξηρά.
Στο δεύτερο σενάριο, το υδρογόνο διαχωριζόταν από αφαλατωμένο θαλασσινό νερό στην υπεράκτια εγκατάσταση αιολικής ενέργειας, απαιτώντας περισσότερες υποδομές στον ωκεανό για να φιλοξενήσει τον επιπλέον εξοπλισμό. Το υδρογόνο στη συνέχεια μεταφερόταν μέσω αγωγών στην ξηρά για αποθήκευση. Οι ερευνητές σημείωσαν ότι η τεχνική εφικτότητα αυτού του σεναρίου είναι λιγότερο καθιερωμένη. «Η μετακίνηση ενός ηλεκτρολύτη σε μια υπεράκτια πλατφόρμα για μαζική παραγωγή ενέργειας παρουσιάζει μια νέα πρόκληση», δήλωσε η Brunik. «Για να αξιοποιηθεί πλήρως η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από υπεράκτια αιολικά πάρκα για την παραγωγή υδρογόνου, χρειάζονται σημαντικοί ηλεκτρολύτες, καθώς και βοηθητικός εξοπλισμός για επεξεργασία νερού, αποθήκευση υδρογόνου και μεταφορά». Η υπεράκτια παραγωγή ανανεώσιμου υδρογόνου παραμένει ανεξερεύνητο έδαφος, απαιτώντας καινοτόμες διαμορφώσεις για την ενσωμάτωση όλου του απαραίτητου εξοπλισμού με ένα αιολικό πάρκο για λειτουργίες κλίμακας GW.
Σύστημα αιολικής ενέργειας - υδρογόνου
Εκτός από τον τεχνολογικό σχεδιασμό αυτών των συστημάτων, οι ερευνητές εξέτασαν πού θα ήταν καλύτερα τοποθετημένο ένα υπεράκτιο σύστημα αιολικής ενέργειας-υδρογόνου. Εξέτασαν ρηχότερες τοποθεσίες στον Κόλπο του Μεξικού και τη Νέα Υόρκη, όπου οι ανεμογεννήτριες θα μπορούσαν να είναι στερεωμένες στον πυθμένα του ωκεανού, υπήρχαν άφθονοι πόροι ανέμου και βρίσκονταν σε κοντινή απόσταση από τουλάχιστον έναν από τους Περιφερειακούς Κόμβους Καθαρού Υδρογόνου που θα συνδέουν παραγωγούς και καταναλωτές υδρογόνου. Εξέτασαν επίσης τοποθεσίες με πολύ βαθύτερα νερά στα ανοικτά των ακτών της βόρειας Καλιφόρνιας και στον Κόλπο του Μέιν όπου οι ανεμογεννήτριες θα πρέπει να εγκατασταθούν σε πλωτές πλατφόρμες. Το υδρογόνο θα αποθηκευόταν στην ξηρά σε υπόγειους αγωγούς, σπηλιές βράχου ή σπηλιές αλατιού.
Η ανάλυση προέβλεψε ότι το επίπεδο κόστος του υδρογόνου (LCOH), που περιλαμβάνει το σύνολο του συστήματος αιολικής ενέργειας, της ηλεκτρικής μετάδοσης και του συστήματος υδρογόνου, θα μπορούσε να είναι το χαμηλότερο στη Νέα Υόρκη λόγω της υψηλότερης δυναμικότητας ανέμου. Ο Κόλπος του Μεξικού είχε τη δεύτερη χαμηλότερη τιμή. Η επιλογή της αποθήκευσης του υδρογόνου επηρεάζει σημαντικά το κόστος, με μια μείωση 20% έως 30% στο LCOH υπολογισμένη από τη χρήση σπηλιών. Οι προβλεπόμενες πολιτικές κίνητρα είναι επίσης ένας παράγοντας στη μείωση του κόστους. Αυτή η μελέτη έδειξε υποσχόμενους δείκτες για το πώς θα μπορούσε να μοιάζει η μεγάλη κλίμακα ανάπτυξης υπεράκτιου αιολικού-υδρογόνου και θα συνεχίσει να είναι ένας τομέας ενδιαφέροντος καθώς αναπτύσσονται νέες και καλύτερες τεχνολογίες σε αυτόν τον τομέα.
