건물용 PV 구동 하이브리드 수소 연료 전지 시스템 -

캐나다의 과학자들은 옥상 PV 발전과 알칼리 전해조, 연료 전지를 결합하여 건물에서 수소를 생성하는 것을 제안했습니다. 이 새로운 시스템은 계절별 에너지 저장을 가능하게 하고 가정의 평준화된 에너지 비용을 줄이는 것을 목적으로 합니다.

토론토 메트로폴리탄 대학의 연구자들은 건물에 수소 연료 전지 시스템을 옥상 PV 발전과 결합하는 것을 제안했습니다.

그들은 토론토 대학 캠퍼스에 있는 BeTOP 연구실에서 이러한 하이브리드 시스템의 구성을 테스트하여 건물에서 계절별 저장 전략으로 수소를 잠재적으로 적용할 수 있는 통찰력을 얻었습니다.

제안된 시스템은 태양광 패널, 알칼리 전해조, 압축기, 기체 수소 저장 장치, 연료 전지 시스템, 인버터, 시스템 내 에너지 분배를 조절하는 제어 시스템을 포함합니다. 이 건물은 난방 및 냉방을 위한 공기열원 히트 펌프와 수력 방사형 바닥 시스템도 갖추고 있습니다.

과학자들은 "PV 시스템은 전기 에너지를 생성하고, 고려된 제어 장치는 생성된 에너지가 공기원 히트 펌프 시스템이 제공하는 난방 및 냉방 수요를 포함하여 건물 부하를 충당할 수 있는지 모니터링합니다."라고 설명했습니다. "잉여 에너지 생성의 경우 전해조 장치는 수소를 생산하고, 수요가 있으면 저장된 수소가 전기를 생성하는 연료 전지 장치로 전송되어 시스템의 전력 부족을 충당합니다."

전기분해 장치에서 생성된 수소는 20°C의 가스 저장 탱크에 저장된 후 건물의 전기 수요에 따라 연료 전지에서 활용됩니다.

연구팀은 과도적 재생 에너지 시스템의 동작을 시뮬레이션하는 데 사용되는 TRNSYS 소프트웨어로 하이브리드 시스템을 모델링했으며, 여러 설명 변수와 하나 이상의 반응 변수 간의 관계를 예측하는 데 일반적으로 사용되는 반응 표면법(RSM)을 활용하여 제안된 시스템의 성능을 시뮬레이션했습니다.

분석 결과, 겨울에는 태양 복사열 수준이 낮아 전해조의 효율이 낮은 반면, 여름에는 최대 생산에 도달하고 시스템의 충전 상태(SOC)가 5월과 8월 사이에 크게 증가하는 것으로 나타났습니다.

연구원들은 "결과에 따르면 33.2월과 41.3월의 하이브리드 시스템은 각각 88kWh와 XNUMXkWh의 전력망 전기 사용량으로 전력망 의존도가 가장 낮았지만, XNUMX월에는 필요한 부하의 XNUMX% 이상을 전력망에서 공급해야 합니다."라고 설명했습니다.

이 시뮬레이션은 태양광 발전량이 건물에 필요한 부하의 2.5배를 초과하기 때문에 여름철에 전기 분해를 통해 PV 전기를 저장해야 할 필요성을 강조했습니다.

연구 그룹은 "결과에 따르면 여름철 연료 전지에서 생산된 전기 에너지는 PV 전지에서 생산된 전기의 평균 31%에 해당합니다."라고 강조했습니다. "또한 PV 시스템보다 XNUMX월에 연료 전지에서 생산된 에너지 양이 더 많은 것은 시뮬레이션 시작 시 수소 저장 탱크의 초기 레벨에 기인한다는 점도 주목할 만합니다."

학자들은 또한 선택된 건물에 대한 이상적인 시스템 구성에는 39.8m가 필요하다는 것을 발견했습니다.² 3.90m의 태양 전지 패널이 통합됨³ 수소 저장 탱크. 그들은 또한 하이브리드 시스템이 kWh당 $0.389에서 $0.537/kWh의 범위에 있는 평준화된 에너지 비용(LCOE)을 달성할 수 있다는 것을 확인했습니다.

이 새로운 시스템은 최근 캐나다 토론토에 있는 연구실을 위한 하이브리드 태양열-수소 에너지 시스템의 다중 기준 최적화를 통한 순제로 에너지 관리에 관한 연구에서 설명되었습니다. 에너지 및 건물.

과학자들은 연구의 미래 방향을 언급하며 "이 연구의 기술-환경-경제적 성과와 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)을 사용하는 대안 간의 비교 조사를 수행하는 것이 유용할 것"이라고 말했습니다. "이 분석은 앞서 언급한 비용을 최소화하기 위해 적절한 경제적 최적화를 통해 수소 저장과 BESS를 모두 사용하는 경우에도 확장될 수 있습니다."