Ученые из Бирмингемского университета (Великобритания) представили инновационную систему для производства зеленого водорода непосредственно в открытом море без подключения к береговой энергосети. Разработка объединяет несколько технологических решений: гибридный преобразователь волновой и приливной энергии, суперконденсаторы и аккумуляторы, электролизер с протонообменной мембраной и подводное хранилище водорода.
Исследователи решили не просто собирать морскую энергию, но и сделать ее пригодной для постоянной работы оборудования. Волны обеспечивают энергию неравномерно, с резкими всплесками, тогда как приливные течения более стабильны. Разработанный гибридный преобразователь использует оба источника одновременно: вертикальные движения буя от волн и горизонтальное движение воды во время приливов. Эти движения объединены и вращают один генератор, что позволяет частично компенсировать колебания одного источника за счет другого и сделать выработку энергии более равномерной.
Ученые оценили работу такой системы на основе реальных данных 2024 года о волнах и приливах в британских водах. В их симуляции платформа оборудована шестью гибридными установками такого типа. Их средняя совокупная мощность составила 64,8 кВт, а в пиковые часы – 108 кВт. Это примерно столько, сколько потребляет небольшой офис или автономная морская платформа с жилыми и техническими модулями.
В зимний и весенний периоды каждая установка могла генерировать более 20 кВт, летом – около 7-11 кВт, демонстрируя сезонный характер морской энергии. Для компенсации негативного влияния таких колебаний на работу системы были включены суперконденсаторы и накопители энергии, которые сглаживают краткосрочные изменения выходной мощности и поддерживают стабильное напряжение.
Вырабатываемая электроэнергия используется электролизерами, разделяющими воду на водород и кислород. В расчетной конфигурации их номинальная мощность составляет 78 кВт, а коэффициент загрузки – около 72%, что считается оптимальным для такого оборудования. В стабильном режиме работы система производит от 1,2 до 1,4 кг водорода в час, что эквивалентно 12,4 тоннам водорода в год. Такого количества достаточно для обеспечения топливом нескольких десятков автомобилей на водородных топливных элементах в течение года.
Энергопотребление на производство 1 кг водорода составило от 46,8 до 55,7 кВт·ч в зависимости от сезона. Это сопоставимо с береговыми водородными установками, несмотря на то, что условия открытого моря значительно сложнее. Общая эффективность всей цепочки (от движения воды до коммерческого водорода) находится на уровне около 20%, что считается хорошим показателем для морских энергосистем.
Особое внимание в исследовании уделено хранению водорода. Ученые доказали, что экономически нецелесообразно хранить большие запасы водорода прямо на платформе в баллонах высокого давления: это требует много места и значительно удорожает проект. Вместо этого они предлагают использовать выработанные газовые месторождения в качестве хранилищ. Это позволит сократить количество оборудования для хранения примерно в 18 раз и снизить стоимость хранения до примерно 1,5 доллара США за 1 кг водорода. При этом 170 кг водорода могут обеспечить более 40 кВт мощности для платформы в течение трех дней без дополнительной генерации.