Univerzita Francouzské Polynésie postavila jednotku na výrobu vodíku (solární mikrosíť) poháněnou FV, která kombinuje vodíkový řetězec s termochemickou jednotkou. Ten se používá k rekuperaci odpadního tepla z elektrolyzéru a palivového článku, aby se umožnilo odložené chlazení

Univerzita Francouzské Polynésie postavila jednotku na výrobu vodíku (solární mikrosíť) poháněnou FV, která kombinuje vodíkový řetězec s termochemickou jednotkou. Ten se používá k rekuperaci odpadního tepla z elektrolyzéru a palivového článku, aby se umožnilo odložené chlazení pro klimatizaci. Univerzita Francouzské Polynésie vyvinula solární mikrosíť podporující výrobu vodíku, který se zase používá k výrobě elektřiny a chlazení.

Systém spojuje řetězec generování vodíku sestávající z elektrolyzéru a palivového článku s termochemickou jednotkou. Vodíkový řetězec se používá jako akumulační jednotka, pomocí elektrolýzy štěpí vodu na vodík (H2) a kyslík. A poté přeměňuje H2 zpět na elektřinu prostřednictvím palivového článku. Termochemická jednotka se navrhla tak, aby rekuperovala odpadní teplo z elektrolyzéru a palivového článku. A umožnila tak výrobu odloženého chlazení pro účely klimatizace.

„Instalace RECIF se skládá z následujících komponent: hybridní střídač, FV panely, Li-ion baterie, PEM elektrolyzér pro výrobu H2, zásobník H2, PEM palivový článek pro výrobu elektřiny ze skladovaného H2, ovladatelná elektrická zátěž a na zakázku vyrobený klimatizační systém s termochemickou jednotkou pro akumulaci tepelné energie a výrobu odloženého chladu,“ řekl výzkumník Franco Ferrucci s tím, že komponenty jsou instalovány v 6 metrovém kontejneru.

Jako termochemický pár pevná látka/plyn systém využívá chlorid barnatý (BaCl₂) reagující s amoniakem (NH₃). Ten zase slouží jako chladicí kapalina v chladicím okruhu. ,,Tato dvojice má tu výhodu, že je schopna pracovat se zdroji ohřevu s relativně nízkou teplotou (55 °C). Díky čemuž je kompatibilní s PEM elektrolyzéry a palivovými články," uvedli vědci.

FV instalace a výroba elektřiny

Výzkumná skupina nasadila systém v roce 2018 a od té doby vyvstaly obavy o bezpečnost systému. „Uvedení takového zařízení do provozu bylo velmi náročné. A to zejména kvůli nedostatku zkušeností v daném území s tímto typem instalace a nejasnému regulačnímu kontextu ohledně bezpečnostních systémů a výbušných atmosfér,“ vysvětlili vědci.

Za účelem řešení těchto bezpečnostních problémů skupina také vyvinula bezpečnostní systém, který má snížit rizika výbuchu plynů H2 a NH3. V malé vodíkové instalaci může nastat největší riziko v případě úniku vodíku, který nelze zjistit v nesprávně větraném prostoru.

„Naše instalace má solární panely pokrývající plochu 23 m² a ochranný systém obsahuje 1 000 V stykače. Ty odpojí panely, když bezpečnostní systém detekuje nehodový stav, protože jedním z bezpečnostních opatření je přerušení výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů,“ Ferrucci řekl.

„V případě větší FV instalace není praktické odpojovat panely přímo, protože na trhu není široká škála vysokonapěťových DC stykačů. V takovém případě by bezpečnostní systém musel odpojit střídač, aby nemohl napájet zbytek instalace. Mezi FV elektrickým panelem a vodíkovou instalací by navíc měla být fyzická vzdálenost,“ dodal.

Součástí bezpečnostního systému je také elektrická skříň, která obsahuje bezpečnostní programovatelný logický ovladač (PLC), který dokáže odpojit tok energie. Dalším používaným nástrojem je systém nuceného větrání s nepřetržitou výměnou vzduchu a režimy nouzového větrání spolu s hasicími přístroji a detektory kouře.

Bezpečnostní systém

Kromě toho se v akumulační jednotce H2 instaluje sada hodnot odlehčení a senzory mohou monitorovat hladiny H2 v palivovém článku a elektrolyzéru. Také několik vysílačů může přerušit napájení termochemické jednotky, když se identifikuje nebezpečí. Všechny bezpečnostní nástroje lze ovládat a monitorovat prostřednictvím systému dohledového řízení a sběru dat (SCADA) a bezpečnostního instrumentovaného systému (SIS).

„V obecné rovině je primární cíl instalace solární mikrosítě dvojí: zajistit napájení elektrické zátěže a udržet vhodnou úroveň tepelného komfortu uvnitř kontejneru, ve kterém jsou komponenty instalovány,“ řekl Ferucci s odkazem na bezpečnostní systém.

Koncept solární mikrosítě a související bezpečnostní systém se představily ve studii „Návrh a implementace bezpečnostního systému solárně řízené inteligentní mikrosítě zahrnující výrobu vodíku pro kogeneraci elektřiny a chlazení". Ta se publikovala v International Journal of Hydrogen Energy.

„Studie prokazuje spolehlivost systému detekce plynů a potvrzuje jeho dodržování úrovně integrity bezpečnosti SIL-2 na základě analýzy rizik a doporučení specializované inspekční a certifikační společnosti dohlížející na validaci instalace RECIF,“ řekl Ferrucci. „Provedené simulace ukazují, že bezpečnostní systém okamžitě detekuje a zastaví jakékoli úniky uvnitř nádoby. Čímž účinně sníží koncentraci plynu na zanedbatelnou úroveň.“

Zdroj: pv-magazine, Vapol