Самал Сулейменова 
Группа исследователей из Университета Маккуори и Университета Саншайн-Кост в Австралии представила результаты масштабного исследования, направленного на решение проблемы энергообеспечения удаленных населенных пунктов. Ученые разработали и оптимизировали модель гибридной системы возобновляемой энергии, которая полностью исключает использование ископаемого топлива. Предложенная конфигурация объединяет солнечные панели, литий-ионные аккумуляторы и технологии зеленого водорода, обеспечивая надежное электроснабжение даже в отсутствие подключения к центральной энергосети.
Проблема зависимости от дизельных генераторов остается острой для многих изолированных сообществ по всему миру, включая региональные поселения Австралии. Использование ископаемого топлива не только наносит вред экологии, но и становится все более затратным из-за сложностей с логистикой и ростом цен на ресурсы. Переход на возобновляемые источники, такие как солнечная энергия, часто осложняется их нестабильностью: выработка электричества прекращается ночью и падает в пасмурную погоду. Традиционные аккумуляторные системы эффективно справляются с краткосрочными колебаниями, но их емкости часто недостаточно для длительного хранения энергии или сезонных провалов генерации.
В опубликованной научной работе предлагается решение в виде архитектуры с двойным хранением энергии. Система использует аккумуляторы для сглаживания суточных пиков потребления и водородный цикл для долгосрочного резервирования. Избыточная энергия от солнечных панелей направляется в электролизер для производства водорода, который затем хранится в специальных резервуарах. В периоды дефицита солнечного света и разрядки батарей этот водород используется топливными элементами для выработки электричества. Такой подход позволяет достичь полной энергетической автономии.
Для проверки эффективности модели были использованы реальные климатические данные района Брокен-Хилл в Новом Южном Уэльсе. Исследователи применили три различных алгоритма оптимизации: NSGA-II, Crow Search Algorithm и Sequential Quadratic Programming Algorithm. Наилучшие показатели продемонстрировал алгоритм NSGA-II, который позволил спроектировать систему с приведенной стоимостью электроэнергии на уровне 0,193 доллара США за киловатт-час. Стоимость производства экологически чистого водорода составила 4,88 доллара за килограмм.
Важнейшим достижением разработки стало кардинальное снижение углеродного следа. Согласно расчетам, внедрение такой гибридной установки позволяет сократить выбросы углекислого газа на 98% по сравнению с традиционными дизельными системами. Анализ жизненного цикла показал, что помимо экологических преимуществ, система обладает высокой экономической эффективностью. Чистая приведенная стоимость проекта оценивается в 226 500 долларов США, что делает его конкурентоспособным решением для удаленных районов.
Ученые также разработали иерархическую стратегию управления энергией. Правила диспетчеризации настроены таким образом, чтобы приоритет отдавался зарядке аккумуляторов для покрытия текущих нужд, тогда как водородный контур задействуется для стратегического запаса энергии. Это предотвращает потери излишков генерации и продлевает срок службы оборудования. Моделирование подтвердило, что такая конфигурация способна стабильно обеспечивать энергией нагрузку в 60–80 кВт·ч в сутки, что соответствует потребностям небольших поселений, медицинских пунктов или школ.
Проведенный анализ чувствительности выявил ключевые факторы, влияющие на стоимость системы. Наибольшее воздействие оказывает эффективность топливных элементов и электролизеров. Повышение КПД топливного элемента на 20% способно снизить общую стоимость системы почти на одну пятую. В то же время затраты на воду для производства водорода оказались незначительными и практически не влияют на итоговую цену электроэнергии, что подтверждает жизнеспособность технологии даже в засушливых регионах.
Результаты исследования открывают новые перспективы для декарбонизации энергетики в труднодоступных местах. Авторы работы подчеркивают, что предложенная модель не только решает технические задачи надежности энергоснабжения, но и способствует созданию рабочих мест при установке и обслуживании оборудования. Масштабирование подобных гибридных станций может стать основой для устойчивого развития территорий, где прокладка линий электропередач экономически нецелесообразна.