Новая ветроэнергетика для Италии: водород обеспечит стабильность

Команда международных исследователей представила в научном журнале International Journal of Hydrogen Energy детальный проект инновационной энергетической системы, способной кардинально повысить надежность и эффективность ветроэнергетики. В основе концепции лежит глубокая интеграция ветряной электростанции с технологиями водородных топливных элементов и системами климат-контроля, что позволяет решить ключевую проблему возобновляемой энергетики – нестабильность генерации, зависящей от погодных условий. Исследование, сфокусированное на климатических и экономических реалиях Италии, предлагает масштабируемую модель для создания устойчивой и низкоуглеродной энергетической инфраструктуры.

Суть предложенного решения заключается в создании многоцелевого энергетического комплекса. Энергия, вырабатываемая ветряными турбинами, не только поступает в общую сеть, но и используется для питания электролизеров с протонно-обменной мембраной (PEM). Эти устройства расщепляют воду на водород и кислород, которые затем сохраняются. В периоды слабого ветра или полного штиля накопленный водород подается на топливные элементы, которые генерируют электричество, компенсируя падение выработки и обеспечивая бесперебойное энергоснабжение. Такой подход превращает ветропарк из нестабильного источника в надежный и предсказуемый энергетический узел. Кроме того, система включает компрессионный чиллер, который, используя энергию от ветропарка, обеспечивает жилые здания отоплением и охлаждением, повышая общую эффективность использования ресурсов.

Для определения оптимальной конфигурации и экономической целесообразности проекта ученые применили передовые методы компьютерного моделирования и многокритериальной оптимизации, в частности методологию поверхности отклика (RSM). Анализ показал, что наиболее сбалансированная система должна состоять из 37 ветряных турбин, одного блока топливных элементов и двух электролизеров. Такая конфигурация достигает эксергетической эффективности на уровне 27,98 % при расчетной стоимости эксплуатации около 619,9 доллара в час. Моделирование также выявило оптимальную схему распределения энергии: 55 % направляется на продажу в сеть, а по 20 % – на производство водорода и на работу климатической системы.

В качестве тестовой площадки для оценки жизнеспособности проекта были выбраны семь крупных городов Италии с различными ветровыми потенциалами – Турин, Болонья, Флоренция, Палермо, Генуя, Милан и Рим. Тщательный анализ климатических данных и энергетических потребностей показал, что наиболее перспективными локациями для размещения такого комплекса являются Генуя, Палермо и Болонья благодаря своим стабильным и сильным ветрам. Расчеты для Генуи, признанной оптимальным местом, продемонстрировали впечатляющие результаты. Развертывание системы в этом регионе позволило бы вырабатывать 28 435 МВт·ч чистой электроэнергии ежегодно, чего достаточно для удовлетворения потребностей примерно 5770 человек.

Экологический эффект от внедрения проекта также является значительным. Работа комплекса в Генуе позволила бы предотвратить выброс в атмосферу 5801 тонны углекислого газа в год по сравнению с традиционной генерацией на ископаемом топливе. В экономическом эквиваленте это соответствует предотвращению экологического ущерба на сумму свыше 139 000 долларов ежегодно и сохранению около 28 гектаров зеленых насаждений. Таким образом, предложенная гибридная система не просто генерирует энергию, но и вносит весомый вклад в декарбонизацию и достижение климатических целей. Этот проект представляет собой не теоретическую разработку, а практически готовый план, предлагающий комплексное решение для повышения стабильности возобновляемых источников энергии и их глубокой интеграции в современную городскую среду.