Επιστημονική ανακάλυψη στην Ισπανία χρησιμοποιεί (μεταξύ άλλων) θερμικές μπαταρίες ενέργειας, θέρμανσης και τροφοδότησης, καθώς και αντλίες θερμότητας για να ενσωματώσει ηλιακή ενέργεια και αποθήκευση
Λύση στην ενσωμάτωση ηλιακής ενέργειας και αποθήκευσης προσφέρουν ερευνητές από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Μαδρίτης της Ισπανίας.
Συγκεκριμένα έχουν σχεδιάσει ένα υβριδικό σύστημα που συνδυάζει φωτοβολταϊκά, μπαταρίες ιόντων λιθίου, θερμικές μπαταρίες ενέργειας-θέρμανσης-τροφοδότησης (PHPS) και αντλίες θερμότητας.
Το εν λόγω σύστημα μειώνει κατά 7% το κόστος καταναλωμένης ενέργειας. Έγινε γνωστό μέσω του άρθρου «Ενσωμάτωση μπαταριών ιόντων λιθίου και θερμικών μπαταριών με αντλίες θερμότητας για βελτιωμένη φωτοβολταϊκή αυτοκατανάλωση», που δημοσιεύτηκε στο Applied Energy.
7% χαμηλότερο LCOE σε σύγκριση με ένα Φ/Β
Το υβριδικό σύστημα φέρεται να πέτυχε 7% χαμηλότερο LCOE (Σταθεροποιημένο κόστος ηλεκτρικής ενέργειας το οποίο χρησιμοποιείται για τον επενδυτικό σχεδιασμό και για τη σύγκριση διαφορετικών μεθόδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε σταθερή βάση) σε σύγκριση με ένα φωτοβολταϊκό (Φ/Β) σύστημα που βασίζεται αποκλειστικά σε μπαταρίες λιθίου, ενώ ταυτόχρονα αυξάνει την ιδιοκατανάλωση φωτοβολταϊκών έως και 20%.
«Το υψηλό κόστος κεφαλαίου ανά μονάδα αποθήκευσης ενέργειας των μπαταριών ιόντων λιθίου συχνά οδηγεί σε συστήματα με σχετικά μικρές χωρητικότητες αποθήκευσης, οδηγώντας σε χαμηλούς λόγους ιδιοκατανάλωσης.
Οι θερμικές μπαταρίες με δυνατότητα παραγωγής ενέργειας (όπως οι PHPS), αξιοποιούν το σημαντικά χαμηλότερο κόστος αποθήκευσης θερμικής ενέργειας για να αυξήσουν τη συνολική χωρητικότητα αποθήκευσης του συστήματος. Επιπλέον, τα συστήματα PHPS παράγουν θερμότητα ως υποπροϊόν κατά τη μετατροπή ενέργειας η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας στο κτίριο για την κάλυψη της ζήτησης θέρμανσης», εξήγησε η ομάδα.
Τι περιλαμβάνει το σύστημα LP
Η ερευνητική ομάδα προσομοίωσε ένα πλήρως ηλεκτρισμένο κτίριο μέσω των PVSyst και EnergyPlus, με δεδομένα τιμών και καιρού σχετικά με τη Μαδρίτη.
Το PHPS και το Li-ion (σύστημα LP) περιλαμβάνουν φωτοβολταϊκά πάνελ, σύστημα μπαταριών ιόντων λιθίου, αποθήκευση ενέργειας χαμηλής θερμοκρασίας (LTES) και σύστημα PHPS.
Το τελευταίο περιελάμβανε μετατροπέα ισχύος σε θερμότητα (P2H), αποθήκευση ενέργειας υψηλής θερμοκρασίας (HTES) και μετατροπέα θερμότητας σε ισχύ (H2P).
Για σύγκριση χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα αναφοράς L χωρίς τη μονάδα PHPS. Tα δύο συστήματα δοκιμάστηκαν είτε με ηλεκτρικό θερμαντήρα με συντελεστή απόδοσης (COP) 1 είτε με αντλία θερμότητας με COP 2,7.
Οι προτεραιότητες του συστήματος LP
Οι ακαδημαϊκοί εξήγησαν τις 3 προτεραιότητες χρήσης ενέργειας για το σύστημα LP οι οποίες έχουν να κάνουν με φωτοβολταϊκά.
«Οι προτεραιότητες χρήσης ενέργειας για το σύστημα LP είναι:
1ον η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας να καλύπτεται κατά προτεραιότητα από την παραγωγή φωτοβολταϊκών, ακολουθούμενη από το σύστημα PHPS και τέλος από την μπαταρία ιόντων λιθίου.
2ον η ζήτηση θέρμανσης καλύπτεται κατά προτίμηση από το LTES, στη συνέχεια από φωτοβολταϊκά, PHPS και τέλος από ιόντα λιθίου.
3ον όταν υπάρχει πλεόνασμα φωτοβολταϊκής παραγωγής, αυτό χρησιμοποιείται κατά προτίμηση για τη φόρτιση της μπαταρίας ιόντων λιθίου, στη συνέχεια του PHPS και τέλος του LTES.
Οποιαδήποτε εναπομένουσα πλεονάζουσα παραγωγή φωτοβολταϊκών διοχετεύεται στο δίκτυο χωρίς αμοιβή.
Αυτό ισχύει και για τη διαμόρφωση του συστήματος L, αφαιρώντας το PHPS», εξήγησαν οι ακαδημαϊκοί.
Σύστημα χαμηλού κόστους
Η ετήσια συνολική ζήτηση ενέργειας του συστήματος ορίστηκε σε 20 MWh, με τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας να αντιστοιχεί σε 4 MWh και τη ζήτηση θέρμανσης σε 16 MWh.
Η διάρκεια ζωής όλων των τεχνολογιών στη διαμόρφωση θεωρήθηκε ότι είναι 25 χρόνια, με το κόστος ανά ισχύ ισχύος των φωτοβολταϊκών να είναι 800 € (910,2 $)/kW.
Το σταθμισμένο μέσο κόστος κεφαλαίου θεωρήθηκε 4% και ο πληθωρισμός ορίστηκε στο 2%.
Μέσω της ανάλυσής τους, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η υβριδοποίηση μπαταριών ιόντων λιθίου με ένα σύστημα PHPS χαμηλού κόστους είναι γενικά προτιμότερη από μια εγκατάσταση μίας μόνο μπαταρίας ιόντων λιθίου, ανεξάρτητα από τις διακυμάνσεις στο κόστος και το COP της αντλίας θερμότητας.
Επιπλέον, διαπίστωσαν ότι το χαμηλό κόστος ανά ενέργεια και ισχύ εισόδου του συστήματος PHPS το καθιστά ιδανικό για την αποθήκευση υψηλής μέγιστης ισχύος από φωτοβολταϊκή παραγωγή και την παροχή βασικού φορτίου ζήτησης ισχύος για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους.
Οι επιστήμονες διαπίστωσαν επίσης ότι το επίπεδο κόστους ενέργειας (LCOE) για ένα σύστημα LP με αντλία θερμότητας ήταν 76 €/MWh, ενώ ήταν 147 €/MWh για ένα σύστημα LP με ηλεκτρική θερμάστρα.
Σε σύγκριση, το σύστημα L με αντλία θερμότητας είχε LCOE 77 €/MWh και 149 €/MWh όταν χρησιμοποιούσε ηλεκτρική θερμάστρα.
Το βέλτιστο μέγεθος της φωτοβολταϊκής μονάδας ήταν 7 kW για το σύστημα L με αντλία θερμότητας και 10 kW για όλα τα άλλα συστήματα.
Το ποσοστό ιδιοκατανάλωσης φωτοβολταϊκών διαπιστώθηκε ότι ήταν 68,3% στην περίπτωση LP με αντλία θερμότητας, 68,1% για την περίπτωση L με αντλία θερμότητας, 79,5% για το σύστημα LP με ηλεκτρικό θερμαντήρα και 68,6% για το σύστημα L με ηλεκτρικό θερμαντήρα.
«Σύμφωνα με τις υποθέσεις αυτής της μελέτης, η υβριδική λύση μειώνει το επίπεδο κόστους της καταναλωμένης ενέργειας κατά 7% σε σύγκριση με ένα σύστημα που βασίζεται αποκλειστικά σε μπαταρίες ιόντων λιθίου, ενώ ταυτόχρονα αυξάνει την ιδιοκατανάλωση φωτοβολταϊκών έως και 20%», κατέληξε η ομάδα.
www.worldenergynews.gr
