Korea teadlased ⟩ Energiapöördes pole vesinikule vastast

Foto: REUTERS / Benoit Tessier

Korea energia uurimisinstituudi (Korea Institute of Energy Research ehk KIER) teadlaste meeskond on edukalt näidanud, et roheline vesinik aitab tasakaalustada taastuvenergia muutlikku iseloomu ja isegi sesoonsust.

Roheline vesinik on vesinik, mis saadakse vee elektrolüüsi teel, kasutades elektrienergiat taastuvatest allikatest, nagu päikese- ja tuuleenergia. See tootmismeetod on keskkonnasõbralik, kuna ei eralda süsinikdioksiidi.

Dr Joungho Park ja tema uurimisrühm energia AI ja arvutiteaduste laboratooriumis Korea energia uurimisinstituudis (KIER) on jõudnud järeldusele, et roheline vesinik, mis hõlbustab üleliigse energia muundamist ja säilitamist, on kõige tõhusam viis jagu saada päikese- ja tuuleenergia kombineeritud võrgusüsteemi volatiilsuse probleemist.

Taastuvenergia on üha enam rõhutatud kui peamine vahend süsinikuneutraalsuse ja energiajulgeoleku saavutamiseks. ÜRO 28. kliimakonverentsil (COP-28, detsember 2023) lepiti kokku, et taastuvenergia tootmisvõimsust tuleb 2030. aastaks kolmekordistada. Selle globaalse algatuse toetuseks teatas Korea Vabariik 2024. aasta mais oma «Taastuvenergia leviku laiendamise ja tarneahela tugevdamise strateegiast» (kaubandus-, tööstus- ja energiaministeerium), et toetada kodumaise taastuvenergia tööstuse jätkusuutlikku kasvu.

Taastuvenergia laiendamiseks on oluline hallata muutlikke asjaolusid, nagu katkendlik päikesekiirgus ja tuule kiirused, lisaks distributsioonile. Võrgu turvalisuse ja efektiivsuse tagamine nõuab võimet paindlikult reageerida nii puudujääkidele kui ka ülejääkidele. Lahendusena pakutakse Power-to-Gas (P2G*) tehnoloogiat, mis kasutab üleliigset taastuvenergiat süsinikuvaba rohelise vesiniku tootmiseks ja kompenseerib muutlikkust õigeaegse kasutamise kaudu.

*P2G (Power-to-Gas): Tehnoloogia, mis muundab elektrienergia gaasiks, näiteks vesinikuks või metaaniks, kasutades taastuvenergiat, nagu päikese- ja tuuleenergia, ning võimaldab seda säilitada.

Teadlaste meeskond töötas välja mudeli, et määrata kindlaks rohevesiniku süsteemi optimaalne ulatus ja tõhusus taastuvenergia võrgusüsteemis. Mudel põhineb Jeju saare ilmastiku- ja elektrinõudluse andmetel, kus päikese- ja tuuleenergia moodustavad 20 protsenti kogu energiatarbimisest. See võimaldab mudelil tuletada rohevesiniku süsteemi optimaalne ulatus vastavalt 2030. aasta eesmärgile saavutada 21,6-protsendiline taastuvenergia osakaal.

Kui mudelisse sisestatakse meteoroloogilised andmed, nagu tuule kiirus, päikesekiirgus ja temperatuur, arvutatakse tunnipõhine energiatoomine ja võrreldakse seda tegelike energiatarbimise andmetega. Nii kontrollitakse energiavarustuse ja -nõudluse piisavust ning üle- või alavarustuse korral rakendatakse rohevesiniku süsteemi ja akusid, et määrata optimaalse süsteemi tasandatud elektrikulu (system Levelized Cost of Electricity ehk sLCOE*) ja energiavarustuse kaotuse tõenäosus (Loss of Power Supply Probability ehk LPSP*). Nii saab määrata iga rohevesiniku ja akusüsteemi majandusliku teostatavuse ja stabiilsuse funktsiooni ulatuse järgi ning prognoosida optimaalset ulatust.

*sLCOE: See termin viitab elektri tasandatud maksumusele, mis arvutatakse, jagades kogu kapitali- ja tegevuskulud elektritootmiseks kogu tarnitud elektri hulgaga.

​Erinevalt traditsioonilisest LCOEst, mis põhineb kogu toodetud elektril ega arvesta energiakadu, käsitleb sLCOE neid puudusi, arvestades tarnitud elektrit.

*LPSP: See on näitaja elektrivõrgu stabiilsuse kohta, mis arvutatakse, jagades tarnitud elektri vajaliku elektriga. Väärtus, mis on lähedal nullile, näitab, et energiavarustus vastab nõudlusele piisavalt. Kui väärtus on suurem kui null, tähendab see, et nõudlust ei rahuldata täielikult, mis võib põhjustada elektrikatkestusi. Seetõttu on vaja energiakonversiooni ja -salvestussüsteemi, et seda puudujääki korvata.

Simulatsioonitulemused näitasid, et kui kasutatakse ainult päikeseenergiat, on akud kõige tõhusam lahendus muutlikkuse ületamiseks, samas kui ainult tuuleenergia kasutamisel on kõige tõhusam roheline vesinik. Kuid kui päikese- ja tuuleenergia kombineeritakse võrdselt, näitas roheline vesinik kõige suuremat majanduslikku efektiivsust ja väikseimat energiavarustuse kaotust. See leid langeb kokku poliitiliste suundadega, mis soodustavad tasakaalustatud päikese- ja tuuleenergia kasutuselevõttu ning võib olla aluseks taastuvenergia üleminekustrateegiate väljatöötamisel.

Avaldatud töö juhtivautor dr Joungho Park märkis: «See uuring on oluline, kuna see kinnitab rohelise vesiniku kasutamise tõhusust energiavõrgu ebastabiilsuse ja tootmispiirangute probleemide lahendamisel, mis tulenevad taastuvenergia laienemisest.» Ta lisas: «Optimaalsete energiakonversiooni ja -salvestussüsteemide seadistuste kavandamine, mis on kohandatud erinevate piirkondade omadustele ja olukordadele, pakub see uurimus teadmisi valitsusele ja ettevõtetele rohevesiniku strateegiate väljatöötamiseks, hõlbustades ratsionaalset otsuste tegemist.»

See uurimus, mis tehti koostöös professor Jay H. Lee meeskonnaga Lõuna-California ülikooli (University of Southern California ehk USC) Morki keemia- ja materjaliteaduse osakonnast, avaldati rahvusvahelises ajakirjas Energy Conversion and Management. Uuringut toetas Korea energia uurimisinstituudi (KIER) põhiteadusuuringute programm.

Allikas: Eurekalert