Ученые из Университета Бирмингема в Великобритании предложили систему, которая позволяет производить экологически чистый водород прямо в открытом море, без подключения к береговой энергосети. Для этого они объединили в одной цепочке несколько технологий: гибридный преобразователь волновой и приливной энергии, суперконденсаторы и аккумуляторы, электролизер с протонообменной мембраной и подводное хранилище водорода.
Идея исследователей состояла не просто в том, чтобы собрать энергию моря, а в том, чтобы сделать ее пригодной для постоянной работы оборудования. Волны дают энергию неравномерно, с резкими скачками, тогда как приливные течения более стабильны. Разработанный гибридный преобразователь использует оба источника одновременно: вертикальные колебания буя от волн и горизонтальное движение воды во время приливов. Эти движения объединяются и вращают один генератор. За счет этого провалы одного источника частично компенсируются другим, и выработка энергии становится более ровной.
Работу системы ученые оценили на основе реальных данных по волнам и приливам в британских водах за 2024 год. В расчетной модели платформа оснащена шестью такими гибридными установками. Их средняя суммарная мощность составила 64,8 кВт, а пиковая – 108 кВт. Это примерно столько же, сколько потребляет небольшой офис или автономная морская платформа с жилыми и техническими модулями. Зимой и весной каждая установка могла выдавать более 20 кВт, летом – около 7-11 кВт, что хорошо показывает сезонный характер морской энергии. Чтобы такие колебания не мешали работе системы, в нее включены суперконденсаторы и аккумуляторы. Они сглаживают кратковременные перепады мощности и поддерживают стабильное напряжение.
Полученное электричество используется для работы электролизеров, которые расщепляют воду на водород и кислород. В расчетной конфигурации их номинальная мощность составляет 78 кВт, а коэффициент загрузки – около 72%, что считается оптимальным для такого оборудования. В устойчивом режиме система производит от 1,2 до 1,4 кг водорода в час. За год это около 12,4 тонны водорода. Такого объема, например, хватило бы, чтобы обеспечить топливом несколько десятков водородных автомобилей в течение года.
Энергозатраты на производство одного килограмма водорода составили от 46,8 до 55,7 кВт·ч в зависимости от сезона. Это сопоставимо с показателями наземных водородных установок, несмотря на более сложные условия работы в море. Общая эффективность всей цепочки (от движения воды до готового водорода) находится на уровне около 20%. Для морских энергетических систем это считается хорошим результатом.
Отдельное внимание в исследовании уделено хранению водорода. Ученые показали, что держать большие запасы водорода прямо на платформе в баллонах высокого давления невыгодно: это занимает много места и сильно удорожает проект. Вместо этого предлагается использовать подводные выработанные газовые месторождения как хранилища. Это позволит сократить объем оборудования для хранения примерно в 18 раз и снизить стоимость хранения до уровня менее 1,5 доллара за килограмм водорода. Для примера, запас около 170 кг водорода может обеспечивать автономную платформу мощностью около 40 кВт в течение трех суток без дополнительной генерации.
