波动性是大多数可再生能源的固有特征。这尤其适用于风力发电和光伏发电。历史数据显示,在西欧和中欧,我们几乎每年都会经历大约两周的所谓黑暗低迷。另一方面,在刮风的日子里,尤其是在阳光充足的时候,电力生产严重过剩,导致发电厂关闭,能源出口有时价格为负。因此,很明显,一个能够利用过剩生产并将其用于“糟糕时期”的储能系统是建设去化石化部门耦合能源基础设施的重要基石
在研究到2050年实现欧盟二氧化碳减排目标的不同情景时,大多数情景都确定了每年3000万至7000万吨的氢气需求。对德国的预测在每年1000万至1500万吨之间。可以肯定地说,存储系统应该为平均需求提供60天的储备。在这种情况下,欧盟将获得500万至1200万吨。
幸运的是,欧洲拥有许多可用的盐矿,如今许多盐穴被用于储存天然气或石油。
英国和美国的一些氢盐洞穴储存场已经使用了几十年,都为附近的化学和石化设施供电。
典型的盐穴是通过冲洗地下岩盐矿床产生盐水的结果。德国北部或波兰的大多数洞穴位于500-2500米的深度,直径为50至100米,高度为100至500米。典型的最大允许填充压力为150至200巴。为了使洞穴保持稳定,并非所有的填充物都可以用作工作气体。大约1/3必须留在洞穴中作为缓冲气体,剩下的2/3可以用作储存操作的工作气体
尽管有独特的缓冲气体要求,但洞穴的储存能力是巨大的。一个直径为60米、高度为300米、填充压力为175巴的平均洞穴含有1亿Nm3的工作气体。如果氢气相当于300 GWh,可用于加热、钢铁生产、移动或再转化为电能。对于后者,利用目前可用的燃料电池技术,约60%的能量可以回收用于发电。这绝对与最好的燃气发电厂不相上下,但具有不需要碳捕获的优点。一个典型的地下储气库由几个洞穴组成,称为Epe,位于德国西北部,现在可以储存高达40亿Nm3的天然气。
当我们把这些数字加起来时,我们可以看到,根据上述情况,欧洲将需要大约15到33 Epe当量,或目前德国地下储存容量的2到5倍。由于并非所有现有场地都可以转换为氢气使用,并且考虑到洞穴的冲洗时间为2至5年,因此显然必须紧急开始扩建活动
填充和操作这种地下储存的特点是可变的吸入和排出压力,特别是由于风力和光伏发电的波动行为导致的高度波动的体积流量需求。幸运的是,NEUMAN&ESSER在这一领域已经拥有丰富的经验,将变速驱动和逆流控制等不同的控制手段相结合,以最节能的方式满足需求。与天然气储存的一个主要区别是,它们可以使用涡轮压缩机作为基本负载,使用往复式压缩机作为峰值负载或非常小的负载。由于涡轮压缩机无法有效地将氢气压缩到这些压力,往复式压缩机也接管了氢气储存场所的基本负载任务。再一次,他们的效率是惊人的。当从60巴的管道压力压缩到200巴的储存压力时,这种基载压缩机消耗约15兆瓦,体积流量为300000 Nm3/h,占氢气中所含能量的1.6%。在60至120巴的压力下,在填充阶段的中间,只需要0.9%
总而言之,可以看出氢气在未来的能源基础设施中发挥着重要作用,NEUMAN&ESSER已准备好应对这一关键领域当前和未来的所有压缩挑战