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德國研究中心Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇｓｚｅｎｔｒｕｍ Ｊüｌｉｃｈ ＧｍｂＨ的科學(xué)家最近進行了一項研究，提出了一種優(yōu)化模型，將屋頂光伏陣列的太陽能發(fā)電與混合氫存儲在一個自給自足、絕緣良好、高效節(jié)能的住宅建筑中。
該模型根據(jù)技術(shù)選擇和各單元的能力提供了塑造混合動力系統(tǒng)所需的信息。研究人員解釋說：“我們首次展示了配備液態(tài)有機氫載體（ＬＯＨＣ）存儲系統(tǒng)和可逆固體氧化物電池（ｒｓｏｃ）的熱集成氫存儲單元如何使僅在屋頂安裝光伏的住宅建筑實現(xiàn)成本效益高、自給自足。”他們補充說，之所以選擇這種配置，是因為ＬＯＨＣ存儲能夠以相對較小的容量為光伏發(fā)電提供成本效益高的供應(yīng)。
ｌｏｈｃ是一種有機化合物，可以通過化學(xué)反應(yīng)吸收和釋放氫氣。該德國集團表示：“ＬＯＨＣ存儲系統(tǒng)的往返效率（電對電）為３０－４０％，無需熱回收。”在這個過程中，高達７０％的電能被轉(zhuǎn)化為熱量。住宅建筑提供了利用這一巨大份額的能源用于房間供暖或吸附冷卻的機會。”
ｒＳＯＣ技術(shù)將燃料電池的操作和電解結(jié)合成一個單元，能夠以氫氣的形式存儲多余的電力，并再次產(chǎn)生電能和熱量。“我們假設(shè)燃料電池模式下的ｒＳＯＣ以４５％的電效率和３５％的熱效率運行，以為脫氫過程解耦足夠的熱量，”學(xué)者強調(diào)說。“熱集成將往返電效率提高到約４０％，降低了住宅供暖子系統(tǒng)的熱量使用。”
他們指出，ｒＳＯＣ系統(tǒng)目前正處于實驗水平，其在住宅建筑中的性能是根據(jù)使用單獨固體氧化物燃料和電解電池的經(jīng)驗進行評估的。
在擬議的配置中，光伏系統(tǒng)的直流電源直接連接到混合氫系統(tǒng)、鋰離子電池、電熱水器和逆變器，后者反過來為家庭和熱泵提供交流電流。該建筑的房間采暖需求估計為每年１８．６千瓦時／平方米。該研究指出：“一個１８７平方米的居住面積和４個居民的模擬年能源需求是４０６２千瓦時的電力和３４８１千瓦時的熱量。”
分析表明，該建筑的光伏容量為２６．８千瓦，需要大量的季節(jié)性儲存能力，可以實現(xiàn)能源自給自足。研究小組補充說：“由于只有電池儲能，需要一個相對較大的熱泵，額定功率為６．８千瓦，儲能為４５８．９千瓦時，儲能為６０．０千瓦時（１．０ ｍ3），以確保冬季低光伏發(fā)電期間的供應(yīng)。”相比之下，如果采用混合氫系統(tǒng)，建筑陽光較少的西北部分對光伏容量的需求就會更少，每裝機容量的光伏使用系數(shù)就會更高。“可以觀察到，減少的發(fā)電能力變成了比鋰離子電池（ＬＩＢ）情況下的電池容量大１０倍的氫存儲容量，”論文強調(diào)。
與采用電池儲能和無氫系統(tǒng)的系統(tǒng)相比，采用ｒＳＯＣ ＬＯＨＣ技術(shù)的系統(tǒng)據(jù)稱前期投資成本可降低８０％。“在ＬＩＢ ｒＳＯＣ ＬＯＨＣ情況下，ｒＳＯＣ最優(yōu)解決方案的投資成本為７１９０歐元，額定功率為０．９１ ｋＷ（７９０１€／ｋＷ），”該研究的作者總結(jié)道。“由于ｒＳＯＣ將燃料電池和電解功能結(jié)合在一個組件中，這個價格可以在２０３０年的系統(tǒng)中實現(xiàn)。”
該系統(tǒng)在最近發(fā)表在《國際氫能雜志》（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ）上的一篇論文中提出。
