پروژه هیبرید خورشیدی–هیدروژنی در پایگاه قطب جنوب برنامه‌ریزی شد

یک پروژه پایلوت که سیستم فتوولتائیک (PV) 27 kW را با باتری‌ها و سلول‌های سوختی هیدروژنی ترکیب می‌کند، در یک پایگاه علمی شیلیایی روی یک جزیره در قطب جنوب در حال توسعه است.

این پروژه در پایگاه علمی Professor Julio Escudero Scientific Base که توسط Chilean Antarctic Institute (INACH) در جزیره کینگ جورج اداره می‌شود، در حال اجرا است. این جزیره در حدود 120 km از ساحل قطب جنوب فاصله دارد.

این ابتکار توسط آژانس آلمانی Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) به عنوان بخشی از پروژه Team Europe Renewable Hydrogen Development (RH2) اجرا می‌شود و با هم‌تأمین مالی از سوی European Union و Germany’s Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWE) همراه است.

هدف طرح پیشنهادی، آزمودن راهکارهای انرژی هیبریدی در یکی از سخت‌ترین محیط‌های عملیاتی جهان و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی در زیرساخت‌های قطب جنوب است.

مطابق مطالعه پیش‌امکان‌سنجی پروژه، یکی از گزینه‌های بررسی‌شده یک نیروگاه فتوولتائیک 27 kW با استفاده از پنل‌های خورشیدی تک‌بلوری 500 W است. این پیکربندی برآورد می‌شود روزانه 66 kWh، ماهانه 1,980 kWh و در یک فصل شش‌ماهه 11,880 kWh تولید کند. با توجه به توان هر ماژول، طراحی حدوداً به 54 پنل خورشیدی نیاز خواهد داشت. گزارش همچنین این گزینه را با یک نیروگاه بادی 12 kW و یک سیستم 11 kW پنل اپتوالکتریک مقایسه می‌کند.

در بخش هیدروژن، طرح مفهومی تولید هیدروژن در محل را با استفاده از یک الکترولایزر کوچک با ظرفیت تقریبی 0.5 مترمکعب نرمال بر ساعت (Nm³/h)، معادل 1 kg هیدروژن در روز، و مصرف برق نامی 2.4–5 kW پیش‌بینی می‌کند. مطالعه اجازه استفاده از فناوری‌های الکترولایزر قلیایی، الکترولایزر غشایی پروتونی (PEM) یا الکترولایزر غشایی آنیونی (AEM) را می‌دهد، زیرا هر سه فناوری نیازهای پروژه پایلوت را برآورده می‌کنند.

هیدروژن به صورت گاز در مخازن یا سیلندرهای ذخیره هیدروژن ثابت با ظرفیت حداقل 5 kg و فشار حداکثر 30–40 bar ذخیره خواهد شد. هیدروژن ذخیره‌شده سلول‌های سوختی غشایی پروتونی را تغذیه می‌کند که برای تأمین 30 kW توان پشتیبان برای آزمایشگاه پایگاه تا سقف دو ساعت در ماه طراحی شده‌اند. مصرف هیدروژن برآوردی برای این منظور 4.14 kg در ماه، 25 kg در فصل عملیات و 50 kg در سال است.

برق تولیدشده توسط سلول‌ها نیازمند یک اینورتر 30 kW و یک کلید/تابلو انتقال خودکار (ATS) برای جداسازی و تغذیه مستقیم آزمایشگاه در صورت قطع برق است. طراحی سیستم همچنین شامل دتکتور نشت هیدروژن، سیستم‌های هشدار، مکانیزم‌های قطع اضطراری / سیستم شات‌دان، کنترل حرارتی، سیستم تهویه، تجهیزات تصفیه آب و لوله‌کشی فولاد زنگ‌نزن برای ونتینگ/تهویه کنترل‌شده هیدروژن، آب و اکسیژن می‌شود.

این پروژه پس از مطالعاتی در سال‌های 2022 و 2023 شکل گرفت که امکان‌سنجی فنی و اقتصادی استفاده از هیدروژن به‌عنوان منبع برق و گرما در شرایط فوق‌العاده را بررسی کردند. این تحلیل‌ها نتیجه گرفتند که امکان توسعه یک سیستم مدولار قادر به تولید، ذخیره و استفاده از هیدروژن تجدیدپذیر در محل وجود دارد.