Istraživači su ispitali mogućnost postavljanja fotonaponskih sustava između tračnica i utvrdili da bi se na prikladnim dionicama pet nadzemnih željezničkih koridora moglo instalirati više od 8,5 MW fotonaponskih kapaciteta.

Ovom je studijom razvijen okvir za tehničko-ekonomsku analizu fotonaponskih sustava integriranih u željezničku infrastrukturu (rail-integrated photovoltaics – RIPV) na pet gradskih željezničkih koridora u Južnoj Koreji. Studija pokazuje da bi se na 28,4 km prikladnih dionica mogli postaviti fotonaponski sustavi ukupne snage 8,51 MW, s godišnjom proizvodnjom od 9,95 GWh. Bez baterija, 62,3 % proizvedene energije moglo bi se izravno iskoristiti za vuču vlakova, dok bi se ostatak predavao u mrežu ili bi se proizvodnja ograničavala. Baterijska pohrana smanjila bi neiskorišteni višak s približno 38 % na 8,5 %, uz povećanje niveliranog troška električne energije za oko 10 %. Uz subvenciju od 40 % početnog ulaganja, vjerojatnost povrata ulaganja u roku od 12 godina iznosi 68 %. Takvi sustavi omogućuju proizvodnju obnovljive energije bez zauzimanja dodatnog zemljišta.

Međunarodni istraživački tim ispitao je mogućnost postavljanja fotonaponskih sustava između tračnica u Južnoj Koreji kako bi se povećala proizvodnja solarne energije bez zauzimanja oskudnog raspoloživog zemljišta. Istraživači su utvrdili da bi se na prikladnim dionicama pet nadzemnih željezničkih koridora moglo instalirati više od 8,5 MW fotonaponskih kapaciteta, čime su istaknuli potencijal postojeće prometne infrastrukture za razvoj solarne energije u gusto naseljenim područjima.

„Gusto naseljena metropolitanska područja trebaju strategije razvoja obnovljivih izvora energije koje ne zahtijevaju dodatno zemljište. Željeznički koridori nude takvu mogućnost jer već zauzimaju javni prostor koji se proteže duž trase i neposredno su povezani s infrastrukturom za napajanje vlakova i distribuciju električne energije“, naveli su istraživači.

„Naša studija ispituje može li prometni sustav iskoristiti električnu energiju iz fotonaponskih sustava unutar željezničkih koridora, koliko se električne energije mora predati u mrežu ili koliko se proizvodnje mora ograničiti, koliki je kapacitet pohrane potreban te kako financijska neizvjesnost utječe na vjerojatnost povrata ulaganja“, dodali su.

Istraživači su procijenili pet nadzemnih željezničkih koridora: pruge Gaya i Donghae u Busanu, nadzemne dionice linije 1 seulskog metroa i linije 1 metroa u Daeguu te odabrane otvorene dionice pruge Gyeongbu, koja povezuje Seul i Busan.

Koristeći prostorne podatke OpenStreetMapa o željezničkim trasama i korejski digitalni model površine u programu QGIS, istraživači su isključili tunele, vijadukte i dionice pruge na kojima godišnji gubici zbog zasjenjenja premašuju 15 %.

Simulirali su postavljanje fleksibilnih laminata od monokristalnog silicija širine 1,05 metara, uz najmanji razmak od 150 mm od glave tračnice sa svake strane. Laminati su imali nazivnu učinkovitost od 21,4 % i gustoću snage od 214 W/m².

U simulacijama su pretpostavljeni gubici zbog zaprljanja (fouling losses) od 3,5 %, uključujući dodatni postotni bod zbog prašine sa željezničke pruge, te ukupni gubici zbog neusklađenosti električnih karakteristika modula i ožičenja na istosmjernoj strani od 2 %. Istraživači su također pretpostavili učinkovitost izmjenjivača od 97,5 % i albedo od 0,18 za tucanik i betonske pragove. Model proizvodnje provjerili su usporedbom s podacima o izmjerenoj proizvodnji krovnog fotonaponskog sustava u Busanu tijekom 17 mjeseci.

Tim je potom simulirao proizvodnju fotonaponskih sustava na pruzi i usporedio je sa satnim profilima potražnje za električnom energijom za vuču vlakova kako bi izračunao vlastitu potrošnju, predaju energije u mrežu i ograničavanje proizvodnje. Usporedio je i centralizirane i distribuirane izvedbe električnog priključka te procijenio učinak litij-željezo-fosfatnih (LFP) baterija kapaciteta do 2 kWh po kilovatu instalirane fotonaponske snage.

Istraživači su procijenili financijske rezultate sustava tijekom 20 godina, uz pretpostavljenu godišnju degradaciju fotonaponskih modula od 0,45 %. Proveli su analizu osjetljivosti i simulaciju metodom Monte Carlo s 10 000 ponavljanja kako bi uzeli u obzir financijsku neizvjesnost.

„Procjenom prikladnosti utvrđeno je 28,4 km nadzemnog željezničkog koridora i 39 760 m² površine na kojoj je moguće postaviti sustave. To odgovara fotonaponskom kapacitetu od 8,51 MW, na temelju korigirane potrebne površine modula od 4,67 m²/kW za koridor s normalnim kolosijekom širine 1435 mm“, naveli su istraživači.

Godišnju proizvodnju procijenili su na 9,95 GWh, uz faktor iskorištenja kapaciteta od 13,4 %, ponderiran instaliranom snagom. Bez pohrane energije, 62,3 % fotonaponske proizvodnje vremenski se podudaralo s potražnjom za električnom energijom za vuču vlakova. Od preostalih 37,7 %, u mrežu bi se moglo predati 19,8 % ukupne proizvodnje, dok bi se 17,8 % moralo ograničiti.

Istraživači su utvrdili da bi baterija kapaciteta 0,5 kWh/kW mogla smanjiti udio viška energije koji se ne može iskoristiti s približno 38 % na 8,5 % proizvodnje. Dodavanje baterije povećalo bi nivelirani trošak električne energije za približno 10 % kada se pri izračunu isporučene energije uzmu u obzir gubici tijekom punjenja i pražnjenja baterije. Prije uračunavanja tih gubitaka povećanje bi iznosilo 9,0 %.

„Probabilistička analiza daje medijan niveliranog troška električne energije (LCOE), izračunatog na temelju isporučene energije, od 170 USD/MWh te vjerojatnost povrata ulaganja u roku od 12 godina od 68 % uz subvenciju od 40 % početnog ulaganja, u usporedbi s približno jednom trećinom bez subvencije“, zaključili su istraživači.

Rezultati su predstavljeni u studiji „Urbana energetska infrastruktura otporna na klimatske promjene primjenom fotonaponskih sustava integriranih u željezničku infrastrukturu u Južnoj Koreji, gdje je raspoloživo zemljište ograničeno“ (Climate-resilient urban energy infrastructure through rail-integrated photovoltaics in land-constrained South Korea), objavljenoj u časopisu Engineering Science and Technology, an International Journal.

Istraživački tim činili su znanstvenici sa sveučilišta Dong-A i Kyungsung u Južnoj Koreji, Tehnološkog instituta Sumatra u Indoneziji te visokoškolske ustanove Higher Colleges of Technology u Ujedinjenim Arapskim Emiratima.

Stjepan Felber | Ekovjesnik

Dopušteno je citiranje kraćih dijelova članka uz obvezno navođenje autora, izvora i poveznice na izvorni članak. Svako preuzimanje cjelovitog članka ili njegovih većih dijelova bez izričitog odobrenja autora predstavlja povredu autorskih prava.

• JUŽNA KOREJA
• ŽELJEZNICA
• SOLARNA ENERGIJA
• FOTONAPONSKI SUSTAVI
• INOVACIJE
• OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE
• RIPV
• POHRANA ENERGIJE
• PROMETNA INFRASTRUKTURA