Cross-climate analysis of techno-economic metrics in bi-level electrical and hydrogen storage systems for off-grid electrification of buildings
Notice bibliographique
Résumé
Hybrid energy storage systems (ESS) are a viable solution for sustainable energy transition and decarbonization within the building sector. Nonetheless, the cost-effective design of hybrid ESSs remains a challenging issue, particularly for stand-alone buildings. In this context, the present study aims to provide insights into the cross-climate performance and techno-economic feasibility of a bi-level ESS driven by PV panels for off-grid power supply to office buildings. The hybrid bi-level ESS strategies incorporate electrical energy storage and two types of hydrogen storage systems, i.e., hydrogen-battery storage (HBS) and metal hydride-battery storage (MHBS) systems. To this end, a comprehensive techno-economic analysis of these systems is carried out under various climatic conditions according to the Köppen classification. A dynamic simulation model is established in TRNSYS coupled with a Fortran code, addressing the transient comportment of bi-level ESS strategies. A typical mid-rise office building is modeled using the OpenStudio-EnergyPlus plugin to simulate hourly energy demand in each climate. Adopting a statistical approach, a multi-objective optimization framework is developed to isolate the office building from the grid while minimizing hybrid system costs. The economic analysis based on the range-bar concept evaluates variations of techno-economic metrics triggered by alterations in the equipment costs within each quartile. The results indicate that the dry climate (zone B) has the lowest median (2 nd quartile cost) levelized cost of electricity (LCOE) for HBS and MHBS systems, at 0.097 and 0.192 $/kWh, respectively, followed by tropical one (zone A). Moreover, the levelized cost of hydrogen (LCOH) values range from 3.87 to 7.71 $/kg. Employing a predictive algorithm, the results imply that by the end of 2050, the LCOH for off-grid electrification of office buildings will be lower than 3.75 $/kg, regardless of the climatic conditions, having on average an annual decrement rate of 0.123 $/kg for all scenarios. • Dry climate shows the lowest median LCOE for both bi-level energy storage systems. • Gaseous hydrogen scenarios show on average 71.4 % lower LCC than metal hydride ones. • The LCOE in cases with metal hydride storage is more sensitive to climatic conditions. • Battery-metal hydride storage in continental zone is the most unfavorable solution. • The LCOH will be reduced by more than half within a 25-year period in all climate zones.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,005 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».