Naukowcy z Korei Południowej opracowali modele uczenia maszynowego, które z dokładnością przekraczającą 99% przewidują produkcję energii wiatrowej i zielonego wodoru na opuszczonych terenach kopalni. Badania wykazały, że koszt produkcji wodoru może spaść do 2,27-2,85 dolara za kilogram w ciągu 30-letniego okresu eksploatacji.
Algorytmy PSO-LSTM redukują błędy prognozowania o 25%
Zespół badawczy wykorzystał dwa modele uczenia maszynowego – sztuczną sieć neuronową (ANN) oraz sieć długiej pamięci krótkotrwałej (LSTM) – do jednoczesnego przewidywania mocy turbin wiatrowych i produkcji wodoru na trzech wyspiarskich lokalizacjach kopalni w Korei Południowej. Hiperparametry modeli zostały zoptymalizowane przy użyciu algorytmu optymalizacji rojem cząstek (PSO).
Model PSO-LSTM osiągnął znaczącą poprawę dokładności, redukując błąd średniokwadratowy (RMSE) o około 25% w lokalizacjach Gageodo-Ri i Socheong-Ri w porównaniu z tradycyjną siecią neuronową. Oba modele osiągnęły współczynnik determinacji R² przekraczający 0,9998 we wszystkich scenariuszach testowych obejmujących dane treningowe (2014-2021), walidacyjne (2022-2023) i testowe (2024).
Konkurencyjne koszty produkcji wodoru na opuszczonych kopalniach
Analiza techniczno-ekonomiczna wykazała znaczące różnice w kosztach produkcji wodoru między badanymi lokalizacjami. Zrównany koszt wodoru (LCOH) wynosi 2,584 dolara za kilogram w Damuldo-Ri, 2,272 dolara za kilogram w Gageodo-Ri oraz 2,845 dolara za kilogram w Socheong-Ri. Koszt został obliczony jako wartość bieżąca netto wszystkich kosztów systemu podzielona przez zdyskontowaną produkcję wodoru w ciągu 30 lat.
Wymagania dotyczące magazynowania wodoru w kompozytowych zbiornikach o ciśnieniu 800 barów wahają się od 4,7 do 5,2 ton metrycznych (124-137 m³) przy miesięcznym cyklu poboru, zmniejszając się do 1,1-1,2 ton (28-31 m³) przy cotygodniowym cyklu magazynowania.
Wysokowydajne ogniwa paliwowe z odzyskiem ciepła
Wydajność ogniw paliwowych oparta na stosie PEM z odzyskiem ciepła utajonego zapewnia roczną średnią moc elektryczną na poziomie 96,79 kW (stos), 13,79 kW (odzyskane) i 110,58 kW (łącznie) w Damuldo-Ri, co przekłada się na 973,13 MWh rocznie. W Gageodo-Ri system osiąga moc 127,65 kW (1120,93 MWh), natomiast w Socheong-Ri 99,70 kW (876,42 MWh).
Badania wykazały, że energia wiatrowa przyczynia się do 2-3 razy większych oszczędności CO₂ niż sama substytucja wodoru w poszczególnych lokalizacjach. Łączne roczne redukcje emisji CO₂ przez zastąpienie benzyny i energię elektryczną pochodzącą z wiatru wahają się od 277,24 do 354,59 ton CO₂, przy czym energia wiatrowa przyczynia się do oszczędności 701,14-896,74 ton CO₂.
Korea Południowa stawia na wodór z odnawialnych źródeł
Projekt wpisuje się w ambitną strategię Korei Południowej dotyczącą gospodarki wodorowej. Kraj planuje produkcję 3,9 miliona ton wodoru rocznie do 2030 roku, w tym 250 tysięcy ton z krajowych zielonych źródeł. Do 2050 roku cel wzrasta do 27,9 miliona ton rocznie, z czego 3 miliony ton ma pochodzić z zielonego wodoru.
Korea Południowa, borykając się z ograniczoną dostępnością gruntów due to highest population density among OECD nations (ponad 500 osób na kilometr kwadratowy), wykorzystuje około 5475 opuszczonych lub zamkniętych terenów kopalni jako potencjalne lokalizacje dla projektów odnawialnych źródeł energii.
Przyszłość zrównoważonej energetyki na terenach poprzemysłowych
Badania potwierdzają, że repurposing opuszczonych terenów kopalni stanowi efektywne rozwiązanie dla produkcji zielonego wodoru i znaczącej redukcji emisji CO₂. Wykorzystanie sztucznej inteligencji w przewidywaniu produkcji energii wiatrowej i wodoru umożliwia optymalizację projektowania systemów energetycznych, lepsze planowanie magazynowania i dostaw oraz redukcję kosztów operacyjnych. Takie podejście stanowi kluczowy element transformacji energetycznej, łącząc rekultywację terenów poprzemysłowych z dekarbonizacją sektora energetycznego.