Under what conditions is production of hydrogen from offshore wind power economical?

Abstract

Denne avhandlingen hadde som mål å fastlå under hvilke omstendigheter offshore produksjon av grønn hydrogen er lønnsomt. For å gi et svar på dette spørsmålet, ble en optimeringsmodell laget for finne den beste konfigurasjonen og fordelingen av ren elektrisitet eksport og hydrogen produksjon ved lave elektrisitetspriser.

Siden både vindhastigheter og elektrisitetspriser er iboende flyktige og vanskelige å forhåndsbestemme, ble det brukt en Markov chain prediksjonsmodell basert på historisk data for å simulere tidsserier. Tidsseriene ble så brukt i tandem med inputparametere funnet i bakgrunnen av avhandlingen for å optimere et P2G system og øke lønnsomheten.

I løpet av skrivingen av denne avhandlingen, har det blitt mer og mer klart at hydrogenpriser og virkningsgraden til elektrolysører spiller en viktig rolle i lønnsomheten til et slikt system. Ved å bruke stordriftsfordeler og effektene av teknologiske fremskritt er det forventet at både virkningsgrad og kostnader vil oppleve store forandringer i tiårene som kommer. Dette vil etter alt å dømme, fortsette å redusere kostnadene til nullutslipps hydrogen.

Svaret på forskningsspørsmålet har to sider ved seg; ja, det er mulig å produsere økonomisk bærekraftig hydrogen fra offshore vindkraft, men modellen er begrenset ved at den ikke kan lagre hydrogen strategisk for langsiktig re-elektrifisering for å utnytte flyktigheten i strømpriser.

This thesis set out to determine under what conditions green hydrogen production from offshore wind is profitable. To answer this question, an optimisation model was built to find the optimal configuration and distribution between electricity export and hydrogen production at low-demand periods for electricity.

As wind speeds and electricity prices are inherently volatile and difficult to predict, Markov chain forecasting using historical data from credible sources was used to simulate time series. These time series were used in tandem with input parameters acquired during the background of this thesis to optimise a power-to-gas system to increase the profitability of wind parks.

During the course of writing this thesis, it has become apparent that hydrogen price and efficiencies of electrolysers play a crucial role in the profitability of a system like this. Using economies of scale and the effects of learning curves, costs and efficiencies are expected to experience great changes over the course of the next decades. This will by all accounts keep reducing production costs of zero-emission hydrogen.

The answer to the research question has two sides to it; yes, it is possible to produce economically competitive hydrogen from offshore wind, but the model is limited to a continuously exporting model, not considering long-term storage to truly take advantage of the volatility of electricity prices.