Undersøkelse av potensialet til hydrogen som energibærer og drivstoff innen landbruk

Abstract

Formålet med oppgaven er å undersøke potensialet til hydrogen som energibærer og drivstoff innen landbruk. Bacheloroppgaven er basert på 3 caser med to ulike fornybare energikilder. De fornybare energikildene er vind- og solkraft. I undersøkelsen benyttes vindkraft i case 1, solkraft i case 3 og vind- og solkraft sammen i case 2. Oppgaven har som hensikt å finne lønnsomheten i casene gjennom LCOH og kostnad per kWh benyttet energi. På bakgrunn av dette er problemstillingen:

Hvilket potensial har hydrogen til å være energibærer i et energiproduserende anlegg basert på fornybar energi innen landbruk? Hvor lønnsomt er det å konvertere elektrisk energi til hydrogen, og videre bruke denne innen drivstoff eller til å produsere elektrisk energi?

Oppgaven tar utgangpunkt i data fra NVE, PVGIST, NEL, Ballard, TrønderEnergi og Sintef. I casene produseres fornybar energi som lagres i batteri som korttidslagring og fordeles til drift eller til hydrogenproduksjon gjennom våtelektrolyse. Produsert hydrogen lagres og blir fordelt til brenselcelle for å dekke strømbehovet eller til drivstoff. Kostnader for casene blir beregnet og brukes til å finne LCOH og kostnad per kWh benyttet energi.

Resultatene viser at case 1 med vindkraft som fornybar energikilde, har lavest LCOH på 6,473 €/kg og kostnad per kWh benyttet energi på 44,84 NOK/kWh. Case 2 med sol- og vindkraft som energikilde har LCOH på 10,351 €/kg og kostnad per kWh benyttet energi på 63,28 NOK/kWh. Case 3 med solkraft som energikilde har LCOH på 81,52 €/kg og kostnad per kWh benyttet energi på 56,55 NOK/kWh.

Med dagens energipriser er det ikke lønnsomt å bruke hydrogen som energibærer til strømproduksjon innen landbruket, men med lavere investeringskostnader på komponenter og støtteordninger vil det i fremtiden kunne bli lønnsomt. Med dagens hydrogendrivstoff-pris på 90 kr per kg er konklusjonen at case 1 med vindkraft som fornybar energikilde har konkurransedyktig LCOH på 6,473 €/kg [40]. Potensialet til hydrogen som energibærer utnyttes best ved storskala energiproduksjon, der varmetap i elektrolysør og brenselcelle gjenvinnes, slik at totalt effektivitetstap under konvertering av energiform holdes på et minimum.

The aim of this research is to find the potential of hydrogen as an energy carrier and as fuel based on renewable energy. The research is based on 3 cases with different renewable energy sources. The renewable energy sources are wind and solar power, and they are used individually in two cases and are combined in one case. The purpose of the research is to find the profitability of the various cases through LCOH and cost per kWh of used energy. Based on this, the issue is:

What potential does hydrogen have to be an energy carrier in an energy-producing plant based on renewable energy for agriculture? How efficient is it to convert electrical energy into hydrogen, and how efficient is it to convert electrical energy into hydrogen, and further use it in fuel or to produce electrical energy?

The research is based on data from NVE, PVGIST, NEL, Ballard, TronderEnergi and Sintef. The cases produce renewable energy which is stored short time in battery and distributed for operation or for hydrogen production through electrolysis. The stored hydrogen is distributed to the full cell to cover power requirements or to fuel. Cost for the cases is calculated and used to find LCOH and cost per kWh of energy used.

The results show that case 1 with wind power as renewable energy source, had the lowest LCOH of 6,473 €/kg and cost per kWh used energy of 44,84 NOK/kWh. Case 2 with solar and wind power as energy source has an LCOH of 10,351 €/kg and an energy cost of 63,28 NOK/kWh. Case 3 with solar power as energy source has an LCOH of 81,52 €/kg and an energy cost of 56,55 NOK/kWh.

With current energy prices, it is not profitable to use hydrogen as an energy carrier for electricity production in agriculture, but with lower investment costs for components and support schemes, it can be profitable in the future. With the current hydrogen fuel price at 90 NOK per kg, the conclusion is that case 1 with wind power as a renewable energy source has a competitive LCOH of 6,473 €/kg [40]. The potential of hydrogen as an energy carrier is best utilized in large scale energy production, where heat loss in the electrolyze and fuel cell is recovered, so that efficiency losses during energy conversion are kept to a minimum.