Integration of a Hydrogen Solution for Solving Power-Related Grid Problems
Bachelor thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3007624Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Elektrifisering og økende andel av fornybar energi har tydeliggjort behovet for nye energibærere.Dagens strømnett er designet for et økende behov på noen få prosent årlig.Dagens behov øker mye raskere enn dette. Den raske økningen i elektrisistetsbehov økerpresset på strømnettet. Utbygging av strømnettet er dyrt og tidkrevende. Alternativeløsninger må vurderes for å muliggjøre overgangen fra et fossilbasert til et miljøvennligenergisystem.
I dag er det et begrenset antall løsninger som tilbyr langsiktig lagring av energi. Hydrogener en mulig løsning på dette problemet. Med hydrogen kan man lagre store mengder energiover lange perioder, som kan utnyttes ved behov. Denne energien kan bidra til å stabiliserestrømnettet, samt utsette eller unngå behovet for dyre oppgraderinger. Varierende energiforsyningog energibehov gjør det utfordrende å dimensjonere fremtidige oppgraderingerav strømnettet. Resultatet kan være at nettet dimensjoneres for situasjoner som sjeldenforekommer. Dette kan gi høye og tildels undøvendige utgifter. Basert på dette er detaktuelt å se på om alternative løsninger kan utsette eller fjerne behovet for slike dyreoppgraderinger av strømnettet.
Oppgaven dreier seg i hovedsak om hvorvidt en hydrogenbasert løsning er konkurransedyktigi forhold til oppgraderinger av strømnettet. Hovedmålet med oppgaven er å presentereen sammenligning av disse to løsningene. Dette gjøres ved hjelp av en økonomisk analyse.Den økonomiske analysen brukes som grunnlag for å vurdere konkurransedyktigheten tilen hydrogenløsning. Denne består av å beregne hydrogenkostnad over levetiden, LCOH,og energiproduksjon over levetiden, LCOE.
Beregningene viser at et elektrolyseanlegg i Meråker på 1.25 MW, kan produsere hydrogentil en LCOH-pris på 47.5 NOK/kg etter kompresjon. Dersom man legger til lagring ogtransport blir LCOH-prisen betydelig høyere. Dette gir en LCOH-pris på 71.0 NOK/kg.Denne prisen illustrerer hvor viktig transport er for den totale prisen. I denne oppgavenser man på muligheten for å bruke hydrogenet i Sørli, rundt 300 km fra Meråker. Denstore transportkostnaden illustrerer at fremtidige småskalaprosjekter bør være i nærhetenav produksjonssted.
Det er gjort antagelser som forenkler kalkulasjonene. Videre arbeid bør ta for seg disseantagelsene i mer detalj. Hydrogenmarkedet er i stadig utvikling. Fremtidig teknologiogmarkedsutvikling kan endre premissene som ligger til grunn for denne oppgaven.Resultatene fra oppgaven viser at en hydrogen løsning kan gi samme pris som alternativeløsninger for oppgraderinger av nettet. Prisen på elektrisiteten som anlegget produsererer 6.25 NOK/kWh. Dette gir en totalpris for hydrogenløsningen på 210 MNOK. Til sammenligninger prisen på de ulike nettoppgraderingsløsningene mellom 144 og 226 MNOK.Sentrale aktører regner med at prisen på hydrogen vil kunne leveres til lavere priser enndet som fremkommer her. På sikt vil dette kunne gi mer konkurransedyktige hydrogenløsninger. Electrification and the growing share of renewable energy have highlighted the need fornew energy carriers. Today’s electrical grid is designed for an increasing demand of afew percent annually. The current demand increases much faster. The rapid increasein electricity demand increases the pressure on the electrical grid. Development of theelectrical grid is expensive and time-consuming. Alternative solutions must be consideredto enable the transition from a fossil-based to an environmentally friendly energy system.
Today, there are a limited number of solutions that offer long-term storage of energy.Hydrogen is a possible solution to this problem. Hydrogen can store large quantitiesof energy over long periods. This energy can be utilised when needed. Consequently,hydrogen can contribute to stabilise the electrical grid, and delay or prevent the need forexpensive grid upgrades. Varying energy supply and energy demand make it challengingto dimension future grid upgrades. The result may be that the grid is dimensioned forsituations that rarely occur. This can result in high and sometimes unnecessary expenses.Based on this, it is relevant to look at whether alternative solutions can delay or eliminatethe need for such expensive electrical grid upgrades or not.
The thesis investigates whether a hydrogen-based solution is competitive compared toupgrading the electrical grid. The main objective of the thesis is to present a comparisonof these two solutions. The result is based on an economic analysis. This is used as a basisfor assessing the competitiveness of a hydrogen solution. The economic analysis consistsof calculating hydrogen cost over lifetime, LCOH, and energy production over lifetime,LCOE.
The calculations show that an electrolysis plant in Meråker of 1.25 MW, can producehydrogen at an LCOH price of 47.5 NOK/kg after compression. With additional storageand transport, the LCOH price is significantly higher. This gives an LCOH price of 71.0NOK/kg. This price illustrates how important transport is for the total price. This studyevaluates the possibility of using the produced hydrogen in Sørli, around 300 km fromMeråker. The large transport cost illustrates that future small-scale projects should bein close distance to the production site.
Assumptions have been made that simplify the calculations. Further work should addressthese assumptions in more detail. The hydrogen market is constantly changing. Futuretechnology and market development may change the premises on which this thesis isbased.
The results from the thesis show that a hydrogen solution can give the same price asalternative solutions for upgrades of the grid. The price of electricity produced from thefuel cell is 6.25 NOK/kWh. This gives a total price for the hydrogen solution of 210MNOK. In comparison, the prices of the various grid upgrade solutions are between 144and 226 MNOK. Market participants expect that the price of hydrogen can be deliveredat significantly lower prices than what is presented in this study. In the long-term, thiscould provide even more competitive hydrogen solutions.