| dc.description.abstract | Verden er for tiden gjennom et grønt skifte, og avkarbonisering står høyt på agendaen. I den forbindelse har det oppstått økt interesse for produksjon av grønn ammoniakk som erstatning for konvensjonell ammoniakk basert på fossile brensler. Dagens ammoniakkproduksjon står for rundt 1% av verdens totale CO2-utslipp, og nesten all ammoniakken brukes til produksjon av kunstgjødsel. Ved å erstatte den fossilbaserte ammoniakken med grønn ammoniakk, som produseres av luft, vann og fornybar energi, kan en betydelig reduksjon av utslipp oppnås. I tillegg til å avkarbonisere kunstgjødselindustrien, har grønn ammoniakk også potensial til å balansere kraftsystemet over tid (ved energilagring) og rom (som energibærer), og kan dermed potensielt bli en viktig del av overgangen fra fossile brensler til fornybar energi.
Denne studien ser på muligheten for å konstruere et beregningsbasert optimaliseringsrammeverk, der målet er å finne optimale løsninger for grønne ammoniakkfabrikker ved gitte lokasjoner. Rammeverket er basert på off-grid vindenergi og/eller solenergi, samt batterilagringssystemer og hydrogentanker for å håndtere de variable energikildene og dermed sikre pålitelig produksjon av grønn ammoniakk. For å illustrere bruksområdene og anvendeligheten til rammeverket, er tre forskjellige lokasjoner og scenarioer blitt evaluert: Tan-Tan i Marokko (solbasert scenario), Utsira i Norge (vindbasert scenario) og Patagonia i Argentina (hybrid scenario). For hver lokasjon er den optimale fabrikksammensetningen funnet, det vil si optimal dimensjonering av hver enkelt systemkomponent, for å kunne sikre pålitelig produksjon og levering av grønn ammoniakk til lavest mulig pris.
Simuleringene resulterte i en ammoniakkostnad (LCOA) på 595 USD/tNH3 for det solbaserte scenariet, 599 USD/tNH3 for det vindbaserte scenariet og 501 USD/tNH3 for det hybridbaserte scenariet. Sammenliknet med den konvensjonelle fossilbaserte ammoniakken ligger den grønne i det øvre spekteret hva gjelder kostnad, men er likevel ikke langt unna å være konkurransedyktig.
Undersøkelsene presentert i denne studien viser at gjennomførbarheten og potensialet til grønne ammoniakkfabrikker, drevet av fornybar energi, er tilstede allerede i dag. Det utviklede rammeverket gir et allsidig verktøy for konstruksjon og vurdering av grønne ammoniakkfabrikker, og gjør det mulig å finne optimale fab | |
| dc.description.abstract | As a couple of guys (Eikeng and Rogneby, 2021), who once quoted another guy (Bob Dylan, 1963), wrote, "The times they are a-changin’." And indeed they are. The world is currently undergoing a major clean up, where decarbonization is on top of the agenda. In that regard, large-scale production of green ammonia for replacement of the conventional fossil-fuel-based ammonia has gained interest in recent times. Today’s ammonia is currently responsible for around 1% of global CO2 emissions, where almost all of the ammonia is used for fertilizer production. Replacing the fossil-fuel-based ammonia with green ammonia, synthesized from air, water, and renewable energy, could lead to a substantial reduction of emissions. In addition to cleaning up the fertilizer industry, green ammonia also has the potential for system power balancing over time (energy storage) and space (energy transfer). Thus, it may potentially become an important part of the global energy transition from fossil fuels to renewables.
This study investigates the creation of a computational optimization framework that enables the generation of optimal green ammonia plants solutions for any given location. The framework is based on off-grid wind and/or solar energy, along with battery energy storage systems and hydrogen buffer tanks, to ensure reliable production of green ammonia while being able to handle the intermittent renewable energy supply. To illustrate the applicability of the framework, three different locations and scenarios have been evaluated: Tan-Tan, Morocco (solar-based scenario); Utsira, Norway (wind-based scenario); and Patagonia, Argentina (hybrid scenario). For each location, the optimal plant configuration has been found; that is, the optimal sizing of each system component which ensures a reliable green ammonia delivery at the lowest possible price.
The simulations revealed a levelized cost of ammonia (LCOA) at 595 USD/tNH3 for the solar-based scenario, 599 USD/tNH3 for the wind-based scenario, and 501 USD/tNH3 for the hybrid scenario. These results are in the upper ranges of what conventional fossil-fuel-based ammonia is valued at, yet not far away from being considered competitive in terms of cost.
The research presented in this study demonstrates the feasibility and potential of designing optimal green ammonia plants powered by renewable energy sources. The computational framework developed in this thesis provides a versatile tool for the design and assessment of green ammonia plants, enabling the generation of optimal solutions for any given location. The findings illustrate the great potential of green ammonia as part of large-scale decarbonization. | |
