Implementering av vätgaslagring i anslutning till havsbaserad vindkraft

Abstract

This thesis investigates the techno-economic feasibility of integrating hydrogen storage systems with offshore
wind farms in the Swedish energy market. As Sweden transitions towards a more renewable energy system, the
variability of wind power generation presents challenges for grid stability and the electricity market. Hydrogen
storage offers a potential solution by converting excess wind energy into hydrogen through electrolysis, which
can then be stored and later converted back to electricity.
Our study addresses key questions regarding the feasibility of producing hydrogen for energy storage under
various market scenarios and the profitability of generating electricity only. It also explores how different
configurations of electrolysers, storage size, and gas turbines affect the profitability of a hydrogen storage
system and identifies the most favourable setups.
The analysis is based on a case study of a hypothetical offshore wind farm in sothern Sweden (SE4), where
both electricity and hydrogen are produced. Additionally, a model is developed to illustrate how the amount
of wind power in the electricity mix affects price volatility.
The results indicate that the economic viability of hydrogen storage systems is highly dependent on specific
market conditions. Among the scenarios proposed by the Swedish Energy Agency, only the Higher Electrification
scenario demonstrates consistent positive outcomes, particularly in the year 2050. Conversely, in the Sensitivity
Case Industry and Lower Electrification scenarios, it is generally more profitable to sell electricity directly,
except in 2050, where certain configurations yield successful systems. The optimal configuration, which
maximises operating hours and minimises risk, consists of a 2:3 ratio of electrolysers to gas turbines with a
storage capacity of 6% of the annual hydrogen production.

Popular Abstract (Swedish)

Detta examensarbete undersöker den tekno-ekonomiska genomförbarheten av att integrera vätgaslagringssystem med havsbaserade vindkraftsparker på den svenska energimarknaden. När Sverige övergår till ett mer förnybart energisystem skapar variationen i vindkraftsproduktion utmaningar för nätstabilitet och elmarknaden. Vätgaslagring erbjuder en potentiell lösning genom att omvandla överskottsenergi från vindkraft till vätgas via elektrolys, som sedan kan lagras och omvandlas tillbaka till elektricitet vid behov.

Vår studie behandlar centrala frågor om genomförbarheten att producera vätgas för energilagring under olika marknadsscenarier och lönsamheten i att endast generera elektricitet. Den utforskar även hur olika konfigurationer av elektrolysörer, lagringskapacitet och gasturbiner påverkar lönsamheten för ett vätgaslagringssystem och identifierar de mest fördelaktiga uppläggen.

Analysen är baserad på en fallstudie av en hypotetisk havsbaserad vindkraftspark i södra Sverige (SE4), där både elektricitet och vätgas produceras. Dessutom har en modell utvecklats för att illustrera hur mängden vindkraft i elmixen påverkar prisvolatiliteten.

Resultaten visar att den ekonomiska lönsamheten för vätgaslagringssystem är starkt beroende av specifika marknadsförhållanden. Bland de scenarier som föreslås av Energimyndigheten är det endast scenariot med Högre Elektrifiering som konsekvent visar positiva utfall, särskilt år 2050. Däremot, i scenarierna Känslighet Industrin och Lägre Elektrifiering, är det generellt sett mer lönsamt att sälja elektricitet direkt, förutom år 2050 där vissa konfigurationer ger framgångsrika system. Den optimala konfigurationen, som maximerar driftstimmarna och minimerar risken, består av ett förhållande på 2:3 mellan elektrolysörer och gasturbiner med en lagringskapacitet på 6 % av den årliga vätgasproduktionen.

• author: Taddesse, Olof and Moritz, Mikael
• supervisor: Max Åhman
• organization: Environmental and Energy Systems Studies
• alternative title: Implementation of hydrogen storage in connection with offshore wind power
• course: FMIM01 20241
• year: 2024
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Havsbaserad vindkraft, Vätgaslagring, Tekno-ekonomisk analys, Framtida elsystem, Elektrolys, LCOE (Levelized Cost of Energy), Vätgasproduktion, Gasturbin, Elprisvolatilitet, Förnybar energi
• report number: ISRN LUTFD2/TFEM—24/5217--SE + (1-100)
• ISSN: 1102-3651
• language: Swedish
• id: 9171198
• date added to LUP: 2024-08-08 13:41:18
• date last changed: 2024-08-08 13:41:18