This project proposes a hybrid system for hydrogen production, which includes a connection to the grid, a source of renewable energies, namely photovoltaic (PV), a Battery Energy Storage System (BESS), and a PEM (Proton Exchange Membrane) electrolyzer modelled from commercial technologies available. A dispatch optimization algorithm will evaluate the price of the energy inputs and the power available from the solar PV system and will decide the operation on an hourly basis to maximize net profit in a year timeframe. This algorithm will have a daily hydrogen production constraint. When the price of electricity is low, the energy is used for two purposes. First, to electrolyze water in the electrolyzer system and second, to store it in the BESS. The stored energy will be used to produce hydrogen when electricity prices are high or inject back to the grid when it is economically sound to do. The PV input will be used to alleviate the need for energy from the grid, therefore, it can be used to feed the electrolyzer or to store in the batteries or to inject back to the grid. In this study, a multi-energy system is modelled and its operation strategy for green hydrogen production is analyzed. Four topological scenarios were chosen, which include Scenario 1 (Grid + PEM), Scenario 2 (Scenario 1 + BESS), Scenario 3 (Scenario 2 + Grid injection), and Scenario 4 (Scenario 3 + Solar PV). These scenarios facilitate a comprehensive assessment of the system's economic and environmental performance contingent on the installed assets. In addition to the scenario analysis, the study broadens its scope by exploring two diverse geographical regions, Sweden and Spain, as case studies. This comparative approach offers invaluable insights into the role of factors like lower electricity prices and reduced solar energy availability, as observed in the Swedish case, versus the dynamics of higher electricity prices and abundant solar energy in the Spanish context. Lastly, the research undertakes a thorough sensitivity analysis, considering two pivotal factors with great influence over the system's behavior: hydrogen pricing and BESS capacity. This exploration enriches our understanding of how variations in these factors can impact the system's operational and economic viability. / Detta arbete presenterar ett hybridsystem för produktion av vätgas som integrerar elnätsanslutning, förnybar energiförsörjning genom solceller (PV), ett batterilager (BESS) och en PEM-elektrolysör. För detta energisystem har en optimeringsalgoritm för systemdrift skapats. Denna algoritm utvärderar energipriser och tillgänglig kapacitet från PV-systemet, och driftar systemet på timbasis för att optimera nettovinsten över ett år, med dagliga produktionsgränser för vätgas. När elpriset är lågt används energin för två ändamål: Att elektrolysera vatten i elektrolyssystemet, och att lagra det i batterilagret (BESS). Den lagrade energin från BESS kommer att användas för att producera vätgas när elpriserna är höga eller för att injicera tillbaka i elnätet när det är ekonomiskt försvarbart. Energin från PV-systemet används för att lindra behovet av energi från elnätet och kan användas för att driva elektrolysören, eller för att lagra i batterierna, eller för att injicera tillbaka i elnätet. I denna studie modelleras en elektrolysör, baserat på kommersiellt tillgängliga teknologier, och en driftsstrategi utvecklas för produktionen av grön vätgas. Fyra unika scenarier valdes ut: Scenario 1 (Nät + PEM), Scenario 2 (Scenario 1 + BESS), Scenario 3 (Scenario 2 + Injektion till Elnät) och Scenario 4 (Scenario 3 + Solenergi från PV). Dessa scenarier underlättar en omfattande bedömning av systemets ekonomiska och miljömässiga prestanda beroende på installeradetillgångar. Utöver scenarioanalysen vidgar studien sin omfattning genom att utforska två olika geografiska regioner, Sverige och Spanien, som fallstudier. Denna jämförelse ger värdefulla insikter i systemfaktorernas roll, där det Svenska fallet (med lägre elpriser och minskad tillgänglighet av solenergi) ställs emot the Spanska fallet (med högre elpriser och rikligt med solenergi). Slutligen genomför forskningen en noggrann känslighetsanalys och beaktar två avgörande faktorer med stor påverkan över systemets beteende: Priset på såld vätgas och BESS-kapaciteten. Denna utforskning berikar vår förståelse för hur variationer i dessa faktorer kan påverka systemets operativa och ekonomiska livskraft.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-339549 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Garcia Vargas, Nicolas |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2023:490 |
Page generated in 0.003 seconds