The potential of hydrogen as a clean energy carrier is hotly debated, but it promises to significantly contribute to a sustainable energy future. Hydrogen can replace fossil fuels in carbon-intensive industries, heavy transport and aviation, and support a renewable energysystem by acting as energy storage to balance intermittent supply. With increasing investment, high demand projections and the promise of hydrogen to reduce carbon emissions, it is becoming increasingly important to include hydrogen in energy models. While some studies include hydrogen in their energy models, they don’t comprehensively analyse the effects of uncertainty, which is significant in the hydrogen sector. This thesis addresses this gap by developing a Nordic energy model that includes hydrogen supply and storage using OSeMOSYS, based on the European OSeMBE model. In addition to a scenario analysis, a global sensitivity analysis is performed to identify the most influential uncertainties and key interactions between the hydrogen and electricity sectors. The study identifies hydrogen demand and carbon pricing as key uncertain drivers of change, affecting system costs and emissions levels. Uncertainty about the efficiency of carbon capture and the potential for biomass technology with carbon capture and storage also significantly impact emissions. While the share of renewables is projected to be robust, the technologies used for hydrogen production are susceptible to uncertainties. Steam reforming dominates in the absence of a strong carbon price. Electricity and hydrogen from biomass can provide negative emissions and have the potential to play an important role in decarbonisation. However, biomass availability is limited and policy support like carbon pricing is needed to make these technologies competitive in the market. A key link between the electricity and the hydrogen system is electrolysers. However, while cheaper electricity makes electrolysers more attractive, the cost and performance of hydrogen production technologies, such as steam reforming or biomass gasification, are more relevant in determining which hydrogen technologies will dominate. Hydrogen storage and fuel cells aren’t used in the study, except in small amounts for some of the runs in the sensitivity analysis. However, this may change with a specified time-dependent hydrogen demand or a finer time representation in the model. The thesis shows that uncertainties around hydrogen have a much larger impact on emissions than uncertainties around the electricity system. Hydrogen technologies are in close competition, with steam reforming difficult to displace. While in the Nordic countries, the advance of renewables in electricity generation seems unstoppable, the hydrogen sector needs public policy support to become an ally in decarbonisation rather than a burden. / Vätgasens potential som en ren energibärare är omdiskuterad, men den kan bidra avsevärt till en hållbar energiframtid. Vätgas kan ersätta fossila bränslen i koldioxidintensiva industrier, tunga transporter och luftfart, och stödja ett förnybart energisystem genom att fungera som energilagring för att balansera intermittenta leveranser. Med ökande investeringar, prognoser om hög efterfrågan och löftet om att vätgas kan minska koldioxidutsläppen blir det allt viktigare att inkludera vätgas i energimodeller. Vissa studier inkluderar vätgas i sina energimodeller, men de analyserar inte effekterna av osäkerhet på ett heltäckande sätt, vilket är betydande inom vätgassektorn. Den här avhandlingen adresserar detta gap genom att utveckla en nordisk energimodell som inkluderar vätgasförsörjning och lagring med hjälp av OSeMOSYS, baserat på den europeiska OSeMBE-modellen. Förutom en scenarioanalys utförs en global känslighetsanalys för att identifiera de mest inflytelserika osäkerheterna och viktiga interaktioner mellan vätgas- och elsektorerna. Studien identifierar efterfrågan på vätgas och prissättningen på koldioxid som viktiga osäkra drivkrafter för förändring, vilket påverkar systemkostnader och utsläppsnivåer. Osäkerheten kring koldioxidavskiljningens effektivitet och potentialen för biomassateknik med koldioxidavskiljning och lagring påverkar också utsläppen avsevärt. Även om andelen förnybara energikällor förväntas vara robust, är de tekniker som används för vätgasproduktion känsliga för osäkerheter. Ångreformering dominerar i avsaknad av ett starkt koldioxidpris. Elektricitet och vätgas från biomassa kan ge negativa utsläpp och har potential att spela enviktig roll i utfasningen av fossila bränslen. Tillgången på biomassa är dock begränsad och politiskt stöd i form av t.ex. koldioxidpriser behövs för att göra dessa tekniker konkurrenskraftiga på marknaden. En viktig länk mellan el- och vätgassystemet är elektrolysörer. Men även om billigare el gör elektrolysörer mer attraktiva, är kostnaden och prestandan för vätgasproduktionstekniker såsom ångreformering eller förgasning av biomassa mer relevanta för att avgöra vilka vätgastekniker som kommer att dominera. Vätgaslagring och bränsleceller används inte i studien, förutom i små mängder för några av körningarna i känslighetsanalysen. Detta kan dock förändras med en specificerad tidsberoende vätgasefterfrågan eller en finare tidsrepresentation i modellen. Avhandlingen visar att osäkerheter kring vätgas har en mycket större inverkan på utsläppen än osäkerheter kring elsystemet. Vätgasteknikerna konkurrerar nära varandra, men ångreformering är svår att ersätta. I de nordiska länderna verkar framstegen för förnybara energikällor inom elproduktion vara ostoppbara, men vätgassektorn behöver offentligt politiskt stöd för att bli en allierad i utfasningen av fossila bränslen snarare än en börda.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-344635 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Renzelmann, Timon |
| Publisher | KTH, Energiteknik |
| 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 ; 2024:18 |
Page generated in 0.0024 seconds