Modeling compressed gaseous hydrogen storage for techno-economic assessment of green hydrogen production in hybrid power plants

Abstract

Da die Nutzung von Solar- und Windenergie steigt, können Speichersysteme für komprimierten gasförmigen Wasserstoff zunehmend an Bedeutung für die Nutzung in Energiesystemen gewinnen, da es notwendig ist die inhärenten Schwankungen die bei der Nutzung dieser erneuerbaren Energien verbunden sind zu managen. Das Verhalten von hybriden Kraftwerken die diese Technologie nutzen muss untersucht werden, um zu bestimmen ob Betriebsstrategien technisch und ökonomisch umsetzbar sind.Es wird ein Komponentenmodell entwickelt um die physische Speicherung von gasförmigen Wasserstoff in einem zylindrischen Behälter zu simulieren. Dieses Modell wird zu bereits existierenden Komponenten eines hybriden Kraftwerks für techno-ökonomische Analysen hinzugefügt. In diesem Aufbau wird ein Protonenaustauschmembran-Elektrolyseur zur Produktion von Wasserstoff durch Solar- und Windenergie verwendet. Das System wird dann in einer Simulationsstudie evaluiert, in der bestimmte Parameter des Speicher-Komponentenmodells modifiziert werden um das Verhalten der Effizienz und des Wasserstoffoutputs des Systems zu untersuchen.Die Simulationsstudie soll Parameter generieren, die das Speichersystem für komprimierten gasförmigen Wasserstoff für einen bestimmten Energieinput und Wasserstoffbedarf definiert, wobei auch die technische Machbarkeit von solchen Speichersystemen aufgrund dem derzeitigen Stand der Technik berücksichtigt wird.

As the use of solar and wind power increases, compressed gaseous hydrogen storage systems may become increasingly attractive for use in energy systems due to the need to manage the inherent variability associated with the use of these renewable energy sources. The behavior of hybrid power plants using this technology needs to be studied to determine if operational strategies are technically and economically feasible.A component model will be developed to simulate the physical storage of gaseous hydrogen in a cylindrical pressure vessel. This model will be added to already existing components of a hybrid power plant for techno-economic assessments. In this setup, a proton exchange membrane electrolyzer is used to produce hydrogen from the energy supplied by solar and wind power. The system is then evaluated in a simulation study, where certain parameters of the storage component model are modified to study the behavior of the efficiency and the hydrogen output of the system.The simulation study should provide a set of parameters defining the compressed gaseous hydrogen storage system for given power input and hydrogen demand, while also taking into account the technical feasibility of such storage systems given by the current state of the art.