Viability of hydrogen electricity storage

Abstract

In these days the energy systems are still based on the use of fossil fuels and nonrenewable energy in a high percent of the world total energy needs. Non-renewable energy is considered to be unsustainable and liable to suffer from the insecurity of supply and is also considered one of the main cause of climate change. Europe is dependent on the imported fossil fuels especially oil and nat-ural gas from non-reliable sources. The rest of the fossil reserves is considered insecure, although noticeable reduction of oil would be expected before mid-century. This thesis examines how to store electrical energy as hydrogen gas. Electricity from a renewable energy source, for example wind is converted into hydrogen, the hydrogen is stored and later converted back to electricity using a CHP when the Elspot market prices are high. The waste heat produced in the CHP is fed into a district heating grid. There are two main reasons for this thesis. The first reason for conversion is to solve the storage problem of renewably gener-ated energy, so that the electricity generation meets the electricity demand at any moment. The second reason is converting the stored hydrogen back to elec-tricity and feed it to the power grid when the electricity market price is high.

Nykymaailman tarvitsemat energiajärjestelmät perustuvat pääasiassa fossiilisten polttoaineiden ja uusiutumattoman energian käyttöön. Uusiutumattoman energian katsotaan olevan ekologisesti kestämätöntä, polttoaineen loppuessa tuotannoltaan epävarmaa ja arviolta yksi suurin syy ilmastonmuutokseen. Eurooppa on riippuvainen fossiilisten polttoaineiden maahantuonnista, erityisesti öljyä ja maakaasua tuodaan epäluotettavista lähteistä. Fossiiliset varannot nähdään epävarmoina ja erityisesti öljyvarantojen huomattava väheneminen on odotettavissa ennen vuosisadan puoliväliä. Opinnäytetyöni tutkii, kuinka varastoida sähköenergiaa vedyksi. Vety säilötään ja muunnetaan takaisin sähköksi vedyllä sähkön- ja lämmön yhteistuotantolaitoksessa, kun energian markkinahinnat ovat korkealla. Kaasuturbiinista syntynyt hukkalämpö käytetään hyödyksi ja syötetään kaukolämpöverkkoon. Muuntoprojektin ensimmäisenä tarkoituksena on ratkaista uusiutuvan energian varastointi ja tasainen tuotanto kysynnän mukaan. Toiseksi on ratkaistavana varastoidun vedyn muuntaminen sähköksi ja syöttö sähköverkkoon, kun hinta on korkealla.