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Electrochemical Hydrogen Production Powered by PV/CSP Hybrid Power Plants: A Modelling Approach for Cost OptimalSystem Design

Rosenstiel, Andreas und Monnerie, Nathalie und Dersch, Jürgen und Roeb, Martin und Pitz-Paal, Robert und Sattler, Christian (2021) Electrochemical Hydrogen Production Powered by PV/CSP Hybrid Power Plants: A Modelling Approach for Cost OptimalSystem Design. Energies, 14 (12), Seite 3437. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/en14123437. ISSN 1996-1073.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/1996-1073/14/12/3437

Kurzfassung

Global trade of green hydrogen will probably become a vital factor in reaching climate neutrality. The sunbelt of the Earth has a great potential for large-scale hydrogen production. One promising pathway to solar hydrogen is to use economically priced electricity from photovoltaics (PV) for electrochemical water splitting. However, storing electricity with batteries is still expensive and without storage only a small operating capacity of electrolyser systems can be reached. Combining PV with concentrated solar power (CSP) and thermal energy storage (TES) seems a good pathway to reach more electrolyser full load hours and thereby lower levelized costs of hydrogen (LCOH). This work introduces an energy system model for finding cost-optimal designs of such PV/CSP hybrid hydrogen production plants based on a global optimization algorithm. The model includes an operational strategy which improves the interplay between PV and CSP part, allowing also to store PV surplus electricity as heat. An exemplary study for stand-alone hydrogen production with an alkaline electrolyser (AEL) system is carried out. Three different locations with different solar resources are considered, regarding the total installed costs (TIC) to obtain realistic LCOH values. The study shows that a combination of PV and CSP is an auspicious concept for large-scale solar hydrogen production, leading to lower costs than using one of the technologies on its own. For today’s PV and CSP costs, minimum levelized costs of hydrogen of 4.04 USD/kg were determined for a plant located in Ouarzazate (Morocco). Considering the foreseen decrease in PV and CSP costs until 2030, cuts the LCOH to 3.09 USD/kg while still a combination of PV and CSP is the most economic system.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/146061/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Electrochemical Hydrogen Production Powered by PV/CSP Hybrid Power Plants: A Modelling Approach for Cost OptimalSystem Design
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Rosenstiel, AndreasAndreas.Rosenstiel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Monnerie, NathalieNathalie.Monnerie (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dersch, JürgenJuergen.Dersch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0346-1235NICHT SPEZIFIZIERT
Roeb, MartinMartin.Roeb (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertRobert.Pitz-Paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Juni 2021
Erschienen in:Energies
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:14
DOI:10.3390/en14123437
Seitenbereich:Seite 3437
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:1996-1073
Status:veröffentlicht
Stichwörter:solar hydrogen; levelized cost of hydrogen; alkaline electrolysis; concentrated solarpower; photovoltaics
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Future Fuels
Institut für Future Fuels > Solarchemische Verfahrensentwicklung
Hinterlegt von: Bülow, Mark
Hinterlegt am:07 Jan 2022 11:51
Letzte Änderung:07 Jan 2022 11:51

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