Hydrogen storage for variable renewable electricity integration : techno-economic analysis of a lined rock cavern system

In a future with increasing focus on emissions reduction and industry decarbonization, large scale storage, in the form of gaseous hydrogen storage, could help to mitigate the fluctuating electricity production provided by an increasing share of renewables. At first an overview of the existing storage options has been carried on in order to initially assess hydrogen potential. During an internship at the Energy Division of Chalmers University of technology, a Matlab model was developed to simulate the operation of a Lined Rock Cavern (LRC) system for large scale hydrogen storage purposes. LRC systems offer very high capacity storage, providing an option for seasonal storage, only available today with natural gas applications. Input data for the model were based on a year of operation with three-hour time-steps and consisted in future hydrogen production and consumption patterns of a European country, taken from a cost optimization model of the power grid developed by the same Energy Division of the host university. The model resulted in a techno-economic analysis of the LRC plant, producing gas physical parameters trends during operation as well as hydrogen delivery costs in different scenarios. Based on the particular application, the economical feasibility of LRC storage has been considered. Finally, the impact of LRC costs has been studied to understand the potential of hydrogen in future power production and storage scenarios.

In un futuro con crescente attenzione alla riduzione delle emissioni e alla decarbonizzazione dell’industria, l’accumulo in larga scala, sotto forma di idrogeno gassoso, potrebbe aiutare a mitigare la discontinua produzione di energia elettrica dovuta all’alta penetrazione di energie rinnovabili. Inizialmente è stata realizzata una panoramica delle varie technologie di accumulo esistenti, per poter valutare la potenzialità dell’idrogeno in questo settore. Durante una internship nell’Energy Division della Chalmers University of Technology, è stato sviluppato un modello su Matlab per simulare il funzionamento di un sistema di Lined Rock Caverns (LRC) per storage di idrogeno su larga scala. I sistemi di LRC offrono grandi capacità di accumulo, fornendo una valida opzione per l’accumulo stagionale, ad oggi garantito solo da applicazioni basate sul gas naturale. I dati di input per il modello sono schemi di produzione e consumo di idrogeno di una nazione Europea, basati su un anno di funzionamento con una risoluzione temporale di tre ore e sui risultati di un modello di ottimizzazione dei costi della rete elettrica sviluppato dalla stessa Energy Division dell’università ospitante. Il modello ha dato come risultato un’analisi tecno-economica dell’impianto di LRC, producendo gli andamenti delle proprietà del gas all’interno della caverna durante il funzionamento e il costo di distribuzione dell’idrogeno in vari scenari. In base alla particolare applicazione, è stata poi analizzata la fattibilità economica. Infine l’impatto dei costi dei sistemi di LRC è stato studiato per dedurre il potenziale dell’idrogeno in scenari di produzione ed accumulo di energia elettrica futuri.