Trigeneration and the decarbonisation of gas sector by means of hydrogen integration in Australia

Australia has always been one of the leading players in the global energy market exploiting the significant availability of natural resources offered by the continent. At the moment, Australia is the first coal exporter and is the second player in term of volumes of LNG at a worldwide level. In the past, the availability of fossil fuels has guaranteed to the domestic market affordable energy prices; however, the Australian energy sector has experienced radical changes in the last ten years. The development of the LNG industry allowed the Australian gas cartel to align the domestic gas prices with the international market claiming for the shortage of reserves due to long term contracts signed with Asian countries. Meanwhile, the electricity prices have ramped up due to the dismission of old coal power plants, which used to assure affordable energy. Moreover, the international pressures and an increasing consciousness are pushing Australia toward more sustainable practices driving energy efficiency projects and large installations of renewable plants. In particular, the Australian territory offers great opportunities to be exploited in term of renewable sources. In this controversial energy context, the adoption of efficient solutions such as CCHP plants to power large commercial building could play a significant role in term of reduction of emissions. In fact, most of the population is concentrated in large urban conglomerates, where there is no opportunity to install renewable plants. The following work offers a comprehensive analysis of the market opportunities offered by the Australian context for trigeneration systems. In particular, the market abruptly fell when the LNG industry caused an unsustainable rise of gas prices. Moreover, utilisation reasons have shifted the market from the adoption of traditional gas engines toward the installation of microturbines, that can adapt better to the conditions of the Australian context. Sustainability concerns have been risen investing in a technology that relies on natural gas. However, in the short term, CCHP would obtain a significant reduction of emissions considering most of the electricity is produced by coal plants. Analysing the future perspective for CCHP, a new market opportunity has been identified by the integration of hydrogen into the Australian energy system. The transition would be driven by export toward Asian countries; however, the entire domestic market would benefit from a clean and dispatchable source of energy that could be produced by renewables through electrolysis. In particular, hydrogen can be adopted to substitute natural gas in order to decarbonise the gas grid and decrease the control of the gas cartel. Australia aims at reaching a hydrogen blending percentage of at least 10% in 2030 and switching toward 100% in the following decade. The blending would not influence the operation of actual appliances, including CCHP systems, while a 100% hydrogen scenario would open opportunities for fuel cells and hydrogen turbines in the trigeneration market. Investment analysis for a CCHP plant driven by a microturbine has been developed, validating the economic feasibility. Moreover, an accreditation program for hydrogen is suggested to support the blending in the gas network driving the diffusion directly from the demand.

L'Australia è sempre stata uno dei principali attori nel mercato globale dell'energia sfruttando la significativa disponibilità di risorse naturali offerte dal continente. Al momento, l'Australia è il primo esportatore di carbone ed è il secondo attore in termini di volumi di GNL a livello mondiale. In passato, la disponibilità di combustibili fossili ha garantito al mercato domestico prezzi dell'energia accessibili; tuttavia, il settore energetico australiano ha subito cambiamenti radicali negli ultimi dieci anni. Lo sviluppo dell'industria del GNL ha permesso al cartello australiana del gas di allineare i prezzi del gas domestico con il mercato internazionale utilizzando come giustificazione la carenza di riserve a causa di contratti a lungo termine firmati con i paesi asiatici. Nel frattempo, i prezzi dell'elettricità sono aumentati a causa della dismissione delle vecchie centrali a carbone, che garantivano energia a prezzi accessibili. Inoltre, le pressioni internazionali e una crescente consapevolezza stanno spingendo l'Australia verso pratiche più sostenibili che guidano progetti di efficienza energetica e grandi installazioni di impianti rinnovabili. In particolare, il territorio australiano offre grandi opportunità in termini di fonti rinnovabili. In questo controverso contesto energetico, l'adozione di soluzioni efficienti come gli impianti CCHP per alimentare grandi edifici commerciali potrebbe svolgere un ruolo significativo in termini di riduzione delle emissioni. In effetti, la maggior parte della popolazione è concentrata in grandi conglomerati urbani, dove non vi è alcuna possibilità di installare impianti rinnovabili. Il seguente lavoro offre un'analisi completa delle opportunità di mercato offerte dal contesto australiano per i sistemi di tri-generazione. In particolare, il mercato è crollato bruscamente quando l'industria del GNL ha causato un aumento insostenibile dei prezzi del gas. Inoltre, per ragioni di utilizzo, il mercato della tri-generazione si è spostato dall'adozione dei tradizionali motori a gas all'installazione di microturbine, che possono adattarsi meglio alle condizioni del contesto australiano. Tuttavia, sono stati sollevati problemi di sostenibilità dato che la tecnologia si basa sul gas naturale. Nel breve termine, sistemi di CCHP otterrebbe comunque una riduzione significativa delle emissioni considerando che la maggior parte dell'elettricità è prodotta dalle centrali a carbone. Analizzando la prospettiva futura per CCHP, una nuova opportunità di mercato è stata identificata dall'integrazione dell'idrogeno nel sistema energetico australiano. La transizione sarebbe guidata dall'esportazione verso i paesi asiatici; tuttavia, l'intero mercato interno trarrebbe beneficio da una fonte di energia pulita e dispacciabile che potrebbe essere prodotta da fonti rinnovabili attraverso l'elettrolisi. In particolare, l'idrogeno può essere adottato per sostituire il gas naturale al fine di decarbonizzare la rete del gas e ridurre il controllo del cartello del gas. L'Australia punta a raggiungere una percentuale di miscelazione dell'idrogeno di almeno il 10% nel 2030 e passare al 100% nel decennio successivo. La miscelazione non influenzerebbe il funzionamento degli apparecchi reali, compresi i sistemi CCHP, mentre uno scenario di idrogeno al 100% aprirebbe opportunità per le celle a combustibile e turbine a idrogeno nel mercato della trigenerazione. Inoltre, è stata sviluppata un'analisi di investimento per un impianto CCHP mosso da una microturbina, confermando la fattibilità economica. Ulteriormente, viene suggerito un programma di accreditamento per l'idrogeno per supportare la miscelazione nella rete del gas che permetterebbe di guidare la diffusione direttamente dalla domanda.