Techno-economic analysis of the production of green liquid hydrogen on offshore platforms from wind energy to refuel ships

Much more strongly than in the past, hydrogen is considered today the best energy carrier because it can be both easily produced from green electricity, and readily exploited at the end-user, in an inherently sustainable infrastructure. The naval sector will witness an important penetration of liquid hydrogen as a ship fuel. Onboard, hydrogen has to be stored as a liquid to reach the highest possible energy density. The present work, known as the OffLH2 project, investigates the prefeasibility of realizing offshore platforms that employ green electricity from a dedicated offshore wind farm to produce hydrogen in an electrolyzer and, subsequently, to process it in a liquefier. These platforms along with their wind farms will be located on the main ship routes to serve them efficiently and encourage the naval sector to support the penetration of liquid hydrogen. Platforms may be constructed entirely or, most likely, they may be adapted from existing oil platforms. As a starting scenario, the Mediterranean Sea is selected for the project. The analysis of the system started with studying the main ship routes and meteorological data, then the technologies that could be suitable for the system, dividing the system into four subsystems including (1) green electricity production, (2) water treatment, (3) electrolyzer, and (4) hydrogen liquefaction and storage. After this stage, starting from the possible location of the wind farm and plant, power production from the wind farm throughout a year, electrolysis of the water with the produced electricity, and finally, liquefaction of the produced hydrogen. After the technical assessment and obtaining the amount of liquefied hydrogen production in one year, two economical indexes are described to see how the feasibility and profitability of the OffLH2 project could be assessed. These economic indexes are the discounted payback period (DPB), and the Net Present Value (NPV). After implementing the developed model of the present work in MATLAB, the obtained results showed that the system is profitable and viable, with a positive NPV, which is increasing with the size of the plant. The results of the NPV and DPB were in accordance together for the economic assessment. Based on the results obtained from the amount and volume of produced liquid hydrogen, it is suggested that for further development of this technology, cruise ships should be the target consumer of the produced liquid hydrogen.

Molto più che in passato, l'idrogeno è considerato oggi il miglior vettore energetico perché può essere sia facilmente prodotto da elettricità verde, sia prontamente sfruttato dall'utente finale, in un'infrastruttura intrinsecamente sostenibile. Il settore navale vedrà un'importante penetrazione dell'idrogeno liquido come carburante per navi. A bordo deve esserci l'idrogeno immagazzinato come liquido per raggiungere la più alta densità di energia possibile. Il presente lavoro, noto come progetto OffLH2, indaga la prefattibilità di realizzare piattaforme offshore che impiegano elettricità verde da un parco eolico offshore dedicato per produrre idrogeno in un elettrolizzatore e, successivamente, elaborarlo in un liquefattore. Queste piattaforme insieme ai loro parchi eolici saranno posizionate sulle principali rotte navali per servirle in modo efficiente e incoraggiare il settore navale a supportare la penetrazione di idrogeno liquido. Le piattaforme possono essere costruite interamente o, piuttosto, potrebbero essere adattate le piattaforme petrolifere esistenti. Come scenario di partenza, per il progetto è selezionato il Mar Mediterraneo. L'analisi del sistema inizia con lo studio delle principali rotte navali e dei dati meteorologici, quindi le tecnologie che potrebbero essere adatte al sistema, dividendo il sistema in quattro sottosistemi tra cui (1) produzione di elettricità verde, (2) trattamento delle acque, (3) elettrolizzatore e (4) liquefazione e conservazione dell'idrogeno. Dopo questa fase, a partire dalla possibile ubicazione del parco eolico e dell'impianto, la produzione di energia dal parco eolico durante l'anno, l'elettrolisi dell'acqua con l'elettricità prodotta, e infine, la liquefazione dell'idrogeno prodotto. Dopo la valutazione tecnica e l'ottenimento della quantità di produzione di idrogeno liquefatto in un anno, vengono descritti due indici economici per vedere come valutare la fattibilità e la redditività del progetto OffLH2. Questi indici economici sono il periodo di ammortamento scontato (DPB) e il valore attuale netto (NPV). Dopo aver implementato il modello sviluppato del presente lavoro in MATLAB, i risultati ottenuti hanno dimostrato che il sistema è redditizio e praticabile, con un VAN positivo, in aumento con le dimensioni della pianta. I risultati del NPV e del DPB erano concordi per la valutazione economica. Sulla base dei risultati ottenuti dalla quantità e dal volume di prodotto idrogeno liquido, si suggerisce che per un ulteriore sviluppo di questa tecnologia, le navi da crociera dovrebbero essere il consumatore target dell'idrogeno liquido prodotto.