Hydrogen production from offshore Airborne Wind Energy: system modelling and cost analysis

Hydrogen produced from renewable energy sources, also called green hydrogen, is considered a crucial element for ecological transition and decarbonisation. Its use in hard-to-abate sectors, such as air and marine transport, would replace about 10% of annual emissions of CO2. From this perspective, this study focuses on the possible construction of a plant for green hydrogen production in offshore sites, evaluating the quality in four selected locations. The idea is to power the plant using AWE (Airborne Wind Energy) systems, an innovative method for wind energy production. The analysis develops starting from the main components necessary for the constitution of the plant: the AWE systems, the electrolyser, the compressor, the water desalination treatment, battery energy storage systems and storage. Then, the most suitable sizing for each element has been studied. Considering the importance of the economic factor in hydrogen market development, a cost analysis was subsequently carried out to obtain an indicative value of the cost per kilogram. The results showed that costs are aligned with or slightly above future cost forecasts. Therefore, this study uses AWE systems and combines them with the components required for operation in an offshore environment to advance the state of the art in the field of electrolysis and energetic transition.

L’idrogeno prodotto da fonti di energia rinnovabile, anche detto idrogeno verde, è considerato un elemento chiave per la transizione ecologica e la decarbonizzazione. Il suo impiego nei settori difficili da elettrizzare, come i trasporti aerei e marittimi, permetterebbe di sostituire circa il 10% delle emissioni annuali di CO2. In tale ottica, questo studio si concentra sulla possibile realizzazione di un impianto per la produzione di idrogeno verde in ambiente offshore, valutandone la qualità in quattro siti scelti. L’idea è alimentare tale impianto utilizzando dei sistemi AWE (Airborne Wind Energy), un metodo innovativo per la produzione di energia eolica. L’analisi si sviluppa a partire dai componenti principali che sono necessari nella costituzione dell’impianto: i sistemi AWE, l’elettrolizzatore, il compressore, il trattamento di desalinizzazione dell’acqua, i sistemi di accumulo di energia a batteria e lo stoccaggio. Per i diversi elementi è stato studiato il dimensionamento più adatto al funzionamento della produzione. Tenendo in considerazione l’importanza del fattore economico nello sviluppo del mercato dell’idrogeno, è stata successivamente svolta una analisi dei costi per poter ricavare un valore indicativo del costo al kilogrammo. I risultati ottenuti hanno mostrato come i costi siano in linea o di poco superiori alle previsioni di costo future. Questo studio vuole quindi contribuire allo stato dell’arte con una ricerca nel campo dell’elettrolisi e della transizione energetica, facendo utilizzo di sistemi AWE e combinando le componenti necessarie per il funzionamento in ambiente offshore.