Feasibility of wind-powered hydrogen generation and geological storage in Italy

Green hydrogen, produced from renewable energy sources, is emerging as a vital solution for decarbonizing sectors like public transport that are challenging to electrify directly. This thesis examines the viability of creating artificial salt caverns from salt deposits available in Italy, to be used for the storage of hydrogen produced through wind-powered energy generation. We concentrate on the salt deposits available in Volterra (Tuscany), Crotone (Calabria), and Caltanissetta (Sicily). In addition, different consumption scenarios in Italy were examined to understand the demand. A Simulink model was created to simulate the whole system of hydrogen generation, storage, and consumption. The probabilistic nature of wind power generation is reflected in simulation by characterizing parameters of a Weibull distribution model accounting for uncertainty in wind speeds. Surrogate models were used to increase the number of realizations and improve the simulation effectiveness. A sensitivity analysis was performed to evaluate importance of uncertainty in parameters of Weibull distribution model on simulation outputs of our interests. The study's conclusions, which include gathered information, tabulated data, and graphical representations, deepen our knowledge of the viability and effectiveness of using salt caverns for a range of purposes, especially when it comes to renewable energy. This thesis demonstrates the promising potential of green hydrogen in Italy for the decarbonisation scenario. Hydrogen is mainly limited by storage options, both in terms of storage capacity and cost. Through the implementation of artificial salt caverns for storage, we can overcome the major challenges and accelerate the transition towards a carbon zero scenario.

L’idrogeno verde, prodotto da fonti di energia rinnovabile, sta emergendo come soluzione fondamentale per decarbonizzare settori come il trasporto pubblico che sono difficili da elettrificare direttamente. Questa tesi esamina la fattibilità della creazione di caverne saline artificiali da depositi di sale disponibili in Italia, da utilizzare per lo stoccaggio dell'idrogeno prodotto attraverso la generazione di energia eolica. Ci concentriamo sui giacimenti di sale disponibili a Volterra (Toscana), Crotone (Calabria) e Caltanissetta (Sicilia). Inoltre, sono stati esaminati diversi scenari di consumo in Italia per comprendere la domanda. È stato creato un modello Simulink per simulare l’intero sistema di generazione, stoccaggio e consumo dell’idrogeno. La natura probabilistica della generazione di energia eolica si riflette nella simulazione caratterizzando i parametri di un modello di distribuzione di Weibull che tiene conto dell'incertezza nella velocità del vento. Sono stati utilizzati modelli surrogati per aumentare il numero di realizzazioni e migliorare l'efficacia della simulazione. È stata eseguita un'analisi di sensibilità per valutare l'importanza dell'incertezza nei parametri del modello di distribuzione di Weibull sugli output della simulazione di nostro interesse. Le conclusioni dello studio, che includono informazioni raccolte, dati tabulati e rappresentazioni grafiche, approfondiscono la nostra conoscenza sulla fattibilità e sull'efficacia dell'utilizzo delle caverne di sale per una serie di scopi, soprattutto quando si tratta di energia rinnovabile. Questa tesi dimostra il potenziale promettente dell’idrogeno verde in Italia per lo scenario di decarbonizzazione. L’idrogeno è limitato principalmente dalle opzioni di stoccaggio, sia in termini di capacità di stoccaggio che di costi. Attraverso la realizzazione di caverne di sale artificiali per lo stoccaggio, possiamo superare le principali sfide e accelerare la transizione verso uno scenario a zero emissioni di carbonio.