En analyse av fremtidig kostnadsutvikling for VRE-teknologier sin betydning på fornybar hydrogenproduksjon i Europa

Abstract

Overgangen til et nullutslippssamfunn i 2050 vil påvirke energi- og kraftsektoren. Kraftetterspørselen forventes å øke i tråd med elektrifiseringen av samfunnet, samtidig som samtlige sektorer skal dekarboniseres. Hydrogen produsert fra fornybar kraft kan få en viktig rolle som fremtidig energibærer, der anvendelsene kan bli mange. VRE-teknologier har i løpet av det siste tiåret opplevd kraftige fall i investeringskostnader, samt vist seg konkurransedyktige sammenlignet med konvensjonelle, fossilbaserte teknologier. VRE-teknologier er viktige for å redusere energirelaterte klimagassutslipp og forventes å få økt betydning i det fremtidige energisystemet.

Energisystemmodeller er viktige verktøy for å modellere fremtidige utviklinger i energisystemet. Inputdata som brukes i beregningen vil kunne påvirke resultatet, dette gjelder for eksempel VRE-teknologier som er lokasjonsavhengig og investeringstunge. Gode dataestimater for investeringskostnadene av sol- og vindkraft er derfor viktig for å gjennomføre så gode modelleringer som mulig. I oppgaven ble energisystemmodellen Balmorel anvendt for å undersøke om kostnadsutvikling for VRE-teknologier vil påvirke lønnsomheten for fremtidig hydrogenproduksjon i Europa. Sensitivitetsanalyser ble gjennomført med hensyn til investeringskostnader for VRE-teknologier i 2020, 2030 og 2050. Endrede forutsetninger for overføringskapasitet ble også analysert.

Uavhengig av kostnadsutvikling for VRE-teknologier viser analysen presentert i denne oppgaven at Frankrike blir den største hydrogenprodusenten i 2050, etterfulgt av Spania, Italia, Storbritannia og Tyskland. Noen variasjoner i hydrogenproduksjon observeres mellom landene ved endrede forutsetninger for investeringskostnader for VRE-teknologier. Reduserte investeringskostnader og økt produksjon av solkraft gir økt hydrogenproduksjon i Storbritannia og Tyskland som følge av at Spania, Italia og Frankrike har nådd sine kapasitetsbegrensninger i modellen for solkraft i 2050. Økt andel offshore vindkraft reduserer produksjonen fra onshore vindkraft i Spania og gir økt hydrogenproduksjon i Storbritannia spesielt, men også i Italia og Frankrike. Reduserte kostnader og økt produksjon fra onshore vindkraft øker hydrogenproduksjonen i Spania. Begrenset overføringskapasitet fører til størst økning i hydrogenproduksjonen i 2050, hovedsakelig fra offshore vindkraftproduksjon i Storbritannia, Tyskland og Italia. I modellen har de samme landene størst hydrogenetterspørsel og -produksjon, mens Norge og Danmark står kun for én prosent hver av den totale hydrogenproduksjonen i 2050.

Oppgaven konkluderer med at den mest kostnadseffektive løsningen for å tilfredsstille fremtidig hydrogenetterspørsel er ved hydrogenproduksjon fra solkraft. Modellresultatet viser at mer enn 85 prosent av total hydrogenproduksjon foregår i timer med betydelig solkraftproduksjon, men vindkraft anvendes også. Hovedandelen av hydrogenproduksjonen i 2050 forekommer i timer med kraftpriser ned mot nullpris, men blir også produsert med kraftpriser opp mot 90 EUR/MWh og vil kunne påvirke lønnsomheten til hydrogenproduksjon, selv med betydelig hydrogenlager.

The transition to a climate neutral society by 2050 will affect the energy and power sector. The demand for power is expected to increase in line with the electrification of the society and decarbonization of all sectors. Hydrogen produced from renewable energy can play an important role as a future energy carrier, where the applications may be numerous. Over the past decade, VRE technologies have experienced rapid reductions in investment costs, as well as proving competitive compared to conventional, fossilbased technologies. VRE technologies are important for reducing energy related greenhouse gas emissions and are expected to become even more important in the future energy system. Energy system models are important tools for modelling future developments in the energy system. Input data used in the calculation may affect the result, VRE technologies are for example location dependent and have large investment costs. Good estimates for the investment costs of solar and wind power are therefore important to carry out the best modelling possible. In the thesis, the energy system model Balmorel was used to investigate whether cost developments for VRE technologies would affect future hydrogen production in Europe. Sensitivity analyses were performed with respect to investment costs for VRE technologies in 2020, 2030 and 2050. Changed assumptions for grid capacity were also analysed. Regardless of cost development of VRE technologies, the analysis presented in this paper shows that France will be the largest hydrogen producer in 2050, followed by Spain, Italy, the United Kingdom and Germany. Some variations in hydrogen production are observed between countries due to changing assumptions for investment costs for VRE technologies. Reduced investment costs and increased solar power production increases hydrogen production in the UK and Germany, because Spain, Italy and France have reached their capacity limits for solar power in 2050. Increased share of offshore wind power reduces production from onshore wind power in Spain and increases hydrogen production in the United Kingdom, but also Italy and France. Reduced costs and increased production from onshore wind power increases hydrogen production in Spain. Limited transmission capacity leads to the largest increase in hydrogen production in 2050, mainly from offshore wind power in the United Kingdom, Germany and Italy. In the model, the same countries have the largest hydrogen demand and production, while Norway and Denmark only account for one per cent each of the total hydrogen production in 2050. It is concluded that the most cost-effective solution for satisfying future hydrogen demand is by hydrogen production from solar power. The modelled results show that more than 85 per cent of total hydrogen production takes place in hours with significant solar power production, but wind power is also used. The main share of hydrogen production in 2050 occurs in hours with power prices close to zero. However, hydrogen is also produced with power prices up to 90 EUR / MWh and could hence affect the profitability of hydrogen production, even with significant hydrogen storage.