Modelling of Global Levelized Cost of Hydrogen under Use of an Open-Source Modelling Environment

Abstract

[ES] Ante los nuevos objetivos de la Ley de Protección del Clima alemana del 2021, el hidrógeno verde conformará una pieza clave del sistema energético europeo y alemán de los próximos años. Debido a que el potencial de producción de hidrógeno en Alemania es limitado, el gobierno alemán planea importar grandes cantidades de hidrógeno, por lo que el desarrollo de un modelo de importación de hidrógeno resulta atractivo. La primera pieza esencial para implementar un modelo de importación de hidrógeno es el desarrollo de un modelo del Coste Nivelado de Hidrógeno (LCOH) a nivel mundial, que es en definitiva el objetivo de este trabajo. Además, este modelo representa también una oportunidad para evaluar potenciales inversiones para la producción local de hidrógeno, y para contribuir a desarrollar modelos del sistema energético más precisos. Este último es el caso del Centro de Investigación de Economía Energética (FfE) con sede en Múnich, cuyo modelo de sistemas energéticos `ISAaR¿ presenta la oportunidad de mejora mediante curvas de coste potencial de hidrógeno más consistentes, esto es la correlación entre la cantidad de hidrógeno y sus costes. El objetivo principal de este trabajo es, como ya se ha mencionado, el desarrollo de un modelo de Coste Nivelado de Hidrógeno (LCOH) a nivel mundial. Para el desarrollo de dicho modelo se utiliza un entorno Open-Source basado en optimización lineal de los costes por kilogramo de hidrógeno, teniendo en cuenta diferentes criterios tecno-económicos. Dichos criterios implican un análisis profundo previo al modelado, y son entre otros, los costes de inversión y operación, prima de riesgo de los diferentes países, diferentes tecnologías de electrólisis, potencial de energía híbrida eólica y solar mediante datos meteorológicos y otros criterios geográficos, posibilidad de almacenamiento eléctrico o necesidad de desalinización de aguas. Este modelo permitirá conocer qué países o zonas presentan un potencial superior para la producción de hidrógeno verde, o cuáles son los efectos sobre el coste final del hidrógeno de los diferentes criterios tecno-económicos considerados, estudiados mediante análisis de sensibilidad.

[EN] Given the new targets of the German Climate Protection Act of 2021, green hydrogen will form a key part of the European and German energy system in the coming years. Due to the fact that the potential for hydrogen production in Germany is limited, the German government plans to import large quantities of hydrogen, making the development of a hydrogen import model attractive. The first essential building block for implementing a hydrogen import model is the development of a worldwide Levelized Cost of Hydrogen (LCOH) model, which is ultimately the goal of this paper. In addition, this model also represents an opportunity to evaluate potential investments for local hydrogen production, and to contribute to developing more accurate energy system models. The latter is the case at the Research Center for Energy Economics (FfE) located in Munich, whose energy system model 'ISAaR' presents an improvement potential through more consistent potential hydrogen cost curves, i.e. the correlation between the amount of hydrogen and its costs. The main objective of this work is, as mentioned above, the development of a worldwide Levelized Cost of Hydrogen (LCOH) model. For the development of this model an Open-Source environment based on linear optimization of the costs per kilogram of hydrogen is used, taking into account different techno-economic criteria. These criteria involve an in-depth analysis prior to modeling, and include, among others, investment and operating costs, risk premium of the different countries, different electrolysis technologies, wind and solar hybrid energy potential using meteorological data and other geographical criteria, possibility of electrical storage or the need for water desalination. This model will allow to know which countries or areas have a higher potential for the production of green hydrogen, or which are the effects on the final cost of hydrogen of the different techno-economic criteria considered, studied by means of sensitivity analysis.