Techno-economic Analysis of Hydrogen Production from Offshore Wind Energy in Costa Rica

Abstract

[ES] Esta tesis explora con un enfoque tecno-economico la producción de hidrógeno verde a partir de energía eólica marina, más específicamente, del potencial energético del parque eólico marino Punta Descartes. El proyecto Punta Descartes se encuentra en fase temprana de identificación, y su capacidad ha sido estimada en 540MW, lo que representaría casi un 14% de incremento en la potencia eléctrica nacional instalada. Este aumento significativo de capacidad no es factible ni con el estado actual de la red de transmisión nacional ni con los planes de expansión previstos.

Por lo tanto, en este trabajo se estudian tres casos operativos y se comparan con un escenario de referencia. El primer caso presenta una producción dedicada de hidrógeno y oxígeno; el segundo y tercer caso incluyen la producción de hidrógeno, oxígeno y electricidad utilizando tecnologías de membrana de intercambio de protones y electrólisis alcalina, respectivamente. Se aplican diferentes supuestos y costos en cada caso, por lo que se analizan las características técnicas y económicas.

Con base en indicadores económicos como el valor presente neto, la tasa interna de retorno del proyecto y el costo nivelado del hidrógeno; la tecnología alcalina ofrece al proyecto mayores beneficios que el resto de los casos. Se determina también que aunque la producción de hidrógeno y oxígeno mejora en gran medida la los aspectos económicos del caso de referencia, el proyecto eólico marino + electrólisis propuesto no es económicamente viable.

Finalmente, se realiza un análisis de sensibilidad para el mejor caso seleccionado. Este análisis muestra el impacto que tienen diferentes parámetros sobre el valor presente neto y la tasa interna de retorno del proyecto.

[EN] This thesis explores the techno-economics behind the production of green hydrogen from offshore wind energy, more specifically, from Punta Descartes offshore wind farm. The Punta Descartes project is in its earliest identification phase, and its capacity has been estimated at 540MW, which would represent nearly a 14% increase in the national installed power. This significant increase in capacity is not feasible either with the current state of the national transmission grid or in the forecasted expansion plans.

Hence, three operational cases are studied in this work and compared to a reference scenario. The first case presents a dedicated hydrogen & oxygen production; the second and third cases include hydrogen-oxygen-electricity production using proton exchange membrane and alkaline electrolysis technologies, respectively. Different assumptions and costs apply in each case, thus, the technical and economic characteristics are analyzed.

Based on economic indicators such as the net present value, the internal return rate of the project and levelized cost of hydrogen; alkaline technology offers to the project higher benefits than the rest of the cases. Although the production of hydrogen and oxygen greatly improved the economics of the reference case, the proposed offshore wind + electrolysis project is not economically feasible.

Finally, a sensibility analysis is carried out for the selected best case. This analysis shows the impact that different parameters have on the net present value and the internal return rate of the project.