Regional power-to-x concept : techno-economic assessment and overview of regulative aspects
Larjava, Henrik (2022)
Diplomityö
Larjava, Henrik
2022
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022062148248
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022062148248
Tiivistelmä
The purpose of this Thesis was to research the field of power-to-x (PtX) and the current regulative aspects on the EU and national level. Furthermore, a techno-economic assessment was prepared for a regional PtX concept. A technology overview of different PtX process components was evaluated which included electrolysers, carbon capture and fuel synthesis. Their associated main products and side streams and their utilisation potential were identified as well.
The regulative aspects concerning EU Fit For 55 packages was analysed and their impact to the field of PtX. Current regulation status on a national level was also presented. The results indicated that the field of regulation is incomplete at this stage and is on a development status. Regulation will affect the potential of wide-scale application of PtX technologies; however further clarification and finalisation is needed.
The regional PtX concept main product off-takers and side stream utilisation targets were identified based on local opportunities. A PtX ecosystem analysis of possible key stakeholders was completed and their roles as well as regulation and value drivers were uncovered.
The techno-economic assessment evaluated the feasibility of methanation plant alternatives in different demand scenarios. Alkaline electrolyser based methanation resulted in a feasible scenario when the production of synthetic natural gas (SNG) exceeded approx. 6 kt/a with a reference sales price of 145 €/MWh. Solid oxide electrolyser based methanation resulted in a feasible scenario only if SNG was produced by at least 23.7 kt/a. Oxygen and heat revenues were found to reduce the levelized costs of hydrogen and SNG. Electricity costs, full load hours, electrolyser efficiency and scaling had a large impact on the costs of methanation. Diplomityön tarkoituksena oli tutkia power-to-x (PtX) kenttää ja tämänhetkisiä säädöksiin liittyviä näkökohtia EU:n ja kansalliselta tasolta. Lisäksi työssä tehtiin teknis-taloudellinen arviointi alueelliseen PtX konseptiin. Työssä tarkasteltiin myös PtX prosessiin liittyviä teknologioita ja näistä tehtiin yleiskatsaus. Yleiskatsaus sisälsi elektrolyysin, hiilidioksidin talteenoton ja polttoainesynteesiin liittyviä asioita. Prosessien päätuotteet sekä sivuvirrat ja niiden hyödyntämisen mahdollisuudet tuotiin esille.
Säädöksiin liittyvät näkökohdat keskittyivät EU:n Fit For 55 pakettiin ja niiden vaikutusten arviointiin PtX alaa koskien. Kansallisen tason säännöksiä esitettiin myös. Säädökset liittyen PtX alaan ovat vielä valtaosin keskeneräisiä ja kehityksen asteella. Säädökset vaikuttavat PtX teknologioiden laajamittaiseen soveltamiseen, mutta ne tarvitsevat vielä lisäselvityksä ja viimeistelyä.
Alueellisen PtX konseptin pää- ja sivutuotteiden hyödyntäjät tunnistettiin paikallisten mahdollisuuksien perusteella. Työssä tehtiin PtX ekosysteemin analyysi jossa mahdolliset keskeiset sidosryhmät, heidän roolit, arvotekijät ja ohjaavat säädökset tunnistettiin.
Teknis-taloudellisessa arvioinnissa tutkittiin metanointi vaihtoehtoja erilaisissa kysyntä skenaarioissa. Alkalielektrolyysiin perustuva metanointi saavutti tuottavan skenaarion mikäli synteettisen metaanin (SNG) vuosittainen tuotanto ylitti n. 6000 tonnia 145 €/MWh referenssi myyntihinnalla. Kiinteäoksidielektrolyysiin perustuvassa metanoinnissa saavutettiin tuottava skenaario vuosituotannon ylittäessä n. 23700 tonnia. Happi ja hukkalämpö sivuvirtojen hyödyntäminen laski vedyn ja synteettisen metaanin tuotantokustannuksia. Sähkön hinta, huipunkäyttöaika, elektrolyysin hyötysuhde ja skaalaus vaikuttivat merkittävästi metanoinnin tuotantokustannuksiin.
The regulative aspects concerning EU Fit For 55 packages was analysed and their impact to the field of PtX. Current regulation status on a national level was also presented. The results indicated that the field of regulation is incomplete at this stage and is on a development status. Regulation will affect the potential of wide-scale application of PtX technologies; however further clarification and finalisation is needed.
The regional PtX concept main product off-takers and side stream utilisation targets were identified based on local opportunities. A PtX ecosystem analysis of possible key stakeholders was completed and their roles as well as regulation and value drivers were uncovered.
The techno-economic assessment evaluated the feasibility of methanation plant alternatives in different demand scenarios. Alkaline electrolyser based methanation resulted in a feasible scenario when the production of synthetic natural gas (SNG) exceeded approx. 6 kt/a with a reference sales price of 145 €/MWh. Solid oxide electrolyser based methanation resulted in a feasible scenario only if SNG was produced by at least 23.7 kt/a. Oxygen and heat revenues were found to reduce the levelized costs of hydrogen and SNG. Electricity costs, full load hours, electrolyser efficiency and scaling had a large impact on the costs of methanation.
Säädöksiin liittyvät näkökohdat keskittyivät EU:n Fit For 55 pakettiin ja niiden vaikutusten arviointiin PtX alaa koskien. Kansallisen tason säännöksiä esitettiin myös. Säädökset liittyen PtX alaan ovat vielä valtaosin keskeneräisiä ja kehityksen asteella. Säädökset vaikuttavat PtX teknologioiden laajamittaiseen soveltamiseen, mutta ne tarvitsevat vielä lisäselvityksä ja viimeistelyä.
Alueellisen PtX konseptin pää- ja sivutuotteiden hyödyntäjät tunnistettiin paikallisten mahdollisuuksien perusteella. Työssä tehtiin PtX ekosysteemin analyysi jossa mahdolliset keskeiset sidosryhmät, heidän roolit, arvotekijät ja ohjaavat säädökset tunnistettiin.
Teknis-taloudellisessa arvioinnissa tutkittiin metanointi vaihtoehtoja erilaisissa kysyntä skenaarioissa. Alkalielektrolyysiin perustuva metanointi saavutti tuottavan skenaarion mikäli synteettisen metaanin (SNG) vuosittainen tuotanto ylitti n. 6000 tonnia 145 €/MWh referenssi myyntihinnalla. Kiinteäoksidielektrolyysiin perustuvassa metanoinnissa saavutettiin tuottava skenaario vuosituotannon ylittäessä n. 23700 tonnia. Happi ja hukkalämpö sivuvirtojen hyödyntäminen laski vedyn ja synteettisen metaanin tuotantokustannuksia. Sähkön hinta, huipunkäyttöaika, elektrolyysin hyötysuhde ja skaalaus vaikuttivat merkittävästi metanoinnin tuotantokustannuksiin.