Renewable Energy Hydrogen Systems based on PV, Wind, and Water Electrolysis

Hovedformålet med REHSYS-prosjektet er å studere og optimalisere design og drift av industrielle vannelektrolyseanlegg basert på fornybar energi (PV sol- og vindkraft) og PEM-vannelektrolyse (protonledende membraner). Et annet viktig mål med prosjektet er å støtte teknologiutvikling som på sikt vil føre til kostnadseffektiv fornybar (grønn) hydrogenproduksjon. For å oppnå dette kreves utvikling av hydrogensystemer med høy virkningsgrad og lang levetid for mange ulike driftsforhold. Sentrale forskningstemaer i prosjektet er prediksjon (nowcasting) av lokale fornybare energiressurser (PV og vind), dynamisk drift av PEM-vannelektrolyse og design av hydrogenanlegg basert på fornybar kraft. Arbeidet med disse hovedutfordringene er organisert i følgende arbeidspakker: (1) Evaluering av solenergiressurser for spesifikke lokasjoner og utvikling av metode for prediksjon av PV solkraft, (2) Eksperimentell testing og modellering av PEM-vannelektrolysesystemer og (3) Tekno-økonomisk analyse og optimalisering av design og drift av industrielle hydrogenanlegg basert på sol- og vindkraft. Data fra lokasjoner med eksisterende PV-, vind-, og/eller industrielle hydrogenanlegg skal analyseres og benyttes i valideringen av de ulike modellene planlagt utviklet i prosjektet. REHSYS-prosjektet ledes av Institutt for energiteknikk (IFE) ved Kjeller, som bidrar med forskere fra tre ulike avdelinger: Solkraft, Hydrogenteknologi og Energisystemanalyse. En doktorgrad på PEM-vannelektrolyse er planlagt på Institutt for teknologisystemer (ITS) ved Universitetet i Oslo (UiO) og National Renewable Energy Laboratory (NREL) i USA deltar som internasjonal forskningspartner. Prosjektet er også støttet av industripartnerne Statkraft, Equinor, Hydro Havrand og Nel. I 2024 ble det ferdigstilt to masteroppgaver ved IFE og UiO på modellering av PEM-vannelektrolysesystemer og i september ble doktorgradsstipendiaten i prosjektet ansatt ved UiO. På IFE har Solkraftavdelingen videreutviklet en ny metode for å prediktere solkraftproduksjon og kommersielt utstyr som skal benyttes til å validere (benchmarking) metoden i 2025 er bestilt. Hydrogenteknologiavdelingen har ferdigstilt et eksperimentelt oppsett for testing av PEM-enkeltceller og vil i løpet av høsten 2024 utføre de første testene; de første testene av PEM-cellepakker (stacks) starter opp i januar 2025. Forsknings- og industripartnerne har i 2024 vært aktive på møter, workshops, seminarer og konferanser, både i Norge og internasjonalt (f.eks., Tyskland, Østerrike, Sveits, USA og Australia).

The main objective of the REHSYS-project is to study and optimize the design and operation of industrial scale water electrolysis systems based on wind, photovoltaic solar (PV), and proton exchange membrane (PEM) technology, with the aim to support technology developments required to reach the cost target of 1-2 USD per kg for renewable energy (RE) based hydrogen (H2). To achieve this the project seeks to maximize the efficiency, lifespan, and economy of RE/H2 systems by exploring system designs and operational schemes for specific locations having different weather conditions, scales, grid constraints, and prospective hydrogen off-takers. The research tasks in the project are organized in the following three work packages: (1) Assessment of the variability in PV resources at different locations and development of novel nowcasting methodology, (2) Experimental testing and modelling of a PEM water electrolysis system operated with solar PV and/or wind power, and (3) Techno-economic optimization (sizing and control strategy) incorporating PV and wind nowcasting for specific use cases. Locations with existing RE and/or H2 infrastructure will be carefully selected together with the Industry Partners in the project to ensure access to data suitable for modelling and analysis. The REHSYS-project is led by the Institute for Energy Technology (IFE) at Kjeller in Norway, which contributes with researchers from three different departments: Solar Power, Hydrogen Technology, and Energy Systems Analysis. A PhD on PEM water electrolysis systems is planned at the Department of Technology Systems (ITS) at University of Oslo (UiO) and the National Renewable Energy Laboratory (NREL) in the USA will serve as the main International Research Partner. The project is also supported by the Industry Partners Statkraft, Equinor, Hydro Havrand and Nel.