Nya trenden: Flytta ut tillverkning av vätgas till havs

2022-06-13 06:00  

Vätgas väntas bli nyckeln för den klimatvänliga industrin. Nu satsar både Vattenfall och Siemens på att producera gasen i havet, direkt vid vindkraftverken. Poängen är att minska energiförlusterna.

Gruvbolag, stålindustri och drivmedelsproducenter hoppas på att den pyttelilla väteatomen ska bli lösningen för att minska utsläppen av växthusgaser framöver.

När vätgas produceras av elektrolysörer, som drivs av el, spjälkas vatten och delas upp i vätgas och syrgas. Processen ger inte upphov till några koldioxidutsläpp och vätgasen som tillverkas brukar därför benämnas som grön.

Vindkraft i havet. Foto: Vattenfall

Både Vattenfall och Siemens satsar nu på att placera elektrolysörer till havs, vid vindkraftsparker. Siemens Gamesa håller på att bygga om sin 14 MW-turbin så att den ska kunna producera vätgas av avsaltat vatten.

Vattenfall har ett liknande projekt på gång utanför den skotska kusten, strax norr om Aberdeen. Där är det ett befintligt vindkraftverk som ska förses med en elektrolysör vid foten av tornet. Vätgasen ska ledas in till land via pipeline.

”Det mesta av energin går till elektrolysören”

Projektet kallas för Hydrogen Turbine 1, HT1, och beviljades nyligen 9,3 miljoner pund, nära 114 miljoner kronor, av den brittiska regeringen. Vattenfalls målsättning är att bli först i världen att testa full integrering av vätgasproduktion med ett vindkraftverk i havet.

– Vi vill hitta utmaningarna som man bara möter när man gör något i verkligheten. Det gäller att varje del får rätt storlek så att man inte får ett ineffektivt system där till exempel pipelinen är alldeles för liten eller stor. Vi vill också lära känna leverantörerna och bygga upp vår interna kompetens, säger Vattenfalls projektledare Wiljan Harder till Ny Teknik.

Wiljan Harden. Foto: Privat

Vindkraftverket är ett av elva turbiner om 8,8 MW i vindparken Aberdeen Offshore Wind Farm. När installationen av elektrolysör och tillhörande utrustning är klar kommer vindkraftverket i princip enbart att leverera vätgas, i stället för el, till land.

Men för att havsvatten ska kunna spjälkas i en elektrolysör måste det först avsaltas. Så en del av den el som produceras av vindkraftverket kommer att gå åt i tillhörande system.

– Det mesta av energin kommer att gå till elektrolysören och en del till kontrollsystem, avsaltning och pumpar, säger Wiljan Harder, utan att gå in på några proportioner.

”Mer energi tillgänglig per turbin”

Poängen med att producera vätgas redan ute till havs, i stället för att överföra el till land och tillverka vätgasen där, är att minska energiförlusterna när el konverteras i flera steg mellan växelström och likström.

Wiljan Harder tar en elektrolysör på land som ska drivas av el från ett vindkraftverk till havs som exempel. Då krävs flera omvandlingssteg. Först ska växelström från vindkraftverkets generator omvandlas till likström för att ledas nedför tornet, sedan omvandlas till växelström igen för att överföras genom sjökabeln till land och där konverteras tillbaka till likström innan den leds in i elektrolysören. Genom att placera elektrolysören ute till havs kan därmed två omvandlingssteg skippas.

I alla konverteringssteg, samt i transformeringen av spänning och överföringen i kablar, går energi förlorad.

– Vi har helt enkelt mer energi tillgänglig per turbin om vi placerar elektrolysören i havet i stället för på land. Och överföringen av vätgas är relativt enkel, säger Wiljan Harder.

Men exakt hur stora energivinster som Vattenfall räknar med när vätgasen tillverkas ute till havs vill Wiljan Harder inte avslöja.

Upp till sju fraktcontrainrar kan behövas

Även Peder Zandén Kjellén, doktorand vid Högskolan i Gävle, bedömer att det är bättre att placera vätgasproduktion nära vindkraft. Det är grundtesen i hans forskning, som han dock inte har stärkt helt än.

Förutsättningarna ser dock olika ut från fall till fall, vilket påverkar utfallet av en jämförelse mellan överföring av el respektive vätgas.

– Om vindparken ligger nära land är skillnaden mindre. Vi ser att utvecklingen av havsbaserade vindparker placeras längre och längre från land, så vi förväntar oss att vätgasalternativet blir mer intressant, säger Wiljan Harder.

Vattenfall planerar att installera en elektrolysör vid foten av ett vindkraftverk i parken utanför Aberdeen. Foto: Vattenfall

Rent praktiskt är planen i projekt HT1 att bygga en förlängd plattform vid foten av vindkraftstornet. Ovanpå plattformen ska utrustningen för vätgastillverkningen placeras.

Och utrustningen är omfattande. Vattenfall räknar med att upp till sju fraktcontainrar kan behövas.

Föredrar kompressor på land

Vindparken utanför Aberdeen har byggts med en ny typ av fundament som kallas suction bucket, som Ny Teknik har berättat om tidigare. Det är anledningen till att Vattenfall har valt just den här platsen för sitt vätgasprojekt.

– Fundamentstrukturen gör att det är mycket enklare att svetsa på extra saker på sidan, och också mycket enklare att få ut kablarna. Det hade varit mycket svårare med monopiles, säger Wiljan Harder.

Vindparken utanför den skotska kusten har byggts med en ny sorts sugproppsfundament. Här lyfts konstruktionen på plats. Foto: Vattenfall

Exakt vilken elektrolysörteknik som Vattenfall ska välja är inte bestämt än, men troligen blir det en PEM-variant. Det är en av de mest mogna elektrolysörteknikerna på marknaden. Med en PEM-modell tror Vattenfall att trycket från elektrolysören, cirka 30 bar, räcker så att det inte behövs någon kompressor ute vid vindkraftverket.

– En kompressor orsakar vibrationer och behöver vanligtvis mer underhåll än en elektrolysör, så det är något som vi föredrar att placera på land, säger Wiljan Harder.

Väl på land planerar Vattenfall att lagra vätgasen i standardtuber. Något avancerat underjordiskt lager i stil med det som Hybrit har byggt i Luleå ska inte behövas. Elektrolysören vid vindkraftverket kommer att producera strax under tre ton vätgas per dag.

”Man vill undvika kostnadskrävande elnätinfrastruktur”

Byggarbetet i HT1 har ännu inte påbörjats. Målet är att börja producera vätgas 2025.

Men redan nu säger Wiljan Harder att Vattenfall är ganska säker på att vätgasproduktion till havs är något som bolaget vill satsa på framöver.

– Vi vet att vi kommer att behöva stora volymer av fossilfri och billig vätgas. Med de studier som har gjorts hittills är djup integration av elektrolysörer med vindkraftverk i havet en väg för att göra det möjligt, säger Wiljan Harder.

Det skulle i så fall kunna innebära att hela vindparker öronmärks för vätgasproduktion, så att ingen el från parken går till land. Då behövs en vätgaspipeline in till land, men ingen elkabel från vindparken till land.

– Då har man ingen elinfrastruktur mellan vindkraftverken, för det är vad man vill undvika, den kostnadskrävande elnätinfrastrukturen. Det är helt enkelt ingen bra affär att bygga båda systemen när man vet att när den ena används kommer inte den andra att användas, säger Wiljan Harder.

Vätgasprojektet HT1

Vatten till elektrolysören tas upp från havet intill vindkraftverket och avsaltas. Elektrolysören spjälkar vattnet till vätgas och syrgas. Vätgasen överförs via pipeline till land och syrgasen släpps ut till luften. Restprodukter från avsaltningen släpps tillbaka ut i havet.

Den pipeline som ska leda vätgasen till land dimensioneras till cirka 20 cm i invändig diameter. Produktionsflödet beräknas till som mest 180 kg per timme.

Vätgasproduktionen bedöms kunna pågå i omkring tio år innan elektrolysörsystemet når slutet av sin livstid.

Vindparken Aberdeen Offshore Wind Farm kallas även European Offshore Wind Deployment Centre och ägs av Vattenfall. Den ligger ungefär fem kilometer från kusten och vattendjupet är mellan 20 och 30 meter.

Vindparken används som en testanläggning för ny teknik.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt