Techno-economic assessment of waste heat recovery for green hydrogen production: a simulation study

The demand for hydrogen as a green energy carrier is increasing as energy sources shift towards sustainable solutions. Alkaline electrolysers offer a clean method to produce hydrogen, though their limited efficiency results in significant energy loss. This study explores the potential to enhance electrolyser efficiency through waste heat recovery. It examines the technical and economic aspects of using excess heat from an alkaline electrolyser, powered by surplus renewable energy, as a feed-in source for district heating. Utilising a simulation framework for renewable power plants, the study integrates a validated electrolyser model. The analysis focuses on the impact of heat utilisation and heat sales on system efficiency, economic viability, and hydrogen pricing. Findings show improved efficiency with heat supply, especially for smaller electrolyser configurations. Heat sales lead to a slight reduction in hydrogen costs and the study demonstrates their viability for smaller electrolysers. Additionally, it highlights the need for an advanced cooling strategy for larger systems. Overall, the results underscore the potential of integrating electrolysis with district heating, offering valuable insights for future renewable-powered energy systems. Die Nachfrage nach Wasserstoff als gr & uuml;nem Energietr & auml;ger nimmt konstant zu, da sich Energiequellen kontinuierlich hin zu nachhaltigen L & ouml;sungen verlagern. Hier bieten alkalische Elektrolyseure eine saubere Methode zur Wasserstoffproduktion, jedoch f & uuml;hrt deren begrenzte Effizienz zu erheblichen Energieverlusten. Die vorliegende Studie untersucht das Potenzial, die Effizienz von Elektrolyseuren durch die R & uuml;ckgewinnung von Abw & auml;rme zu steigern. Dabei werden die technischen und wirtschaftlichen Aspekte der Nutzung der Abw & auml;rme eines alkalischen Elektrolyseurs f & uuml;r Fernw & auml;rmenetze untersucht. Der Elektrolyseur wird in diesem Fall mit erneuerbarer & Uuml;berschussenergie betrieben und mithilfe eines Simulationstools f & uuml;r erneuerbare Kraftwerke beschrieben, in welches ein im Rahmen dieser Arbeit implementiertes Elektrolysemodells integriert wurde. Die Analyse konzentriert sich auf die Auswirkungen von W & auml;rmer & uuml;ckgewinnung auf die Systemeffizienz, wirtschaftliche Machbarkeit und Wasserstoffpreisgestaltung. Die Ergebnisse zeigen eine verbesserte Effizienz bei W & auml;rmer & uuml;ckgewinnung, insbesondere f & uuml;r kleinere Elektrolyseurgr & ouml;ss en. Der Verkauf der W & auml;rme f & uuml;hrt zu einer geringf & uuml;gigen Reduzierung der Wasserstoffkosten, wobei die Studie die Realisierbarkeit vor allem f & uuml;r kleinere Elektrolyseure aufzeigt. Dar & uuml;ber hinaus wird die Notwendigkeit einer fortschrittlichen K & uuml;hlstrategie f & uuml;r gr & ouml;ss ere Systeme verdeutlicht. Zusammengefasst unterstreichen die Ergebnisse positive Synergieeffekte von Elektrolyse (und deren W & auml;rmer & uuml;ckgewinnung) und Fernw & auml;rme und bieten wertvolle Einblicke f & uuml;r zuk & uuml;nftige, erneuerbare Energiesysteme.