The Swedish energy system and the role of hydrogen : a modelling study of the energy and transport sector

In light of the ongoing climate change dilemma, and the consequences that a failure to reduce the greenhouse gas emissions to a stable level will most likely induce, there is an overwhelming consensus among scientists and political leaders that actions are necessary to ensure that adaptation and mitigation options are secured. The European Union, as well as the Swedish government, agrees with the Intergovernmental Panel on Climate Change and the United Nations Conference of Parties that a reduction of the fossil fuel dependency is essential. In respect of this, the concept of a hydrogen economy has been around as a promising solution to the current challenges that the energy systems faces, e.g. an increasing amount of renewable intermittent capacity. This is calling for smart grids, demand side management and storage solutions. Hydrogen as an energy carrier can serve multiple purposes, as an energy storage for variable generation as well as a fuel for both the industry and the transport sector. Currently, there have been a few incentives to develop these so-called power-to-gas and power-to-power energy chains; however, progress is still slow. Before major investments can be seen in this technology, the potential will have to be evaluated thoroughly. In this thesis, the hydrogen potential costs and environmental benefits are assessed through energy modelling in the cost optimisation analytical tool OSeMOSYS (Open Source energy Modelling SYStem). Specifically, through scenario development, the potential use of hydrogen as fuel for passenger cars and buses has been analysed. The results show that although there is some potential for hydrogen use in fuel cell electric vehicles (FCEVs), the transition will be expensive and slow. Yet, a large reduction of emissions due to the shift from fossil fuels in the transport sector still makes hydrogen a relevant energy carrier to consider for the future. Continued efforts to assess the potential synergies of interconnecting the different energy sectors are necessary to understand its full potential.I ljuset av de pågående klimatförändringarna, och de konsekvenser som fås av ett misslyckande att sänka utsläppen av växthusgaser till en rimlig nivå, råder idag övervägande konsensus bland både forskare och politiska ledare att omgående åtgärder är nödvändiga. Detta för att säkerställa alternativ för att begränsa utsläppen och anpassa systemet. Europeiska Unionen är tillsammans med den svenska regeringen i samtycke med den Internationella klimatpanelen (IPCC) och Förenta Nationerna (FN) om att en minskning av det fossila bränsleberoendet således är väsentlig. Med avseende på detta har begreppet vätgasekonomi vuxit fram som en lovande lösning på många av de nuvarande problemen som energisystemen möter, som t.ex. en växande andel intermittent elproduktion. Den förnyelsebara elen kräver nya idéer inom bland annat smarta elnät och alternativ för energilagring. Vätgas som energibärare kan där möta flera behov, från energilagring till bränsle för både industri- och transportsektorn. I nuläget finns det några få incitament för att utveckla dessa så kallade kraft-till-gas- och kraft-till-kraft-energikedjor men trots det så är framstegen små. Innan stora investeringar kan ses i dessa tekniker så behöver de utvärderas noga. I den här uppsatsen uppskattas vätgasens potentiella kostnad och möjliga miljönytta genom energimodellering i kostnadsoptimeringsprogrammet OSeMOSYS (Open Source energy MOdelling SYStem). Genom att jämföra olika scenarion så har särskilt den möjliga användningen av vätgas som bränsle för bilar och bussar analyserats. Resultaten visar att medan det finns en viss potential för användning av vätgas i bränslecellsfordon så är övergången från andra bränslen både kostsam och långsam. Stor minskning av utsläpp som följd av ett byte från fossila bränslen i transportsektorn gör dock fortfarande vätgas till en relevant energibärare att överväga för framtiden. Fortsatt arbete med att undersöka de tänkbara positiva effekterna som finns av att binda samman de olika energisektorerna behövs för att förstå vätgasens fulla potential