Self-Optimizing Control of an Offshore Blue Hydrogen Plant

• Main Author: Oh, Yoonsik
• Format: Dissertation
• Language: English

Utviklingen av fornybare energikilder øker stadig, men ytterligere fremgang er nødvendig. Oppdagelsen av nye metoder for å produsere miljøvennlig drivstoff og energikilder er avgjørende, med hydrogen som et lovende alternativ. Konvensjonelle metoder for å produsere hydrogen resulterer imidlertid i betydelig miljøskade på grunn av den store mengden CO2 som produseres som et biprodukt. Blått hydrogen regnes som en lavkarbon-utslippsmetode for å produsere hydrogen der hydrogenet produseres ved dampreformerende naturgass med karbonfangst og -lagring. Dagen blå hydrogenproduksjon er basert på land, noe som krever en del transport av gasser til og fra naturgasskilden til anlegget tilbake til karbonlagringsstedet i havet. Flytting av produksjonsprosessen offshore til en plattform eller et skip vil dramatisk redusere transportbehovet, ettersom hydrogenproduktet vil være det eneste elementet som krever transport tilbake til land. Samtidig vil modifikasjoner av produksjonsprosessen være nødvendig på grunn av vekt- og plassbegrensninger ved drift offshore. Målet med dette prosjektet er å utvikle en modell som nøyaktig gjenspeiler prosessen, sette opp et økonomisk optimaliseringsproblem, en kontrollstruktur som kan avvise forstyrrelser, og studere den økonomiske gjennomførbarheten av prosessen. Målet med optimeringsproblemet er å maksimere fortjenesten av prosessen ved å finne en optimal mengde hydrogen produsert med en optimal mengde energi som kreves for å komprimere CO2, som er avhengig av mengden CO2 som produseres i prosessen. Fortjenesten maksimeres avhengig av operasjonelle begrensninger og fysikken bak modellen. Viktige variabler i prosessen er valgt, som kalles inputvariabler og optimaliseringsresultatene studeres for å se hvilke variabler som kan bli kontrollert ved å manipulere inputvariablene. Ved å studere hvordan systemet oppfører seg når inputvariablene og forstyrrelsesvariablene endres, er det dannet en kontrollstruktur ved å bruke “self-optimizing control” metoden. Ulike kontrollstrukturer har blitt implementert og sammenlignet for å validere deres ytelse ved å studere tap av optimalitet. Resultatet fra det nominelle tilfellet har vist et overskudd på 1268.2 $/time, som tilsvarer ca. 11 millioner USD årlig, forutsatt at anlegget er i drift kontinuerlig. På grunn av denne lave inntekten, i tillegg til de neglisjerte kostnadene i prosessen, som oksygenkostnader, PSAdriftskostnader, rensekostnader og hydrogentransportkostnader, konkluderes dette prosjekt