Waste heat utilisation from Power-to-X in the district heating system of the Capital Region of Denmark
Translated title
Udnyttelse af overskudsvarme fra Power-to-X i Hovedstadsregionens fjernvarmesystem
Authors
Holtegaard, Sebastian Wulff ; Madsen, Nicolaj ; Frandsen, Mads Rasch
Term
4. Term
Publication year
2022
Submitted on
2022-06-03
Pages
100
Abstract
This thesis examines how waste heat from Power-to-X (PtX) can be integrated into a future low-temperature district heating system (4th generation DH) in the Capital Region of Denmark. Focusing on water-based electrolysis for hydrogen, Alkaline Electrolysis Cells (AEC) are selected for detailed analysis. The study combines a literature review, GIS-based site selection, energy system modelling with energyPRO, and techno-economic assessment (NPV and LCoH). Two suitable locations are identified using GIS and qualitative criteria, including access to district heating networks and CO2 point sources: Helsingør and Hillerød. Reference models for the interconnected Nordøstsjælland (NØS) and Hillerød-Farum-Værløse (HFV) DH systems are developed, and waste heat is integrated from an 18 MW electrolyser with a 1.6 MWth heat pump in NØS and a 33 MW electrolyser with a 3 MWth heat pump in HFV, targeting operation around 55°C. Integration is achieved with a general reduction in fuel consumption. The techno-economic analysis reports, for NØS, an electrolyser NPV of 519 MDKK, a heat pump NPV of −4 MDKK, and an average heat price of 306 DKK/MWh, which increases by 2 DKK/MWh after integration. For HFV, the electrolyser NPV is 965 MDKK, the heat pump NPV is 8 MDKK, and the average heat price is 356 DKK/MWh, which decreases by 1 DKK/MWh after integration. Sensitivity analyses identify hydrogen and oxygen prices as the most influential parameters; in the base case they drive baseload electrolyser operation, while adjusted price assumptions enable flexible, intermittent operation at low electricity prices, regarded as optimal for integrating variable renewables. The findings underscore that strategic siting, network access, and suitable temperatures are key to utilising PtX waste heat in the region’s district heating.
Dette speciale undersøger, hvordan spildvarme fra Power-to-X (PtX) kan integreres i fremtidens lavtemperatur-fjernvarmesystem (4. generation fjernvarme) i Region Hovedstaden. Med udgangspunkt i vandbaseret elektrolyse til brintproduktion vurderes AEC som den teknologiske løsning til videre analyse. En kombination af litteraturstudie, GIS-analyse til lokationsvalg, energisystemmodellering med energyPRO og techno-økonomisk vurdering (NPV og LCoH) anvendes. To egnede områder identificeres gennem GIS og kvalitative kriterier, herunder adgang til fjernvarmenet og CO2-punktkilder: Helsingør og Hillerød. Referencemodeller for de sammenhængende fjernvarmesystemer Nordøstsjælland (NØS) og Hillerød-Farum-Værløse (HFV) udvikles, og spildvarme fra henholdsvis en 18 MW elektrolysør med en 1,6 MWth varmepumpe i NØS og en 33 MW elektrolysør med en 3 MWth varmepumpe i HFV integreres til en forventet drift ved ca. 55°C. Integrationen gennemføres med generelt lavere brændselsforbrug. Den techno-økonomiske analyse viser for NØS en NPV på 519 MDKK for elektrolysøren, −4 MDKK for varmepumpen og en gennemsnitlig varmepris på 306 DKK/MWh, som stiger med 2 DKK/MWh efter integration. For HFV er NPV 965 MDKK for elektrolysøren, 8 MDKK for varmepumpen og gennemsnitlig varmepris 356 DKK/MWh, som falder med 1 DKK/MWh efter integration. Følsomhedsanalyser fremhæver brint- og iltpriser som de mest styrende parametre; disse medfører baseload-drift af elektrolysen ved udgangspunktet, mens justerede prisforudsætninger muliggør fleksibel, intermitterende drift ved lave elpriser, hvilket anses som optimal ved høj VE-andel. Resultaterne peger på, at strategisk lokalisering, adgang til fjernvarmenet og passende temperaturer er centrale for at udnytte PtX-spildvarme i regionens fjernvarme.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]