In the present study, an investigation is conducted to assess the feasibility of producing
hydrogen from water and storing it to be used later for electricity generation in a fuel
cell. For this reason, it is assumed that a group of hotels that already own a reverse
osmosis (RO) desalination unit and an installed 5-MW photovoltaic (PV) system, form
a cooperative and share the usage of the hydrogen system. The sales of the byproduct
oxygen is also of consideration in the viability study. Hydrogen is generated
throughout the year under two scenarios; In the winter period where off-peak
electricity is used, and in the remaining seasons where daytime photovoltaic electricity
in the grid is used for water splitting by electrolysis to obtain hydrogen. In both
scenarios hydrogen is stored during off-peak hours and electricity is generated in a fuel
cell during peak hours in North Cyprus. Through the economic analysis, it has been
noticed that the system is non-feasible under the current tariff billing. However, using
optimization methods through sensitivity analysis and applying Monte Carlo
simulation, together with proposing a multi-tariff billing system, it has been observed
that the system can become feasible. Through optimization, the fuel cell energetic and
exergetic efficiencies are increased to 50.19% and 48.09%, respectively. It is found
that the break-even peak and off-peak tariff prices should be 0.55 and 0.275 $/kWh,
respectively, with expected reduction in fuel cell and storage unit costs in the future,
to obtain savings-to-investment ratios above unity. The analysis was done over a
lifetime of 15 years and discount rate of 2%.
ÖZ:
Bu çalışmada, sudan hidrojen üretip depolamak suretiyle bir yakıt hücresi vasıtasıyla
elektrik üretiminin fizibilitesini değerlendirmek için bir araştırma yapılmıştır. Bu
nedenle, denize yakın bir otel gurubunun halihazırda bir ters ozmoz (RO) suyu tuzdan
arındırma ünitesine ve kurulu 5 MW'lık bir fotovoltaik (PV) sistemine sahip olduğu,
bir
kooperatif oluşturduğu ve hidrojen sisteminin kullanımını paylaştığı
varsayılmaktadır. Yan ürün oksijenin satışı da fizibilite çalışmasında dikkate
alınmıştır. Hidrojen yıl boyunca iki senaryo altında üretilir; Kış döneminde elektriğin
yoğun kullanılmadığı saatlerde ve diğer mevsimlerde, fotovoltaiklerin elektrik ürettiği
gündüz saatlerinde elektroliz yoluyla arıtılmış suyu bölerek elde edilir. Her iki
senaryoda da Kuzey Kıbrıs'ta yoğun olmayan saatlerde hidrojen depolanır ve yoğun
saatlerde bir yakıt hücresinde elektrik üretilir. Sistemin mevcut tarife ile uygulanabilir
olmadığı yapılan ekonomik analizde ortaya çıkmıştır. Ancak duyarlılık analizi ile
optimizasyon yöntemlerinin kullanılması ve Monte Carlo simülasyonunun
uygulanması, çok tarifeli faturalandırma sisteminin önerilmesiyle birlikte sistemin
uygulanabilir hale gelebileceği gözlemlenmiştir. Optimizasyon sayesinde, yakıt
hücresi enerjik ve ekserjetik verimlilikleri sırasıyla %50.19 ve %48.09'a yükseltildi.
Fizibilitede başabaş gitmek için, gelecekte beklenen yakıt hücresi ve depolama
fiyatlarının düşmesi yanında, yoğun ve yoğun olmayan saatlerdeki elektrik fiyatının
sırasıyla 0.8 ve 0.4 $/kWh olması gerektiği bulunmuştur. Analiz, 15 yıllık bir ömür ve
%2 iskonto oranı üzerinden yapılmıştır.
