Energy, Economic, and Environmental (3E) Assessment of Blue & Green Hydrogen and Ammonia Potential in Kuwait’s Power Generation Sector

يعتبر تخزين الطاقة البديلة المنتجة من المحطات الشمسية والرياح من أهم التحديات لتبني مشاريع الطاقة المتجددة في المستقبل. في السنوات الأخيرة تم طرح الهيدروجين والأمونيا الخضراء والزرقاء في حديث ونقاشات مؤسسات الطاقة العالمية لينهضوا بهذه الطاقة النظيفة كي يقل استهلاك الوقود الأحفوري في محطات توليد الطاقة وتحلية المياه. تحويل الطاقة المتجددة إلى الهيدروجين ومشتقاته قد يكون الخيار الأنسب لحل مشكلة تخزين ونقل الطاقة البديلة. في هذه الدراسة ستتم مقارنة أداء محطات انتاج الكهرباء والماء التي تستهلك وقوداً أحفورياً مثل الغاز المسال حالياً مع محطات تستهلك الهيدروجين والأمونيا الخضراء والزرقاء كوقود خالٍ من الكربون. سيتم مقارنة تكلفة الوقود بين الوقود التقليدي المستخدم حاليا والوقود الصديق للبيئة المقترح وأخيراً سيحتسب انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون نتيجةً لتبديل الوقود. بعد أن يتم اختيار محطة توليد للكهرباء وتحلية المياه القائمة كمرجع وستبرمج المحطة باستخدام نماذج حسابية لاحتساب استهلاك الوقود ومعدلات الانبعاثات البيئية. بعد ذلك سيتم تعديل تصميم المحطة حتى تستطيع ان تستقبل الهيدروجين والأمونيا في التوربينات الغازية بدلأً من الغاز المسال لحساب استهلاك الوقود ومعدلات انخفاض الانبعاثات البيئية. ستقارن تكلفة الوقود لتوليد نفس الطاقة والمياه للوقود المقترح مع الوقود الأحفوري المستخدم حاليا. هذا المشروع سيحاول أن يجيب على الأسئلة التالية: 1) هل تغيير الوقود في محطات توليد الطاقة وتحلية المياه من غاز احفوري الى وقود صديق للبيئة مثل الهيدروجين والامونيا مجدٍ اقتصاديا؟ 2) كم ستنخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون نتيجة لهذا التغيير في نوعية الوقود؟ مدة المشروع المتوقعة 24 شهراً والتكلفة التقريبية للمشروع 153,500 د.ك.

The challenge of storing alternative energy effectively is a major drawback of renewable wind and solar energy plants. In recent years, hydrogen and ammonia (blue and green) have entered the global net-zero energy discussion as possible sustainable energy carriers to ultimately reduce conventional fossil fuels’ firing in the power generation sector. Storing energy in hydrogen can potentially solve the energy storage and transportation dilemma of renewables. The feasibility of considering these carbon-free energy vectors as fuel for cogeneration plants in Kuwait will be studied from an energy, economic, and environmental perspective. First, this study compares the thermodynamic performance of a utility-scale power and water cogeneration plant fired by the proposed sustainable fuels: green and blue hydrogen (H2) and ammonia (NH3). The cost of fuel is then calculated and compared with natural gas at present day costs. Finally, the carbon dioxide emissions abated as a result of using carbon-free fuels is reported. Using an existing power and water cogeneration plant as a reference plant, the plant will be mathematically modeled using computational software such as ASPEN PLUS at design conditions to calculate the fuel consumption and environmental emissions’ rates. The model will then be modified such that H2 or NH3 are fired instead of natural gas in the combustion chamber of gas turbines. Fuel cost and emissions will then be compared to generate the same power and water output at design conditions. This project will ultimately attempt to answer the following questions: 1) Is it economically feasible for MEWRE to switch the fuel intake in their future cogeneration plants from fossil fuels to carbon-free hydrogen or ammonia? 2) What would be the quantity of CO2 emissions abated from such switch? The duration of the projec