Οικονομική ανάλυση παραγωγής πράσινου υδρογόνου με ηλεκτρόλυση από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Όλο και περισσότερες χώρες αρχίζουν να θέτουν στρατηγικούς στόχους για την ενέργεια υδρογόνου και ορισμένες επενδύσεις τείνουν στην ανάπτυξη της πράσινης τεχνολογίας υδρογόνου. Η ΕΕ και η Κίνα ηγούνται αυτής της εξέλιξης, αναζητώντας πρωτοποριακά πλεονεκτήματα στην τεχνολογία και τις υποδομές. Εν τω μεταξύ, η Ιαπωνία, η Νότια Κορέα, η Γαλλία, η Γερμανία, η Ολλανδία, η Νέα Ζηλανδία και η Αυστραλία έχουν κυκλοφορήσει στρατηγικές ενέργειας υδρογόνου και έχουν αναπτύξει πιλοτικά σχέδια από το 2017. Το 2021, η ΕΕ εξέδωσε στρατηγική απαίτηση για την ενέργεια υδρογόνου, προτείνοντας την αύξηση της λειτουργικής ικανότητας παραγωγής υδρογόνου σε ηλεκτρολυτικές κυψέλες σε 6 GW έως το 2024 με βάση την αιολική και ηλιακή ενέργεια και σε 40 GW έως το 2030, η ικανότητα παραγωγής υδρογόνου στην ΕΕ θα αυξηθεί στα 40 GW κατά επιπλέον 40 GW εκτός ΕΕ.

Όπως συμβαίνει με όλες τις νέες τεχνολογίες, το πράσινο υδρογόνο μετακινείται από την πρωτογενή έρευνα και ανάπτυξη στην κύρια βιομηχανική ανάπτυξη, με αποτέλεσμα χαμηλότερο μοναδιαίο κόστος και αυξημένη απόδοση στο σχεδιασμό, την κατασκευή και την εγκατάσταση. Το πράσινο υδρογόνο LCOH αποτελείται από τρία συστατικά: κόστος ηλεκτρολυτικών στοιχείων, τιμή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές και άλλα λειτουργικά κόστη. Γενικά, το κόστος των ηλεκτρολυτικών στοιχείων αντιπροσωπεύει περίπου το 20% ~ 25% του πράσινου υδρογόνου LCOH, και το μεγαλύτερο μερίδιο της ηλεκτρικής ενέργειας (70% ~ 75%). Το λειτουργικό κόστος είναι σχετικά μικρό, γενικά μικρότερο από 5%.

Σε διεθνές επίπεδο, η τιμή της ανανεώσιμης ενέργειας (κυρίως ηλιακής και αιολικής κλίμακας) έχει μειωθεί σημαντικά τα τελευταία 30 χρόνια και το εξισορροπημένο ενεργειακό κόστος της (LCOE) είναι πλέον κοντά σε αυτό της ενέργειας με καύση άνθρακα (30-50 $ /MWh) , καθιστώντας τις ανανεώσιμες πηγές πιο ανταγωνιστικές ως προς το κόστος στο μέλλον. Το κόστος των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας συνεχίζει να μειώνεται κατά 10% ετησίως και περίπου το 2030 το κόστος ανανεώσιμης ενέργειας θα φτάσει περίπου τα 20 $ /MWh. Το κόστος λειτουργίας δεν μπορεί να μειωθεί σημαντικά, αλλά το κόστος μονάδας κυψέλης μπορεί να μειωθεί και αναμένεται παρόμοια καμπύλη κόστους μάθησης για τις κυψέλες όπως για την ηλιακή ή την αιολική ενέργεια.

Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά αναπτύχθηκαν τη δεκαετία του 1970 και η τιμή των ηλιακών φωτοβολταϊκών LCoE το 2010 ήταν περίπου $500 /MWh. Το ηλιακό φωτοβολταϊκό LCOE έχει μειωθεί σημαντικά από το 2010 και σήμερα είναι $30 έως $50 /MWh. Δεδομένου ότι η τεχνολογία ηλεκτρολυτικών κυψελών είναι παρόμοια με το βιομηχανικό σημείο αναφοράς για την παραγωγή ηλιακών φωτοβολταϊκών στοιχείων, από το 2020-2030, η τεχνολογία ηλεκτρολυτικών κυψελών είναι πιθανό να ακολουθήσει παρόμοια τροχιά με τα ηλιακά φωτοβολταϊκά στοιχεία όσον αφορά το μοναδιαίο κόστος. Ταυτόχρονα, το LCOE για την αιολική έχει μειωθεί σημαντικά την τελευταία δεκαετία, αλλά κατά μικρότερο ποσοστό (περίπου 50 τοις εκατό υπεράκτια και 60 τοις εκατό στην ξηρά).

Η χώρα μας χρησιμοποιεί ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ό. . Οι τεχνικοί και οικονομικοί δείκτες της αλκαλικής ηλεκτρόλυσης και της παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση PEM φαίνονται στον Πίνακα 1.

Η μέθοδος υπολογισμού του κόστους παραγωγής ηλεκτρολυτικού υδρογόνου φαίνεται στις εξισώσεις (1) και (2). LCOE= σταθερό κόστος/(ποσότητα παραγωγής υδρογόνου x διάρκεια ζωής) + κόστος λειτουργίας (1) κόστος λειτουργίας = κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας παραγωγής υδρογόνου x τιμή ηλεκτρικής ενέργειας + τιμή νερού + κόστος συντήρησης εξοπλισμού (2) Λήψη έργων αλκαλικής ηλεκτρόλυσης και ηλεκτρόλυσης PEM (1000 Nm3/h ) για παράδειγμα, υποθέστε ότι ο συνολικός κύκλος ζωής των έργων είναι 20 χρόνια και η διάρκεια ζωής είναι 9×104 ώρες. Το σταθερό κόστος της ηλεκτρολυτικής κυψέλης συσκευασίας, της συσκευής καθαρισμού υδρογόνου, της αμοιβής υλικού, της αμοιβής αστικής κατασκευής, της αμοιβής υπηρεσιών εγκατάστασης και άλλων ειδών υπολογίζεται σε 0,3 γιουάν /kWh για ηλεκτρόλυση. Η σύγκριση κόστους φαίνεται στον Πίνακα 2.

Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους παραγωγής υδρογόνου, εάν η τιμή ηλεκτρικής ενέργειας των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι χαμηλότερη από 0,25 γιουάν/kWh, το κόστος του πράσινου υδρογόνου μπορεί να μειωθεί σε περίπου 15 γιουάν/κιλό, πράγμα που αρχίζει να έχει πλεονέκτημα κόστους. Στο πλαίσιο της ουδετερότητας άνθρακα, με τη μείωση του κόστους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, τη μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη έργων παραγωγής υδρογόνου, τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας ηλεκτρολυτικών στοιχείων και του επενδυτικού κόστους και την καθοδήγηση του φόρου άνθρακα και άλλων πολιτικών, ο δρόμος της μείωσης του κόστους πράσινου υδρογόνου θα είναι σταδιακά σαφές. Ταυτόχρονα, επειδή η παραγωγή υδρογόνου από παραδοσιακές πηγές ενέργειας θα αναμιχθεί με πολλές σχετικές ακαθαρσίες, όπως άνθρακας, θείο και χλώριο, και το κόστος του υπερτιθέμενου καθαρισμού και CCUS, το πραγματικό κόστος παραγωγής μπορεί να υπερβαίνει τα 20 γιουάν/κιλό.