Ekonomska analiza proizvodnje zelenega vodika z elektrolizo iz obnovljivih virov energije

Vse več držav si začenja postavljati strateške cilje za vodikovo energijo in nekatere naložbe se nagibajo k razvoju zelene vodikove tehnologije. EU in Kitajska vodita ta razvoj in iščeta prednosti prvega koraka v tehnologiji in infrastrukturi. Medtem so Japonska, Južna Koreja, Francija, Nemčija, Nizozemska, Nova Zelandija in Avstralija od leta 2017 izdale strategije za vodikovo energijo in razvile pilotne načrte. Leta 2021 je EU izdala strateško zahtevo za vodikovo energijo, ki predlaga povečanje obratovalne zmogljivosti proizvodnje vodika v elektrolitskih celicah na 6 GW do leta 2024 z uporabo vetrne in sončne energije ter na 40 GW do leta 2030 se bo zmogljivost proizvodnje vodika v EU povečala na 40 GW z dodatnimi 40 GW zunaj EU.

Kot pri vseh novih tehnologijah se zeleni vodik premika od primarnih raziskav in razvoja k glavnemu industrijskemu razvoju, kar ima za posledico nižje stroške na enoto in večjo učinkovitost pri načrtovanju, gradnji in namestitvi. Zeleni vodik LCOH je sestavljen iz treh komponent: stroškov elektrolitske celice, cene električne energije iz obnovljivih virov in drugih obratovalnih stroškov. Na splošno stroški elektrolitske celice predstavljajo približno 20 % ~ 25 % zelenega vodika LCOH in največji delež električne energije (70 % ~ 75 %). Operativni stroški so razmeroma majhni, običajno manj kot 5 %.

Na mednarodni ravni je cena obnovljive energije (predvsem sončne in vetrne energije v komunalnem obsegu) v zadnjih 30 letih znatno padla, njeni izravnani stroški energije (LCOE) pa so zdaj blizu stroškom energije iz premoga (30–50 USD/MWh). , zaradi česar bodo obnovljivi viri v prihodnosti bolj stroškovno konkurenčni. Stroški obnovljive energije še naprej upadajo za 10 % na leto in do leta 2030 bodo stroški obnovljive energije dosegli približno 20 $/MWh. Stroškov delovanja ni mogoče bistveno zmanjšati, vendar je mogoče zmanjšati stroške celične enote in za celice se pričakuje podobna krivulja stroškov učenja kot za sončno ali vetrno energijo.

Sončna PV je bila razvita v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja in cena solarnih PV LCoE je bila leta 2010 okoli 500 $/MWh. Solar PV LCOE se je od leta 2010 znatno zmanjšal in trenutno znaša 30 do 50 USD/MWh. Glede na to, da je tehnologija elektrolitskih celic podobna industrijskemu merilu za proizvodnjo sončnih fotonapetostnih celic, bo od leta 2020 do 2030 tehnologija elektrolitskih celic verjetno sledila podobni poti kot sončne fotonapetostne celice v smislu stroškov na enoto. Hkrati se je LCOE za veter v zadnjem desetletju močno zmanjšal, vendar za manjši znesek (približno 50 odstotkov na morju in 60 odstotkov na kopnem).

Naša država uporablja obnovljive vire energije (kot so vetrna energija, fotovoltaika, hidroenergija) za proizvodnjo vodika z elektrolitsko vodo, ko je cena električne energije pod 0,25 juana / kWh, so stroški proizvodnje vodika relativno ekonomsko učinkoviti (15,3 ~ 20,9 juana / kg) . Tehnični in ekonomski kazalniki proizvodnje vodika z alkalno elektrolizo in PEM elektrolizo so prikazani v tabeli 1.

Metoda izračuna stroškov elektrolitske proizvodnje vodika je prikazana v enačbah (1) in (2). LCOE= fiksni stroški/(količina proizvodnje vodika x življenjska doba) + obratovalni stroški (1) Operativni stroški = poraba električne energije pri proizvodnji vodika x cena elektrike + cena vode + stroški vzdrževanja opreme (2) Ob projektih alkalne elektrolize in elektrolize PEM (1000 Nm3/h) ) kot primer predpostavimo, da je celoten življenjski cikel projektov 20 let in življenjska doba delovanja 9×104h. Fiksni stroški paketne elektrolitske celice, naprave za čiščenje vodika, pristojbine za material, pristojbine za civilno gradnjo, pristojbine za storitve namestitve in drugih postavk so izračunani na 0,3 juana / kWh za elektrolizo. Primerjava stroškov je prikazana v tabeli 2.

V primerjavi z drugimi metodami proizvodnje vodika, če je cena električne energije iz obnovljivih virov energije nižja od 0,25 juana / kWh, se lahko stroški zelenega vodika znižajo na približno 15 juanov / kg, kar začne imeti stroškovno prednost. V kontekstu ogljične nevtralnosti, z zmanjšanjem stroškov proizvodnje energije iz obnovljivih virov energije, obsežnim razvojem projektov proizvodnje vodika, zmanjšanjem porabe energije elektrolitskih celic in naložbenih stroškov ter usmerjanjem davka na ogljik in drugih politik, cesta zmanjšanja stroškov zelenega vodika bo postopoma jasno. Ker bo hkrati proizvodnja vodika iz tradicionalnih virov energije pomešana s številnimi sorodnimi nečistočami, kot so ogljik, žveplo in klor, ter stroški prekritega čiščenja in CCUS, lahko dejanski proizvodni stroški presežejo 20 juanov/kg.