Ekonomická analýza výroby zeleného vodíka elektrolýzou z obnoviteľných zdrojov energie

Stále viac krajín si začína stanovovať strategické ciele pre vodíkovú energiu a niektoré investície smerujú k rozvoju technológie zeleného vodíka. EÚ a Čína vedú tento vývoj a hľadajú výhody prvého ťahu v technológii a infraštruktúre. Medzitým Japonsko, Južná Kórea, Francúzsko, Nemecko, Holandsko, Nový Zéland a Austrália zverejnili stratégie pre vodíkovú energiu a vyvinuli pilotné plány od roku 2017. V roku 2021 vydala EÚ strategickú požiadavku na vodíkovú energiu, v ktorej navrhla zvýšiť prevádzkovú kapacitu výroby vodíka v elektrolytických článkoch na 6 GW do roku 2024 využívaním veternej a slnečnej energie a na 40 GW do roku 2030 sa kapacita výroby vodíka v EÚ zvýši na 40 GW o ďalších 40 GW mimo EÚ.

Ako pri všetkých nových technológiách, aj zelený vodík prechádza z primárneho výskumu a vývoja do hlavného prúdu priemyselného vývoja, čo vedie k nižším jednotkovým nákladom a vyššej efektívnosti pri navrhovaní, konštrukcii a inštalácii. Zelený vodík LCOH pozostáva z troch zložiek: náklady na elektrolytický článok, cena obnoviteľnej elektriny a ďalšie prevádzkové náklady. Vo všeobecnosti náklady na elektrolytický článok predstavujú asi 20 % ~ 25 % zeleného vodíka LCOH a najväčší podiel elektriny (70 % ~ 75 %). Prevádzkové náklady sú relatívne nízke, vo všeobecnosti menej ako 5 %.

V medzinárodnom meradle cena obnoviteľnej energie (hlavne slnečnej a veternej energie) za posledných 30 rokov výrazne klesla a jej vyrovnané náklady na energiu (LCOE) sa teraz blížia k cene uhoľnej energie (30 – 50 USD/MWh). , vďaka čomu budú obnoviteľné zdroje energie v budúcnosti cenovo konkurencieschopnejšie. Náklady na energiu z obnoviteľných zdrojov naďalej klesajú o 10 % ročne a okolo roku 2030 náklady na energiu z obnoviteľných zdrojov dosiahnu približne 20 USD/MWh. Prevádzkové náklady nie je možné výrazne znížiť, ale náklady na jednotku článku možno znížiť a pre články sa očakáva podobná krivka nákladov na učenie ako v prípade solárnej alebo veternej energie.

Solárne PV bolo vyvinuté v 70. rokoch 20. storočia a cena solárnych PV LCoE v roku 2010 bola okolo 500 USD/MWh. Solárne FV LCOE sa od roku 2010 výrazne znížili av súčasnosti sú 30 až 50 USD/MWh. Vzhľadom na to, že technológia elektrolytických článkov je podobná priemyselnej referenčnej hodnote pre výrobu solárnych fotovoltaických článkov, v rokoch 2020 – 2030 bude technológia elektrolytických článkov pravdepodobne nasledovať podobnú trajektóriu ako solárne fotovoltaické články, pokiaľ ide o jednotkové náklady. Zároveň sa LCOE pre veternú energiu za posledné desaťročie výrazne znížilo, ale v menšom rozsahu (asi 50 percent na mori a 60 percent na pevnine).

Naša krajina využíva obnoviteľné zdroje energie (ako je veterná energia, fotovoltaika, vodná energia) na výrobu vodíka z elektrolytickej vody, keď je cena elektriny riadená o 0,25 juanov / kWh nižšie, náklady na výrobu vodíka majú relatívnu ekonomickú efektívnosť (15,3 ~ 20,9 juanov / kg) . Technické a ekonomické ukazovatele výroby vodíka alkalickou elektrolýzou a PEM elektrolýzou sú uvedené v tabuľke 1.

Spôsob výpočtu nákladov na výrobu elektrolytického vodíka je znázornený v rovniciach (1) a (2). LCOE= fixné náklady/(množstvo výroby vodíka x životnosť) + prevádzkové náklady (1) Prevádzkové náklady = výroba vodíka spotreba elektriny x cena elektriny + cena vody + náklady na údržbu zariadenia (2) Prevzatie projektov alkalickej elektrolýzy a elektrolýzy PEM (1000 Nm3/h ) ako príklad predpokladajme, že celý životný cyklus projektov je 20 rokov a prevádzková životnosť je 9×104h. Fixné náklady na baliaci elektrolytický článok, zariadenie na čistenie vodíka, poplatok za materiál, poplatok za civilnú výstavbu, poplatok za inštalačné služby a ďalšie položky sa počítajú na 0,3 juanu/kWh za elektrolýzu. Porovnanie nákladov je uvedené v tabuľke 2.

V porovnaní s inými metódami výroby vodíka, ak je cena elektriny z obnoviteľných zdrojov nižšia ako 0,25 juanov / kWh, náklady na zelený vodík sa môžu znížiť na približne 15 juanov / kg, čo začína byť nákladovou výhodou. V kontexte uhlíkovej neutrality, so znížením nákladov na výrobu energie z obnoviteľných zdrojov, rozsiahlym rozvojom projektov výroby vodíka, znížením spotreby energie elektrolytických článkov a investičných nákladov a usmernením uhlíkovej dane a iných politík, cesta znižovania nákladov na zelený vodík budú postupne jasné. Súčasne, pretože výroba vodíka z tradičných zdrojov energie bude zmiešaná s mnohými súvisiacimi nečistotami, ako je uhlík, síra a chlór, a náklady na superponované čistenie a CCUS, skutočné výrobné náklady môžu presiahnuť 20 juanov / kg.