Analiza economică a producției de hidrogen verde prin electroliză din surse regenerabile de energie

Din ce în ce mai multe țări încep să stabilească obiective strategice pentru energia hidrogenului, iar unele investiții tind spre dezvoltarea tehnologiei ecologice a hidrogenului. UE și China conduc această dezvoltare, căutând avantaje de primă mutare în tehnologie și infrastructură. Între timp, Japonia, Coreea de Sud, Franța, Germania, Țările de Jos, Noua Zeelandă și Australia au lansat toate strategii privind energia cu hidrogen și au dezvoltat planuri pilot începând cu 2017. În 2021, UE a emis o cerință strategică pentru energia cu hidrogen, propunând creșterea capacității de operare. producția de hidrogen în celulele electrolitice la 6 GW până în 2024, bazându-se pe energia eoliană și solară, și la 40 GW până în 2030, capacitatea de producție de hidrogen în UE va fi crescută la 40 GW cu încă 40 GW în afara UE.

Ca și în cazul tuturor noilor tehnologii, hidrogenul verde trece de la cercetarea și dezvoltarea primară la dezvoltarea industrială principală, rezultând costuri unitare mai mici și eficiență sporită în proiectare, construcție și instalare. Hidrogenul verde LCOH este format din trei componente: costul celulei electrolitice, prețul energiei regenerabile și alte costuri de operare. În general, costul celulei electrolitice reprezintă aproximativ 20% ~ 25% din hidrogenul verde LCOH și cea mai mare pondere a energiei electrice (70% ~ 75%). Costurile de exploatare sunt relativ mici, în general mai mici de 5%.

La nivel internațional, prețul energiei regenerabile (în principal solare și eoliene la scară de utilitate) a scăzut semnificativ în ultimii 30 de ani, iar costul egalizat al energiei (LCOE) este acum aproape de cel al energiei pe cărbune (30-50 USD/MWh) , făcând sursele regenerabile mai competitive din punct de vedere al costurilor în viitor. Costurile energiei regenerabile continuă să scadă cu 10% pe an, iar până în 2030 costurile cu energia regenerabilă vor ajunge la aproximativ 20 USD/MWh. Costurile de operare nu pot fi reduse semnificativ, dar costurile unitare ale celulelor pot fi reduse și este de așteptat o curbă similară a costurilor de învățare pentru celule ca și pentru energia solară sau eoliană.

Solar PV a fost dezvoltat în anii 1970, iar prețul LCoE solar PV în 2010 a fost de aproximativ 500 USD/MWh. Solar PV LCOE a scăzut semnificativ din 2010 și este în prezent de la 30 la 50 USD/MWh. Având în vedere că tehnologia celulelor electrolitice este similară cu reperul industrial pentru producția de celule solare fotovoltaice, în perioada 2020-2030, tehnologia celulelor electrolitice este probabil să urmeze o traiectorie similară ca și celulele solare fotovoltaice în ceea ce privește costul unitar. În același timp, LCOE pentru eolian a scăzut semnificativ în ultimul deceniu, dar cu o sumă mai mică (aproximativ 50% offshore și 60% onshore).

Țara noastră folosește surse de energie regenerabilă (cum ar fi energia eoliană, fotovoltaică, hidroenergie) pentru producerea de hidrogen în apă electrolitică, atunci când prețul energiei electrice este controlat cu 0,25 yuani/kWh mai jos, costul producției de hidrogen are o eficiență economică relativă (15,3 ~ 20,9 yuani/kg) . Indicatorii tehnici și economici ai producției de hidrogen prin electroliză alcalină și electroliză PEM sunt prezentați în Tabelul 1.

Metoda de calcul al costului producției de hidrogen electrolitic este prezentată în ecuațiile (1) și (2). LCOE= cost fix/(cantitate de producție de hidrogen x viață) + cost de exploatare (1) Cost de exploatare = consum de energie electrică de producție de hidrogen x preț energie electrică + preț apă + cost de întreținere a echipamentelor (2) Preluare proiecte de electroliză alcalină și electroliză PEM (1000 Nm3/h ) de exemplu, să presupunem că întregul ciclu de viață al proiectelor este de 20 de ani, iar durata de funcționare este de 9×104h. Costul fix al pachetului de celule electrolitice, dispozitiv de purificare a hidrogenului, taxa de material, taxa de construcție civilă, taxa de servicii de instalare și alte articole este calculat la 0,3 yuani / kWh pentru electroliză. Comparația costurilor este prezentată în Tabelul 2.

În comparație cu alte metode de producere a hidrogenului, dacă prețul energiei electrice din surse regenerabile este mai mic de 0,25 yuani/kWh, costul hidrogenului verde poate fi redus la aproximativ 15 yuani/kg, ceea ce începe să aibă un avantaj de cost. În contextul neutralității carbonului, cu reducerea costurilor de generare a energiei din surse regenerabile, dezvoltarea pe scară largă a proiectelor de producere a hidrogenului, reducerea consumului de energie al celulelor electrolitice și a costurilor de investiții și îndrumarea taxei pe carbon și a altor politici, drumul a reducerii costurilor cu hidrogenul verde va fi clară treptat. În același timp, deoarece producția de hidrogen din surse tradiționale de energie va fi amestecată cu multe impurități aferente, cum ar fi carbonul, sulful și clorul, precum și costul purificării suprapuse și CCUS, costul real de producție poate depăși 20 de yuani/kg.