Ekonomická analýza výroby zeleného vodíku elektrolýzou z obnovitelných zdrojů energie

Stále více zemí si začíná stanovovat strategické cíle pro vodíkovou energii a některé investice směřují k rozvoji technologie zeleného vodíku. EU a Čína jsou v čele tohoto vývoje a hledají výhody prvního tahu v technologii a infrastruktuře. Mezitím Japonsko, Jižní Korea, Francie, Německo, Nizozemsko, Nový Zéland a Austrálie zveřejnily strategie pro vodíkovou energii a vyvinuly pilotní plány od roku 2017. V roce 2021 vydala EU strategický požadavek na vodíkovou energii s návrhem na zvýšení provozní kapacity výroby vodíku v elektrolytických článcích na 6 GW do roku 2024 díky využití větrné a solární energie a na 40 GW do roku 2030 se kapacita výroby vodíku v EU zvýší na 40 GW o dalších 40 GW mimo EU.

Stejně jako u všech nových technologií se zelený vodík přesouvá z primárního výzkumu a vývoje do hlavního průmyslového vývoje, což vede k nižším jednotkovým nákladům a zvýšené efektivitě při navrhování, konstrukci a instalaci. Zelený vodík LCOH se skládá ze tří složek: náklady na elektrolytický článek, cena elektřiny z obnovitelných zdrojů a další provozní náklady. Obecně platí, že náklady na elektrolytický článek představují asi 20 % ~ 25 % zeleného vodíku LCOH a největší podíl elektřiny (70 % ~ 75 %). Provozní náklady jsou relativně malé, obecně méně než 5 %.

V mezinárodním měřítku cena obnovitelné energie (zejména solární a větrné energie v užitkovém měřítku) za posledních 30 let výrazně klesla a její vyrovnané energetické náklady (LCOE) se nyní blíží cenám uhelné energie (30–50 USD /MWh). , díky čemuž budou obnovitelné zdroje v budoucnu cenově konkurenceschopnější. Náklady na energii z obnovitelných zdrojů nadále klesají o 10 % ročně a kolem roku 2030 dosáhnou náklady na energii z obnovitelných zdrojů přibližně 20 USD/MWh. Provozní náklady nelze výrazně snížit, lze však snížit náklady na jednotku článku a u článků se očekává podobná křivka nákladů na učení jako u solární nebo větrné energie.

Solární PV byla vyvinuta v 70. letech 20. století a cena solárních PV LCoE v roce 2010 se pohybovala kolem 500 $/MWh. Solární FV LCOE se od roku 2010 výrazně snížilo a v současnosti je 30 až 50 USD/MWh. Vzhledem k tomu, že technologie elektrolytických článků je podobná průmyslovému standardu pro výrobu solárních fotovoltaických článků, v letech 2020–2030 bude technologie elektrolytických článků pravděpodobně sledovat podobnou trajektorii jako solární fotovoltaické články, pokud jde o jednotkové náklady. Zároveň se LCOE pro větrnou energii za poslední desetiletí výrazně snížilo, ale v menší míře (asi 50 procent na moři a 60 procent na souši).

Naše země využívá obnovitelné zdroje energie (jako je větrná energie, fotovoltaika, vodní energie) pro výrobu vodíku z elektrolytické vody, když je cena elektřiny řízena o 0,25 juanů / kWh níže, náklady na výrobu vodíku mají relativní ekonomickou účinnost (15,3 ~ 20,9 yuanů / kg) . Technické a ekonomické ukazatele výroby vodíku alkalickou elektrolýzou a PEM elektrolýzou jsou uvedeny v tabulce 1.

Způsob kalkulace nákladů na výrobu elektrolytického vodíku je znázorněn v rovnicích (1) a (2). LCOE= fixní náklady/(množství výroby vodíku x životnost) + provozní náklady (1) Provozní náklady = výroba vodíku spotřeba elektřiny x cena elektřiny + cena vody + náklady na údržbu zařízení (2) Převzetí projektů alkalické elektrolýzy a elektrolýzy PEM (1000 Nm3/h ) jako příklad předpokládejme, že celý životní cyklus projektů je 20 let a životnost je 9×104h. Fixní náklady na obalový elektrolytický článek, zařízení na čištění vodíku, poplatek za materiál, poplatek za civilní výstavbu, poplatek za instalační službu a další položky se počítají na 0,3 juanů / kWh za elektrolýzu. Srovnání nákladů je uvedeno v tabulce 2.

V porovnání s jinými metodami výroby vodíku, je-li cena elektřiny z obnovitelné energie nižší než 0,25 juanů/kWh, mohou být náklady na zelený vodík sníženy na přibližně 15 juanů/kg, což začíná mít nákladovou výhodu. V kontextu uhlíkové neutrality se snižováním nákladů na výrobu energie z obnovitelných zdrojů, rozsáhlým rozvojem projektů výroby vodíku, snižováním spotřeby energie elektrolytických článků a investičních nákladů a vedením uhlíkové daně a dalších politik je cesta snížení nákladů na zelený vodík bude postupně jasné. Současně, protože výroba vodíku z tradičních zdrojů energie bude smíchána s mnoha souvisejícími nečistotami, jako je uhlík, síra a chlór, a náklady na superponované čištění a CCUS, mohou skutečné výrobní náklady přesáhnout 20 juanů / kg.