Analisis ekonomi pengeluaran hidrogen hijau melalui elektrolisis daripada sumber tenaga boleh diperbaharui

Semakin banyak negara mula menetapkan matlamat strategik untuk tenaga hidrogen, dan beberapa pelaburan cenderung kepada pembangunan teknologi hidrogen hijau. EU dan China menerajui pembangunan ini, mencari kelebihan penggerak pertama dalam teknologi dan infrastruktur. Sementara itu, Jepun, Korea Selatan, Perancis, Jerman, Belanda, New Zealand dan Australia semuanya telah mengeluarkan strategi tenaga hidrogen dan membangunkan pelan perintis sejak 2017. Pada tahun 2021, EU mengeluarkan keperluan strategik untuk tenaga hidrogen, mencadangkan untuk meningkatkan kapasiti operasi pengeluaran hidrogen dalam sel elektrolitik kepada 6GW menjelang 2024 dengan bergantung kepada tenaga angin dan suria, dan kepada 40GW menjelang 2030, kapasiti pengeluaran hidrogen di EU akan ditingkatkan kepada 40GW dengan tambahan 40GW di luar EU.

Seperti semua teknologi baharu, hidrogen hijau beralih daripada penyelidikan dan pembangunan utama kepada pembangunan perindustrian arus perdana, menghasilkan kos unit yang lebih rendah dan peningkatan kecekapan dalam reka bentuk, pembinaan dan pemasangan. LCOH hidrogen hijau terdiri daripada tiga komponen: kos sel elektrolitik, harga elektrik boleh diperbaharui dan kos operasi lain. Secara umum, kos sel elektrolitik menyumbang kira-kira 20% ~ 25% daripada LCOH hidrogen hijau, dan bahagian terbesar elektrik (70% ~ 75%). Kos operasi agak kecil, secara amnya kurang daripada 5%.

Di peringkat antarabangsa, harga tenaga boleh diperbaharui (terutamanya skala utiliti solar dan angin) telah jatuh dengan ketara sepanjang 30 tahun yang lalu, dan kos tenaga yang disamakan (LCOE) kini hampir dengan harga tenaga arang batu ($30-50/MWj) , menjadikan bahan boleh diperbaharui lebih kompetitif kos pada masa hadapan. Kos tenaga boleh diperbaharui terus menurun sebanyak 10% setahun, dan menjelang 2030 kos tenaga boleh diperbaharui akan mencecah kira-kira $20 /MWj. Kos operasi tidak boleh dikurangkan dengan ketara, tetapi kos unit sel boleh dikurangkan dan keluk kos pembelajaran yang serupa dijangka untuk sel seperti tenaga solar atau angin.

Solar PV telah dibangunkan pada tahun 1970-an dan harga solar PV LCoEs pada tahun 2010 adalah sekitar $500 /MWj. Solar PV LCOE telah menurun dengan ketara sejak 2010 dan pada masa ini $30 hingga $50 /MWj. Memandangkan teknologi sel elektrolitik adalah serupa dengan penanda aras industri untuk pengeluaran sel fotovoltaik suria, dari 2020-2030, teknologi sel elektrolitik berkemungkinan mengikuti trajektori yang sama seperti sel fotovoltaik suria dari segi kos unit. Pada masa yang sama, LCOE untuk angin telah menurun dengan ketara sepanjang dekad yang lalu, tetapi dengan jumlah yang lebih kecil (kira-kira 50 peratus di luar pesisir dan 60 peratus di pesisir pantai).

Negara kita menggunakan sumber tenaga boleh diperbaharui (seperti kuasa angin, fotovoltaik, kuasa hidro) untuk pengeluaran hidrogen air elektrolitik, apabila harga elektrik dikawal dalam 0.25 yuan /kWj di bawah, kos pengeluaran hidrogen mempunyai kecekapan ekonomi relatif (15.3 ~ 20.9 yuan /kg) . Penunjuk teknikal dan ekonomi bagi elektrolisis alkali dan pengeluaran hidrogen elektrolisis PEM ditunjukkan dalam Jadual 1.

Kaedah pengiraan kos pengeluaran hidrogen elektrolitik ditunjukkan dalam persamaan (1) dan (2). LCOE= kos tetap/(kuantiti pengeluaran hidrogen x hayat) + kos operasi (1) Kos operasi = penggunaan elektrik pengeluaran hidrogen x harga elektrik + harga air + kos penyelenggaraan peralatan (2) Mengambil projek elektrolisis alkali dan elektrolisis PEM (1000 Nm3/j ) sebagai contoh, anggap bahawa keseluruhan kitaran hayat projek ialah 20 tahun dan hayat operasi ialah 9×104j. Kos tetap sel elektrolitik pakej, peranti penulenan hidrogen, bayaran bahan, bayaran pembinaan awam, bayaran perkhidmatan pemasangan dan item lain dikira pada 0.3 yuan /kWj untuk elektrolisis. Perbandingan kos ditunjukkan dalam Jadual 2.

Berbanding dengan kaedah pengeluaran hidrogen lain, jika harga elektrik tenaga boleh diperbaharui adalah lebih rendah daripada 0.25 yuan / kWj, kos hidrogen hijau boleh dikurangkan kepada kira-kira 15 yuan / kg, yang mula mempunyai kelebihan kos. Dalam konteks neutraliti karbon, dengan pengurangan kos penjanaan kuasa tenaga boleh diperbaharui, pembangunan berskala besar projek pengeluaran hidrogen, pengurangan penggunaan tenaga sel elektrolitik dan kos pelaburan, dan panduan cukai karbon dan dasar lain, jalan raya. pengurangan kos hidrogen hijau akan beransur-ansur jelas. Pada masa yang sama, kerana pengeluaran hidrogen daripada sumber tenaga tradisional akan dicampur dengan banyak kekotoran yang berkaitan seperti karbon, sulfur dan klorin, dan kos penulenan bertindih dan CCUS, kos pengeluaran sebenar mungkin melebihi 20 yuan /kg.