Экономический анализ производства зеленого водорода электролизом из возобновляемых источников энергии

Все больше и больше стран начинают ставить перед собой стратегические цели в области водородной энергетики, а некоторые инвестиции направлены на развитие экологически чистых водородных технологий. ЕС и Китай лидируют в этом развитии, ища преимущества первопроходца в технологиях и инфраструктуре. Между тем, Япония, Южная Корея, Франция, Германия, Нидерланды, Новая Зеландия и Австралия выпустили стратегии использования водородной энергетики и разработали пилотные планы с 2017 года. производства водорода в электролитических элементах до 6 ГВт к 2024 г. за счет энергии ветра и солнца и до 40 ГВт к 2030 г., мощность производства водорода в ЕС будет увеличена до 40 ГВт за счет дополнительных 40 ГВт за пределами ЕС.

Как и все новые технологии, зеленый водород переходит от основных исследований и разработок к основным промышленным разработкам, что приводит к снижению удельных затрат и повышению эффективности проектирования, строительства и монтажа. Зеленый водород LCOH состоит из трех компонентов: стоимость электролизера, цена возобновляемой электроэнергии и другие эксплуатационные расходы. В целом на стоимость электролизера приходится около 20–25 % зеленого водорода LCOH и наибольшая доля электроэнергии (70–75 %). Эксплуатационные расходы относительно невелики, обычно менее 5%.

На международном уровне цена на возобновляемую энергию (в основном солнечную и ветровую) значительно снизилась за последние 30 лет, и ее уравновешенная стоимость энергии (LCOE) в настоящее время близка к стоимости угольной энергии (30-50 долларов США / МВтч). , делая возобновляемые источники энергии более конкурентоспособными в будущем. Стоимость возобновляемой энергии продолжает падать на 10% в год, и примерно к 2030 году стоимость возобновляемой энергии достигнет примерно 20 долларов США за МВтч. Эксплуатационные расходы не могут быть значительно снижены, но затраты на единицу ячейки могут быть уменьшены, и ожидается, что кривая стоимости обучения для ячеек будет такой же, как и для солнечной или ветровой энергии.

Солнечные фотоэлектрические системы были разработаны в 1970-х годах, и цена LCoE солнечных фотоэлектрических систем в 2010 году составляла около 500 долларов США за МВтч. С 2010 года LCOE для солнечных фотоэлектрических систем значительно снизилась и в настоящее время составляет от 30 до 50 долларов США за МВтч. Учитывая, что технология электролитических элементов аналогична промышленному эталону производства солнечных фотоэлектрических элементов, с 2020 по 2030 год технология электролитических элементов, вероятно, будет следовать той же траектории, что и солнечные фотоэлектрические элементы с точки зрения удельной стоимости. В то же время LCOE для ветра значительно снизилась за последнее десятилетие, но на меньшую величину (около 50% на море и 60% на суше).

Наша страна использует возобновляемые источники энергии (такие как энергия ветра, фотоэлектрическая энергия, гидроэнергетика) для производства электролитической воды, водорода, когда цена на электроэнергию регулируется на 0,25 юаня / кВтч ниже, стоимость производства водорода имеет относительную экономическую эффективность (15,3 ~ 20,9 юань / кг) . Технико-экономические показатели производства водорода щелочным электролизом и электролизом ФЭМ приведены в табл. 1.

Метод расчета стоимости производства электролитического водорода показан в уравнениях (1) и (2). LCOE = фиксированная стоимость / (количество производства водорода x срок службы) + эксплуатационные расходы (1) Эксплуатационные расходы = потребление электроэнергии для производства водорода x цена электроэнергии + цена воды + стоимость обслуживания оборудования (2) Принимая во внимание проекты щелочного электролиза и электролиза PEM (1000 нм3/ч). ) в качестве примера предположим, что весь жизненный цикл проектов составляет 20 лет, а срок эксплуатации — 9×104 ч. Фиксированная стоимость электролизера, устройства для очистки водорода, платы за материалы, платы за гражданское строительство, платы за услуги по установке и других предметов рассчитывается в размере 0,3 юаня / кВтч для электролиза. Сравнение затрат показано в таблице 2.

По сравнению с другими методами производства водорода, если цена на электроэнергию для возобновляемых источников энергии ниже 0,25 юаня/кВтч, стоимость зеленого водорода может быть снижена примерно до 15 юаней/кг, что дает преимущество в цене. В контексте углеродной нейтральности, снижения затрат на производство электроэнергии из возобновляемых источников, крупномасштабного развития проектов по производству водорода, снижения энергопотребления электролизеров и инвестиционных затрат, а также руководства налогом на выбросы углерода и другими политиками, дорога снижения стоимости зеленого водорода будет постепенно ясно. В то же время, поскольку производство водорода из традиционных источников энергии будет смешиваться со многими сопутствующими примесями, такими как углерод, сера и хлор, а также стоимость дополнительной очистки и CCUS, фактическая себестоимость производства может превышать 20 юаней/кг.