Економска анализа производње зеленог водоника електролизом из обновљивих извора енергије

Све више земаља почиње да поставља стратешке циљеве за енергију водоника, а неке инвестиције теже развоју технологије зеленог водоника. ЕУ и Кина предводе овај развој, тражећи предности првог покретача у технологији и инфраструктури. У међувремену, Јапан, Јужна Кореја, Француска, Немачка, Холандија, Нови Зеланд и Аустралија објавили су стратегије за енергију водоника и развили пилот планове од 2017. ЕУ је 2021. издала стратешки захтев за енергију водоника, предлажући повећање оперативног капацитета производње водоника у електролитским ћелијама на 6ГВ до 2024. ослањајући се на енергију ветра и сунца, и на 40ГВ до 2030. године, капацитет производње водоника у ЕУ ће се повећати на 40ГВ за додатних 40ГВ ван ЕУ.

Као и код свих нових технологија, зелени водоник се креће од примарног истраживања и развоја ка главном индустријском развоју, што резултира нижим јединичним трошковима и повећаном ефикасношћу у пројектовању, изградњи и инсталацији. Зелени водоник ЛЦОХ се састоји од три компоненте: цене електролитичке ћелије, цене обновљиве електричне енергије и других оперативних трошкова. Генерално, трошкови електролитичке ћелије чине око 20% ~ 25% зеленог водоника ЛЦОХ и највећи удео електричне енергије (70% ~ 75%). Оперативни трошкови су релативно мали, углавном мањи од 5%.

На међународном плану, цена обновљиве енергије (углавном соларне енергије и ветра) је значајно пала у последњих 30 година, а њена изједначена цена енергије (ЛЦОЕ) је сада близу цене енергије на угаљ (30-50 УСД/МВх) , чинећи обновљиве изворе енергије конкурентнијим у будућности. Трошкови обновљиве енергије настављају да падају за 10% годишње, а до око 2030. трошкови обновљиве енергије ће достићи око 20 УСД/МВх. Оперативни трошкови се не могу значајно смањити, али се трошкови јединице ћелије могу смањити и очекује се слична кривуља трошкова учења за ћелије као за соларну енергију или енергију ветра.

Соларни ПВ је развијен 1970-их, а цена соларних ПВ ЛЦоЕ у 2010. била је око 500 УСД/МВх. Соларни ПВ ЛЦОЕ је значајно опао од 2010. и тренутно износи 30 до 50 УСД/МВх. С обзиром на то да је технологија електролитичких ћелија слична индустријском стандарду за производњу соларних фотонапонских ћелија, од 2020. до 2030. технологија електролитичких ћелија ће вероватно пратити сличну путању као соларне фотонапонске ћелије у смислу јединичне цене. Истовремено, ЛЦОЕ за ветар је значајно опао током протекле деценије, али за мањи износ (око 50 процената на мору и 60 процената на копну).

Наша земља користи обновљиве изворе енергије (као што су енергија ветра, фотонапонска енергија, хидроенергија) за производњу водоника електролитичке воде, када се цена електричне енергије контролише у 0,25 јуана/кВх испод, цена производње водоника има релативну економску ефикасност (15,3 ~ 20,9 јуана/кг) . Техничко-економски показатељи производње водоника алкалном електролизом и ПЕМ електролизом приказани су у табели 1.

Метода обрачуна трошкова производње електролитског водоника приказана је у једначинама (1) и (2). ЛЦОЕ= фиксни трошак/(количина производње водоника к животни век) + оперативни трошкови (1) Оперативни трошкови = потрошња електричне енергије за производњу водоника к цена електричне енергије + цена воде + трошкови одржавања опреме (2) Узимање пројеката алкалне електролизе и ПЕМ електролизе (1000 Нм3/х ) као пример, претпоставимо да је цео животни циклус пројеката 20 година и да је радни век 9×104х. Фиксни трошак пакетне електролитичке ћелије, уређаја за пречишћавање водоника, накнаде за материјал, накнаде за цивилну изградњу, накнаде за услугу инсталације и других ставки се обрачунава на 0,3 јуана/кВх за електролизу. Поређење трошкова је приказано у табели 2.

У поређењу са другим методама производње водоника, ако је цена електричне енергије обновљиве енергије нижа од 0,25 јуана/кВх, цена зеленог водоника може се смањити на око 15 јуана/кг, што почиње да има предност у трошковима. У контексту неутралности угљеника, уз смањење трошкова производње енергије из обновљивих извора, велики развој пројеката производње водоника, смањење потрошње енергије електролитских ћелија и инвестиционих трошкова, као и усмеравање пореза на угљеник и друге политике, пут смањење трошкова зеленог водоника ће постепено бити јасно. У исто време, пошто ће производња водоника из традиционалних извора енергије бити помешана са многим повезаним нечистоћама као што су угљеник, сумпор и хлор, и трошкови суперпонираног пречишћавања и ЦЦУС, стварни трошак производње може премашити 20 јуана/кг.