Rohelise vesiniku tootmise majanduslik analüüs taastuvatest energiaallikatest elektrolüüsi teel

Üha enam riike on hakanud seadma vesinikuenergiale strateegilisi eesmärke ning mõned investeeringud on suunatud rohelise vesinikutehnoloogia arendamisele. EL ja Hiina juhivad seda arengut, otsides tehnoloogia ja infrastruktuuri eeliseid. Vahepeal on Jaapan, Lõuna-Korea, Prantsusmaa, Saksamaa, Holland, Uus-Meremaa ja Austraalia alates 2017. aastast välja andnud vesinikuenergia strateegiad ja välja töötanud pilootplaanid. 2021. aastal esitas EL vesinikuenergia strateegilise nõude, tehes ettepaneku suurendada töövõimet. vesiniku tootmine elektrolüütelementides tuule- ja päikeseenergiale toetudes 2024. aastaks 6 GW-ni ja 2030. aastaks 40 GW-ni, suurendatakse vesiniku tootmisvõimsust ELis 40 GW võrra väljaspool EL-i täiendava 40 GW võrra.

Nagu kõigi uute tehnoloogiate puhul, liigub roheline vesinik esmasest uurimis- ja arendustegevusest peavoolu tööstusarendusse, mille tulemuseks on madalamad ühikukulud ning projekteerimise, ehitamise ja paigaldamise tõhusus. Roheline vesinik LCOH koosneb kolmest komponendist: elektrolüütilise elemendi maksumus, taastuvelektri hind ja muud tegevuskulud. Üldiselt moodustab elektrolüütilise elemendi maksumus umbes 20% ~ 25% rohelisest vesinikust LCOH ja suurima osa elektrist (70% ~ 75%). Tegevuskulud on suhteliselt väikesed, üldjuhul alla 5%.

Rahvusvaheliselt on taastuvenergia (peamiselt kommunaalteenuste mastaabis päikese- ja tuuleenergia) hind viimase 30 aasta jooksul märkimisväärselt langenud ning selle võrdsustatud energiakulu (LCOE) on nüüd lähedal kivisöeenergia omale (30–50 dollarit / MWh). , muutes taastuvad energiaallikad tulevikus konkurentsivõimelisemaks. Taastuvenergia kulud langevad jätkuvalt 10% aastas ja umbes 2030. aastaks ulatuvad taastuvenergia kulud umbes 20 dollarini/MWh. Kasutuskulusid oluliselt vähendada ei saa, küll aga saab vähendada elemendi ühikukulusid ja elementide puhul on oodata sarnast õppimiskulude kõverat nagu päikese- või tuuleenergia puhul.

Päikeseenergia töötati välja 1970. aastatel ja päikeseenergia LCoE-de hind oli 2010. aastal umbes 500 dollarit/MWh. Päikeseenergia LCOE on alates 2010. aastast oluliselt vähenenud ja on praegu 30–50 dollarit/MWh. Arvestades, et elektrolüütiliste elementide tehnoloogia sarnaneb päikese fotogalvaaniliste elementide tootmise tööstusliku võrdlusalusega, järgib elektrolüütiliste elementide tehnoloogia ühikuhinna osas tõenäoliselt sarnast trajektoori nagu päikesepatareid. Samal ajal on tuule LCOE viimase kümnendi jooksul märkimisväärselt langenud, kuid väiksema summa võrra (umbes 50 protsenti avamerel ja 60 protsenti maismaal).

Meie riik kasutab taastuvaid energiaallikaid (nagu tuuleenergia, fotogalvaaniline energia, hüdroenergia) elektrolüütilise vee vesiniku tootmiseks, kui elektrihind on alla 0,25 jüaani / kWh, on vesiniku tootmiskulu suhteline majanduslik efektiivsus (15,3–20,9 jüaani /kg) . Aluselise elektrolüüsi ja PEM elektrolüüsi vesiniku tootmise tehnilised ja majanduslikud näitajad on toodud tabelis 1.

Elektrolüütilise vesiniku tootmise kuluarvestusmeetod on näidatud võrrandites (1) ja (2). LCOE= püsikulu/(vesiniku tootmiskogus x eluiga) + tegevuskulu (1) Kasutuskulu = vesiniku tootmise elektritarbimine x elektri hind + vee hind + seadmete hoolduskulu (2) Leeliselise elektrolüüsi ja PEM elektrolüüsi projektide võtmine (1000 Nm3/h ) oletame näiteks, et projektide kogu elutsükkel on 20 aastat ja tööiga 9×104h. Paketti elektrolüütilise elemendi, vesinikupuhastusseadme, materjalitasu, tsiviilehituse tasu, paigaldusteenustasu ja muude objektide püsimaksumus on elektrolüüsi puhul 0,3 jüaani / kWh. Kulude võrdlus on toodud tabelis 2.

Võrreldes teiste vesiniku tootmismeetoditega, kui taastuvenergia elektrihind on madalam kui 0,25 jüaani / kWh, saab rohelise vesiniku maksumust vähendada umbes 15 jüaani / kg, mis hakkab omama kulueelist. Süsinikneutraalsuse kontekstis, taastuvenergia elektritootmise kulude vähendamise, vesiniku tootmisprojektide laiaulatusliku arendamise, elektrolüütiliste elementide energiatarbimise ja investeerimiskulude vähendamise ning süsinikdioksiidi maksu ja muude poliitikate suunamise kontekstis on maantee rohelise vesiniku kulude vähendamine muutub järk-järgult selgeks. Samal ajal, kuna vesiniku tootmine traditsioonilistest energiaallikatest segatakse paljude sellega seotud lisanditega, nagu süsinik, väävel ja kloor, ning katva puhastamise ja CCUS-i kuludega, võib tegelik tootmiskulu ületada 20 jüaani/kg.