تجزیه و تحلیل اقتصادی تولید هیدروژن سبز با الکترولیز از منابع انرژی تجدید پذیر

کشورهای بیشتری شروع به تعیین اهداف استراتژیک برای انرژی هیدروژن می کنند و برخی از سرمایه گذاری ها به توسعه فناوری هیدروژن سبز تمایل دارند. اتحادیه اروپا و چین رهبری این توسعه را بر عهده دارند و به دنبال مزایای پیشرو در فناوری و زیرساخت هستند. در همین حال، ژاپن، کره جنوبی، فرانسه، آلمان، هلند، نیوزیلند و استرالیا همگی استراتژی‌های انرژی هیدروژنی را منتشر کرده‌اند و برنامه‌های آزمایشی را از سال 2017 توسعه داده‌اند. در سال 2021، اتحادیه اروپا یک الزام استراتژیک برای انرژی هیدروژنی صادر کرد و پیشنهاد افزایش ظرفیت عملیاتی را داد. تولید هیدروژن در سلول های الکترولیتی تا سال 2024 با تکیه بر انرژی باد و خورشید به 6 گیگاوات و تا سال 2030 به 40 گیگاوات، ظرفیت تولید هیدروژن در اتحادیه اروپا با 40 گیگاوات اضافی در خارج از اتحادیه اروپا به 40 گیگاوات افزایش خواهد یافت.

مانند تمام فناوری‌های جدید، هیدروژن سبز از تحقیق و توسعه اولیه به سمت توسعه صنعتی اصلی حرکت می‌کند که منجر به کاهش هزینه‌های واحد و افزایش کارایی در طراحی، ساخت و نصب می‌شود. LCOH هیدروژن سبز از سه جزء تشکیل شده است: هزینه سلول الکترولیتی، قیمت برق تجدیدپذیر و سایر هزینه های عملیاتی. به طور کلی، هزینه سلول های الکترولیتی حدود 20٪ تا 25٪ از LCOH هیدروژن سبز و بیشترین سهم الکتریسیته (70٪ تا 75٪) را تشکیل می دهد. هزینه های عملیاتی نسبتاً کوچک است، معمولاً کمتر از 5٪.

در سطح بین‌المللی، قیمت انرژی‌های تجدیدپذیر (عمدتاً انرژی خورشیدی و بادی در مقیاس شهری) طی 30 سال گذشته به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافته است و هزینه انرژی برابر (LCOE) اکنون نزدیک به انرژی زغال‌سنگ (30 تا 50 دلار در مگاوات ساعت) است. ، انرژی های تجدیدپذیر را در آینده مقرون به صرفه تر می کند. هزینه های انرژی های تجدیدپذیر سالانه 10 درصد کاهش می یابد و تا سال 2030 هزینه های انرژی تجدیدپذیر به حدود 20 دلار در مگاوات ساعت خواهد رسید. هزینه های عملیاتی را نمی توان به طور قابل توجهی کاهش داد، اما هزینه های واحد سلولی را می توان کاهش داد و منحنی هزینه یادگیری مشابهی برای سلول ها مانند انرژی خورشیدی یا بادی انتظار می رود.

PV خورشیدی در دهه 1970 توسعه یافت و قیمت PV LCoEهای خورشیدی در سال 2010 حدود 500 دلار / مگاوات ساعت بود. LCOE PV خورشیدی از سال 2010 به طور قابل توجهی کاهش یافته است و در حال حاضر 30 تا 50 دلار در مگاوات ساعت است. با توجه به اینکه فناوری سلول های الکترولیتی شبیه به معیار صنعتی برای تولید سلول های فتوولتائیک خورشیدی است، از سال 2020 تا 2030، فناوری سلول های الکترولیتی احتمالاً از نظر هزینه واحد، مسیری مشابه سلول های فتوولتائیک خورشیدی را دنبال می کند. در عین حال، LCOE برای باد در دهه گذشته به طور قابل توجهی کاهش یافته است، اما به میزان کمتری (حدود 50 درصد در دریا و 60 درصد در خشکی).

کشور ما از منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند نیروی باد، فتوولتائیک، برق آبی) برای تولید هیدروژن آب الکترولیتی استفاده می کند، زمانی که قیمت برق در 0.25 یوان / کیلووات ساعت کمتر کنترل شود، هزینه تولید هیدروژن دارای بازده اقتصادی نسبی است (15.3 تا 20.9 یوان / کیلوگرم). . شاخص های فنی و اقتصادی الکترولیز قلیایی و تولید هیدروژن الکترولیز PEM در جدول 1 نشان داده شده است.

روش محاسبه هزینه تولید هیدروژن الکترولیتی در معادلات (1) و (2) نشان داده شده است. LCOE= هزینه ثابت/(مقدار تولید هیدروژن x عمر) + هزینه عملیاتی (1) هزینه عملیاتی = مصرف برق تولید هیدروژن x قیمت برق + قیمت آب + هزینه نگهداری تجهیزات (2) انجام پروژه های الکترولیز قلیایی و الکترولیز PEM (1000 نیوتن متر مکعب در ساعت) ) به عنوان مثال فرض کنید کل چرخه عمر پروژه ها 20 سال و عمر عملیاتی آن 9×104 ساعت است. هزینه ثابت سلول الکترولیتی بسته، دستگاه تصفیه هیدروژن، هزینه مواد، هزینه ساخت و ساز عمران، هزینه خدمات نصب و سایر موارد برای الکترولیز 0.3 یوان / کیلووات ساعت محاسبه می شود. مقایسه هزینه در جدول 2 نشان داده شده است.

در مقایسه با سایر روش های تولید هیدروژن، اگر قیمت برق انرژی های تجدیدپذیر کمتر از 0.25 یوان بر کیلووات ساعت باشد، هزینه هیدروژن سبز را می توان به حدود 15 یوان بر کیلوگرم کاهش داد، که شروع به مزیت هزینه می کند. در زمینه بی‌طرفی کربن، با کاهش هزینه‌های تولید انرژی تجدیدپذیر، توسعه گسترده پروژه‌های تولید هیدروژن، کاهش مصرف انرژی سلول‌های الکترولیتی و هزینه‌های سرمایه‌گذاری، و هدایت مالیات کربن و سایر سیاست‌ها، جاده کاهش هزینه هیدروژن سبز به تدریج روشن خواهد شد. در عین حال، از آنجا که تولید هیدروژن از منابع انرژی سنتی با بسیاری از ناخالصی‌های مرتبط مانند کربن، گوگرد و کلر و هزینه تصفیه روی هم و CCUS مخلوط می‌شود، هزینه تولید واقعی ممکن است از 20 یوان بر کیلوگرم فراتر رود.