การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวโดยอิเล็กโทรไลซิสจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน

ประเทศต่างๆ จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ กำลังเริ่มกำหนดเป้าหมายเชิงกลยุทธ์สำหรับพลังงานไฮโดรเจน และการลงทุนบางส่วนมีแนวโน้มที่จะพัฒนาเทคโนโลยีไฮโดรเจนสีเขียว สหภาพยุโรปและจีนกำลังเป็นผู้นำการพัฒนานี้ โดยมองหาข้อได้เปรียบจากผู้เสนอญัตติรายแรกในด้านเทคโนโลยีและโครงสร้างพื้นฐาน ในขณะเดียวกัน ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ ฝรั่งเศส เยอรมนี เนเธอร์แลนด์ นิวซีแลนด์ และออสเตรเลียต่างก็เผยแพร่กลยุทธ์ด้านพลังงานไฮโดรเจนและพัฒนาแผนนำร่องมาตั้งแต่ปี 2560 ในปี 2564 สหภาพยุโรปได้ออกข้อกำหนดเชิงกลยุทธ์สำหรับพลังงานไฮโดรเจน โดยเสนอให้เพิ่มกำลังการผลิต ของการผลิตไฮโดรเจนในเซลล์อิเล็กโทรไลต์เป็น 6GW ภายในปี 2567 โดยอาศัยพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ และถึง 40GW ภายในปี 2573 กำลังการผลิตไฮโดรเจนในสหภาพยุโรปจะเพิ่มขึ้นเป็น 40GW เพิ่มขึ้นอีก 40GW นอกสหภาพยุโรป

เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่ทั้งหมด ไฮโดรเจนสีเขียวกำลังย้ายจากการวิจัยเบื้องต้นและการพัฒนาไปสู่การพัฒนาอุตสาหกรรมกระแสหลัก ส่งผลให้ต้นทุนต่อหน่วยลดลงและเพิ่มประสิทธิภาพในการออกแบบ การก่อสร้าง และการติดตั้ง LCOH ไฮโดรเจนสีเขียวประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: ต้นทุนเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ราคาไฟฟ้าหมุนเวียน และต้นทุนการดำเนินงานอื่นๆ โดยทั่วไป ค่าใช้จ่ายของเซลล์อิเล็กโทรไลต์คิดเป็นประมาณ 20% ~ 25% ของ LCOH ไฮโดรเจนสีเขียว และเป็นส่วนแบ่งการผลิตไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุด (70% ~ 75%) ต้นทุนการดำเนินงานค่อนข้างน้อย โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 5%

ในระดับสากล ราคาของพลังงานหมุนเวียน (ส่วนใหญ่เป็นพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมในระดับสาธารณูปโภค) ได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา และต้นทุนพลังงานที่เท่าเทียมกัน (LCOE) ขณะนี้ใกล้เคียงกับราคาพลังงานถ่านหิน ($30-50 /MWh) ทำให้พลังงานหมุนเวียนมีการแข่งขันด้านต้นทุนมากขึ้นในอนาคต ต้นทุนพลังงานหมุนเวียนยังคงลดลง 10% ต่อปี และภายในปี 2030 ต้นทุนพลังงานหมุนเวียนจะสูงถึงประมาณ 20 ดอลลาร์ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง ต้นทุนการดำเนินงานไม่สามารถลดลงได้มากนัก แต่ต้นทุนหน่วยเซลล์สามารถลดลงได้ และคาดว่าเส้นโค้งต้นทุนการเรียนรู้ที่คล้ายกันสำหรับเซลล์เช่นเดียวกับพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม

Solar PV ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1970 และราคาของ Solar PV LCoE ในปี 2010 อยู่ที่ประมาณ 500 เหรียญสหรัฐฯ /MWh Solar PV LCOE ลดลงอย่างมากตั้งแต่ปี 2010 และปัจจุบันอยู่ที่ 30 ถึง 50 เหรียญสหรัฐฯ /MWh เนื่องจากเทคโนโลยีเซลล์อิเล็กโทรไลต์มีความคล้ายคลึงกับเกณฑ์มาตรฐานทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์พลังงานแสงอาทิตย์ ในช่วงปี 2563-2573 เทคโนโลยีเซลล์อิเล็กโทรไลต์จึงมีแนวโน้มที่จะดำเนินไปในทิศทางเดียวกันกับเซลล์แสงอาทิตย์ในแง่ของต้นทุนต่อหน่วย ในเวลาเดียวกัน LCOE สำหรับพลังงานลมได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา แต่มีปริมาณน้อยลง (ประมาณร้อยละ 50 นอกชายฝั่ง และร้อยละ 60 บนบก)

ประเทศของเราใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน (เช่น พลังงานลม เซลล์แสงอาทิตย์ พลังงานน้ำ) สำหรับการผลิตไฮโดรเจนในน้ำด้วยไฟฟ้า เมื่อควบคุมราคาไฟฟ้าไว้ที่ 0.25 หยวน /kWh ต่ำกว่า ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนจะมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจสัมพันธ์กัน (15.3 ~ 20.9 หยวน /กก.) . ตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจของการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าอัลคาไลน์และ PEM อิเล็กโทรไลซิสแสดงไว้ในตารางที่ 1

วิธีการคำนวณต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าแสดงไว้ในสมการ (1) และ (2) LCOE= ต้นทุนคงที่/(ปริมาณการผลิตไฮโดรเจน x อายุการใช้งาน) + ต้นทุนการดำเนินงาน (1) ต้นทุนการดำเนินงาน = ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในการผลิตไฮโดรเจน x ราคาไฟฟ้า + ราคาน้ำ + ค่าบำรุงรักษาอุปกรณ์ (2) โครงการนำอัลคาไลน์อิเล็กโทรไลซิสและ PEM อิเล็กโทรไลซิส (1,000 Nm3/ชม.) ) ตามตัวอย่าง สมมติว่าวงจรชีวิตของโครงการคือ 20 ปี และอายุการใช้งานคือ 9×104 ชม. ต้นทุนคงที่ของเซลล์อิเล็กโทรไลต์บรรจุภัณฑ์ อุปกรณ์ฟอกไฮโดรเจน ค่าธรรมเนียมวัสดุ ค่าธรรมเนียมการก่อสร้างโยธา ค่าบริการติดตั้ง และรายการอื่น ๆ คำนวณที่ 0.3 หยวน /kWh สำหรับอิเล็กโทรไลซิส การเปรียบเทียบต้นทุนแสดงในตารางที่ 2

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตไฮโดรเจนแบบอื่นๆ หากราคาไฟฟ้าของพลังงานหมุนเวียนต่ำกว่า 0.25 หยวน/kWh ต้นทุนของไฮโดรเจนสีเขียวจะลดลงเหลือประมาณ 15 หยวน/กก. ซึ่งเริ่มมีความได้เปรียบด้านต้นทุน ในบริบทของความเป็นกลางของคาร์บอน ด้วยการลดต้นทุนการผลิตพลังงานทดแทน การพัฒนาโครงการผลิตไฮโดรเจนขนาดใหญ่ การลดการใช้พลังงานและต้นทุนการลงทุนของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ และคำแนะนำของภาษีคาร์บอนและนโยบายอื่น ๆ การลดต้นทุนไฮโดรเจนสีเขียวจะค่อยๆ ชัดเจน ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากการผลิตไฮโดรเจนจากแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมจะถูกผสมกับสิ่งเจือปนที่เกี่ยวข้องหลายอย่าง เช่น คาร์บอน ซัลเฟอร์ และคลอรีน และต้นทุนในการทำให้บริสุทธิ์ซ้อนทับและ CCUS ต้นทุนการผลิตจริงอาจเกิน 20 หยวน /กก.