Økonomisk analyse av grønn hydrogenproduksjon ved elektrolyse fra fornybare energikilder

Flere og flere land begynner å sette strategiske mål for hydrogenenergi, og noen investeringer tenderer mot grønn hydrogenteknologiutvikling. EU og Kina leder denne utviklingen, og ser etter førstegangsfordeler innen teknologi og infrastruktur. I mellomtiden har Japan, Sør-Korea, Frankrike, Tyskland, Nederland, New Zealand og Australia alle lansert strategier for hydrogenenergi og utviklet pilotplaner siden 2017. I 2021 utstedte EU et strategisk krav om hydrogenenergi, og foreslår å øke driftskapasiteten av hydrogenproduksjon i elektrolyseceller til 6GW innen 2024 ved å stole på vind- og solenergi, og til 40GW innen 2030, vil kapasiteten for hydrogenproduksjon i EU økes til 40GW med ytterligere 40GW utenfor EU.

Som med alle nye teknologier, beveger grønt hydrogen seg fra primær forskning og utvikling til mainstream industriell utvikling, noe som resulterer i lavere enhetskostnader og økt effektivitet i design, konstruksjon og installasjon. Grønn hydrogen LCOH består av tre komponenter: elektrolysecellekostnad, fornybar strømpris og andre driftskostnader. Generelt utgjør kostnadene for elektrolyseceller omtrent 20% ~ 25% av grønn hydrogen LCOH, og den største andelen elektrisitet (70% ~ 75%). Driftskostnadene er relativt små, generelt mindre enn 5 %.

Internasjonalt har prisen på fornybar energi (hovedsakelig sol- og vindkraft i bruksskala) falt betydelig de siste 30 årene, og den utjevnede energikostnaden (LCOE) er nå nær prisen på kullkraft ($30-50 /MWh) , noe som gjør fornybar energi mer kostnadskonkurransedyktig i fremtiden. Kostnadene for fornybar energi fortsetter å falle med 10 % i året, og rundt 2030 vil kostnadene for fornybar energi nå rundt 20 USD/MWh. Driftskostnadene kan ikke reduseres vesentlig, men celleenhetskostnadene kan reduseres og det forventes en tilsvarende læringskostnadskurve for celler som for sol- eller vindkraft.

Solar PV ble utviklet på 1970-tallet og prisen på solenergi PV LCoE i 2010 var rundt $500 /MWh. Solar PV LCOE har sunket betydelig siden 2010 og er for tiden $30 til $50/MWh. Gitt at elektrolysecelleteknologi ligner den industrielle målestokken for solcelleproduksjon, fra 2020-2030, vil elektrolysecelleteknologi sannsynligvis følge en lignende bane som solcelleceller når det gjelder enhetskostnad. Samtidig har LCOE for vind falt betydelig det siste tiåret, men med et mindre beløp (omtrent 50 prosent til havs og 60 prosent på land).

Landet vårt bruker fornybare energikilder (som vindkraft, solceller, vannkraft) for elektrolytisk vannhydrogenproduksjon, når elektrisitetsprisen er kontrollert i 0,25 yuan/kWh under, har produksjonskostnadene for hydrogen relativ økonomisk effektivitet (15,3 ~ 20,9 yuan/kg) . Tekniske og økonomiske indikatorer for alkalisk elektrolyse og PEM-elektrolysehydrogenproduksjon er vist i tabell 1.

Kostnadsberegningsmetoden for elektrolytisk hydrogenproduksjon er vist i ligning (1) og (2). LCOE= fast kostnad/(hydrogenproduksjonsmengde x levetid) + driftskostnad (1) Driftskostnad = hydrogenproduksjon elektrisitetsforbruk x strømpris + vannpris + vedlikeholdskostnad for utstyr (2) Tar alkaliske elektrolyse- og PEM-elektrolyseprosjekter (1000 Nm3/h) ) som et eksempel, anta at hele livssyklusen til prosjektene er 20 år og levetiden er 9×104t. Den faste kostnaden for pakkeelektrolysecelle, hydrogenrenseenhet, materialavgift, sivil konstruksjonsavgift, installasjonsavgift og andre elementer er beregnet til 0,3 yuan /kWh for elektrolyse. Kostnadssammenligningen er vist i tabell 2.

Sammenlignet med andre hydrogenproduksjonsmetoder, hvis strømprisen på fornybar energi er lavere enn 0,25 yuan/kWh, kan kostnaden for grønt hydrogen reduseres til ca. 15 yuan/kg, noe som begynner å ha en kostnadsfordel. I sammenheng med karbonnøytralitet, med reduksjon av kraftproduksjonskostnader for fornybar energi, storskala utvikling av hydrogenproduksjonsprosjekter, reduksjon av energiforbruk og investeringskostnader for elektrolytiske celler, og veiledning av karbonskatt og annen politikk, er veien av kostnadsreduksjoner for grønt hydrogen vil gradvis bli klart. På samme tid, fordi hydrogenproduksjon fra tradisjonelle energikilder vil bli blandet med mange relaterte urenheter som karbon, svovel og klor, og kostnadene for overliggende rensing og CCUS, kan den faktiske produksjonskostnaden overstige 20 yuan/kg.