Žaliojo vandenilio gamybos elektrolizės būdu iš atsinaujinančių energijos šaltinių ekonominė analizė

Vis daugiau šalių pradeda kelti strateginius vandenilio energetikos tikslus, o kai kurios investicijos nukreiptos į ekologiškų vandenilio technologijų plėtrą. ES ir Kinija vadovauja šiam vystymuisi, ieškodamos pirmųjų technologijų ir infrastruktūros pranašumų. Tuo tarpu Japonija, Pietų Korėja, Prancūzija, Vokietija, Nyderlandai, Naujoji Zelandija ir Australija nuo 2017 m. paskelbė vandenilio energijos strategijas ir parengė bandomuosius planus. 2021 m. ES paskelbė strateginį reikalavimą vandenilio energijai, siūlydama padidinti eksploatacinius pajėgumus. vandenilio gamybos elektrolitiniuose elementuose iki 6 GW, naudojant vėjo ir saulės energiją, iki 2024 m., o iki 40 GW iki 2030 m., vandenilio gamybos pajėgumai ES bus padidinti iki 40 GW dar 40 GW už ES ribų.

Kaip ir visos naujos technologijos, žalias vandenilis pereina nuo pirminių tyrimų ir plėtros prie pagrindinės pramonės plėtros, todėl mažėja vieneto sąnaudos ir padidėja projektavimo, statybos ir montavimo efektyvumas. Žaliasis vandenilis LCOH susideda iš trijų komponentų: elektrolitinių elementų kainos, atsinaujinančios elektros kainos ir kitų eksploatacinių išlaidų. Apskritai, elektrolitinių elementų kaina sudaro apie 20% ~ 25% žaliojo vandenilio LCOH ir didžiausią elektros energijos dalį (70% ~ 75%). Eksploatacinės išlaidos yra palyginti nedidelės, paprastai mažesnės nei 5%.

Tarptautiniu mastu atsinaujinančios energijos (daugiausia komunalinių saulės ir vėjo energijos) kaina per pastaruosius 30 metų labai sumažėjo, o jos išlygintos energijos sąnaudos (LCOE) dabar yra artimos anglimi kūrenamos energijos kainai (30–50 USD / MWh). , todėl atsinaujinantys energijos šaltiniai ateityje taps ekonomiškesni. Atsinaujinančios energijos sąnaudos ir toliau mažėja 10 % per metus, o maždaug 2030 m. atsinaujinančios energijos sąnaudos sieks apie 20 USD/MWh. Eksploatacinių sąnaudų žymiai sumažinti negalima, tačiau galima sumažinti elementų vieneto sąnaudas ir tikimasi panašių elementų mokymosi kaštų kreivės, kaip ir saulės ar vėjo energijos.

Saulės PV buvo sukurta aštuntajame dešimtmetyje, o saulės PV LCoE kaina 2010 m. buvo apie 500 USD/MWh. Saulės PV LCOE labai sumažėjo nuo 2010 m. ir šiuo metu yra 30–50 USD/MWh. Atsižvelgiant į tai, kad elektrolitinių elementų technologija yra panaši į pramoninį saulės fotovoltinių elementų gamybos etaloną, tikėtina, kad 2020–2030 m. elektrolitinių elementų technologija pagal vieneto kainą seks panašia trajektorija kaip ir saulės fotovoltinių elementų. Tuo pačiu metu vėjo LCOE per pastarąjį dešimtmetį labai sumažėjo, tačiau mažesniu dydžiu (apie 50 procentų jūroje ir 60 procentų sausumoje).

Mūsų šalis naudoja atsinaujinančius energijos šaltinius (pvz., vėjo energiją, fotovoltinę, hidroelektrinę) elektrolitiniam vandens vandenilio gamybai, kai elektros kaina kontroliuojama žemiau 0,25 juanio / kWh, vandenilio gamybos sąnaudos turi santykinį ekonominį efektyvumą (15,3–20,9 juanio /kg). . Šarminės elektrolizės ir PEM elektrolizės vandenilio gamybos techniniai ir ekonominiai rodikliai pateikti 1 lentelėje.

Elektrolitinio vandenilio gamybos sąnaudų apskaičiavimo būdas parodytas (1) ir (2) lygtyse. LCOE = fiksuotos išlaidos / (vandenilio gamybos kiekis x eksploatavimo laikas) + eksploatavimo išlaidos (1) Eksploatacijos išlaidos = vandenilio gamybos elektros energijos suvartojimas x elektros kaina + vandens kaina + įrangos priežiūros išlaidos (2) Šarminės elektrolizės ir PEM elektrolizės projektų ėmimas (1000 Nm3/val. ) pavyzdžiui, tarkime, kad visas projektų gyvavimo ciklas yra 20 metų, o eksploatavimo trukmė – 9×104h. Paketo elektrolizės elemento, vandenilio valymo įrenginio, medžiagų mokesčio, civilinės statybos mokesčio, įrengimo paslaugų mokesčio ir kitų elementų fiksuota kaina yra 0,3 juanio / kWh elektrolizei. Sąnaudų palyginimas parodytas 2 lentelėje.

Palyginti su kitais vandenilio gamybos būdais, jei atsinaujinančios energijos elektros kaina yra mažesnė nei 0,25 juanio / kWh, žaliojo vandenilio kaina gali būti sumažinta iki maždaug 15 juanių / kg, o tai pradeda turėti sąnaudų pranašumą. Atsižvelgiant į anglies neutralumą, mažinant atsinaujinančios energijos energijos gamybos sąnaudas, plėtojant didelio masto vandenilio gamybos projektus, mažinant elektrolitinių elementų energijos suvartojimą ir investicijų sąnaudas bei vadovaujantis anglies dvideginio mokesčio ir kitomis politikos kryptimis, Žaliojo vandenilio sąnaudų mažinimas bus palaipsniui aiškus. Tuo pačiu metu, kadangi vandenilio gamyba iš tradicinių energijos šaltinių bus sumaišyta su daugybe susijusių priemaišų, tokių kaip anglis, siera ir chloras, ir papildomo valymo bei CCUS sąnaudos, faktinės gamybos sąnaudos gali viršyti 20 juanių/kg.