Ekonomisk analys av produktion av grönt väte genom elektrolys från förnybara energikällor

Fler och fler länder börjar sätta upp strategiska mål för väteenergi, och vissa investeringar tenderar att utveckla grön väteteknologi. EU och Kina leder den här utvecklingen och letar efter fördelar för första gången inom teknik och infrastruktur. Samtidigt har Japan, Sydkorea, Frankrike, Tyskland, Nederländerna, Nya Zeeland och Australien alla släppt strategier för väteenergi och utvecklat pilotplaner sedan 2017. 2021 utfärdade EU ett strategiskt krav för väteenergi och föreslog att driftskapaciteten skulle öka. av väteproduktionen i elektrolytiska celler till 6GW år 2024 genom att förlita sig på vind- och solenergi, och till 40GW år 2030, kommer kapaciteten för väteproduktion i EU att ökas till 40GW med ytterligare 40GW utanför EU.

Som med all ny teknik går grönt väte från primär forskning och utveckling till mainstream industriell utveckling, vilket resulterar i lägre enhetskostnader och ökad effektivitet i design, konstruktion och installation. Grönt väte LCOH består av tre komponenter: kostnad för elektrolysceller, pris på förnybar el och andra driftskostnader. I allmänhet står kostnaden för elektrolytiska celler för cirka 20% ~ 25% av grönt väte LCOH, och den största andelen elektricitet (70% ~ 75%). Driftkostnaderna är relativt små, i allmänhet mindre än 5 %.

Internationellt har priset på förnybar energi (främst sol- och vindkraft i allmännyttiga skala) sjunkit avsevärt under de senaste 30 åren, och dess utjämnade energikostnad (LCOE) är nu nära den för koleldad kraft ($30-50/MWh) , vilket gör förnybar energi mer kostnadskonkurrenskraftig i framtiden. Kostnaderna för förnybar energi fortsätter att sjunka med 10 % per år, och runt 2030 kommer kostnaderna för förnybar energi att nå cirka 20 USD/MWh. Driftkostnaderna kan inte sänkas nämnvärt, men kostnaderna för cellenheter kan minskas och en liknande inlärningskostnadskurva förväntas för celler som för sol- eller vindkraft.

Solar PV utvecklades på 1970-talet och priset på solenergi PV LCoEs 2010 var cirka $500 /MWh. Solar PV LCOE har minskat avsevärt sedan 2010 och är för närvarande $30 till $50/MWh. Med tanke på att elektrolytisk cellteknik liknar det industriella riktmärket för produktion av solcellsceller, från 2020-2030, kommer elektrolyscellstekniken sannolikt att följa en liknande bana som solceller när det gäller enhetskostnad. Samtidigt har LCOE för vind minskat markant under det senaste decenniet, men med en mindre mängd (cirka 50 procent till havs och 60 procent på land).

Vårt land använder förnybara energikällor (som vindkraft, solceller, vattenkraft) för elektrolytisk vattenväteproduktion, när elpriset kontrolleras i 0,25 yuan/kWh under har produktionskostnaden för väte en relativ ekonomisk effektivitet (15,3 ~ 20,9 yuan/kg) . Tekniska och ekonomiska indikatorer för alkalisk elektrolys och PEM-elektrolysväteproduktion visas i tabell 1.

Kostnadsberäkningsmetoden för elektrolytisk väteproduktion visas i ekvationerna (1) och (2). LCOE= fast kostnad/(väteproduktionsmängd x livslängd) + driftskostnad (1) Driftkostnad = väteproduktion elförbrukning x elpris + vattenpris + utrustningsunderhållskostnad (2) Att ta projekt för alkalisk elektrolys och PEM-elektrolys (1000 Nm3/h) ) som ett exempel, anta att hela livscykeln för projekten är 20 år och livslängden är 9×104h. Den fasta kostnaden för paketet elektrolytisk cell, vätgasreningsanordning, materialavgift, anläggningsavgift, installationsserviceavgift och andra föremål beräknas till 0,3 yuan/kWh för elektrolys. Kostnadsjämförelsen framgår av tabell 2.

Jämfört med andra väteproduktionsmetoder, om elpriset för förnybar energi är lägre än 0,25 yuan/kWh, kan kostnaden för grönt väte reduceras till cirka 15 yuan/kg, vilket börjar ge en kostnadsfördel. I samband med koldioxidneutralitet, med minskningen av kostnaderna för elproduktion för förnybar energi, den storskaliga utvecklingen av väteproduktionsprojekt, minskningen av energiförbrukningen och investeringskostnaderna för elektrolytiska celler, och vägledningen för kolskatt och annan politik, vägen kostnadsminskningen för grönt väte kommer gradvis att bli tydlig. Samtidigt, eftersom väteproduktion från traditionella energikällor kommer att blandas med många relaterade föroreningar som kol, svavel och klor, och kostnaden för överlagrad rening och CCUS, kan den faktiska produktionskostnaden överstiga 20 yuan/kg.