Yenilenebilir enerji kaynaklarından elektroliz yoluyla yeşil hidrojen üretiminin ekonomik analizi

Giderek daha fazla ülke hidrojen enerjisi için stratejik hedefler belirlemeye başlıyor ve bazı yatırımlar yeşil hidrojen teknolojisi geliştirmeye yöneliyor. AB ve Çin, teknoloji ve altyapıda ilk hamle avantajlarını arayarak bu gelişmeye öncülük ediyor. Bu arada Japonya, Güney Kore, Fransa, Almanya, Hollanda, Yeni Zelanda ve Avustralya, 2017'den beri hidrojen enerjisi stratejilerini yayınladılar ve pilot planlar geliştirdiler. 2021'de AB, işletme kapasitesini artırmayı öneren hidrojen enerjisi için stratejik bir gereklilik yayınladı. Elektrolitik hücrelerde hidrojen üretiminin rüzgar ve güneş enerjisine dayalı olarak 2024 yılına kadar 6GW'a ve 2030 yılına kadar 40GW'a çıkarılması halinde, AB'de hidrojen üretim kapasitesi AB dışında ilave 40GW ile 40GW'a çıkarılacaktır.

Tüm yeni teknolojilerde olduğu gibi, yeşil hidrojen de birincil araştırma ve geliştirmeden ana akım endüstriyel geliştirmeye doğru ilerliyor ve bu da daha düşük birim maliyetler ve tasarım, yapım ve kurulumda artan verimlilik sağlıyor. Yeşil hidrojen LCOH üç bileşenden oluşur: elektrolitik hücre maliyeti, yenilenebilir elektrik fiyatı ve diğer işletme maliyetleri. Genel olarak, elektrolitik hücre maliyeti yeşil hidrojen LCOH'nin yaklaşık %20 ~ %25'ini ve elektriğin en büyük payını (%70 ~ %75) oluşturur. İşletme maliyetleri nispeten küçüktür, genellikle %5'ten azdır.

Uluslararası olarak, yenilenebilir enerjinin (esas olarak şebeke ölçeğinde güneş ve rüzgar) fiyatı son 30 yılda önemli ölçüde düştü ve eşitlenmiş enerji maliyeti (LCOE) artık kömür yakıtlı enerjininkine (30-50 $ /MWh) yakın. gelecekte yenilenebilir enerjiyi maliyet açısından daha rekabetçi hale getiriyor. Yenilenebilir enerji maliyetleri yılda %10 düşmeye devam ediyor ve 2030 civarında yenilenebilir enerji maliyetleri yaklaşık 20 $/MWh'ye ulaşacak. İşletme maliyetleri önemli ölçüde azaltılamaz, ancak hücre birim maliyetleri azaltılabilir ve hücreler için güneş veya rüzgar enerjisi ile benzer bir öğrenme maliyeti eğrisi beklenir.

Solar PV 1970'lerde geliştirildi ve 2010'da solar PV LCoE'lerin fiyatı yaklaşık 500 $/MWh idi. Solar PV LCOE 2010'dan bu yana önemli ölçüde azaldı ve şu anda 30 ila 50 $/MWh. Elektrolitik hücre teknolojisinin, 2020-2030 yılları arasında güneş fotovoltaik hücresi üretimi için endüstriyel ölçütlere benzer olduğu göz önüne alındığında, elektrolitik hücre teknolojisinin birim maliyet açısından güneş fotovoltaik hücreleri ile benzer bir yol izlemesi muhtemeldir. Aynı zamanda, rüzgar için LCOE son on yılda önemli ölçüde azaldı, ancak daha küçük bir miktarda (denizde yaklaşık yüzde 50 ve karada yüzde 60).

Ülkemiz elektrolitik su hidrojen üretimi için yenilenebilir enerji kaynakları (rüzgar enerjisi, fotovoltaik, hidroelektrik gibi) kullanmaktadır, elektrik fiyatı 0,25 yuan/kWh altında kontrol edildiğinde, hidrojen üretim maliyeti göreceli ekonomik verimliliğe (15,3 ~ 20,9 yuan/kg) sahiptir. . Alkalin elektroliz ve PEM elektroliz hidrojen üretiminin teknik ve ekonomik göstergeleri Tablo 1'de gösterilmektedir.

Elektrolitik hidrojen üretiminin maliyet hesaplama yöntemi denklemler (1) ve (2)'de gösterilmiştir. LCOE= sabit maliyet/(hidrojen üretim miktarı x ömür) + işletme maliyeti (1) İşletme maliyeti = hidrojen üretimi elektrik tüketimi x elektrik fiyatı + su fiyatı + ekipman bakım maliyeti (2) Alkali elektroliz ve PEM elektroliz projelerinin alınması (1000 Nm3/h) ) örnek olarak, projelerin tüm yaşam döngüsünün 20 yıl ve işletme ömrünün 9×104 saat olduğunu varsayalım. Elektroliz için paket elektrolitik hücre, hidrojen arıtma cihazı, malzeme ücreti, inşaat ücreti, kurulum hizmet bedeli ve diğer kalemlerin sabit maliyeti 0,3 yuan/kWh olarak hesaplanmıştır. Maliyet karşılaştırması Tablo 2'de gösterilmiştir.

Diğer hidrojen üretim yöntemleriyle karşılaştırıldığında, yenilenebilir enerjinin elektrik fiyatı 0,25 yuan/kWh'den düşükse, yeşil hidrojenin maliyeti yaklaşık 15 yuan/kg'a düşürülebilir ve bu da maliyet avantajı sağlamaya başlar. Karbon nötrlüğü bağlamında, yenilenebilir enerji enerji üretim maliyetlerinin düşürülmesi, hidrojen üretim projelerinin büyük ölçekli geliştirilmesi, elektrolitik hücre enerji tüketiminin ve yatırım maliyetlerinin düşürülmesi ve karbon vergisi ve diğer politikaların rehberliği ile yol yeşil hidrojen maliyetinin düşürülmesi kademeli olarak netleşecektir. Aynı zamanda, geleneksel enerji kaynaklarından hidrojen üretimi, karbon, kükürt ve klor gibi birçok ilgili safsızlık ve üst üste binen saflaştırma ve CCUS maliyeti ile karışacağından, gerçek üretim maliyeti 20 yuan/kg'ı geçebilir.