नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से विद्युत अपघटन द्वारा हरित हाइड्रोजन उत्पादन का आर्थिक विश्लेषण

अधिकाधिक देश हाइड्रोजन ऊर्जा के लिए रणनीतिक लक्ष्य निर्धारित करना शुरू कर रहे हैं, और कुछ निवेश हरित हाइड्रोजन प्रौद्योगिकी विकास की ओर अग्रसर हैं। यूरोपीय संघ और चीन प्रौद्योगिकी और बुनियादी ढांचे में अग्रणी बनने के उद्देश्य से इस विकास में अग्रणी भूमिका निभा रहे हैं। वहीं, जापान, दक्षिण कोरिया, फ्रांस, जर्मनी, नीदरलैंड, न्यूजीलैंड और ऑस्ट्रेलिया ने 2017 से हाइड्रोजन ऊर्जा रणनीतियां जारी की हैं और प्रायोगिक योजनाएं विकसित की हैं। 2021 में, यूरोपीय संघ ने हाइड्रोजन ऊर्जा के लिए एक रणनीतिक आवश्यकता जारी की, जिसमें पवन और सौर ऊर्जा पर निर्भरता के माध्यम से इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में हाइड्रोजन उत्पादन की परिचालन क्षमता को 2024 तक 6 गीगावाट और 2030 तक 40 गीगावाट तक बढ़ाने का प्रस्ताव है। यूरोपीय संघ में हाइड्रोजन उत्पादन की क्षमता को यूरोपीय संघ के बाहर से अतिरिक्त 40 गीगावाट की वृद्धि के साथ 40 गीगावाट तक बढ़ाया जाएगा।

सभी नई तकनीकों की तरह, हरित हाइड्रोजन भी प्रारंभिक अनुसंधान और विकास से आगे बढ़कर मुख्यधारा के औद्योगिक विकास की ओर बढ़ रही है, जिसके परिणामस्वरूप प्रति इकाई लागत कम हो रही है और डिजाइन, निर्माण और स्थापना में दक्षता बढ़ रही है। हरित हाइड्रोजन LCOH में तीन घटक होते हैं: इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की लागत, नवीकरणीय बिजली की कीमत और अन्य परिचालन लागत। सामान्य तौर पर, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की लागत हरित हाइड्रोजन LCOH का लगभग 20% से 25% होती है, और बिजली की लागत सबसे अधिक (70% से 75%) होती है। परिचालन लागत अपेक्षाकृत कम होती है, आमतौर पर 5% से कम।

अंतर्राष्ट्रीय स्तर पर, नवीकरणीय ऊर्जा (मुख्य रूप से बड़े पैमाने पर सौर और पवन ऊर्जा) की कीमत पिछले 30 वर्षों में काफी कम हो गई है, और इसकी समतुल्य ऊर्जा लागत (एलसीओई) अब कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों (30-50 डॉलर प्रति मेगावाट घंटा) के लगभग बराबर है, जिससे भविष्य में नवीकरणीय ऊर्जा अधिक लागत-प्रतिस्पर्धी बन जाएगी। नवीकरणीय ऊर्जा की लागत में प्रति वर्ष 10% की गिरावट जारी है, और लगभग 2030 तक नवीकरणीय ऊर्जा की लागत लगभग 20 डॉलर प्रति मेगावाट घंटा तक पहुंच जाएगी। परिचालन लागत में उल्लेखनीय कमी नहीं की जा सकती है, लेकिन सेल इकाई लागत को कम किया जा सकता है और सौर या पवन ऊर्जा की तरह ही सेलों के लिए भी सीखने की लागत का वक्र समान रहने की उम्मीद है।

सौर सौर ऊर्जा का विकास 1970 के दशक में हुआ था और 2010 में सौर सौर सौर ऊर्जा की लागत (LCOE) लगभग 500 डॉलर प्रति मेगावाट घंटा थी। 2010 के बाद से सौर सौर सौर ऊर्जा की LCOE में काफी गिरावट आई है और वर्तमान में यह 30 से 50 डॉलर प्रति मेगावाट घंटा है। चूंकि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल तकनीक सौर फोटोवोल्टिक सेल उत्पादन के औद्योगिक मानक के समान है, इसलिए 2020-2030 के दौरान, प्रति इकाई लागत के मामले में इलेक्ट्रोलाइटिक सेल तकनीक के सौर फोटोवोल्टिक सेल के समान गति से बढ़ने की संभावना है। साथ ही, पिछले दशक में पवन ऊर्जा की LCOE में भी काफी गिरावट आई है, लेकिन यह गिरावट कम है (लगभग 50 प्रतिशत अपतटीय और 60 प्रतिशत तटवर्ती)।

हमारा देश इलेक्ट्रोलाइटिक जल हाइड्रोजन उत्पादन के लिए नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों (जैसे पवन ऊर्जा, फोटोवोल्टिक, जलविद्युत) का उपयोग करता है। जब बिजली की कीमत 0.25 युआन/किलोवाट घंटा से कम नियंत्रित होती है, तो हाइड्रोजन उत्पादन लागत अपेक्षाकृत आर्थिक रूप से किफायती होती है (15.3 ~ 20.9 युआन/किलोग्राम)। क्षारीय विद्युत अपघटन और पीईएम विद्युत अपघटन हाइड्रोजन उत्पादन के तकनीकी और आर्थिक संकेतक तालिका 1 में दर्शाए गए हैं।

इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन उत्पादन की लागत गणना विधि समीकरण (1) और (2) में दर्शाई गई है। LCOE = निश्चित लागत / (हाइड्रोजन उत्पादन मात्रा x जीवनकाल) + परिचालन लागत (1) परिचालन लागत = हाइड्रोजन उत्पादन में बिजली की खपत x बिजली की कीमत + पानी की कीमत + उपकरण रखरखाव लागत (2) क्षारीय इलेक्ट्रोलाइसिस और PEM इलेक्ट्रोलाइसिस परियोजनाओं (1000 Nm³/h) को उदाहरण के रूप में लेते हुए, मान लें कि परियोजनाओं का संपूर्ण जीवन चक्र 20 वर्ष है और परिचालन जीवनकाल 9×10⁴ घंटे है। पैकेज इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, हाइड्रोजन शुद्धिकरण उपकरण, सामग्री शुल्क, सिविल निर्माण शुल्क, स्थापना सेवा शुल्क और अन्य मदों की निश्चित लागत की गणना इलेक्ट्रोलाइसिस के लिए 0.3 युआन/kWh की दर से की जाती है। लागत तुलना तालिका 2 में दर्शाई गई है।

हाइड्रोजन उत्पादन की अन्य विधियों की तुलना में, यदि नवीकरणीय ऊर्जा की बिजली कीमत 0.25 युआन/किलोवाट घंटा से कम है, तो हरित हाइड्रोजन की लागत लगभग 15 युआन/किलोग्राम तक कम हो सकती है, जिससे लागत लाभ मिलना शुरू हो जाता है। कार्बन तटस्थता के संदर्भ में, नवीकरणीय ऊर्जा बिजली उत्पादन लागत में कमी, हाइड्रोजन उत्पादन परियोजनाओं के बड़े पैमाने पर विकास, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की ऊर्जा खपत और निवेश लागत में कमी, और कार्बन टैक्स और अन्य नीतियों के मार्गदर्शन से, हरित हाइड्रोजन की लागत में कमी का मार्ग धीरे-धीरे स्पष्ट होता जाएगा। साथ ही, पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों से हाइड्रोजन उत्पादन में कार्बन, सल्फर और क्लोरीन जैसी कई संबंधित अशुद्धियाँ मिश्रित होने और अतिरिक्त शुद्धिकरण और कार्बन उत्सर्जन नियंत्रण की लागत के कारण, वास्तविक उत्पादन लागत 20 युआन/किलोग्राम से अधिक हो सकती है।