განახლებადი ენერგიის წყაროებიდან ელექტროლიზის მეთოდით მწვანე წყალბადის წარმოების ეკონომიკური ანალიზი

სულ უფრო მეტი ქვეყანა იწყებს წყალბადის ენერგიის სტრატეგიული მიზნების დასახვას და ზოგიერთი ინვესტიცია მწვანე წყალბადის ტექნოლოგიების განვითარებაზეა ორიენტირებული. ევროკავშირი და ჩინეთი ლიდერობენ ამ განვითარებას და ტექნოლოგიასა და ინფრასტრუქტურაში პირველი ნაბიჯის უპირატესობებს ეძებენ. ამასობაში, იაპონიამ, სამხრეთ კორეამ, საფრანგეთმა, გერმანიამ, ნიდერლანდებმა, ახალმა ზელანდიამ და ავსტრალიამ 2017 წლიდან გამოაქვეყნეს წყალბადის ენერგიის სტრატეგიები და შეიმუშავეს საპილოტე გეგმები. 2021 წელს ევროკავშირმა გამოსცა სტრატეგიული მოთხოვნა წყალბადის ენერგიის შესახებ, რომლითაც შემოთავაზებული იყო ელექტროლიტურ უჯრედებში წყალბადის წარმოების ოპერაციული სიმძლავრის გაზრდა 6 გიგავატამდე 2024 წლისთვის ქარისა და მზის ენერგიაზე დაყრდნობით, ხოლო 2030 წლისთვის 40 გიგავატამდე, ევროკავშირში წყალბადის წარმოების სიმძლავრე გაიზრდება 40 გიგავატამდე ევროკავშირის ფარგლებს გარეთ დამატებით 40 გიგავატით.

როგორც ყველა ახალი ტექნოლოგია, მწვანე წყალბადი პირველადი კვლევიდან და განვითარებიდან ძირითად სამრეწველო განვითარებაზე გადადის, რაც იწვევს ერთეულის ხარჯების შემცირებას და ეფექტურობის ზრდას დიზაინში, მშენებლობასა და მონტაჟში. მწვანე წყალბადის დაბალი სიმძლავრის ჰიდროგენიზაცია სამი კომპონენტისგან შედგება: ელექტროლიტური ელემენტის ღირებულება, განახლებადი ელექტროენერგიის ფასი და სხვა საოპერაციო ხარჯები. ზოგადად, ელექტროლიტური ელემენტის ღირებულება მწვანე წყალბადის დაბალი სიმძლავრის ჰიდროგენიზაციის დაახლოებით 20%-25%-ს და ელექტროენერგიის უდიდეს წილს (70% ~ 75%) შეადგენს. საოპერაციო ხარჯები შედარებით მცირეა, ზოგადად 5%-ზე ნაკლები.

საერთაშორისო დონეზე, განახლებადი ენერგიის (ძირითადად კომუნალური მასშტაბის მზის და ქარის) ფასი ბოლო 30 წლის განმავლობაში მნიშვნელოვნად დაეცა და მისი გათანაბრებული ენერგიის ღირებულება (LCOE) ამჟამად ახლოსაა ნახშირზე მომუშავე ენერგიის ღირებულებასთან ($30-50/მვტ.სთ), რაც განახლებად ენერგიას მომავალში უფრო კონკურენტუნარიანს ხდის. განახლებადი ენერგიის ხარჯები წელიწადში 10%-ით იკლებს და დაახლოებით 2030 წლისთვის განახლებადი ენერგიის ღირებულება დაახლოებით $20/მვტ.სთ-ს მიაღწევს. ოპერაციული ხარჯების მნიშვნელოვნად შემცირება შეუძლებელია, მაგრამ უჯრედების ერთეულის ხარჯების შემცირება შესაძლებელია და უჯრედებისთვის მოსალოდნელია მსგავსი სასწავლო ხარჯების მრუდი, როგორც მზის ან ქარის ენერგიის შემთხვევაში.

მზის ფოტოელექტრული ენერგია 1970-იან წლებში შემუშავდა და 2010 წელს მზის ფოტოელექტრული ენერგიის LCoE-ების ფასი დაახლოებით 500 აშშ დოლარი/მვტ.სთ იყო. მზის ფოტოელექტრული ენერგიის LCOE მნიშვნელოვნად შემცირდა 2010 წლიდან და ამჟამად 30-დან 50 აშშ დოლარამდე/მვტ.სთ-მდეა. იმის გათვალისწინებით, რომ ელექტროლიტური უჯრედების ტექნოლოგია მზის ფოტოელექტრული უჯრედების წარმოების სამრეწველო საორიენტაციო მაჩვენებლის მსგავსია, 2020-2030 წლებში ელექტროლიტური უჯრედების ტექნოლოგია, სავარაუდოდ, ერთეული ღირებულების თვალსაზრისით მზის ფოტოელექტრული უჯრედების მსგავს ტრაექტორიას მიჰყვება. ამავდროულად, ქარის ენერგიის LCOE მნიშვნელოვნად შემცირდა ბოლო ათწლეულის განმავლობაში, მაგრამ უფრო მცირე რაოდენობით (დაახლოებით 50 პროცენტი ოფშორში და 60 პროცენტი ხმელეთზე).

ჩვენი ქვეყანა ელექტროლიტური წყლის წყალბადის წარმოებისთვის იყენებს განახლებადი ენერგიის წყაროებს (როგორიცაა ქარის ენერგია, ფოტოელექტრული ენერგია, ჰიდროენერგია), როდესაც ელექტროენერგიის ფასი კონტროლდება 0.25 იუანი/კვტ.სთ-ით ქვემოთ, წყალბადის წარმოების ღირებულებას აქვს ფარდობითი ეკონომიკური ეფექტურობა (15.3 ~ 20.9 იუანი/კგ). ტუტე ელექტროლიზის და PEM ელექტროლიზის წყალბადის წარმოების ტექნიკური და ეკონომიკური მაჩვენებლები ნაჩვენებია ცხრილში 1.

ელექტროლიტური წყალბადის წარმოების ხარჯების გაანგარიშების მეთოდი ნაჩვენებია განტოლებებში (1) და (2). LCOE = ფიქსირებული ხარჯები/(წყალბადის წარმოების რაოდენობა x სიცოცხლის ხანგრძლივობა) + საოპერაციო ხარჯები (1) საოპერაციო ხარჯები = წყალბადის წარმოება ელექტროენერგიის მოხმარება x ელექტროენერგიის ფასი + წყლის ფასი + აღჭურვილობის მოვლა-პატრონობის ხარჯები (2) ტუტე ელექტროლიზის და PEM ელექტროლიზის პროექტების (1000 ნმ3/სთ) მაგალითად აღებისას, ვივარაუდოთ, რომ პროექტების მთელი სიცოცხლის ციკლი 20 წელია და ექსპლუატაციის ვადა 9×104 საათი. ელექტროლიტური უჯრედის, წყალბადის გამწმენდი მოწყობილობის, მასალის საფასურის, სამოქალაქო მშენებლობის საფასურის, მონტაჟის მომსახურების საფასურის და სხვა პუნქტების ფიქსირებული ღირებულება გამოითვლება 0.3 იუანის/კვტ.სთ-ის ოდენობით ელექტროლიზისთვის. ხარჯების შედარება ნაჩვენებია ცხრილში 2.

სხვა წყალბადის წარმოების მეთოდებთან შედარებით, თუ განახლებადი ენერგიის ელექტროენერგიის ფასი 0.25 იუან/კვტ.სთ-ზე დაბალია, მწვანე წყალბადის ღირებულება შეიძლება შემცირდეს დაახლოებით 15 იუან/კგ-მდე, რაც ხარჯთაღრიცხვის უპირატესობას იწყებს. ნახშირბადის ნეიტრალიტეტის კონტექსტში, განახლებადი ენერგიის ელექტროენერგიის წარმოების ხარჯების შემცირებით, წყალბადის წარმოების პროექტების მასშტაბური განვითარებით, ელექტროლიტური უჯრედების ენერგიის მოხმარებისა და საინვესტიციო ხარჯების შემცირებით, ასევე ნახშირბადის გადასახადისა და სხვა პოლიტიკის ხელმძღვანელობით, მწვანე წყალბადის ხარჯების შემცირების გზა თანდათან გაიხსნება. ამავდროულად, რადგან ტრადიციული ენერგიის წყაროებიდან წყალბადის წარმოება შეერევა მრავალ დაკავშირებულ მინარევთან, როგორიცაა ნახშირბადი, გოგირდი და ქლორი, და ზედმეტი გაწმენდისა და CCUS-ის ღირებულებასთან, ფაქტობრივი წარმოების ღირებულებამ შეიძლება გადააჭარბოს 20 იუანს/კგ-ს.