Все больше стран начинают ставить стратегические цели для водородной энергетики, и некоторые инвестиции направлены на развитие зеленой водородной технологии. ЕС и Китай лидируют в этом развитии, стремясь к преимуществам первопроходцев в технологиях и инфраструктуре. Между тем, Япония, Южная Корея, Франция, Германия, Нидерланды, Новая Зеландия и Австралия выпустили стратегии водородной энергетики и разработали пилотные планы с 2017 года. В 2021 году ЕС выпустил стратегическое требование для водородной энергетики, предлагая увеличить рабочую мощность производства водорода в электролитических ячейках до 6 ГВт к 2024 году за счет использования энергии ветра и солнца, а к 2030 году — до 40 ГВт, мощность производства водорода в ЕС будет увеличена до 40 ГВт за счет дополнительных 40 ГВт за пределами ЕС.
Как и все новые технологии, зеленый водород переходит от первичных исследований и разработок к основным промышленным разработкам, что приводит к снижению удельных затрат и повышению эффективности проектирования, строительства и монтажа. Зеленый водород LCOH состоит из трех компонентов: стоимость электролитической ячейки, цена возобновляемой электроэнергии и другие эксплуатационные расходы. В целом, стоимость электролитической ячейки составляет около 20% ~ 25% зеленого водорода LCOH и наибольшую долю электроэнергии (70% ~ 75%). Эксплуатационные расходы относительно невелики, как правило, менее 5%.
На международном уровне цена возобновляемой энергии (в основном, солнечной и ветровой энергии коммунального масштаба) значительно упала за последние 30 лет, а ее приведенная стоимость энергии (LCOE) теперь близка к стоимости угольной энергии (30-50 долл. США/МВт·ч), что делает возобновляемые источники энергии более конкурентоспособными в будущем. Стоимость возобновляемой энергии продолжает падать на 10% в год, и примерно к 2030 году стоимость возобновляемой энергии достигнет около 20 долл. США/МВт·ч. Эксплуатационные расходы не могут быть значительно снижены, но себестоимость единицы ячейки может быть снижена, и для ячеек ожидается аналогичная кривая стоимости обучения, как для солнечной или ветровой энергии.
Солнечные фотоэлектрические системы были разработаны в 1970-х годах, и цена LCoE солнечных фотоэлектрических систем в 2010 году составляла около 500 долларов США / МВт-ч. LCOE солнечных фотоэлектрических систем значительно снизилась с 2010 года и в настоящее время составляет от 30 до 50 долларов США / МВт-ч. Учитывая, что технология электролитических ячеек аналогична промышленному эталону для производства солнечных фотоэлектрических элементов, с 2020 по 2030 год технология электролитических ячеек, вероятно, будет следовать той же траектории, что и солнечные фотоэлектрические элементы с точки зрения себестоимости единицы продукции. В то же время LCOE для ветра значительно снизилась за последнее десятилетие, но на меньшую величину (около 50 процентов на море и 60 процентов на суше).
Наша страна использует возобновляемые источники энергии (такие как энергия ветра, фотоэлектричество, гидроэнергетика) для электролитического производства водорода из воды, при контроле цены на электроэнергию на уровне 0,25 юаня/кВтч ниже себестоимость производства водорода имеет относительную экономическую эффективность (15,3 ~ 20,9 юаня/кг). Технико-экономические показатели щелочного электролиза и электролиза PEM водорода показаны в таблице 1.
Метод расчета стоимости электролитического производства водорода показан в уравнениях (1) и (2). LCOE = фиксированная стоимость/(количество произведенного водорода x срок службы) + эксплуатационные расходы (1) Эксплуатационные расходы = потребление электроэнергии для производства водорода x цена электроэнергии + цена воды + стоимость обслуживания оборудования (2) Взяв в качестве примера проекты щелочного электролиза и электролиза PEM (1000 Нм3/ч), предположим, что весь жизненный цикл проектов составляет 20 лет, а срок эксплуатации составляет 9×104 ч. Фиксированная стоимость пакетной электролитической ячейки, устройства очистки водорода, платы за материалы, платы за гражданское строительство, платы за установку и других пунктов рассчитывается в размере 0,3 юаня/кВтч для электролиза. Сравнение затрат показано в таблице 2.
По сравнению с другими методами производства водорода, если цена электроэнергии возобновляемой энергии ниже 0,25 юаней/кВтч, стоимость зеленого водорода может быть снижена примерно до 15 юаней/кг, что начинает иметь преимущество в стоимости. В контексте углеродной нейтральности, с сокращением затрат на производство электроэнергии возобновляемой энергией, крупномасштабной разработкой проектов по производству водорода, сокращением потребления энергии электролитической ячейкой и инвестиционных затрат, а также руководством по налогу на выбросы углерода и другими политиками, путь снижения стоимости зеленого водорода будет постепенно проясняться. В то же время, поскольку производство водорода из традиционных источников энергии будет смешиваться со многими сопутствующими примесями, такими как углерод, сера и хлор, и стоимостью наложенной очистки и CCUS, фактическая стоимость производства может превысить 20 юаней/кг.
Время публикации: 06.02.2023