Fler och fler länder börjar sätta strategiska mål för vätgasenergi, och vissa investeringar tenderar att riktas mot utveckling av grön vätgasteknik. EU och Kina leder denna utveckling och letar efter fördelar inom teknik och infrastruktur. Samtidigt har Japan, Sydkorea, Frankrike, Tyskland, Nederländerna, Nya Zeeland och Australien alla släppt strategier för vätgasenergi och utvecklat pilotplaner sedan 2017. År 2021 utfärdade EU ett strategiskt krav för vätgasenergi, där man föreslog att driftskapaciteten för vätgasproduktion i elektrolytiska celler skulle ökas till 6 GW år 2024 genom att förlita sig på vind- och solenergi, och till 40 GW år 2030 kommer kapaciteten för vätgasproduktion i EU att ökas till 40 GW med ytterligare 40 GW utanför EU.
Precis som med all ny teknik går grön vätgas från primär forskning och utveckling till mainstream industriell utveckling, vilket resulterar i lägre enhetskostnader och ökad effektivitet inom design, konstruktion och installation. Grön vätgas (LCOH) består av tre komponenter: kostnad för elektrolytiska celler, priset för förnybar el och andra driftskostnader. Generellt sett står kostnaden för en elektrolytisk cell för cirka 20 % ~ 25 % av den gröna vätgas-LCOH, och den största andelen av el (70 % ~ 75 %). Driftskostnaderna är relativt små, generellt mindre än 5 %.
Internationellt sett har priset på förnybar energi (främst sol- och vindkraft i stor skala) fallit avsevärt under de senaste 30 åren, och dess utjämnade energikostnad (LCOE) ligger nu nära kolkraftens (30–50 USD/MWh), vilket gör förnybar energi mer kostnadseffektiv i framtiden. Kostnaderna för förnybar energi fortsätter att falla med 10 % per år, och omkring 2030 kommer kostnaderna för förnybar energi att uppgå till cirka 20 USD/MWh. Driftskostnaderna kan inte minskas avsevärt, men enhetskostnaderna för celler kan minskas och en liknande inlärningskostnadskurva förväntas för celler som för sol- eller vindkraft.
Solceller utvecklades på 1970-talet och priset för solcells-LCoE:er år 2010 låg runt 500 USD/MWh. LCOE:n för solceller har minskat avsevärt sedan 2010 och ligger för närvarande på 30 till 50 USD/MWh. Med tanke på att elektrolytisk cellteknik liknar den industriella riktmärket för produktion av solceller, kommer elektrolytisk cellteknik sannolikt att följa en liknande utveckling som solceller vad gäller enhetskostnad från 2020-2030. Samtidigt har LCOE:n för vindkraft minskat avsevärt under det senaste decenniet, men med en mindre mängd (cirka 50 procent till havs och 60 procent till land).
Vårt land använder förnybara energikällor (såsom vindkraft, solceller, vattenkraft) för elektrolytisk vattenvätgasproduktion. När elpriset kontrolleras till 0,25 yuan/kWh understiger kostnaden för vätgasproduktion en relativ ekonomisk effektivitet (15,3 ~ 20,9 yuan/kg). Tekniska och ekonomiska indikatorer för alkalisk elektrolys och PEM-elektrolys för vätgasproduktion visas i tabell 1.
Kostnadsberäkningsmetoden för elektrolytisk vätgasproduktion visas i ekvationerna (1) och (2). LCOE = fast kostnad/(vätgasproduktionsmängd x livslängd) + driftskostnad (1) Driftskostnad = vätgasproduktionens elförbrukning x elpris + vattenpris + underhållskostnad för utrustning (2) Om vi tar alkalisk elektrolys och PEM-elektrolysprojekt (1000 Nm3/h) som exempel, anta att projektets hela livscykel är 20 år och driftslivslängden är 9×104h. Den fasta kostnaden för elektrolytisk cell, vätgasreningsanordning, materialavgift, byggavgift, installationsavgift och andra poster beräknas till 0,3 yuan/kWh för elektrolys. Kostnadsjämförelsen visas i tabell 2.
Jämfört med andra vätgasproduktionsmetoder, om elpriset för förnybar energi är lägre än 0,25 yuan/kWh, kan kostnaden för grön vätgas minskas till cirka 15 yuan/kg, vilket börjar ge en kostnadsfördel. I samband med koldioxidneutralitet, med minskningen av kostnaderna för kraftproduktion från förnybar energi, storskalig utveckling av vätgasproduktionsprojekt, minskningen av energiförbrukningen och investeringskostnaderna för elektrolytiska celler, samt vägledning från koldioxidskatt och annan politik, kommer vägen mot kostnadsminskningar för grön vätgas gradvis att tydliggöras. Samtidigt, eftersom vätgasproduktion 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.
Publiceringstid: 6 februari 2023