การวิเคราะห์ทางเศรษฐกิจของการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน

ปัจจุบันหลายประเทศเริ่มกำหนดเป้าหมายเชิงกลยุทธ์สำหรับพลังงานไฮโดรเจนมากขึ้น และการลงทุนบางส่วนมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาเทคโนโลยีไฮโดรเจนสีเขียว สหภาพยุโรปและจีนเป็นผู้นำในการพัฒนานี้ โดยมองหาข้อได้เปรียบในการเป็นผู้ริเริ่มด้านเทคโนโลยีและโครงสร้างพื้นฐาน ในขณะเดียวกัน ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ ฝรั่งเศส เยอรมนี เนเธอร์แลนด์ นิวซีแลนด์ และออสเตรเลีย ต่างก็ประกาศกลยุทธ์ด้านพลังงานไฮโดรเจนและพัฒนาแผนนำร่องมาตั้งแต่ปี 2017 ในปี 2021 สหภาพยุโรปได้ออกข้อกำหนดเชิงกลยุทธ์สำหรับพลังงานไฮโดรเจน โดยเสนอให้เพิ่มกำลังการผลิตไฮโดรเจนในเซลล์อิเล็กโทรไลต์เป็น 6 กิกะวัตต์ภายในปี 2024 โดยอาศัยพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ และเป็น 40 กิกะวัตต์ภายในปี 2030 โดยกำลังการผลิตไฮโดรเจนในสหภาพยุโรปจะเพิ่มขึ้นเป็น 40 กิกะวัตต์จากนอกสหภาพยุโรปอีก 40 กิกะวัตต์

เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่ๆ ทุกชนิด ไฮโดรเจนสีเขียวกำลังก้าวจากการวิจัยและพัฒนาขั้นพื้นฐานไปสู่การพัฒนาอุตสาหกรรมกระแสหลัก ส่งผลให้ต้นทุนต่อหน่วยลดลงและประสิทธิภาพในการออกแบบ การก่อสร้าง และการติดตั้งเพิ่มขึ้น การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวแบบ LCOH ประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ ต้นทุนเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ราคาไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน และต้นทุนการดำเนินงานอื่นๆ โดยทั่วไป ต้นทุนของเซลล์อิเล็กโทรไลต์คิดเป็นประมาณ 20% - 25% ของการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวแบบ LCOH และส่วนที่ใหญ่ที่สุดคือต้นทุนไฟฟ้า (70% - 75%) ส่วนต้นทุนการดำเนินงานนั้นค่อนข้างน้อย โดยทั่วไปน้อยกว่า 5%

ในระดับสากล ราคาพลังงานหมุนเวียน (ส่วนใหญ่เป็นพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมขนาดใหญ่) ลดลงอย่างมากในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา และต้นทุนพลังงานเฉลี่ยตลอดอายุการใช้งาน (LCOE) ในปัจจุบันใกล้เคียงกับพลังงานจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน (30-50 ดอลลาร์สหรัฐ/เมกะวัตต์ชั่วโมง) ทำให้พลังงานหมุนเวียนมีความสามารถในการแข่งขันด้านต้นทุนมากขึ้นในอนาคต ต้นทุนพลังงานหมุนเวียนยังคงลดลงปีละ 10% และภายในปี 2030 ต้นทุนพลังงานหมุนเวียนจะอยู่ที่ประมาณ 20 ดอลลาร์สหรัฐ/เมกะวัตต์ชั่วโมง ต้นทุนการดำเนินงานไม่สามารถลดลงได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่ต้นทุนต่อหน่วยของเซลล์สามารถลดลงได้ และคาดว่าจะมีเส้นโค้งต้นทุนการเรียนรู้ที่คล้ายคลึงกันสำหรับเซลล์เช่นเดียวกับพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม

เทคโนโลยีโซลาร์เซลล์ได้รับการพัฒนาขึ้นในทศวรรษ 1970 และราคาต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ (LCOE) ในปี 2010 อยู่ที่ประมาณ 500 ดอลลาร์สหรัฐต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง ราคา LCOE ของโซลาร์เซลล์ลดลงอย่างมากนับตั้งแต่ปี 2010 และปัจจุบันอยู่ที่ 30 ถึง 50 ดอลลาร์สหรัฐต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง เนื่องจากเทคโนโลยีเซลล์อิเล็กโทรไลต์มีความคล้ายคลึงกับมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ดังนั้นในช่วงปี 2020-2030 เทคโนโลยีเซลล์อิเล็กโทรไลต์จึงมีแนวโน้มที่จะมีแนวโน้มราคาต่อหน่วยที่คล้ายคลึงกับเซลล์แสงอาทิตย์ ในขณะเดียวกัน ราคา LCOE สำหรับพลังงานลมก็ลดลงอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา แต่ลดลงในปริมาณที่น้อยกว่า (ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์สำหรับพลังงานลมในทะเล และ 60 เปอร์เซ็นต์สำหรับพลังงานลมบนบก)

ประเทศของเราใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน (เช่น พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำ) ในการผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า เมื่อราคาไฟฟ้าถูกควบคุมไว้ที่ 0.25 หยวน/กิโลวัตต์ชั่วโมง ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนจะมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจค่อนข้างดี (15.3 ~ 20.9 หยวน/กิโลกรัม) ตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจของการผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบด่างและแบบ PEM แสดงอยู่ในตารางที่ 1

วิธีการคำนวณต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสแสดงไว้ในสมการ (1) และ (2) LCOE = ต้นทุนคงที่ / (ปริมาณการผลิตไฮโดรเจน x อายุการใช้งาน) + ต้นทุนการดำเนินงาน (1) ต้นทุนการดำเนินงาน = ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในการผลิตไฮโดรเจน x ราคาไฟฟ้า + ราคาน้ำ + ต้นทุนการบำรุงรักษาอุปกรณ์ (2) ยกตัวอย่างเช่น โครงการอิเล็กโทรไลซิสแบบอัลคาไลน์และอิเล็กโทรไลซิสแบบ PEM (1000 Nm3/h) สมมติว่าวงจรชีวิตทั้งหมดของโครงการคือ 20 ปี และอายุการใช้งานคือ 9×104 ชั่วโมง ต้นทุนคงที่ของเซลล์อิเล็กโทรไลต์แบบแพ็คเกจ อุปกรณ์การทำให้บริสุทธิ์ของไฮโดรเจน ค่าวัสดุ ค่าก่อสร้าง ค่าบริการติดตั้ง และรายการอื่นๆ คำนวณได้ 0.3 หยวน/kWh สำหรับกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส การเปรียบเทียบต้นทุนแสดงในตารางที่ 2

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตไฮโดรเจนอื่นๆ หากราคาไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนต่ำกว่า 0.25 หยวน/กิโลวัตต์ชั่วโมง ต้นทุนของไฮโดรเจนสีเขียวจะลดลงเหลือประมาณ 15 หยวน/กิโลกรัม ซึ่งเริ่มมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนแล้ว ในบริบทของความเป็นกลางทางคาร์บอน ด้วยการลดต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน การพัฒนาโครงการผลิตไฮโดรเจนขนาดใหญ่ การลดการใช้พลังงานและต้นทุนการลงทุนของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ และการชี้นำของภาษีคาร์บอนและนโยบายอื่นๆ เส้นทางการลดต้นทุนของไฮโดรเจนสีเขียวจะค่อยๆ ชัดเจนขึ้น ในขณะเดียวกัน เนื่องจากไฮโดรเจนที่ผลิตจากแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมจะปนเปื้อนด้วยสิ่งเจือปนต่างๆ เช่น คาร์บอน กำมะถัน และคลอรีน และต้นทุนในการทำให้บริสุทธิ์และการดักจับและกักเก็บคาร์บอน (CCUS) ที่เพิ่มเข้ามา ต้นทุนการผลิตจริงอาจเกิน 20 หยวน/กิโลกรัม