การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวด้วยวิธีอิเล็กโทรไลซิสจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน

ประเทศต่างๆ เริ่มกำหนดเป้าหมายเชิงกลยุทธ์สำหรับพลังงานไฮโดรเจนมากขึ้นเรื่อยๆ และการลงทุนบางส่วนก็มุ่งไปที่การพัฒนาเทคโนโลยีไฮโดรเจนสีเขียว สหภาพยุโรปและจีนเป็นผู้นำการพัฒนานี้ โดยมองหาข้อได้เปรียบของผู้บุกเบิกในด้านเทคโนโลยีและโครงสร้างพื้นฐาน ในขณะเดียวกัน ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ ฝรั่งเศส เยอรมนี เนเธอร์แลนด์ นิวซีแลนด์ และออสเตรเลีย ต่างก็เผยแพร่แผนพลังงานไฮโดรเจนและพัฒนาแผนนำร่องตั้งแต่ปี 2017 ในปี 2021 สหภาพยุโรปได้ออกข้อกำหนดเชิงกลยุทธ์สำหรับพลังงานไฮโดรเจน โดยเสนอให้เพิ่มขีดความสามารถในการดำเนินงานของการผลิตไฮโดรเจนในเซลล์อิเล็กโทรไลต์เป็น 6GW ภายในปี 2024 โดยอาศัยพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ และเป็น 40GW ภายในปี 2030 ขีดความสามารถในการผลิตไฮโดรเจนในสหภาพยุโรปจะเพิ่มเป็น 40GW โดยเพิ่มอีก 40GW นอกสหภาพยุโรป

เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่ทั้งหมด ไฮโดรเจนสีเขียวกำลังเปลี่ยนจากการวิจัยและพัฒนาขั้นต้นไปสู่การพัฒนาอุตสาหกรรมหลัก ส่งผลให้ต้นทุนต่อหน่วยลดลงและประสิทธิภาพในการออกแบบ การก่อสร้าง และการติดตั้งเพิ่มขึ้น ไฮโดรเจนสีเขียว LCOH ประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: ต้นทุนเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ราคาไฟฟ้าหมุนเวียน และต้นทุนการดำเนินงานอื่นๆ โดยทั่วไป ต้นทุนเซลล์อิเล็กโทรไลต์คิดเป็นประมาณ 20% ~ 25% ของไฮโดรเจนสีเขียว LCOH และคิดเป็นสัดส่วนที่ใหญ่ที่สุดของไฟฟ้า (70% ~ 75%) ต้นทุนการดำเนินงานค่อนข้างน้อย โดยทั่วไปน้อยกว่า 5%

ในระดับสากล ราคาของพลังงานหมุนเวียน (ส่วนใหญ่เป็นพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมในระดับสาธารณูปโภค) ลดลงอย่างมากในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา และต้นทุนพลังงานที่ปรับให้เท่ากัน (LCOE) ในปัจจุบันใกล้เคียงกับพลังงานถ่านหิน (30-50 เหรียญสหรัฐฯ ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง) ทำให้พลังงานหมุนเวียนมีต้นทุนที่สามารถแข่งขันได้มากขึ้นในอนาคต ต้นทุนพลังงานหมุนเวียนยังคงลดลง 10% ต่อปี และภายในปี 2030 ต้นทุนพลังงานหมุนเวียนจะอยู่ที่ประมาณ 20 เหรียญสหรัฐฯ ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง ต้นทุนการดำเนินงานไม่สามารถลดลงได้อย่างมาก แต่สามารถลดต้นทุนหน่วยเซลล์ได้ และคาดว่าเส้นโค้งต้นทุนการเรียนรู้สำหรับเซลล์จะคล้ายคลึงกับพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม

เซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1970 และราคาของเซลล์แสงอาทิตย์แบบ LCoE ในปี 2010 อยู่ที่ประมาณ 500 เหรียญสหรัฐฯ ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง เซลล์แสงอาทิตย์แบบ LCOE ลดลงอย่างมากตั้งแต่ปี 2010 และปัจจุบันอยู่ที่ 30 ถึง 50 เหรียญสหรัฐฯ ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง เนื่องจากเทคโนโลยีเซลล์อิเล็กโทรไลต์มีความคล้ายคลึงกับมาตรฐานทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบโฟโตวอลตาอิค ตั้งแต่ปี 2020 ถึง 2030 เทคโนโลยีเซลล์อิเล็กโทรไลต์จึงมีแนวโน้มที่จะดำเนินตามวิถีที่คล้ายกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบโฟโตวอลตาอิคในแง่ของต้นทุนต่อหน่วย ในขณะเดียวกัน เซลล์แสงอาทิตย์แบบ LCOE สำหรับพลังงานลมก็ลดลงอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา แต่ลดลงในปริมาณที่น้อยกว่า (ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์นอกชายฝั่งและ 60 เปอร์เซ็นต์บนบก)

ประเทศของเราใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน (เช่น พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำ) สำหรับการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำอิเล็กโทรไลต์ เมื่อควบคุมราคาไฟฟ้าให้ต่ำกว่า 0.25 หยวน/kWh ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนจะมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจสัมพันธ์กัน (15.3 ~ 20.9 หยวน/กก.) ตัวบ่งชี้ทางเทคนิคและเศรษฐกิจของการผลิตไฮโดรเจนจากอิเล็กโทรไลต์อัลคาไลน์และอิเล็กโทรไลต์ PEM แสดงอยู่ในตารางที่ 1

วิธีการคำนวณต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนแบบอิเล็กโทรไลต์แสดงอยู่ในสมการ (1) และ (2) LCOE = ต้นทุนคงที่ / (ปริมาณการผลิตไฮโดรเจน x อายุการใช้งาน) + ต้นทุนการดำเนินงาน (1) ต้นทุนการดำเนินงาน = ปริมาณการใช้ไฟฟ้าจากการผลิตไฮโดรเจน x ราคาไฟฟ้า + ราคาน้ำ + ต้นทุนการบำรุงรักษาอุปกรณ์ (2) หากใช้โครงการอิเล็กโทรไลต์อัลคาไลน์และอิเล็กโทรไลต์ PEM (1,000 Nm3/ชม.) เป็นตัวอย่าง ให้ถือว่าวงจรชีวิตทั้งหมดของโครงการคือ 20 ปีและอายุการใช้งานคือ 9×104 ชม. ต้นทุนคงที่ของเซลล์อิเล็กโทรไลต์แบบแพ็คเกจ อุปกรณ์ฟอกไฮโดรเจน ค่าวัสดุ ค่าก่อสร้างโยธา ค่าบริการติดตั้ง และรายการอื่นๆ คำนวณที่ 0.3 หยวน/kWh สำหรับอิเล็กโทรไลต์ การเปรียบเทียบต้นทุนแสดงอยู่ในตารางที่ 2

เมื่อเทียบกับวิธีการผลิตไฮโดรเจนอื่นๆ หากราคาไฟฟ้าของพลังงานหมุนเวียนต่ำกว่า 0.25 หยวน/kWh ต้นทุนของไฮโดรเจนสีเขียวสามารถลดลงเหลือประมาณ 15 หยวน/กก. ซึ่งเริ่มมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุน ในบริบทของความเป็นกลางทางคาร์บอน ด้วยการลดต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน การพัฒนาโครงการผลิตไฮโดรเจนขนาดใหญ่ การลดการใช้พลังงานของเซลล์อิเล็กโทรไลต์และต้นทุนการลงทุน และแนวทางของภาษีคาร์บอนและนโยบายอื่นๆ เส้นทางของการลดต้นทุนไฮโดรเจนสีเขียวจะชัดเจนขึ้นเรื่อยๆ ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากการผลิตไฮโดรเจนจากแหล่งพลังงานดั้งเดิมจะผสมกับสิ่งเจือปนที่เกี่ยวข้องมากมาย เช่น คาร์บอน กำมะถัน และคลอรีน และต้นทุนของการฟอกซ้ำซ้อนและ CCUS ต้นทุนการผลิตจริงอาจเกิน 20 หยวน/กก.