Все більше країн починають ставити стратегічні цілі для водневої енергетики, а деякі інвестиції спрямовані на розвиток зелених водневих технологій. ЄС та Китай очолюють цей розвиток, шукаючи переваг першопрохідців у технологіях та інфраструктурі. Тим часом Японія, Південна Корея, Франція, Німеччина, Нідерланди, Нова Зеландія та Австралія опублікували стратегії водневої енергетики та розробили пілотні плани з 2017 року. У 2021 році ЄС опублікував стратегічну вимогу щодо водневої енергетики, пропонуючи збільшити експлуатаційну потужність виробництва водню в електролітичних комірках до 6 ГВт до 2024 року, спираючись на енергію вітру та сонця, та до 40 ГВт до 2030 року, потужність виробництва водню в ЄС буде збільшена до 40 ГВт завдяки додатковим 40 ГВт за межами ЄС.
Як і всі нові технології, зелений водень переходить від первинних досліджень та розробок до основної промислової розробки, що призводить до зниження собівартості продукції та підвищення ефективності проектування, будівництва та монтажу. Зелений водневий LCOH складається з трьох компонентів: вартості електролітичного елемента, ціни на відновлювану електроенергію та інших експлуатаційних витрат. Загалом, вартість електролітичного елемента становить близько 20% ~ 25% зеленого водневого LCOH та найбільшу частку електроенергії (70% ~ 75%). Експлуатаційні витрати відносно невеликі, зазвичай менше 5%.
У міжнародному масштабі ціна на відновлювану енергію (головним чином сонячну та вітрову енергетику комунального масштабу) значно знизилася за останні 30 років, а її еквівалентна вартість енергії (LCOE) зараз близька до вартості вугільної енергії (30-50 доларів США/МВт·год), що робить відновлювані джерела енергії більш конкурентоспроможними за ціною в майбутньому. Вартість відновлюваної енергії продовжує падати на 10% на рік, і приблизно до 2030 року вартість відновлюваної енергії досягне близько 20 доларів США/МВт·год. Експлуатаційні витрати неможливо суттєво зменшити, але вартість одиниці елемента можна зменшити, і очікується, що крива витрат на навчання для елементів буде подібною до тієї, що й для сонячної чи вітрової енергії.
Сонячна фотоелектрична енергетика була розроблена в 1970-х роках, а ціна на низькооплачувані сонячні фотоелектричні елементи (LCOE) у 2010 році становила близько 500 доларів США/МВт·год. LCOE сонячних фотоелектричних елементів значно знизився з 2010 року і наразі становить від 30 до 50 доларів США/МВт·год. Враховуючи, що технологія електролітичних елементів подібна до промислового еталона для виробництва сонячних фотоелектричних елементів, з 2020 по 2030 рік технологія електролітичних елементів, ймовірно, піде за подібною траєкторією, як і сонячні фотоелектричні елементи, з точки зору собівартості одиниці продукції. Водночас LCOE для вітрової енергетики значно знизився за останнє десятиліття, але меншою мірою (близько 50 відсотків на морі та 60 відсотків на суші).
Наша країна використовує відновлювані джерела енергії (такі як енергія вітру, фотоелектричні, гідроенергетичні) для виробництва водневого водню з електролізу води. Коли ціна на електроенергію контролюється в межах 0,25 юаня/кВт·год, собівартість виробництва водню має відносну економічну ефективність (15,3 ~ 20,9 юаня/кг). Техніко-економічні показники виробництва водню методами лужного електролізу та електролізу PEM наведено в таблиці 1.
Метод розрахунку вартості електролітичного виробництва водню показано в рівняннях (1) та (2). LCOE = фіксовані витрати / (обсяг виробництва водню x термін служби) + експлуатаційні витрати (1) Експлуатаційні витрати = споживання електроенергії для виробництва водню x ціна електроенергії + ціна води + витрати на обслуговування обладнання (2) Взявши за приклад проекти лужного електролізу та PEM-електролізу (1000 нм3/год), припустимо, що повний життєвий цикл проектів становить 20 років, а термін експлуатації – 9×10⁴ год. Фіксовані витрати на електролізну комірку, пристрій для очищення водню, вартість матеріалів, вартість будівництва, вартість монтажних послуг та інші витрати розраховуються на рівні 0,3 юаня/кВт⋅год для електролізу. Порівняння витрат наведено в таблиці 2.
Порівняно з іншими методами виробництва водню, якщо ціна електроенергії з відновлюваних джерел енергії нижча за 0,25 юаня/кВт·год, вартість зеленого водню може бути знижена приблизно до 15 юанів/кг, що починає мати перевагу у вартості. У контексті вуглецевої нейтральності, зі зниженням витрат на виробництво електроенергії з відновлюваних джерел енергії, масштабним розвитком проектів з виробництва водню, зменшенням споживання енергії в електролітичних елементах та інвестиційних витрат, а також впровадженням політики щодо податку на викиди вуглецю та інших напрямків, шлях до зниження вартості зеленого водню поступово стане ясним. Водночас, оскільки виробництво водню з традиційних джерел енергії буде змішане з багатьма пов'язаними домішками, такими як вуглець, сірка та хлор, а також витратами на накладене очищення та CCUS, фактична собівартість виробництва може перевищувати 20 юанів/кг.
Час публікації: 06 лютого 2023 р.