Wirtschaftliche Analyse der Produktion von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse aus erneuerbaren Energiequellen

Immer mehr Länder setzen sich strategische Ziele für die Wasserstoffenergie, und einige Investitionen zielen auf die Entwicklung grüner Wasserstofftechnologien ab. Die EU und China führen diese Entwicklung an und suchen nach Vorreitervorteilen in Technologie und Infrastruktur. Inzwischen haben Japan, Südkorea, Frankreich, Deutschland, die Niederlande, Neuseeland und Australien seit 2017 Wasserstoffenergiestrategien veröffentlicht und Pilotpläne entwickelt. Im Jahr 2021 hat die EU eine strategische Anforderung für Wasserstoffenergie erlassen und vorgeschlagen, die Betriebskapazität zu erhöhen der Wasserstoffproduktion in Elektrolysezellen auf 6 GW bis 2024 durch Nutzung von Wind- und Solarenergie und auf 40 GW bis 2030 wird die Kapazität der Wasserstoffproduktion in der EU um weitere 40 GW außerhalb der EU auf 40 GW erhöht.

Wie bei allen neuen Technologien verlagert sich grüner Wasserstoff von der Primärforschung und -entwicklung zur Mainstream-Industrieentwicklung, was zu niedrigeren Stückkosten und einer höheren Effizienz bei Design, Konstruktion und Installation führt. Grüner Wasserstoff LCOH besteht aus drei Komponenten: Elektrolysezellenkosten, erneuerbarer Strompreis und sonstige Betriebskosten. Im Allgemeinen machen die Kosten der Elektrolysezelle etwa 20 % bis 25 % des grünen Wasserstoffs LCOH und den größten Anteil des Stroms (70 % bis 75 %) aus. Die Betriebskosten sind relativ gering, im Allgemeinen weniger als 5 %.

International ist der Preis für erneuerbare Energien (hauptsächlich Solar- und Windkraftanlagen im Versorgungsmaßstab) in den letzten 30 Jahren erheblich gesunken, und ihre ausgeglichenen Energiekosten (LCOE) liegen jetzt nahe an denen von Kohlekraftwerken (30-50 USD / MWh). , um die erneuerbaren Energien in Zukunft kostengünstiger zu machen. Die Kosten für erneuerbare Energien sinken weiterhin um 10 % pro Jahr, und bis etwa 2030 werden die Kosten für erneuerbare Energien etwa 20 $/MWh erreichen. Die Betriebskosten können nicht wesentlich reduziert werden, aber die Stückkosten der Zellen können reduziert werden und es wird eine ähnliche Lernkostenkurve für Zellen wie für Solar- oder Windkraft erwartet.

Solar-PV wurde in den 1970er Jahren entwickelt und der Preis für Solar-PV-LCOEs lag 2010 bei etwa 500 $/MWh. Die Stromgestehungskosten für Solar-PV sind seit 2010 deutlich gesunken und liegen derzeit bei 30 bis 50 $/MWh. Angesichts der Tatsache, dass die Elektrolysezellentechnologie dem industriellen Maßstab für die Produktion von Solar-Photovoltaikzellen ähnlich ist, wird die Elektrolysezellentechnologie von 2020 bis 2030 in Bezug auf die Stückkosten wahrscheinlich einen ähnlichen Weg wie die Solar-Photovoltaikzellen einschlagen. Gleichzeitig sind die Stromgestehungskosten für Wind in den letzten zehn Jahren erheblich zurückgegangen, jedoch um einen geringeren Betrag (etwa 50 Prozent Offshore und 60 Prozent Onshore).

Unser Land nutzt erneuerbare Energiequellen (wie Windkraft, Photovoltaik, Wasserkraft) für die elektrolytische Wasserwasserstoffproduktion, wenn der Strompreis in 0,25 Yuan / kWh unten kontrolliert wird, haben die Wasserstoffproduktionskosten eine relative wirtschaftliche Effizienz (15,3 ~ 20,9 Yuan / kg) . Technische und wirtschaftliche Indikatoren der Wasserstofferzeugung durch alkalische Elektrolyse und PEM-Elektrolyse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Das Kostenberechnungsverfahren der elektrolytischen Wasserstofferzeugung ist in den Gleichungen (1) und (2) dargestellt. LCOE = Fixkosten/(Wasserstoffproduktionsmenge x Lebensdauer) + Betriebskosten (1) Betriebskosten = Stromverbrauch der Wasserstoffproduktion x Strompreis + Wasserpreis + Wartungskosten der Ausrüstung (2) Bei alkalischen Elektrolyse- und PEM-Elektrolyseprojekten (1000 Nm3/h ) als Beispiel angenommen, dass der gesamte Lebenszyklus der Projekte 20 Jahre beträgt und die Betriebsdauer 9×104h beträgt. Die Fixkosten für die Elektrolysezelle, das Wasserstoffreinigungsgerät, die Materialgebühr, die Baugebühr, die Installationsservicegebühr und andere Posten werden mit 0,3 Yuan / kWh für die Elektrolyse berechnet. Der Kostenvergleich ist in Tabelle 2 dargestellt.

Im Vergleich zu anderen Methoden der Wasserstofferzeugung können die Kosten für grünen Wasserstoff auf etwa 15 Yuan/kg gesenkt werden, wenn der Strompreis für erneuerbare Energien unter 0,25 Yuan/kWh liegt, was einen Kostenvorteil darstellt. Im Zusammenhang mit der CO2-Neutralität, mit der Reduzierung der Stromerzeugungskosten aus erneuerbaren Energien, der groß angelegten Entwicklung von Wasserstoffproduktionsprojekten, der Reduzierung des Energieverbrauchs und der Investitionskosten von Elektrolysezellen sowie der Lenkung der CO2-Steuer und anderer politischer Maßnahmen, die Straße der Kostensenkung für grünen Wasserstoff wird allmählich deutlich. Da die Wasserstoffproduktion aus traditionellen Energiequellen mit vielen verwandten Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Schwefel und Chlor sowie den Kosten für die darüberliegende Reinigung und CCUS gemischt wird, können die tatsächlichen Produktionskosten gleichzeitig 20 Yuan / kg übersteigen.