การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวโดยอิเล็กโทรไลซิสจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน

ประเทศต่างๆ เริ่มกำหนดเป้าหมายเชิงกลยุทธ์สำหรับพลังงานไฮโดรเจนมากขึ้นเรื่อยๆ และการลงทุนบางส่วนก็มุ่งไปที่การพัฒนาเทคโนโลยีไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สหภาพยุโรปและจีนเป็นผู้นำการพัฒนานี้ โดยมองหาข้อได้เปรียบของผู้เสนอญัตติรายแรกในด้านเทคโนโลยีและโครงสร้างพื้นฐาน ในขณะเดียวกัน ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ ฝรั่งเศส เยอรมนี เนเธอร์แลนด์ นิวซีแลนด์ และออสเตรเลียต่างเปิดตัวกลยุทธ์พลังงานไฮโดรเจนและพัฒนาแผนนำร่องตั้งแต่ปี 2560 ในปี 2564 สหภาพยุโรปได้ออกข้อกำหนดเชิงกลยุทธ์สำหรับพลังงานไฮโดรเจน โดยเสนอให้เพิ่มขีดความสามารถในการดำเนินงาน ของการผลิตไฮโดรเจนในเซลล์อิเล็กโทรไลต์เป็น 6GW ภายในปี 2567 โดยอาศัยพลังงานลมและแสงอาทิตย์ และถึง 40GW ภายในปี 2573 กำลังการผลิตไฮโดรเจนในสหภาพยุโรปจะเพิ่มเป็น 40GW โดยเพิ่มอีก 40GW นอกสหภาพยุโรป

เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่ทั้งหมด ไฮโดรเจนสีเขียวกำลังเปลี่ยนจากการวิจัยและพัฒนาเบื้องต้นไปสู่การพัฒนาอุตสาหกรรมหลัก ส่งผลให้ต้นทุนต่อหน่วยลดลงและเพิ่มประสิทธิภาพในการออกแบบ การก่อสร้าง และติดตั้ง ไฮโดรเจนเขียว LCOH ประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: ต้นทุนเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ราคาไฟฟ้าหมุนเวียน และต้นทุนการดำเนินงานอื่นๆ โดยทั่วไป ต้นทุนของเซลล์อิเล็กโทรไลต์คิดเป็น LCOH ไฮโดรเจนสีเขียวประมาณ 20% ~ 25% และส่วนแบ่งไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุด (70% ~ 75%) ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานค่อนข้างเล็ก โดยทั่วไปน้อยกว่า 5%

ในต่างประเทศ ราคาของพลังงานหมุนเวียน (ส่วนใหญ่เป็นพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมในระดับสาธารณูปโภค) ลดลงอย่างมากในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา และต้นทุนพลังงานที่เท่าเทียมกัน (LCOE) ในปัจจุบันก็ใกล้เคียงกับพลังงานถ่านหิน ($30-50 /MWh) ทำให้พลังงานหมุนเวียนมีการแข่งขันด้านต้นทุนมากขึ้นในอนาคต ต้นทุนพลังงานหมุนเวียนยังคงลดลง 10% ต่อปี และประมาณปี 2573 ต้นทุนพลังงานหมุนเวียนจะสูงถึงประมาณ 20 ดอลลาร์/เมกะวัตต์ชั่วโมง ต้นทุนการดำเนินงานไม่สามารถลดลงได้มากนัก แต่ต้นทุนต่อหน่วยเซลล์สามารถลดลงได้ และคาดว่าจะมีเส้นโค้งต้นทุนการเรียนรู้ที่คล้ายกันสำหรับเซลล์ เช่นเดียวกับพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม

Solar PV ได้รับการพัฒนาในปี 1970 และราคาของ Solar PV LCoE ในปี 2010 อยู่ที่ประมาณ 500 เหรียญสหรัฐต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง Solar PV LCOE ลดลงอย่างมากตั้งแต่ปี 2010 และปัจจุบันอยู่ที่ $30 ถึง $50 /MWh เนื่องจากเทคโนโลยีเซลล์อิเล็กโทรลีติคมีความคล้ายคลึงกับเกณฑ์มาตรฐานทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์จากแสงอาทิตย์ ระหว่างปี 2020-2030 เทคโนโลยีเซลล์อิเล็กโทรลีติคจึงมีแนวโน้มที่จะดำเนินตามแนวทางเดียวกันกับเซลล์แสงอาทิตย์ในแง่ของต้นทุนต่อหน่วย ในขณะเดียวกัน LCOE สำหรับลมได้ลดลงอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา แต่ในปริมาณที่น้อยลง (ประมาณร้อยละ 50 นอกชายฝั่งและร้อยละ 60 บนบก)

ประเทศของเราใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน (เช่น พลังงานลม ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ไฟฟ้าพลังน้ำ) สำหรับการผลิตไฮโดรเจนน้ำด้วยไฟฟ้า เมื่อราคาไฟฟ้าถูกควบคุมให้ต่ำกว่า 0.25 หยวน/กิโลวัตต์ชั่วโมง ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจสัมพัทธ์ (15.3 ~ 20.9 หยวน/กก.) . ตัวบ่งชี้ทางเทคนิคและเศรษฐกิจของการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าอัลคาไลน์และ PEM แสดงไว้ในตารางที่ 1

วิธีการคำนวณต้นทุนของการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าแสดงในสมการ (1) และ (2) LCOE = ต้นทุนคงที่/(ปริมาณการผลิตไฮโดรเจน x ชีวิต) + ต้นทุนการดำเนินงาน (1) ต้นทุนการดำเนินงาน = ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในการผลิตไฮโดรเจน x ราคาไฟฟ้า + ราคาน้ำ + ค่าบำรุงรักษาอุปกรณ์ (2) การดำเนินโครงการอิเล็กโทรลิซิสด้วยไฟฟ้าอัลคาไลน์และ PEM (1,000 Nm3/ชม. ) ตัวอย่างเช่น สมมติว่าวงจรชีวิตทั้งหมดของโครงการคือ 20 ปี และอายุการใช้งานคือ 9×104 ชม. ต้นทุนคงที่ของแพ็คเกจเซลล์อิเล็กโทรไลต์ อุปกรณ์ฟอกไฮโดรเจน ค่าวัสดุ ค่าก่อสร้างโยธา ค่าบริการติดตั้ง และรายการอื่นๆ คำนวณที่ 0.3 หยวน/กิโลวัตต์ชั่วโมงสำหรับการอิเล็กโทรไลซิส การเปรียบเทียบต้นทุนแสดงในตารางที่ 2

เมื่อเทียบกับวิธีการผลิตไฮโดรเจนอื่นๆ หากราคาไฟฟ้าของพลังงานหมุนเวียนต่ำกว่า 0.25 หยวน/kWh ต้นทุนของไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสามารถลดลงเหลือประมาณ 15 หยวน/กก. ซึ่งเริ่มมีความได้เปรียบด้านต้นทุน ในบริบทของความเป็นกลางทางคาร์บอน ด้วยการลดต้นทุนการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน การพัฒนาโครงการผลิตไฮโดรเจนขนาดใหญ่ การลดการใช้พลังงานเซลล์อิเล็กโทรไลต์และต้นทุนการลงทุน และคำแนะนำของภาษีคาร์บอนและนโยบายอื่นๆ ถนนหนทาง ของการลดต้นทุนไฮโดรเจนสีเขียวจะค่อยๆ ชัดเจนขึ้น ในขณะเดียวกัน เนื่องจากการผลิตไฮโดรเจนจากแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมจะผสมกับสิ่งเจือปนที่เกี่ยวข้องมากมาย เช่น คาร์บอน กำมะถัน และคลอรีน และต้นทุนของการทำให้บริสุทธิ์ซ้อนทับและ CCUS ต้นทุนการผลิตจริงอาจเกิน 20 หยวน/กก.