अक्षय ऊर्जा स्रोतों से इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हरित हाइड्रोजन उत्पादन का आर्थिक विश्लेषण

अधिक से अधिक देश हाइड्रोजन ऊर्जा के लिए रणनीतिक लक्ष्य निर्धारित करने लगे हैं, और कुछ निवेश हरित हाइड्रोजन प्रौद्योगिकी के विकास की ओर बढ़ रहे हैं। यूरोपीय संघ और चीन इस विकास का नेतृत्व कर रहे हैं, प्रौद्योगिकी और बुनियादी ढांचे में प्रथम-प्रस्तावक लाभ की तलाश कर रहे हैं। इस बीच, जापान, दक्षिण कोरिया, फ्रांस, जर्मनी, नीदरलैंड, न्यूजीलैंड और ऑस्ट्रेलिया ने 2017 से हाइड्रोजन ऊर्जा रणनीतियों और विकसित पायलट योजनाओं को जारी किया है। 2021 में, यूरोपीय संघ ने हाइड्रोजन ऊर्जा के लिए रणनीतिक आवश्यकता जारी की, परिचालन क्षमता बढ़ाने का प्रस्ताव पवन और सौर ऊर्जा पर निर्भर होकर इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में हाइड्रोजन उत्पादन 2024 तक 6GW और 2030 तक 40GW तक, यूरोपीय संघ के बाहर अतिरिक्त 40GW द्वारा यूरोपीय संघ में हाइड्रोजन उत्पादन की क्षमता को 40GW तक बढ़ाया जाएगा।

जैसा कि सभी नई तकनीकों के साथ होता है, हरित हाइड्रोजन प्राथमिक अनुसंधान और विकास से मुख्यधारा के औद्योगिक विकास की ओर बढ़ रहा है, जिसके परिणामस्वरूप कम इकाई लागत और डिजाइन, निर्माण और स्थापना में दक्षता में वृद्धि हुई है। ग्रीन हाइड्रोजन एलसीओएच में तीन घटक होते हैं: इलेक्ट्रोलाइटिक सेल लागत, नवीकरणीय बिजली मूल्य और अन्य परिचालन लागत। सामान्य तौर पर, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की लागत लगभग 20% ~ 25% ग्रीन हाइड्रोजन LCOH और बिजली का सबसे बड़ा हिस्सा (70% ~ 75%) होती है। परिचालन लागत अपेक्षाकृत कम है, आम तौर पर 5% से कम।

अंतरराष्ट्रीय स्तर पर, नवीकरणीय ऊर्जा (मुख्य रूप से उपयोगिता-पैमाने पर सौर और पवन) की कीमत पिछले 30 वर्षों में काफी गिर गई है, और इसकी समान ऊर्जा लागत (LCOE) अब कोयले से चलने वाली बिजली ($30-50 /MWh) के करीब है। , भविष्य में नवीनीकरण को अधिक लागत-प्रतिस्पर्धी बनाना। नवीकरणीय ऊर्जा लागत में प्रति वर्ष 10% की गिरावट जारी है, और लगभग 2030 तक नवीकरणीय ऊर्जा लागत लगभग $20 /MWh तक पहुँच जाएगी। परिचालन लागत को महत्वपूर्ण रूप से कम नहीं किया जा सकता है, लेकिन सेल यूनिट की लागत को कम किया जा सकता है और सेल के लिए सौर या पवन ऊर्जा के समान सीखने की लागत वक्र की अपेक्षा की जाती है।

सोलर पीवी को 1970 के दशक में विकसित किया गया था और 2010 में सोलर पीवी एलसीओई की कीमत लगभग $500 /MWh थी। सौर पीवी एलसीओई 2010 से काफी कम हो गया है और वर्तमान में $30 से $50 /MWh है। यह देखते हुए कि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल प्रौद्योगिकी सौर फोटोवोल्टिक सेल उत्पादन के लिए औद्योगिक बेंचमार्क के समान है, 2020-2030 से, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल प्रौद्योगिकी इकाई लागत के मामले में सौर फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के समान प्रक्षेपवक्र का पालन करने की संभावना है। उसी समय, हवा के लिए एलसीओई में पिछले एक दशक में काफी गिरावट आई है, लेकिन एक छोटी राशि (लगभग 50 प्रतिशत अपतटीय और 60 प्रतिशत तटवर्ती)।

हमारा देश इलेक्ट्रोलाइटिक जल हाइड्रोजन उत्पादन के लिए नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों (जैसे पवन ऊर्जा, फोटोवोल्टिक, जलविद्युत) का उपयोग करता है, जब बिजली की कीमत 0.25 युआन / kWh नीचे नियंत्रित होती है, हाइड्रोजन उत्पादन लागत में सापेक्ष आर्थिक दक्षता (15.3 ~ 20.9 युआन / किग्रा) होती है। . क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस और पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन के तकनीकी और आर्थिक संकेतक तालिका 1 में दिखाए गए हैं।

इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन उत्पादन की लागत गणना विधि समीकरणों (1) और (2) में दिखाई गई है। एलसीओई = निश्चित लागत/(हाइड्रोजन उत्पादन मात्रा x जीवन) + परिचालन लागत (1) परिचालन लागत = हाइड्रोजन उत्पादन बिजली की खपत x बिजली की कीमत + पानी की कीमत + उपकरण रखरखाव लागत (2) क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस और पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस प्रोजेक्ट लेना (1000 एनएम3/एच) ) एक उदाहरण के रूप में, मान लें कि परियोजनाओं का संपूर्ण जीवन चक्र 20 वर्ष है और परिचालन जीवन 9×104h है। पैकेज इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, हाइड्रोजन शोधन उपकरण, सामग्री शुल्क, सिविल निर्माण शुल्क, स्थापना सेवा शुल्क और अन्य वस्तुओं की निश्चित लागत की गणना इलेक्ट्रोलिसिस के लिए 0.3 युआन / kWh पर की जाती है। लागत तुलना तालिका 2 में दिखाई गई है।

अन्य हाइड्रोजन उत्पादन विधियों की तुलना में, यदि नवीकरणीय ऊर्जा की बिजली की कीमत 0.25 युआन / kWh से कम है, तो ग्रीन हाइड्रोजन की लागत को लगभग 15 युआन / किग्रा तक कम किया जा सकता है, जिससे लागत लाभ होने लगता है। कार्बन तटस्थता के संदर्भ में, नवीकरणीय ऊर्जा बिजली उत्पादन लागत में कमी के साथ, हाइड्रोजन उत्पादन परियोजनाओं का बड़े पैमाने पर विकास, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल ऊर्जा की खपत और निवेश लागत में कमी, और कार्बन टैक्स और अन्य नीतियों के मार्गदर्शन में सड़क हरित हाइड्रोजन लागत में कमी का धीरे-धीरे स्पष्ट हो जाएगा। उसी समय, क्योंकि पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों से हाइड्रोजन का उत्पादन कई संबंधित अशुद्धियों जैसे कार्बन, सल्फर और क्लोरीन के साथ मिश्रित होगा, और आरोपित शुद्धिकरण और CCUS की लागत, वास्तविक उत्पादन लागत 20 युआन / किग्रा से अधिक हो सकती है।