Analisis ekonomi produksi hidrogen hijau dengan elektrolisis dari sumber energi terbarukan

Semakin banyak negara mulai menetapkan tujuan strategis untuk energi hidrogen, dan beberapa investasi mengarah pada pengembangan teknologi hidrogen hijau. UE dan China memimpin perkembangan ini, mencari keuntungan penggerak pertama dalam teknologi dan infrastruktur. Sementara itu, Jepang, Korea Selatan, Prancis, Jerman, Belanda, Selandia Baru, dan Australia semuanya telah merilis strategi energi hidrogen dan mengembangkan rencana percontohan sejak 2017. Pada 2021, UE mengeluarkan persyaratan strategis untuk energi hidrogen, mengusulkan peningkatan kapasitas operasi produksi hidrogen dalam sel elektrolitik menjadi 6GW pada tahun 2024 dengan mengandalkan energi angin dan matahari, dan menjadi 40GW pada tahun 2030, kapasitas produksi hidrogen di UE akan ditingkatkan menjadi 40GW dengan tambahan 40GW di luar UE.

Seperti semua teknologi baru, hidrogen hijau beralih dari penelitian dan pengembangan primer ke pengembangan industri arus utama, menghasilkan biaya unit yang lebih rendah dan peningkatan efisiensi dalam desain, konstruksi, dan pemasangan. LCOH hidrogen hijau terdiri dari tiga komponen: biaya sel elektrolitik, harga listrik terbarukan dan biaya operasi lainnya. Secara umum, biaya sel elektrolitik menyumbang sekitar 20% ~ 25% dari LCOH hidrogen hijau, dan bagian terbesar dari listrik (70% ~ 75%). Biaya operasional relatif kecil, umumnya kurang dari 5%.

Secara internasional, harga energi terbarukan (terutama surya dan angin skala utilitas) telah turun secara signifikan selama 30 tahun terakhir, dan biaya energi yang disamakan (LCOE) sekarang mendekati harga tenaga batu bara ($30-50 /MWh) , membuat energi terbarukan lebih kompetitif biaya di masa depan. Biaya energi terbarukan terus turun sebesar 10% per tahun, dan sekitar tahun 2030 biaya energi terbarukan akan mencapai sekitar $20/MWh. Biaya pengoperasian tidak dapat dikurangi secara signifikan, tetapi biaya unit sel dapat dikurangi dan kurva biaya pembelajaran serupa diharapkan untuk sel seperti untuk tenaga surya atau angin.

PV surya dikembangkan pada tahun 1970-an dan harga LCoE PV surya pada tahun 2010 adalah sekitar $500/MWh. Solar PV LCOE telah menurun secara signifikan sejak 2010 dan saat ini $30 hingga $50 /MWh. Mengingat bahwa teknologi sel elektrolisis mirip dengan tolok ukur industri untuk produksi sel fotovoltaik surya, dari tahun 2020-2030, teknologi sel elektrolitik cenderung mengikuti lintasan yang sama dengan sel fotovoltaik surya dalam hal biaya satuan. Pada saat yang sama, LCOE untuk angin telah menurun secara signifikan selama dekade terakhir, namun dengan jumlah yang lebih kecil (sekitar 50 persen lepas pantai dan 60 persen darat).

Negara kita menggunakan sumber energi terbarukan (seperti tenaga angin, fotovoltaik, tenaga air) untuk produksi hidrogen air elektrolitik, ketika harga listrik dikendalikan di bawah 0,25 yuan /kWh, biaya produksi hidrogen memiliki efisiensi ekonomi relatif (15,3 ~ 20,9 yuan /kg) . Indikator teknis dan ekonomi produksi hidrogen elektrolisis alkali dan elektrolisis PEM ditunjukkan pada Tabel 1.

Metode perhitungan biaya produksi hidrogen elektrolit ditunjukkan pada persamaan (1) dan (2). LCOE = biaya tetap/(kuantitas produksi hidrogen x masa pakai) + biaya operasi (1) Biaya operasi = konsumsi listrik produksi hidrogen x harga listrik + harga air + biaya pemeliharaan peralatan (2) Mengambil proyek elektrolisis basa dan elektrolisis PEM (1000 Nm3/h ) sebagai contoh, asumsikan bahwa seluruh siklus hidup proyek adalah 20 tahun dan masa operasinya adalah 9×104 jam. Biaya tetap sel elektrolisis paket, perangkat pemurnian hidrogen, biaya material, biaya konstruksi sipil, biaya layanan pemasangan, dan item lainnya dihitung sebesar 0,3 yuan /kWh untuk elektrolisis. Perbandingan biaya ditunjukkan pada Tabel 2.

Dibandingkan dengan metode produksi hidrogen lainnya, jika harga listrik energi terbarukan lebih rendah dari 0,25 yuan/kWh, biaya hidrogen hijau dapat dikurangi menjadi sekitar 15 yuan/kg, yang mulai memiliki keunggulan biaya. Dalam konteks netralitas karbon, dengan pengurangan biaya pembangkit listrik energi terbarukan, pengembangan skala besar proyek produksi hidrogen, pengurangan konsumsi energi sel elektrolitik dan biaya investasi, dan panduan pajak karbon dan kebijakan lainnya, jalan raya pengurangan biaya hidrogen hijau akan secara bertahap jelas. Pada saat yang sama, karena produksi hidrogen dari sumber energi tradisional akan dicampur dengan banyak pengotor terkait seperti karbon, belerang dan klorin, dan biaya pemurnian dan CCUS yang ditumpangkan, biaya produksi aktual dapat melebihi 20 yuan/kg.