Группа европейских исследователей из ряда институтов и организаций попыталась оценить капитальные (CAPEX) и эксплуатационные расходы (OPEX) электролиза воды с использованием солнечной энергии в крупном промышленном масштабе и, соответственно, стоимость зелёного водорода в будущем — до 2050 года.
Результаты представлены в статье True Cost of Solar Hydrogen («Истинная стоимость солнечного водорода»), опубликованной в журнале RRL Solar.
В качестве основного метода исследования авторы использовали кривые обучения для ключевых технологий, то есть солнечной фотоэлектрической энергетики и электролизёров. Также был проведён анализ чувствительности в отношении спроса на водород и различных входных параметров.
В работе, в частности, использованы предположения о будущей стоимости солнечной энергии из научного исследования, которое мы обсуждали на RenEn в статье «Экономика солнечной энергетики: очень дёшево, но будет намного дешевле».
Авторы рассматривают десять местоположений, пять в Европе и пять вне её, отличающихся по уровню солнечной радиации, стоимости капитала (WACC) и, соответственно, стоимости солнечной энергии. Это Хельсинки, Финляндия; Мюнхен, Германия; Тулуза, Франция; Рим, Италия; Малага, Испания; Раджастан, Индия; Эль-Пасо, Техас, США; Западная Австралия; Южная Африка; и пустыня Атакама в Чили, в которой отмечается наивысший уровень инсоляции. Данные для Финляндии, Германии и Франции в значительной степени репрезентативны и для России.
Расчёт проводился по трём сценариям: базовому (среднему), быстрого роста и медленного роста. Для каждого применялись соответствующие предположения по поводу будущей стоимости солнечной энергии (в частности, из вышеупомянутого исследования) и электролизёров.
Электролиз
Производство водорода с помощью щелочных электролизеров (AEC) используется для промышленных целей с 1920 года, пишут авторы. По оценкам, с 1956 года в мире было установлено примерно 20 ГВт (электрическая мощность). Однако годовой объём продаж сегодня оценивает всего в 140 МВт (2019 год).
Ожидается, что в будущем рынок будет расти очень быстро, и в базовом сценарии общая мощность электролизеров достигнет 5000 ГВт (5 ТВт). В сценарии медленного роста установленная мощность составит 1 ТВт, быстрого роста — 17 ТВт к 2050 года. Как мы видим, разброс «возможностей» очень широк.
По прогнозам авторов, стоимость электролизных установок «под ключ» (CAPEX) снизится с нынешних 400 евро за кВт до 230 евро в 2030 г и 60 евро в 2050 г в сценарии быстрого роста; до 260 евро и 80 евро / кВт в базовом сценарии; и до 280 евро и 130 евро / кВт в сценарии медленного роста:
«Нынешний КПД щелочных электролизеров составляет 67%, и предполагается, что до 2050 года он будет увеличиваться на 0,3% в год до 76%», — поясняют исследователи. «Стоимость катализаторов не считается критической, потому что никель является наиболее распространенным электрокатализатором при электролизе щелочной воды. Исследования в области катализаторов разного типа могут привести к снижению стоимости водорода (LCOH) в будущем».
Стоимость водорода (LCOH)
При расчете LCOH авторы предположили, что фотоэлектрическая установка будет в 1,33 раза больше по мощности, чем электролизёр. Это позволяет повысить КИУМ электролизёров по сравнению с КИУМ солнечной генерации. При таких условиях КИУМ электролизёра в Хельсинки составит 18,5% (минимум из рассмотренных местоположений), а Чили 49,1% (максимум).
Также учитывается, что эффективность как солнечных установок, так и электролизёров ежегодно снижается.
В работе показано, что нынешняя минимальная LCOH водорода, произведённого электролизом на основе солнечной электроэнергии, в настоящее время составляет 0,031 евро за киловатт-час (пустыня Атакама в Чили). Это соответствует 1 евро за килограмм H2.
В Хельсинки, регионе с самым низким уровнем солнечной радиации среди выбранных местоположений, LCOH составляет 0,081 евро / кВт*ч или 2,7 евро за килограмм водорода.
К 2030 году в базовом сценарии стоимость снизится до 0,7-1,8 евро за килограмм в зависимости от региона, а к 2050 году до 0,3-0,9 евро за кг.
Отмечается, что стоимость «солнечного» водорода уже сегодня на 63% состоит из стоимости солнечной электроэнергии, а к 2050 году эта доля вырастет примерно до 74%. То есть «капитальные затраты на электролизёры не будут играть важную роль в будущем развитии LCOH».
«Уже в течение нынешнего десятилетия солнечный водород станет во всем мире менее дорогим топливом по сравнению с водородом, производимым из природного газа с CCS» — заключают авторы.
Вопрос экономики зелёного водорода является весьма запутанным. В научной и профессиональной литературе встречаются противоположные оценки.
В недавнем докладе немецкого аналитического центра Agora Energiewende говорится, что «Даже 200 евро за тонну СО2 не сделают зелёный водород конкурентоспособным».
Производители электролизёров обещают, что обеспечат стоимость зелёного водорода на уровне $1,5 уже к 2025 году.
Им вторят многие уважаемые аналитики:
Зеленый водород может сравняться по цене с серым уже в 2023 году – Morgan Stanley.
Зеленый водород будет конкурентоспособен по стоимости с серым к 2030 г без углеродного налога.
Правительство США нацелено снизить стоимость «чистого водорода» до $1/кг до 2030 г.
К 2030 году зеленый водород составит конкуренцию «ископаемому» H2.
Компания BloombergNEF (BNEF) утверждает, что нет экономического смысла производить синий водород, поскольку на всех рассмотренных в их исследовании 28 рынках зеленый H2 будет дешевле, чем синий.
С другой стороны, мы видим и противоположные оценки экономических перспектив зелёного водорода, и умеренно-пессимистичные, и ещё более консервативные.
В рассмотренной сегодня работе, очевидно, взяты довольно оптимистичные оценки будущей стоимости солнечной энергии и электролизёров, что привело такой низкой прогнозной стоимости водорода.
Уважаемые читатели !!
Ваша поддержка очень важна для существования и развития RenEn, ведущего русскоязычного Интернет-сайта в области «новой энергетики». Помогите, чем можете, пожалуйста.
Яндекс Кошелёк (ЮMoney)
Карта Сбербанка: 4276 3801 2452 1241