Analyse économique de la production d'hydrogène vert par électrolyse à partir de sources d'énergie renouvelables

De plus en plus de pays commencent à fixer des objectifs stratégiques pour l'énergie hydrogène, et certains investissements tendent vers le développement de la technologie de l'hydrogène vert. L'UE et la Chine sont à la tête de ce développement, à la recherche d'avantages de précurseurs en matière de technologie et d'infrastructure. Pendant ce temps, le Japon, la Corée du Sud, la France, l'Allemagne, les Pays-Bas, la Nouvelle-Zélande et l'Australie ont tous publié des stratégies d'énergie hydrogène et élaboré des plans pilotes depuis 2017. En 2021, l'UE a publié une exigence stratégique pour l'énergie hydrogène, proposant d'augmenter la capacité d'exploitation. de production d'hydrogène dans les cellules électrolytiques à 6 GW d'ici 2024 en s'appuyant sur l'énergie éolienne et solaire, et à 40 GW d'ici 2030, la capacité de production d'hydrogène dans l'UE sera portée à 40 GW par 40 GW supplémentaires en dehors de l'UE.

Comme pour toutes les nouvelles technologies, l'hydrogène vert passe de la recherche et du développement primaires au développement industriel traditionnel, ce qui se traduit par des coûts unitaires inférieurs et une efficacité accrue dans la conception, la construction et l'installation. L'hydrogène vert LCOH se compose de trois éléments : le coût de la cellule d'électrolyse, le prix de l'électricité renouvelable et les autres coûts d'exploitation. En général, le coût de la cellule électrolytique représente environ 20 % ~ 25 % de l'hydrogène vert LCOH, et la plus grande part de l'électricité (70 % ~ 75 %). Les coûts d'exploitation sont relativement faibles, généralement inférieurs à 5 %.

À l'échelle internationale, le prix des énergies renouvelables (principalement le solaire et l'éolien à grande échelle) a considérablement baissé au cours des 30 dernières années, et son coût énergétique égalisé (LCOE) est désormais proche de celui de l'électricité au charbon (30-50 $/MWh) , rendant les énergies renouvelables plus compétitives à l'avenir. Les coûts des énergies renouvelables continuent de baisser de 10 % par an et, vers 2030, les coûts des énergies renouvelables atteindront environ 20 $/MWh. Les coûts d'exploitation ne peuvent pas être réduits de manière significative, mais les coûts unitaires des cellules peuvent être réduits et une courbe de coût d'apprentissage similaire est attendue pour les cellules comme pour l'énergie solaire ou éolienne.

Le solaire photovoltaïque a été développé dans les années 1970 et le prix des LCoE solaires photovoltaïques en 2010 était d'environ 500 $/MWh. Le LCOE solaire PV a considérablement diminué depuis 2010 et est actuellement de 30 à 50 $/MWh. Étant donné que la technologie des cellules électrolytiques est similaire à la référence industrielle pour la production de cellules solaires photovoltaïques, à partir de 2020-2030, la technologie des cellules électrolytiques devrait suivre une trajectoire similaire à celle des cellules solaires photovoltaïques en termes de coût unitaire. Dans le même temps, le LCOE de l'éolien a considérablement diminué au cours de la dernière décennie, mais dans une moindre mesure (environ 50 % en mer et 60 % à terre).

Notre pays utilise des sources d'énergie renouvelables (telles que l'énergie éolienne, photovoltaïque, hydroélectrique) pour la production électrolytique d'hydrogène de l'eau, lorsque le prix de l'électricité est contrôlé à 0,25 yuan/kWh ci-dessous, le coût de production d'hydrogène a une efficacité économique relative (15,3 ~ 20,9 yuan/kg) . Les indicateurs techniques et économiques de l'électrolyse alcaline et de la production d'hydrogène par électrolyse PEM sont présentés dans le tableau 1.

La méthode de calcul du coût de la production électrolytique d'hydrogène est présentée dans les équations (1) et (2). LCOE = coût fixe / (quantité d'hydrogène produite x durée de vie) + coût d'exploitation (1) Coût d'exploitation = consommation électrique de production d'hydrogène x prix de l'électricité + prix de l'eau + coût de maintenance des équipements (2) Prenant les projets d'électrolyse alcaline et d'électrolyse PEM (1000 Nm3/h ) à titre d'exemple, supposons que le cycle de vie complet des projets est de 20 ans et que la durée de vie est de 9×104h. Le coût fixe de la cellule électrolytique, du dispositif de purification de l'hydrogène, des frais de matériel, des frais de construction civile, des frais de service d'installation et d'autres éléments est calculé à 0,3 yuan/kWh pour l'électrolyse. La comparaison des coûts est présentée dans le tableau 2.

Par rapport à d'autres méthodes de production d'hydrogène, si le prix de l'électricité des énergies renouvelables est inférieur à 0,25 yuan/kWh, le coût de l'hydrogène vert peut être réduit à environ 15 yuan/kg, ce qui commence à avoir un avantage de coût. Dans le cadre de la neutralité carbone, avec la réduction des coûts de production d'énergie renouvelable, le développement à grande échelle de projets de production d'hydrogène, la réduction de la consommation d'énergie des cellules d'électrolyse et des coûts d'investissement, et l'orientation de la taxe carbone et d'autres politiques, la route de la réduction des coûts de l'hydrogène vert sera progressivement clair. Dans le même temps, étant donné que la production d'hydrogène à partir de sources d'énergie traditionnelles sera mélangée à de nombreuses impuretés connexes telles que le carbone, le soufre et le chlore, et le coût de la purification et du CCUS superposés, le coût de production réel peut dépasser 20 yuans/kg.