再生可能エネルギー源からの電気分解によるグリーン水素製造の経済分析

ますます多くの国が水素エネルギーの戦略目標を設定し始めており、一部の投資はグリーン水素技術開発に向けられています。 EU と中国がこの発展をリードしており、テクノロジーとインフラストラクチャにおける先行者の優位性を模索しています。一方、日本、韓国、フランス、ドイツ、オランダ、ニュージーランド、オーストラリアはいずれも、2017 年以降、水素エネルギー戦略を発表し、パイロット計画を策定しています。風力と太陽エネルギーに依存することにより、電解セルでの水素生産を 2024 年までに 6GW まで、2030 年までに 40GW まで、EU 内の水素生産能力は、EU 以外ではさらに 40GW 増加して 40GW まで増加します。

すべての新技術と同様に、グリーン水素は一次研究開発から主流の産業開発へと移行しており、その結果、単価が下がり、設計、建設、設置の効率が向上しています。グリーン水素 LCOH は、電解槽のコスト、再生可能電力の価格、およびその他の運用コストの 3 つの要素で構成されます。一般に、電解セルのコストは、グリーン水素 LCOH の約 20% ~ 25% を占め、電力の最大のシェア (70% ~ 75%) を占めています。運用コストは比較的小さく、通常は 5% 未満です。

国際的には、再生可能エネルギー (主に実用規模の太陽光と風力) の価格は過去 30 年間で大幅に下落し、その均等化エネルギー コスト (LCOE) は現在、石炭火力 ($30-50/MWh) に近づいています。 、将来的に再生可能エネルギーをよりコスト競争力のあるものにします。再生可能エネルギーのコストは毎年 10% ずつ低下し続けており、2030 年頃までに再生可能エネルギーのコストは約 20 ドル/MWh に達するでしょう。運用コストを大幅に削減することはできませんが、セル単位のコストを削減することはできます。太陽光発電や風力発電と同様の学習コスト曲線がセルに期待されます。

太陽光発電は 1970 年代に開発され、2010 年の太陽光発電 LCoE の価格は約 $500/MWh でした。太陽光発電の LCOE は 2010 年以降大幅に減少し、現在 30 ～ 50 ドル /MWh です。電解セル技術は、2020 年から 2030 年にかけて太陽光発電セル生産の産業ベンチマークに類似していることを考えると、電解セル技術は、単位コストの点で太陽光発電セルと同様の軌道をたどる可能性があります。同時に、風力の LCOE は過去 10 年間で大幅に減少しましたが、その量はわずかです (洋上で約 50%、陸上で約 60%)。

わが国は再生可能エネルギー源（風力、太陽光発電、水力など）を電解水水素製造に利用しており、電気料金を0.25元/kWh以下に抑えると、水素製造コストは相対的な経済効率（15.3～20.9元/kg）となる。 .アルカリ電解と PEM 電解による水素製造の技術指標と経済指標を表 1 に示します。

電解水素製造のコスト計算方法を式(1)、(2)に示します。 LCOE=固定費/(水素製造量×寿命)+運転費 (1) 運転費=水素製造電力消費量×電気料金+水道料金+設備維持費 (2) アルカリ電解・PEM電解事業の実施 (1000Nm3/h) ) 例として、プロジェクトのライフ サイクル全体が 20 年で、動作寿命が 9×104h であるとします。パッケージ電解槽、水素精製装置、材料費、土木工事費、設置サービス費などの固定費は、電気分解で0.3元/kWhで計算。コスト比較を表 2 に示します。

他の水素製造方法と比較して、再生可能エネルギーの電気料金が 0.25 元 /kWh よりも低い場合、グリーン水素のコストは約 15 元 /kg に削減でき、コスト面で有利になり始めます。カーボン ニュートラルの文脈では、再生可能エネルギーの発電コストの削減、水素製造プロジェクトの大規模な開発、電解セルのエネルギー消費と投資コストの削減、および炭素税やその他の政策のガイダンス、道路グリーン水素のコスト削減効果は徐々に明らかになっていきます。同時に、従来のエネルギー源からの水素生産は、炭素、硫黄、塩素などの多くの関連する不純物と混合され、重畳精製と CCUS のコストがかかるため、実際の生産コストは 20 元 /kg を超える可能性があります。