신재생에너지원 전기분해를 통한 그린수소 생산 경제성 분석

점점 더 많은 국가에서 수소 에너지에 대한 전략적 목표를 설정하기 시작했으며 일부 투자는 녹색 수소 기술 개발에 집중하고 있습니다. 유럽연합(EU)과 중국은 기술과 인프라에서 선점자의 이점을 찾기 위해 이러한 개발을 주도하고 있습니다. 한편, 일본, 한국, 프랑스, ​​독일, 네덜란드, 뉴질랜드, 호주는 모두 2017년부터 수소 에너지 전략을 발표하고 파일럿 계획을 개발했습니다. 2021년 EU는 수소 에너지에 대한 전략적 요구 사항을 발표하여 운영 용량을 늘릴 것을 제안했습니다. 풍력과 태양 에너지에 의존하여 2024년까지 전기분해 전지의 수소 생산 용량을 6GW로 늘리고 2030년까지 40GW로 늘리면 EU 외부에서 40GW를 추가하여 EU의 수소 생산 용량을 40GW로 늘릴 것입니다.

모든 신기술과 마찬가지로 녹색 수소는 기본 연구 및 개발에서 주류 산업 개발로 이동하여 단가를 낮추고 설계, 건설 및 설치의 효율성을 높입니다. 그린 수소 LCOH는 전해 전지 비용, 재생 전기 가격 및 기타 운영 비용의 세 가지 구성 요소로 구성됩니다. 일반적으로 전해조 원가는 그린수소 LCOH의 약 20~25%를 차지하며, 전기의 가장 큰 비중(70~75%)을 차지한다. 운영 비용은 상대적으로 적으며 일반적으로 5% 미만입니다.

국제적으로 재생 에너지(주로 유틸리티 규모의 태양광 및 풍력)의 가격은 지난 30년 동안 크게 하락했으며 현재 LCOE(균등 에너지 비용)는 석탄 화력 발전($30-50/MWh)에 근접했습니다. , 미래에 재생 에너지를 더욱 비용 경쟁력 있게 만듭니다. 재생 가능 에너지 비용은 매년 10%씩 지속적으로 하락하고 있으며 2030년경에는 재생 가능 에너지 비용이 약 $20/MWh에 도달할 것입니다. 운영 비용은 크게 줄일 수 없지만 셀 단위 비용은 줄일 수 있으며 태양광 또는 풍력 발전과 유사한 학습 비용 곡선이 셀에 예상됩니다.

태양광은 1970년대에 개발되었으며 2010년 태양광 PV LCoE의 가격은 $500/MWh 정도였습니다. 태양광 PV LCOE는 2010년 이후 크게 감소하여 현재 $30~$50/MWh입니다. 전해 전지 기술이 2020~2030년 태양광 전지 생산에 대한 산업 벤치마크와 유사하다는 점을 감안할 때 전해 전지 기술은 단위 비용 측면에서 태양광 전지와 유사한 궤적을 따를 가능성이 높습니다. 동시에 풍력에 대한 LCOE는 지난 10년 동안 상당히 감소했지만 그 양은 더 적었습니다(해상에서 약 50%, 육상에서 약 60%).

우리나라는 전해수 수소 생산을 위해 재생 가능 에너지원(예: 풍력, 태양광, 수력)을 사용하며 전기 가격이 0.25위안/kWh 이하로 제어될 때 수소 생산 비용은 상대적인 경제적 효율성(15.3 ~ 20.9위안/kg)을 갖습니다. . 알칼리 전기분해 및 PEM 전기분해 수소 생산의 기술 및 경제 지표는 표 1에 나와 있습니다.

전해수소생산의 비용계산방법은 식(1)과 식(2)에 나타나 있다. LCOE=고정비/(수소생산량×수명)+운영비 (1)운영비=수소제조전력사용량×전기요금+물값+설비유지비 (2)알칼리전해 및 PEM전해사업수행(1000Nm3/h) ) 예를 들어 프로젝트의 전체 수명 주기가 20년이고 작동 수명이 9×104h라고 가정합니다. 패키지형 전해조, 수소정제장치, 자재비, 토목공사비, 설치비 등 고정비용은 전기분해 시 0.3위안/kWh로 산정한다. 비용 비교는 표 2에 나와 있습니다.

다른 수소 생산 방식과 비교할 때 재생 에너지의 전기 가격이 0.25위안/kWh 미만이면 녹색 수소 비용을 약 15위안/kg으로 줄일 수 있어 비용 이점이 생기기 시작합니다. 재생 에너지 발전 비용 절감, 수소 생산 프로젝트의 대규모 개발, 전해 전지 에너지 소비 및 투자 비용 절감, 탄소세 및 기타 정책 지침과 함께 탄소 중립의 맥락에서 도로 녹색수소 원가절감의 실마리가 점차 뚜렷해질 것입니다. 동시에 전통적인 에너지원의 수소 생산은 탄소, 황 및 염소와 같은 많은 관련 불순물과 중첩된 정제 및 CCUS 비용과 혼합되기 때문에 실제 생산 비용은 20위안/kg을 초과할 수 있습니다.