澳大利亚格里菲斯大学的一组研究人员创建了一种评估氢能平准化成本(LCOH)的新方法,将电解槽的过载能力和功率效率作为新参数。
通讯作者Mostafa Rezaei告诉《光伏》杂志:“我们决定采用尽可能接近实际系统性能的技术经济建模方法。因为在绿氢研究中,如不考虑电解槽效率的变化,就会大大高估制氢成本。”
新方法考虑了电解槽的输入功率、电解槽在过载条件下的偶尔运行,以及基于电解槽类型的实际运行特性,还包括电解槽系统的日历寿命和以运行小时数计算的堆栈使用年限,以及预测常规报废电解槽堆栈更换成本的学习率,此外还包括规模经济以及淡化水和所需土地的成本。
研究小组解释:“我们的分析基于光伏发电站的直接连接及风力涡轮机(WT)发电站和电解槽阵列的近乎直接连接。此方法通过消除(光伏)或减少(风力涡轮机)对电力转换器的需求、降低系统复杂性并最大限度地减少电力损耗,降低了初始投资成本。在研究中,我们主要关注两种根据其技术就绪度选择的电解方案:碱性(ALK)和PEM技术。”
新模型用于分析被认为是氢能枢纽的澳大利亚不同地区的LCOH。研究人员强调:“我们开发的方法专门适用于这些地区,但同样适用于世界上任何其他地区。因此在研究中,我们调查了塔斯马尼亚的贝尔湾、南澳大利亚州的艾尔半岛、昆士兰州的格拉德斯通和汤斯维尔、维多利亚州的拉特罗布河谷、新南威尔士州的猎人谷,以及澳大利亚南部的皮尔巴拉。”
研究团队根据以往文献,利用氢能枢纽的每小时太阳能和风能情况计算规模和产量,加权平均资本成本(WACC)介于2%和8%之间。
研究团队还根据以上数值,评估了澳大利亚国家氢能路线图设定的每公斤AUD 2-3 ($1.32-1.98)的目标成本能否实现。
研究人员强调:“在光伏发电站的基础方案和规模考察范围内,只有皮尔巴拉地区可达到目标值。实现目标值的临界规模是350吨/天,将需要2.1 GW的PEM电解槽。在风力发电厂的基础方案下,艾尔半岛和皮尔巴拉的潜力最大。然而任何枢纽仍无法实现目标值。”
通过敏感性分析,研究人员发现WACC、比例因子(SF)、资本支出(CAPEX)、电解效率和过载都会影响LCOH。他们发现格拉德斯通地区的WACC为6%、光伏SF为0.85、PEM堆栈SF为0.84,足以使LCOH达到3 AUD/KG。他们补充说:“或者说,假如无法获得显著的规模经济效益,则WACC = 6%,光伏SF = 0.88,PEM堆栈SF = 0.87,再加上电解效率每年提高1%就足够了。”
他们的研究结果发表在《应用能源》(Applied Energy)中的文章《动态化绿色制氢平准化成本:澳大利亚氢能枢纽案例研究》上。
Rezaei 总结:“澳大利亚无疑有潜力成为具有成本竞争力的可再生氢能生产大国。但如果不大幅扩大规模,澳大利亚就有可能在此关键产业中落后。根据制氢方法的碳强度引入碳成本,可显著提高绿氢在某些枢纽的成本竞争力。”
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