Wasserstoff ist das Wort in aller Munde. Dies liegt daran, dass Wasserstoff, insbesondere grüner Wasserstoff, den Schlüssel zur Dekarbonisierung der heute verwendeten Kraftstoffe darstellt.
Um sein großes Potenzial auszuschöpfen, muss grüner Wasserstoff bestimmte Meilensteine der Kostenreduzierung erreichen, um die Argumente für eine fortgesetzte Nutzung fossiler Brennstoffe umfassend zu untergraben. Daher ist es für Investoren, politische Entscheidungsträger, Industrie und Verbraucher wichtig zu verstehen, wie wir die Kosten für grünen Wasserstoff berechnen (und wie sich dies ändern wird). Helfen uns aktuelle Marktansätze, die Kosten der Produktion von grünem Wasserstoff effektiv zu verstehen? Wir denken nicht.
Die Kosten für grünen Wasserstoff sind eine Funktion des benötigten Leistungsvolumens, der Kosten für den zugeführten Strom, der Kosten für den Elektrolyseur und sein System sowie für den Betrieb des Systems. Angesichts dieser einfachen Formel sollte eine Preisfindungsmethode für Elektrolyseurunternehmen Entwicklern und Versorgungsunternehmen ein klares Gefühl dafür vermitteln, wie viel es kostet, von jedem einzelnen Lieferanten ein kg oder m³ / h Wasserstoff zu produzieren. Aber die gängigsten Ansätze bieten dies heute nicht.
Die gebräuchlichste Proxy-Methode zur Bestimmung des Elektrolyseurunternehmens mit der kostengünstigsten Lösung besteht darin, sich auf die Vorabinvestitionskosten von Elektrolyseuren zu konzentrieren, die häufig in EUR / kW Kapazität ausgedrückt werden. Das ist zutiefst problematisch. Es ignoriert nicht nur die Systemeffizienz - was entscheidend ist, da Strom den größten Teil der Kosten pro produzierter Einheit grünen Wasserstoffs ausmacht -, sondern sagt auch wenig über Lebensdauer, Reinheit oder Service- / Wartungskosten aus. Es ist auch nicht klar, ob ein Ansatz mit nominalen Kosten pro m³ / h diese Einschränkungen vollständig überwindet, da auch die Überlegungen zur Lebensdauer nicht berücksichtigt werden. Aufgrund dieser Herausforderung muss eine Alternative vorgeschlagen werden.
Im Folgenden schlagen wir einen neuen Rahmen vor, um die Kosten für grünen Wasserstoff zu berechnen. Ein Rahmen, der eine ganzheitlichere Methode zur transparenten Bewertung der Produktionskosten von grünem Wasserstoff bieten soll. Dies ermöglicht einen effektiveren Vergleich zwischen Elektrolyseurherstellern. Zu diesem Zweck konzentrieren wir uns zunächst auf das Kernprodukt eines Elektrolyseurs und nennen alle Kosten in Bezug auf das Endprodukt: ein Kilogramm grünen Wasserstoff. Wir gehen davon aus, dass unser Ansatz eine effektivere und robustere Methode bietet, um die tatsächlichen Auswirkungen von Opex, Effizienz, Investitionen und Reinheit auf die Kosten der Produktion von grünem Wasserstoff zu erfassen.
Boden schaffen
Heutzutage beginnen alle Methoden für umweltfreundliche Wasserstoffkosten mit einer erheblichen Anzahl integrierter Annahmen, von denen wir glauben, dass sie den Ansatz der ersten Prinzipien beeinträchtigen.
Die gebräuchlichste Methode zur Bewertung der Kosten für grünen Wasserstoff ist beispielsweise die Annahme, dass die Produktion von grünem Wasserstoff durch einen Projektfinanzierungsansatz finanziert wird. Dies setzt sofort voraus, dass die Kosten für Wasserstoff eine Funktion eines 20-jährigen Projektzeitraums, einer Mindestskala (2 MW sind die kleinsten normalerweise verwendeten) und gemischten Kapitalkosten aus Auslandsschulden und internem Unternehmenskapital sind. Ferner werden eine feste Strompreisversorgung (manchmal offen als Stromabnahmevertrag angegeben) und ein fester Abnehmer angenommen. Dies ist jedoch nicht die einzige Struktur, die zur Finanzierung von Anlagen für grünen Wasserstoff verwendet wird. Wenn Sie sich ausschließlich auf diesen Ansatz konzentrieren, werden andere Überlegungen vernachlässigt, die Kunden bei der Anschaffung von Elektrolyseuren möglicherweise priorisieren. Zum Beispiel betrifft die Amortisationszeit, bei der Kunden eine schnellere Amortisation der Investitionen bevorzugen.
Mit einem ersten Prinzipansatz haben wir diese latenten Annahmen bei der Kostenbewertung von grünem Wasserstoff entfernt. Stattdessen konzentrieren wir uns auf die wichtigsten Variablen, die die Gesamtkosten für grünen Wasserstoff bestimmen:
Investitionen: Kapitalkosten für den Elektrolyseur (einschließlich Anlagenbilanz).
Opex: Betriebskosten für den Betrieb des Elektrolyseurs. In erster Linie handelt es sich dabei um Strom, wobei einige Kosten für die Wartung des Systems und des Wassers anfallen.
Lebensdauer: Um die Gesamtkosten von Wasserstoff zu ermitteln, muss die Lebensdauer berücksichtigt werden. "Lebensdauer" bezieht sich hier auf den Fall, dass es aus Sicht der Systemleistung optimal ist, das Gerät auszutauschen, und nicht auf die Aussage, dass das System nicht mehr funktionieren kann.
Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad des Elektrolyseurs wird dadurch bestimmt, wie viel Strom zur Erzeugung einer bestimmten Menge Wasserstoff benötigt wird. Je höher der Wirkungsgrad, desto niedriger die Betriebskosten.
Die Gesamtkosten für grünen Wasserstoff sind daher eine Funktion von Capex + Opex für den Elektrolyseur, wobei die Lebensdauer und Effizienz des Elektrolyseurs berücksichtigt werden.
Während in einer typischen Lebenszeitanalyse der Zeitwert des Geldes berücksichtigt werden muss, wurde er in diesem Artikel ausgeschlossen, um den Prozess zu vereinfachen. Dies spiegelt teilweise den bereits erwähnten Wunsch wider, nicht in latente Annahmen über Anwendungsfälle zu verfallen, die unser Verständnis der Kosten verzerren können. Wir entwickeln jedoch eine bevorstehende Studie, um die Wasserstoffpreise auf Projektebene für verschiedene Anwendungsfälle zu untersuchen, die sich mit dem Zeitwert des Geldes befassen.
Wir werden nun jede dieser Komponenten der Reihe nach betrachten und ihre Berechnung erweitern und letztendlich zu einem neuen Preisansatz für grünen Wasserstoff führen.
Investitionen
Schauen wir uns die Kosten für Elektrolyseure an, um die Investitionen zu bestimmen. Hersteller stellen unterschiedliche Elektrolyseure her: unterschiedliche Größen, Wasserstoffproduktionsraten, Wirkungsgrade und Lebensdauern. Dies macht es schwierig, sie einfach anhand der Stückkosten zu vergleichen. Um die Investitionen vergleichbar zu machen, drückt die Industrie die Preise normalerweise auf zwei Arten aus: Kosten pro kW elektrischer Leistung oder Kosten für eine nominale Produktionsrate in m³ / h. Wie bereits erwähnt, glauben wir, dass diese traditionellen Betrachtungsmethoden für Investitionen fehlerhaft sind.
Um zu wissen, ob Sie eine effiziente Maschine kaufen, die Wasserstoff billig produzieren kann, ist es wichtig, die Investitionen in Bezug auf Folgendes zu betrachten: Produktionsrate von Wasserstoff über die Lebensdauer des Geräts und den Strom, der zur Erzeugung einer bestimmten Einheit Wasserstoff benötigt wird . Die Lebensdauer des Elektrolyseurs ist ein wichtiger Hebel bei der Bestimmung der Kosten für Wasserstoff, und die Kostenanalyse kann ungenau sein, wenn die tatsächliche Lebensdauer der Geräte nicht berücksichtigt wird. Wenn zwei Elektrolyseure die gleichen Investitionen, aber unterschiedliche Lebensdauern haben, haben sie signifikant unterschiedliche Lebensdauerkosten für erzeugten Wasserstoff. Dies wird jedoch in der aktuellen Preisformel übersehen. Da Analysten grünen Wasserstoff häufig durch eine Projektfinanzierungslinse betrachten und feste Projektperioden (dh 20 oder 25 Jahre) annehmen, Es kann die Tendenz bestehen, anzunehmen, dass der Elektrolyseur auch für den festgelegten Zeitraum überlebt, ohne die Effizienzverluste und die nachfolgende Notwendigkeit des Austauschs von Stapeln und anderen Elementen zu berücksichtigen. Da diese Kosten häufig über festgelegte Projektlaufzeiten falsch berücksichtigt werden, empfehlen wir, die Kosten für Wasserstoff über eine Lebensdauer auszudrücken, die durch Betriebsstunden berechnet wird, anstatt über eine feste Lebensdauer.
Opex
Wir haben bereits festgestellt, dass beim Vergleich der Kosten von Elektrolyseuren die Investitionen allein nicht ausreichen. Wir argumentieren, dass die Effizienz tatsächlich bedeutender sein kann, da sie den Opex bestimmt, der erforderlich ist, um die Gesamtkosten für grünen Wasserstoff zu ermitteln. Wir wiederholen zu diesen Zwecken, dass opex hauptsächlich aus Strom-, Wasser- und Wartungskosten besteht.
In der Regel ist Strom der größte Aufwand für ein grünes Wasserstoffprojekt während seiner gesamten Lebensdauer. Folglich werden die Kosten für grünen Wasserstoff stark von der Effizienz des Elektrolyseurs bestimmt. Einfach ausgedrückt, ein effizienter Elektrolyseur verbraucht weniger Strom, um ein Kilogramm Wasserstoff zu produzieren. Ein Effizienzvorteil von + 10-15% über die Lebensdauer eines Systems kann daher massive Auswirkungen auf die Gesamtkosten des erzeugten Wasserstoffs haben. Dies wird immer wichtiger, wenn die Hersteller skalieren und die Investitionen sinken. Dies muss beim Vergleich von Elektrolyseuren berücksichtigt werden.
Für die meisten Elektrolyseure ist Wasser ein wichtiger Faktor für die Betriebskosten. Die Wasserpreise variieren, insbesondere für Elektrolyseure, die vollständig entionisiertes Wasser benötigen. Diese Kosten können für modulare und entfernte Systeme erheblich sein, während sie bei großen industriellen Systemen durch Skaleneffekte minimiert werden können.
Die Wartungskosten sind Teil der Betriebskosten, die erforderlich sind, um den Elektrolyseur in gutem Zustand zu halten. Die Wartungskosten sind erheblich und unterscheiden sich zwischen AEM-, PEM- und alkalischen Technologien. Die hier zu berücksichtigende Schlüsselkomponente sind jedoch die Bedingungen des Service Level Agreements (SLA) oder erweiterte Garantien. Dazu gehören Kosten, die einige als praktisch aufgeschobene Investitionskosten für den Austausch von Stapeln oder anderen Teilen beschrieben haben. Daher können diese Opex-Posten schnell zu jährlichen Zahlungen führen, die weit über die häufig angenommenen 1-3% hinausgehen und einen signifikanten Prozentsatz der gesamten Investitionskosten ausmachen.
In Anwendungsfällen, in denen Elektrolyseure mit hoher Auslastung betrieben werden müssen, können die Zuverlässigkeit der Einheiten und die für die Wartung des gesamten Systems erforderlichen Ausfallzeiten zu einer weiteren wichtigen Kostenkomponente werden. Dies kann wiederum dazu führen, dass modularere Konfigurationen gegenüber einzelnen Systemen bevorzugt werden.
Die Lösung von Enapter für die Preisgestaltung
Unter Berücksichtigung von Investitionen + Betrieb + Lebensdauer + Effizienz kommen wir zu einem gründlicheren Ansatz zur Bewertung der Elektrolyseurpreise. Da wir nach den Kosten für Wasserstoff suchen, die über die Lebensdauer des Geräts erzeugt werden können, bezeichnen wir ihn in € / kg und nennen ihn EL CAPEX . Auf diese Weise hängt der Preis des Elektrolyseurs direkt mit dem Endprodukt - grünem Wasserstoff - und der Menge an Wasserstoff zusammen, die voraussichtlich über die erwartete Lebensdauer des Unternehmens erzeugt wird. Um ein reales Beispiel zu liefern, zeigt die folgende Tabelle die heutigen Preise für den Enapter EL 2.1 und die prognostizierten Preise für das in Serie produzierte EL-Modell T im Jahr 2023/24 :
EL CAPEX:
In Übereinstimmung mit EL CAPEX empfehlen wir außerdem, die Betriebs- und Wartungskosten als Preis pro Kilogramm zu bezeichnen. EL OPEX umfasst die Wasser- und Stromkosten, die während der Lebensdauer des Elektrolyseurs zur Erzeugung des erforderlichen Wasserstoffs benötigt werden, sowie die Wartungskosten in € / kg. Auch hier verwenden wir die Enapernummern für EL 2.1 und EL Model T:
EL OPEX:
Mit dieser Methode haben wir nun die Lebensdauer des Elektrolyseurs in den Wert für EL CAPEX einbezogen . Darüber hinaus wird der Wirkungsgrad des Elektrolyseurs jetzt im Wert von EL OPEX berücksichtigt . Da wir beide im gleichen Maßstab in € / kg produziertem Wasserstoff bezeichnen, sind die Gesamtkosten für Wasserstoff jetzt einfach die Zugabe von EL CAPEX + EL OPEX . Dies zeigt deutlich die Gesamtkosten des über die Betriebslebensdauer des Elektrolyseurs erzeugten Wasserstoffs. Mit dieser neuen Methode ermöglichen wir einen effektiveren Punkt für den Vergleich der Elektrolyseurpreise.
© Enapter
Opex und grüne Energiekosten
Da die Investitionskosten für Elektrolyseure deutlich sinken werden, werden die Gesamtkosten für Wasserstoff weitgehend von den Kosten für Ökostrom bestimmt. Wie oben erwähnt, ist dies der Fall, um die Effizienz des Elektrolyseurs zu berücksichtigen, für die wir mit unserer EL OPEX- Formel argumentieren . Während sich die Energiewelt verändert und unsere Stromversorgung aus erneuerbaren Energien zunimmt, werden Elektrolyseure und andere Speichertechnologien dazu beitragen, die Nachfrage nach vorübergehenden Überkapazitäten zu regulieren und zu absorbieren, was Netzflexibilität bietet. Wir erleben bereits eine Einschränkung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in großem Umfang, und die Energiepreise waren auf einem historischen Tiefstand oder sogar negativ. Wenn die Strompreise weiterhin wie prognostiziert fallen, rücken die Investitionen wieder in den Fokus und eine vollständige Bewertung der Lebenszykluskosten, wie in derDie EL CAPEX- Formel wird genau das sein, wonach Anleger suchen sollten.
www.h2-view.com/story/...culating-the-cost-of-green-hydrogen/
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