Към края на 2026 г. в Европа може да бъдат пуснати в експлоатация 10,9 ГВт електролизери

Зеленият водород ще бъде не само съществена част от бъдещата енергийна система, но и трябва да е евтин. Това е най-често срещаното твърдение през последните месеци. В този смисъл все повече нараства и интересът към производството му чрез водна електролиза. В публичното пространство все по-често се появяват изследвания за цените на зеления водород, но без да има надеждни такива за цената на електролизeрните системи. Електролизьорът е електрохимично устройство, което разделя водата на съставните и части - кислород и водород, посредством електричен заряд. Процесът, при който протича тази реакция се нарича електролиза. Тези устройства са усъвършенствани през годините и днес се използват в редица индустрии. Сега обаче изглежда ще се усъвършенстват още и ще стават все по-масови.

На този фон заявките за осъществяване на водородни проекти в Европа на пръв поглед едва ли не растат всеки ден. Лидер все още е Германия, но скорошното намерение на Испания за построяване на 7,4 ГВт електролизери до 2030 г. , напредъкът на Великобритания вече говори за надпревара. На фона на изразяваните в публичното пространство намерения статистиката е доста по-скромна.

Изградените днес електролизери са съвсем малко - 118 МВт към края на 2021 г. Това отговаря на производство от порядъка на около 0,02 млн. тона зелен водород в Европа, сочи проучване на специализираната компания за енергийни изследвания Delta-EE. За сравнение, производството на сив водород е около 8 млн.тона, а консумацията на природен газ е около 500 млн. тона в нефтен еквивалент. Сивият водород се добива от природен газ, а занапред водородът се предвижда да е добиван само от чисти енергийни източници. Затова и е наричан "зелен водород".

Целта на Европейската комисия е през 2024 г. мощността на електролизерите да достигнат 6 ГВт, увеличавайки се над 50 пъти само за 3 години. Тези електролизери по всяка вероятност ще бъдат свързани с вятърни или соларни централи.

Компанията, която подлага на анализ това намерение изчислява, че предвид параметрите на обявените проекти тази цел ще бъде достигната. На този етап обаче съществува голяма несигурност по повод изпълнението им. Така например само 26 % от заявените проекти за 2023 г. са потвърдени и осъществяването им не предизвиква съмнения. Според мнението на Delta-EE през 2022 г. перспективите ще станат по-ясни, тъй като се очаква приемането на необходимите държавни и инвестиционни (окончателни) решения по много проекти.

Иначе според настоящата база данни на Delta-EE по отношение на проектите за чист водород, 115 проекта - с комбиниран потенциален електролизерен капацитет от 2138 MW трябва да започнат да функционират през 2022 и 2023 г. Досега обаче само 37% (794 MW) от тях са достигнали окончателно инвестиционно решение или получи обществено финансиране в Европа и Обединеното кралство. Оттук нататък всичко зависи от положителни законодателни решение, а и от стимулите, които трябва да бъдат посочени от съответните правителства.

Тенденции

Няколко са тенденциите, на които се обръща внимание. Първо - бързо расте средният размер на заявените инсталации. Към 2021 г. средната мощност на електролизер е била 2,25 МВт. Прогнозата е, че през 2023 г. тя вече ще надхвърля 50 МВт.

Втората тенденция касае промяна на проектите. Досега основната цел беше натрупване на опит в проектирането, монтажа и експлоатацията на електролизери. Това бяха предимно пилотни проекти, използващи електролизери с мощност под 10 МВт, разчитащи изцяло на публично и европейски финансиране. Сега в проектите размерът нараства и те стават все "по-търговско ориентирани".

Анализът на Delta-EE показва, че на три държави се падат 77% от 1,3 ГВт електролизерни мощности, които се очаква да бъдат пуснати в експлоатация през 2022-2023 г. Лидер е Германия, следвана от Великобритания и Нидерландия. Испания засега не влиза в този списък, тъй като намеренията й са за по-късен срок на изграждане на електролизерите.

Разбира се, че има и песимистичен сценарий и той предвижда в Европа до края на 2024 г. да бъдат пуснати в експлоатация 4,25 ГВт електролизери.

Според оптимистичната прогноза на Delta-EE към края на 2026 г. в Европа може да бъдат пуснати в експлоатация 10,9 ГВт електролизери (песимистичния сценарий е за 7,1 ГВт).

Цената на устройството още варира много

На този фон все още няма окончателни данни колко ще струва изграждането на електролизерите. Ценовите прогнози са с доста широк спектър, а съвсем естествено без сравнително точни изчисления, да се говори колко ще струва зеленият водород е в границите на вероятността.

Така например в публикувания наскоро доклад на IEA (МАЕ, Global Hydrogen Review 2021) се казва, че инсталациите до ключ струват 1000-1750 долара за киловат (2020), а в Китай 750-1300 долара за киловат ( според някои източници дори 500 долара за киловат) . В същото време МАЕ посочва ( позовавайки се на Съвета за водород), че до 2030 г. цената ще падне рязко при всички сценарии и ще бъде някъде в диапазона от 400-600 долара.

В научна разработка The True Cost of Solar Hydrogen група европейски учени от редица институти и организации прогнозират че цената на електролизерните инсталации до ключ ще се понижи (в базовия случай) от сегашните 400 евро за киловат(кВт) на 260 евро за киловат през 2030 г. та до 80 евро за киловат през 2050 г. Тоест авторите смятат, че текущите капиталови разходи за централа от 100 МВт ще бъдат 400 евро за кВт. В частност те се позовават на доклада на IRENA ("Проблеми при намаляване на цената на зеления водород"). Дали това изглежда прекалено оптимистично ? Може би, но погледнато от настоящия етап на вече започналия енергиен преход.

Според компанията NEL, норвежки производител на електролитни клетки, настоящите планове за разширяване (500 МВт годишно) ще доведат до значително намаляване на капиталовите разходи. Съдейки по графика, публикуван от компанията става въпрос за спад някъде до 450 долара за кВт. По-нататъшното разширяване, както казват от компанията, допълнително ще намали цената на електролизерите, което ще свали и цената на зеления водород до 1,5 долара за кг до 2025 г. Цена, която се приема за достатъчно оптимистична, за да движи индустрията напред.

Много по-точна представа дава публикуваното наскоро изследване на немския Институт за слънчеви енергийни системи (в състава ва Fraunhofer ISE) - "Прогноза за стойността на нискотемпературна електролиза".

Тъй като светът всеобщо се е насочил към светлото зелено водородно бъдеще "технологията за електролизата трябва да стане икономически конкурентоспособна, така че да се използва в по-широк мащаб. В тази връзка е необходимо достоверно разбиране на структурата на разходите на основните системи за електролиза на водата с цел прилагане на правилни мерки за по-нататъшно развитие на технологията", пишат авторите.

Малките електролизери ще останат скъпи

Учените представят разработката на фундаментален модел на разходите за алкалните електролизери (AEL) и електролизерите с протонно обменна мембрана (PEM). В него подробно се анализират отделните разходи. "Разходите за отделните подсистеми и компоненти се определят с помощта на ценовите предложение от производителите и доставчиците, и с помощта на специфичните разходни функции" .

В работата се разглеждат два размера електролизери и за двете технологии - 5 МВт и 100 МВт.

Според прогнозата на Fraunhofer ISE, стойността на алкален електролизер с мощност от 100 МВт ще се понижи от 663 евро за кВт през 2020 г. до 444 евро през 2030 г., а стойността на система с мощност от 5 МВт - от 949 до 726 евро.

За технологията PEM стойността на електролизер с мощност от 100 МВт трябва да спадне от 720 до 500 евро, а за система с мощност от 5 МВт - от 980 евро до 730 евро за кВт.

"Като цяло се очаква, че през 2030 г. общите системни разходи ще са 400 - 500 евро за кВт, но децентрализираните системи с малък размер ще останат значително по-скъпи", казват представителите на института.

Във всички разглеждани случаи електролизният блок (комплект) е най-скъпият компонент на системата. Алкалният комплект има предимство по стойност в сравнение с PEM. Това предимство се запазва и в бъдеще. Благодарение на технологичния прогрес и разширяването на активната зона, отделни разходи от комплекта може да бъдат намалени практически два пъти в разстояние на 10 години за двата типа електролизери - около с 200 евро за кВт постоянен ток до под 90 евро за кВт постоянен ток за AEL и от 380 евро за кВт до около 220 евро за кВт за комплектите PEM.

В зависимост от размера на електролизера икономическите предимства на системата AEL "почти се губят заради необходимостта от допълнителен механичен компресор", обясняват авторите.

Върху стойността на комплектите и на системите като цяло влияят много компоненти. В частност не трябва да се недооценяват разходите за силова електроника (уредите за преобразуване на електроенергия и трансформатора), чийто принос към стойността на системата е съпоставима с приноса на комплектите, се посочва в изследването.

Разглеждат се четири различни пътя за намаляване на разходите за електролизерните блокове: увеличаване на размерите на комплектите, технологично усъвършенстване, увеличаване на обема за производство (мащабиране) и усъвършенстване на производствените технологии (например автоматизация). Авторите са категорични, че технологичното усъвършенстване на AEL блоковете ще даде максимално намаляване на разходите.

Днес масовото производство на електролизните системи се намира в самото начало. Стандартизацията и повишената автоматизация на производствените процеси имат решаващо значение за постигането на целевите показатели по стойност и обем на производството.

Само след въвеждането в експлоатация на първите инсталации с мегаватов мащаб и започването на работа от заводите за гигаватно производство ще се появи възможност за по-пълна представа за текущите разходи и производствените процеси, което може да доведе и до по-точни оценки на перспективите за намаляване на разходите, заключават авторите.

Както става ясно, на този етап навлизането на зеленият водород в ежедневието е само на крачка. Очаква се общото търсене на зелен водород в Европа да нарасне от около 9 900 тона годишно през 2021 г. до над 620 000 тона годишно през 2026 г. В центъра на вниманието е индустриалният сектор, който само след четири години ще формира 60% от търсенето. В момента има 15 индустриални проекта, които очакват окончателни инвестиционни решения или публично финансиране, свързани с потенциално 894 MW електролизерен капацитет, който ще се появи през 2022 и 2023 г., коментират от Delta-EE.

Сега на ход са законодателите, които трябва да формират такива дългосрочни политики, които да осигурят възможност за намаляване на рисковете на проектите.

Текстът е публикуван първо в dir.bg