Come stimare il LCOH per un progetto industriale di idrogeno verde

Come stimare il LCOH per un progetto industriale di idrogeno verde

Per uno sviluppatore industriale, LCOH dell’idrogeno è più utile rispetto al prezzo di listino dell’equipaggiamento. Trasforma i fabbisogni finanziari complessivi del progetto durante tutta la sua vita utile e la produzione prevista di idrogeno in un’unica cifra confrontabile: il costo per chilogrammo di idrogeno. Il calcolo non è complesso, ma è facile renderlo fuorviante utilizzando un valore di efficienza della pila, un programma operativo troppo ottimistico o una stima dei costi di capitale che escluda i lavori relativi al balance-of-plant.

Questo quadro pratico è destinato ai team B2B che confrontano concetti di idrogeno verde prima che sia disponibile il pacchetto ingegneristico definitivo. Isola le variabili che influenzano costo di produzione dell'idrogeno , illustra una sequenza di calcolo trasparente e integra l’analisi di sensibilità nella fase decisionale, anziché relegarla a un passaggio successivo.

Iniziare con una formula di LCOH dell’idrogeno a livello di progetto

Nella sua forma più semplice, l’LCOH di tutta la vita utile LCOH dell’idrogeno equivale al valore attuale di tutti i costi del progetto diviso per il valore attuale di tutto l’idrogeno prodotto:

LCOH = PV(CAPEX + elettricità + acqua + O&M fissi + O&M variabili + sostituzioni + costi correlati al finanziamento) / PV(idrogeno consegnato)

Per una valutazione preliminare, molti team utilizzano una versione annualizzata:

LCOH annuale = (CAPEX annualizzato + costi operativi annuali) / produzione annuale di idrogeno

L’approccio annualizzato non sostituisce un modello completo basato sui flussi di cassa attualizzati. È tuttavia un metodo rigoroso per confrontare diverse configurazioni progettuali, purché ogni caso adotti la stessa durata del progetto, lo stesso tasso di sconto, le stesse imposte, lo stesso confine di consegna e la stessa convenzione di utilizzo. Prima di confrontare una stima del costo dell’idrogeno verde con un altro studio, verificare se compressione, stoccaggio, connessione alla rete, riduzione della produzione (curtailment), stack di sostituzione e pressione di consegna rientrino o meno nel confine dichiarato.

Calcolare prima la produzione annuale di idrogeno, quindi assegnare i costi

La produzione annuale è il denominatore che può far fallire un modello altrimenti credibile LCOH dell’idrogeno un’utile equazione iniziale è:

H2 annuale (kg) = capacità dell'elettrolizzatore (kW) × ore di funzionamento × disponibilità / consumo specifico di elettricità (kWh/kg)

Ad esempio, un sistema da 1 MW che opera per 7.000 ore equivalenti a pieno carico, con una disponibilità del 95 % e un consumo di sistema modellato di 55 kWh/kg, produce circa 121.000 kg all’anno. Si tratta di un’illustrazione progettuale, non di una garanzia di prestazione. Il materiale dello scenario PEM del Dipartimento dell’Energia statunitense (U.S. DOE) utilizza valori rappresentativi pari a circa 55,2 kWh/kg H2, mentre altre tabelle di scenario indicano valori vicini a 57 kWh/kg. Il modello deve impiegare il consumo garantito entro i confini del sistema: includere i carichi ausiliari se i confini del prodotto lo richiedono.

Non confondere il fattore di capacità delle fonti rinnovabili con la disponibilità dell’elettrolizzatore. Una risorsa solare o eolica può fornire un numero inferiore di ore utilizzabili rispetto alle ore in cui l’elettrolizzatore potrebbe tecnicamente operare. Se l’approvvigionamento dalla rete, lo stoccaggio o una capacità ibrida rinnovabile colmano tali lacune, modellare esplicitamente il prezzo dell’energia risultante e le condizioni di contabilizzazione delle emissioni di CO2.

Calcolare la componente elettrica del costo di produzione dell’idrogeno

Per la maggior parte dei concetti di idrogeno verde, l’elettricità è l’input più grande e più sensibile a costo di produzione dell'idrogeno . Il termine energetico diretto è semplice:

Costo dell’elettricità per kg = consumo elettrico del sistema (kWh/kg) × prezzo dell’elettricità consegnata ($/kWh)

A 55 kWh/kg e $0,04/kWh, l’elettricità da sola contribuisce con $2,20/kg prima di acqua, recupero del capitale, O&M, compressione o stoccaggio. Alla stessa efficienza e a $0,07/kWh, sale a $3,85/kg. Questa differenza spiega perché un’unica ipotesi tariffaria non dovrebbe essere presentata come un valore universale stima del costo dell’idrogeno verde .

Modellare il prezzo dell’elettricità consegnata, non solo il prezzo del PPA di generazione. A seconda della configurazione, può includere costi di trasmissione e distribuzione, bilanciamento da fonti rinnovabili, effetti di riduzione della produzione (curtailment), costi legati alla richiesta (demand charges), certificati o perdite dovute allo stoccaggio energetico. Una domanda utile per gli approvvigionamenti è: quali di questi costi sono fissi e quali variano in funzione della produzione di idrogeno?

Capitalizzare annualmente l’investimento installato e includere il confine del sistema

Utilizzare il CAPEX totale installato, non solo il costo del pacchetto elettrolizzatore. Le voci di costo tipiche includono il sistema elettrolizzatore, la conversione dell’energia elettrica, il trattamento dell’acqua, il raffreddamento, i sistemi di controllo, i lavori edili, l’installazione, l’ingegneria, il collegamento alla rete elettrica o alle fonti rinnovabili, la compressione e le attrezzature per la gestione dell’idrogeno adeguate al punto di consegna.

Un metodo comune di annualizzazione utilizza il fattore di recupero del capitale (CRF):

CRF = r(1+r) ⁿ / ((1+r) ⁿ − 1)

dove r è il tasso di sconto e n è la durata del progetto in anni. Quindi:

CAPEX annualizzato = CAPEX totale installato × CRF

Dividere il CAPEX annualizzato per la produzione annuale di idrogeno per ottenere il suo contributo in $/kg a LCOH dell’idrogeno . Tenere le sostituzioni delle pile separate, qualora previste nel corso della vita economica del progetto. Includere una futura sostituzione nel CAPEX iniziale può offuscare gli effetti legati ai tempi e al finanziamento.

Modellare i costi operativi spesso sottostimati

L’acqua è solitamente meno costosa dell’elettricità in un stima del costo dell’idrogeno verde modello, ma il trattamento dell’acqua, lo smaltimento delle acque reflue, il raffreddamento e i vincoli legati al sito possono comunque influenzare la decisione progettuale. Le spese fisse di esercizio e manutenzione (O&M) devono includere la manutenzione programmata, il personale, ove pertinente, le ispezioni, il monitoraggio, l’assicurazione e gli accordi di servizio. Le spese variabili di O&M possono invece basarsi sulle ore di funzionamento, sul throughput, sui consumabili o sullo stato di salute delle pile.

Includere il degrado come input aziendale, non semplicemente come nota ingegneristica. L’aumento progressivo del valore kWh/kg nel tempo riduce l’output effettivamente consegnato per un budget elettrico fisso, mentre un fermo o un evento di sostituzione riduce il denominatore. Le linee guida del calcolatore LCOH dell’European Clean Hydrogen Observatory considerano il consumo elettrico come un valore medio di kWh/kg sull’intera vita economica, un utile promemoria per verificare ipotesi basate sul ciclo di vita anziché su valori nominali.

Eseguire un caso base e casi di sensibilità

Credibile LCOH dell’idrogeno la stima dovrebbe mostrare un caso base più un piccolo insieme di sensibilità trasparenti. Per ogni caso, modificare un'unica ipotesi o un chiaro gruppo definito di ipotesi, quindi spiegare il motivo operativo alla base della modifica.

• Caso prezzo-energia: verificare l’elettricità rinnovabile contrattata, mista e a prezzo elevato.
• Caso utilizzo: verificare le ore limitate da risorse disponibili, l’approvvigionamento ibrido e il funzionamento quasi continuo.
• Caso efficienza: verificare i valori kWh/kg all’inizio della vita utile e quelli medi sull’intero ciclo di vita.
• Caso CAPEX: verificare le variazioni dei costi di installazione, inclusi gli ambiti balance-of-plant e interconnessione.
• Caso sostituzione: verifica dei tempi, dei costi, dei tempi di fermo e del trattamento finanziario.

Questa struttura supporta le decisioni nella fase di valutazione, poiché evidenzia quale variabile merita ulteriori negoziazioni o ottimizzazioni ingegneristiche. Se il prezzo dell’energia elettrica determina il risultato, un preventivo più basso per l’equipaggiamento potrebbe non migliorare in modo significativo il costo livellato dell’idrogeno (LCOH). Se invece è il fattore di utilizzo a determinarlo, potrebbero meritare maggiore attenzione l’eccesso di capacità da fonti rinnovabili, lo stoccaggio, il collegamento alla rete elettrica o la programmazione della produzione.

Utilizzare la configurazione dell’equipaggiamento come input verificato del progetto

Dopo aver definito i confini commerciali, la configurazione della capacità diventa un input del modello anziché un’affermazione commerciale. Per la definizione preliminare del progetto, Hyto Energy fornisce pagine prodotto confermate per 100KW-500KW e 1MW-5MW configurazioni. Utilizzare nel modello i dati elettrici, operativi e relativi ai confini di consegna confermati dal fornitore; non dedurre le prestazioni del progetto esclusivamente dall’indicazione di capacità.

Una checklist pratica per la verifica del costo livellato dell’idrogeno (LCOH)

• Il punto di consegna è stato definito: uscita dell’elettrolizzatore, idrogeno compresso, idrogeno stoccato o punto di consegna al cliente?
• La cifra relativa al consumo energetico include gli stessi ausiliari in tutti i casi?
• Le ore di funzionamento si basano sulla disponibilità di fonti rinnovabili, sull’accesso alla rete elettrica o su entrambi?
• Il CAPEX installato comprende l’interconnessione, il trattamento dell’acqua, la compressione, i lavori edili e la messa in servizio?
• La degradazione delle celle, i tempi di sostituzione, i tempi di fermo e il valore residuo sono trattati in modo coerente?
• Tutti i casi di sensibilità utilizzano la stessa durata del progetto, lo stesso tasso di sconto e lo stesso confine di output?

Affidabile LCOH dell’idrogeno il modello non è semplicemente quello con la risposta iniziale più bassa. È invece quello le cui ipotesi possono essere tracciate, messe in discussione e aggiornate man mano che i contratti per l’energia elettrica, i dati sugli impianti e le condizioni del sito diventano più certi. Mantenendo visibili elettricità, fattore di utilizzo, efficienza, capitale, O&M e finanziamenti, un team industriale può trasformare una discussione generale stima del costo dell’idrogeno verde in un confronto tra progetti concretamente attuabile.