ต้นทุนการสร้างโรงงานผลิตไฮโดรเจน: ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อ CAPEX และ OPEX?

ต้นทุนการสร้างโรงงานผลิตไฮโดรเจน: ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อ CAPEX และ OPEX?

น่าเชื่อถือ ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจน การประมาณการไม่ใช่ราคาแพ็กเกจอิเล็กโทรไลเซอร์คูณด้วยเมกะวัตต์ สำหรับผู้พัฒนา ทีมงาน EPC หรือผู้ซื้อภาคอุตสาหกรรม คำถามที่เกี่ยวข้องคือสิ่งที่จำเป็นในการดำเนินการ บริหารจัดการ และบำรุงรักษาระบบผลิตไฮโดรเจนให้ได้ตามความบริสุทธิ์ แรงดัน ความพร้อมใช้งาน และเส้นทางการขยายกำลังการผลิตที่กำหนด คำตอบประกอบด้วย CAPEX ซึ่งหมายถึงเงินลงทุนเริ่มต้นที่จำเป็นเพื่อก่อสร้างสินทรัพย์ และ OPEX ซึ่งหมายถึงต้นทุนที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในการแปลงพลังงานไฟฟ้าและน้ำให้กลายเป็นไฮโดรเจนที่ใช้งานได้

สำหรับโครงการไฮโดรเจนสีเขียว พลังงานไฟฟ้ามักมีอิทธิพลมากที่สุดต่อเศรษฐศาสตร์ในระยะยาว ในขณะที่การผสานเข้ากับสถานที่ตั้งและการครอบคลุมขอบเขตของระบบสนับสนุน (balance-of-plant) อาจเป็นตัวชี้ว่างบประมาณเบื้องต้นนั้นครบถ้วนหรือไม่ กรอบแนวคิดต่อไปนี้ช่วยประเมิน ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจนสีเขียว และ ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจน โดยไม่ถือว่าใบเสนอราคาเบื้องต้นจากผู้จัดจำหน่ายเป็นงบประมาณโครงการแบบครบวงจร

เริ่มต้นจากการกำหนดขอบเขตของโครงการ ไม่ใช่จากราคาเซลล์อิเล็กโทรไลซิส

ก่อนเปรียบเทียบข้อเสนอ ให้ระบุขอบเขตของโรงงานอย่างชัดเจน ระบบที่เสนอราคามาออกแบบมาเพื่อผลิตไฮโดรเจนความดันต่ำที่ทางออกของอิเล็กโทรไลเซอร์เท่านั้น หรือรวมถึงการบำบัดน้ำ การกลั่น การทำให้แห้ง การอัดแรง การจัดเก็บ การเชื่อมต่อระบบไฟฟ้า ระบบควบคุม งานโยธา และการเดินระบบด้วย ข้อเสนอสองฉบับอาจแสดงค่าพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ที่ใกล้เคียงกัน แต่ให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันมากเนื่องจากขอบเขตของระบบไม่เหมือนกัน ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจน ผลลัพธ์ที่ได้ เพราะขอบเขตของระบบไม่เหมือนกัน

เอกสารสรุปงบประมาณที่ใช้งานได้จริงควรระบุอัตราการผลิตเป้าหมาย รูปแบบการดำเนินงาน ความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนและความดันในการจ่าย คุณภาพน้ำป้อน ระบบไฟฟ้าในพื้นที่ ข้อกำหนดสำหรับพื้นที่อันตราย ข้อจำกัดด้านพื้นที่ใช้สอย และจุดที่การเป็นเจ้าของเปลี่ยนผ่านไปยังระบบจัดเก็บหรือการใช้งานขั้นตอนถัดไป นอกจากนี้ยังเป็นช่วงเวลาที่เหมาะสมในการกำหนดว่าการขยายกำลังการผลิตในอนาคตเป็นข้อกำหนดเชิงการออกแบบ ไม่ใช่เพียงเป้าหมายที่ต้องการ

ในการทบทวนการจัดซื้อจัดจ้างจริง ควรติดตาม ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจน ตั้งแต่จุดเชื่อมต่อระบบไฟฟ้าจนถึงจุดส่งมอบไฮโดรเจน แนวทางนี้ช่วยรักษา ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจนสีเขียว สมมุติฐานที่เปรียบเทียบได้ระหว่างข้อเสนอแข่งขัน

สิ่งใดจัดอยู่ในหมวดค่าใช้จ่ายลงทุน (CAPEX)

CAPEX คือ ต้นทุนรวมทั้งหมดที่จำเป็นเพื่อให้โรงงานเริ่มดำเนินการเชิงพาณิชย์ได้จริง แม้โมดูลอิเล็กโทรไลเซอร์และระบบแปลงพลังงานไฟฟ้าจะโดดเด่นชัด แต่ก็เป็นเพียงส่วนหนึ่งของสินทรัพย์ที่ติดตั้งทั้งหมดเท่านั้น

• โมดูลอิเล็กโทรไลเซอร์และระบบแปลงพลังงานไฟฟ้า: เทคโนโลยีสแต็ก อุปกรณ์ปรับกระแสไฟฟ้า (rectifiers) หม้อแปลงไฟฟ้า (transformers) อินเทอร์เฟซระบายความร้อน และตู้ควบคุม
• ส่วนประกอบอื่นๆ ของโรงงาน (Balance of plant): ระบบผลิตน้ำบริสุทธิ์ (deionized-water production) ระบบหมุนเวียนน้ำ ระบบแยกก๊าซกับของเหลว ระบบทำให้แห้ง ระบบกำจัดสิ่งเจือปน ระบบระบายความร้อน ระบบระบายอากาศ ระบบท่อ และระบบความปลอดภัย
• การปรับสภาพและโลจิสติกส์ของไฮโดรเจน: ระบบอัดแรงดัน ระบบเก็บสำรองแบบบัฟเฟอร์ อินเทอร์เฟซสำหรับการบรรจุ ระบบวัดปริมาณ และอุปกรณ์เพิ่มแรงดันสำหรับการส่งมอบที่อยู่ภายในขอบเขตของโรงงาน (battery limits)
• การผสานรวมด้านไฟฟ้าและสถานที่: การเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าหลัก อุปกรณ์ควบคุมและตัดวงจร เส้นทางเดินสายเคเบิล การเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานหมุนเวียน การผสานรวมระบบ SCADA การต่อกราวด์ งานโยธา อาคาร และระบบระบายน้ำ
• ขอบเขตของการดำเนินงาน: งานวิศวกรรม การสนับสนุนด้านใบอนุญาต การขนส่ง การติดตั้ง การตรวจสอบ การเดินเครื่อง การฝึกอบรม อะไหล่สำรอง และเงินสำรองฉุกเฉิน

เพื่อให้เห็นภาพว่าทำไมขอบเขตจึงมีความสำคัญ รายงานสถานการณ์ PEM ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) ใช้ค่าความไวของต้นทุนการติดตั้งประมาณ 1,500–2,500 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ (ในราคาปี ค.ศ. 2022) โดยมีค่าฐานที่ 2,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์สำหรับแบบจำลองนั้น ข้อมูลนี้ให้บริบทที่เป็นประโยชน์ แต่ไม่ใช่ราคาเสนอแบบครบวงจรในปัจจุบัน ทั้งปีที่ใช้คำนวณค่าเงิน ประเภทเทคโนโลยี ขนาดโครงการ สภาพการก่อสร้างในพื้นที่ ขอบเขตงานที่รวมอยู่ และสมมุติฐานด้านการเงิน ล้วนมีผลต่อตัวเลขที่ใช้ได้จริง

เมื่่อทีมโครงการเปรียบเทียบต้นทุนการลงทุน (CAPEX) ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจน ต้องใช้ขอบเขตเดียวกันกับทุกใบเสนอราคา มิฉะนั้น ราคาที่ต่ำกว่าอาจหมายถึงการย้ายบางส่วนของขอบเขตงานไปอยู่ในแพ็กเกจงานระยะต่อไปแทน

ขนาดโครงการ อัตราการใช้งาน และการเลือกเทคโนโลยี จะเปลี่ยนแปลงเศรษฐศาสตร์ของการลงทุน

ขนาดของโรงงานสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดซื้อและการออกแบบวิศวกรรม แต่ยังเพิ่มความสำคัญของการศึกษาระบบไฟฟ้า การวางแผนการขนส่ง การออกแบบระบบระบายความร้อน และการประสานงานการเดินเครื่อง โรงงานที่มีขนาดใหญ่ขึ้นไม่ได้ส่งผลให้ต้นทุนต่อหน่วยลดลงแบบสัดส่วนโดยอัตโนมัติ ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจน หากโครงสร้างพื้นฐานของสถานที่ต้องก่อสร้างขึ้นใหม่ทั้งหมด

การเลือกเทคโนโลยีควรพิจารณาจากลักษณะการใช้งานจริง แนวคิดเช่น อัลคาไลน์ เพอร์เมเอเบิล เมมเบรน (PEM) แอนไอออน เอ็กซ์เชนจ์ เมมเบรน (AEM) และแบบอุณหภูมิสูง มีผลกระทบต่างกันต่อการตอบสนองแบบไดนามิก คุณภาพน้ำ อุปกรณ์เสริม การวางแผนเปลี่ยนชิ้นส่วน และการผสานรวม ผู้ซื้อควรเปรียบเทียบสมรรถนะตามสัญญาภายใต้ช่วงการดำเนินงานที่ตั้งใจไว้ แทนที่จะเปรียบเทียบเฉพาะประสิทธิภาพตามค่าระบุบนแผ่นป้ายเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การใช้งานต่ำอาจลดปริมาณไฮโดรเจนรายปีที่ผลิตได้ ซึ่งส่งผลต่อระยะเวลาคืนทุนจากการลงทุนครั้งแรก (CAPEX) แม้ว่าแหล่งพลังงานไฟฟ้าจะมีราคาถูกในช่วงเวลาที่กำหนดก็ตาม

สำหรับโครงการที่พิจารณาขยายกำลังการผลิตแบบโมดูลาร์ การอ้างอิงอุปกรณ์จริงจะมีประโยชน์มากกว่าการเชื่อมโยงไปยังหมวดหมู่ทั่วไป Hyto Energy ระบุระบบผลิตไฮโดรเจนไว้ที่ 1–5 เมกะวัตต์ ; ทีมโครงการควรยืนยันขอบเขตสุดท้าย เครื่องมือเชื่อมต่อ เงื่อนไขการจัดส่ง และการรับประกันที่ใช้ได้โดยตรงกับผู้จัดจำหน่าย ก่อนนำหน้าผลิตภัณฑ์ใด ๆ ไปใช้ในแบบจำลองทางการเงิน

สำหรับแบบจำลองการดำเนินงาน ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจน ควรแยกค่าใช้จ่ายด้านไฟฟ้า การบำบัดน้ำ แรงงาน การบำรุงรักษา และกองทุนสำรองเปลี่ยนชิ้นส่วน แทนที่จะรวมทั้งหมดไว้ในตัวเลขเดียวโดยไม่มีคำอธิบาย

เหตุใดค่าไฟฟ้าจึงมักเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน (OPEX)

ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน (OPEX) ประกอบด้วย ค่าไฟฟ้า ค่าน้ำ สารเคมีสำหรับการบำบัด วัสดุสิ้นเปลือง ค่าแรงงาน ค่าบำรุงรักษา ค่าประกันภัย ค่าที่ดินหรือค่าเช่า และค่าเปลี่ยนชิ้นส่วนเป็นระยะ ในโครงการอิเล็กโทรไลซิสส่วนใหญ่ ค่าไฟฟ้าถือเป็นปัจจัยที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงมากที่สุดในการสร้างแบบจำลอง เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้งของปริมาณการใช้พลังงานหรือราคาพลังงานจะถูกคูณด้วยน้ำหนักไฮโดรเจนที่ผลิตได้ทุกกิโลกรัม

IEA ใช้สมมุติฐานตัวอย่างที่ 50 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม H ₂สำหรับการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าที่อุณหภูมิต่ำ รวมถึงการอัดแรงดันให้ได้ 30 บาร์ ในการวิเคราะห์แบบเปรียบเทียบ งานวิจัยอื่นๆ รายงานค่าโดยประมาณไว้ที่ 55–60 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม สำหรับระบบที่ใช้พลังงานไฟฟ้าระดับเมกะวัตต์และทำงานที่อุณหภูมิต่ำ ทั้งสองค่านี้ไม่ใช่ค่าที่รับประกันได้ทั่วโลก แต่ให้จุดเริ่มต้นที่โปร่งใสสำหรับการคำนวณความไว:

ต้นทุนไฟฟ้าต่อกิโลกรัมไฮโดรเจน ₂= การใช้ไฟฟ้าจำเพาะ (กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม) × ราคาไฟฟ้าที่จ่ายจริง (ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง)

ที่ค่าการใช้ไฟฟ้า 50 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม และราคาไฟฟ้าที่จ่ายจริง 0.05 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง จะได้ต้นทุนก่อนหักค่าน้ำ ค่าแรง ค่าบำรุงรักษา ค่าคืนทุน และค่าโลจิสติกส์ขั้นต่อไป เท่ากับ 2.50 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม แต่หากราคาไฟฟ้าที่จ่ายจริงเพิ่มเป็น 0.08 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง ภายใต้สมมุติฐานการใช้พลังงานเดียวกัน ต้นทุนจะเพิ่มเป็น 4.00 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม การคำนวณทางคณิตศาสตร์นั้นตรงไปตรงมา แต่ความยากอยู่ที่การเลือกใช้อัตราค่าไฟฟ้าที่รวมค่าเรียกเก็บตามความต้องการสูงสุด ค่าลดกำลังไฟฟ้า ค่าธรรมเนียมโครงข่ายไฟฟ้า ค่าสูญเสียพลังงาน และตารางเวลาการดำเนินงานที่โรงงานสามารถใช้งานได้จริง

แม้ในกรณีที่ต้นทุนพลังงานไฟฟ้าจะมีน้ำหนักมากที่สุดในการพยากรณ์ แบบจำลองที่ครบถ้วน ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจนสีเขียว ยังต้องรวมการปรับคุณภาพน้ำ การบำรุงรักษาตามแผน และข้อจำกัดในการดำเนินงานที่ส่งผลต่ออัตราการพร้อมใช้งาน

การวางแผนน้ำ การบำรุงรักษา และการเปลี่ยนชิ้นส่วนมีขนาดเล็กกว่า — แต่ไม่สามารถละเลยได้

น้ำมักมีสัดส่วนน้อยกว่า ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจน เมื่อเทียบกับไฟฟ้า แต่คุณภาพของน้ำและข้อกำหนดในการบำบัดส่งผลต่อทั้งต้นทุนการลงทุน (CAPEX) และเวลาใช้งานจริง (uptime) รายงานของ IRENA ระบุความเข้มข้นของการใช้น้ำเฉลี่ยไว้ที่ 22.3 ลิตรต่อกิโลกรัม สำหรับกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสแบบอัลคาไลน์ และ 17.5 ลิตรต่อกิโลกรัม สำหรับกระบวนการ PEM ตามการประเมินที่อ้างอิง แม้ปริมาณสารเคมีขั้นต่ำจะต่ำกว่านั้น แต่โครงการจริงจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ เช่น น้ำทิ้งจากกระบวนการบริสุทธิ์ ระบบระบายความร้อน ข้อบังคับเกี่ยวกับการปล่อยน้ำทิ้ง และปริมาณน้ำในท้องถิ่น

การวางแผนการบำรุงรักษาควรแยกแยะระหว่างการให้บริการตามปกติกับการเปลี่ยนชิ้นส่วนตามอายุการใช้งาน รายการที่อาจรวมอยู่ในงบประมาณ ได้แก่ ไส้กรอง สารเคมีสำหรับการกำจัดไอออน ปั๊ม การสอบเทียบเครื่องมือวัด การให้บริการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังงาน การสนับสนุนซอฟต์แวร์ การตรวจสอบ และการซ่อมแซมหรือเปลี่ยนเซลล์เชื้อเพลิงแบบวางแผนไว้ ขอให้ผู้จัดจำหน่ายระบุสมมุติฐานที่ใช้ในการคำนวณอัตราความพร้อมใช้งาน การเสื่อมสภาพ ช่วงเวลาการบำรุงรักษา และขอบเขตของการเปลี่ยนชิ้นส่วน ราคาเสนอเบื้องต้นที่ต่ำอาจทำให้เข้าใจผิด หากไม่รวมอะไหล่สำรอง การสนับสนุนภาคสนาม หรือศักยภาพในการให้บริการที่จำเป็นต่อการรักษาโหมดการดำเนินงานตามที่ออกแบบไว้

สร้างแบบจำลองค่าใช้จ่ายลงทุน (CAPEX) และค่าใช้จ่ายดำเนินงาน (OPEX) ที่พร้อมใช้ตัดสินใจ

แบบจำลองในขั้นตอนการตัดสินใจไม่จำเป็นต้องมีความแม่นยำเกินจริง แต่จำเป็นต้องระบุค่าป้อนเข้าอย่างชัดเจน มีขอบเขตที่สอดคล้องกัน และมีสถานการณ์ต่าง ๆ ที่เปิดเผยปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความไวของโครงการ ให้จัดทำกรณีศึกษาอย่างน้อยสามแบบ ได้แก่ กรณีพื้นฐาน กรณีที่มีข้อจำกัด และกรณีที่ปรับปรุงแล้ว โดยเปลี่ยนแปลงค่าป้อนเข้าที่สามารถส่งผลต่อความคุ้มค่าของโครงการ

คำถามเหล่านี้เปลี่ยนหัวข้อหลัก ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจน ให้กลายเป็นขอบเขตงานที่ฝ่ายวิศวกรรม การจัดซื้อ และการปฏิบัติการสามารถตรวจสอบร่วมกันได้

คำถามที่ผู้จัดจำหน่ายควรถามเพื่อป้องกันไม่ให้งบประมาณเกินคาด

1. สิ่งใดรวมและไม่รวมอยู่ภายในขอบเขตแบตเตอรี่?
2. ค่าประสิทธิภาพใดบ้างที่ระบุไว้ ที่อุณหภูมิ ความดัน คุณภาพน้ำ และช่วงโหลดใด?
3. สมมติฐานเกี่ยวกับชั่วโมงการดำเนินงานต่อปีและความพร้อมใช้งานใดที่สนับสนุนการคาดการณ์ ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจน ?
4. การกำหนดขอบเขตของระบบอัดอากาศ ระบบทำให้แห้ง ระบบจัดเก็บ ระบบความปลอดภัย และการเชื่อมต่อไฟฟ้าทำอย่างไร
5. ช่วงเวลาการบำรุงรักษาที่แนะนำ วัสดุสิ้นเปลือง สมมติฐานอายุการใช้งานของสแต็ก และความรับผิดชอบในการเปลี่ยนชิ้นส่วนคืออะไร
6. ข้อมูลสถานที่ใดบ้างที่ต้องยืนยันก่อนเริ่มการออกแบบขั้นสุดท้ายและกำหนดเงื่อนไขทางการค้า

สรุป: เปรียบเทียบต้นทุนตลอดอายุการใช้งานโดยใช้พื้นฐานที่เทียบเคียงกันได้

มีประโยชน์มากที่สุด ต้นทุนโรงงานผลิตไฮโดรเจน การเปรียบเทียบไม่ใช่เพียงแค่ตัวเลขเดียวในรูปแบบดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ แต่เป็นภาพรวมที่โปร่งใสเกี่ยวกับต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน ซึ่งเชื่อมโยงขอบเขตการติดตั้ง การใช้พลังงาน อัตราการใช้งาน การบำบัดน้ำ การบำรุงรักษา การวางแผนเปลี่ยนชิ้นส่วน และข้อกำหนดด้านการส่งมอบต่อเนื่อง เมื่อสมมติฐานเหล่านี้ถูกระบุไว้ตั้งแต่ต้น ทีมโครงการจะสามารถเปรียบเทียบใบเสนอราคาบนพื้นฐานเดียวกัน ระบุทางเลือกการออกแบบที่มีผลต่อผลลัพธ์โดยรวม และหลีกเลี่ยงการตีความราคาอุปกรณ์เบื้องต้นว่าเป็นงบประมาณโครงการที่สมบูรณ์แล้ว