Cách ước tính LCOH cho một dự án hydro xanh công nghiệp

Cách ước tính LCOH cho một dự án hydro xanh công nghiệp

Đối với một nhà phát triển công nghiệp, Chi phí sản xuất hydro trên mỗi kilogram (LCOH) có giá trị hơn so với giá thiết bị nêu bật trên tiêu đề. Chỉ số này chuyển đổi nhu cầu tiền mặt trong suốt vòng đời dự án và sản lượng hydro dự kiến thành một con số có thể so sánh được: chi phí cho mỗi kilogram hydro. Việc tính toán không phức tạp, nhưng dễ dẫn đến kết quả sai lệch nếu sử dụng hiệu suất bộ pin (stack-efficiency), lịch trình vận hành quá lạc quan hoặc giá trị vốn bỏ qua các hạng mục công việc liên quan đến hệ thống phụ trợ (balance-of-plant).

Khung thực tiễn này dành cho các đội B2B so sánh các khái niệm hydro xanh trước khi gói thiết kế kỹ thuật cuối cùng được hoàn tất. Khung này tách biệt các biến số ảnh hưởng đến chi phí sản xuất hydro , trình bày trình tự tính toán minh bạch và đưa việc kiểm tra độ nhạy vào quy trình ra quyết định thay vì xem nhẹ nó.

Bắt đầu bằng công thức tính LCOH hydro ở cấp độ dự án

Ở dạng đơn giản nhất, LCOH suốt vòng đời Chi phí sản xuất hydro trên mỗi kilogram (LCOH) bằng giá trị hiện tại của toàn bộ chi phí dự án chia cho giá trị hiện tại của toàn bộ lượng hydro được cung cấp:

LCOH = PV(CAPEX + điện + nước + chi phí vận hành và bảo trì cố định + chi phí vận hành và bảo trì biến đổi + chi phí thay thế + chi phí liên quan đến tài chính) / PV(lượng hydro được giao)

Đối với việc sàng lọc sơ bộ, nhiều nhóm sử dụng phiên bản tính theo năm:

LCOH hàng năm = (CAPEX được phân bổ theo năm + chi phí vận hành hàng năm) / sản lượng hydro hàng năm

Phương pháp tính theo năm không thể thay thế mô hình dòng tiền chiết khấu đầy đủ. Tuy nhiên, đây là một cách tiếp cận có kỷ luật để so sánh các phương án thiết kế khi mọi phương án đều sử dụng cùng tuổi thọ dự án, tỷ lệ chiết khấu, thuế, ranh giới giao hàng và quy ước sử dụng. Trước khi so sánh một báo giá chi phí hydro xanh với một nghiên cứu khác, hãy kiểm tra xem nén, lưu trữ, kết nối lưới điện, cắt giảm công suất, cụm pin điện phân thay thế và áp suất giao hàng nằm bên trong hay bên ngoài ranh giới đã nêu.

Xây dựng sản lượng hydro hàng năm trước khi phân bổ chi phí

Sản lượng hàng năm là mẫu số có thể khiến một mô hình vốn khả tín trở nên thất bại. Chi phí sản xuất hydro trên mỗi kilogram (LCOH) một phương trình khởi đầu hữu ích là:

Lượng hydro hàng năm (kg) = công suất bộ điện phân (kW) × số giờ vận hành × độ khả dụng / mức tiêu thụ điện năng riêng (kWh/kg)

Ví dụ: một hệ thống 1 MW hoạt động 7.000 giờ tải đầy đủ tương đương với độ khả dụng 95 % và mức tiêu thụ điện năng mô phỏng của hệ thống là 55 kWh/kg sẽ sản xuất khoảng 121.000 kg mỗi năm. Đây chỉ là minh họa cho mục đích lập kế hoạch, không phải cam kết về hiệu suất. Tài liệu tình huống PEM của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (U.S. DOE) sử dụng các giá trị đại diện khoảng 55,2 kWh/kg H2, trong khi các bảng tình huống khác nêu giá trị gần 57 kWh/kg. Mô hình của bạn cần sử dụng mức tiêu thụ điện năng trong phạm vi hệ thống được bảo đảm: bao gồm tải phụ nếu ranh giới sản phẩm yêu cầu như vậy.

Không nhầm lẫn hệ số công suất năng lượng tái tạo với độ khả dụng của bộ điện phân. Một nguồn năng lượng mặt trời hoặc gió có thể cung cấp ít giờ sử dụng được hơn số giờ mà bộ điện phân có thể vận hành về mặt kỹ thuật. Nếu nguồn cung từ lưới điện, hệ thống lưu trữ hoặc công suất năng lượng tái tạo lai (hybrid) lấp đầy những khoảng thiếu hụt này, hãy mô hình hóa rõ ràng giá điện và điều kiện tính toán lượng phát thải carbon tương ứng.

Tính thành phần điện trong chi phí sản xuất hydro

Đối với hầu hết các khái niệm hydro xanh, điện là đầu vào lớn nhất và nhạy cảm nhất đối với chi phí sản xuất hydro . Thành phần năng lượng trực tiếp khá đơn giản:

Chi phí điện trên mỗi kg = mức tiêu thụ điện của hệ thống (kWh/kg) × giá điện được cung cấp ($/kWh)

Ở mức 55 kWh/kg và $0,04/kWh, riêng chi phí điện đã đóng góp $2,20/kg trước khi tính đến chi phí nước, hoàn vốn vốn đầu tư, vận hành và bảo trì (O&M), nén khí hoặc lưu trữ. Với cùng hiệu suất nhưng giá điện $0,07/kWh, con số này tăng lên $3,85/kg. Chính sự chênh lệch đó giải thích vì sao việc giả định duy nhất về biểu giá điện không nên được trình bày như một giá trị phổ quát báo giá chi phí hydro xanh .

Mô hình hóa giá điện được cung cấp thay vì chỉ giá điện từ hợp đồng mua điện dài hạn (PPA). Tùy theo cấu hình hệ thống, giá này có thể bao gồm chi phí truyền tải và phân phối, cân bằng nguồn năng lượng tái tạo, ảnh hưởng do cắt giảm công suất (curtailment), phụ phí theo nhu cầu (demand charges), chứng chỉ năng lượng hoặc tổn thất do lưu trữ năng lượng. Một câu hỏi mua sắm hữu ích là: trong các chi phí này, chi phí nào cố định và chi phí nào biến đổi theo sản lượng hydro?

Chuyển đổi vốn đầu tư lắp đặt sang dạng hàng năm và bao gồm toàn bộ phạm vi hệ thống

Sử dụng tổng chi phí CAPEX đã lắp đặt, không chỉ riêng gói điện phân. Các hạng mục chi phí điển hình bao gồm hệ thống điện phân, chuyển đổi điện năng, xử lý nước, làm mát, điều khiển, công trình dân dụng, lắp đặt, thiết kế kỹ thuật, kết nối với lưới điện hoặc nguồn năng lượng tái tạo, nén khí và thiết bị xử lý hydro phù hợp tại điểm giao hàng.

Một phương pháp phổ biến để tính toán chi phí theo năm sử dụng hệ số phục hồi vốn (CRF):

CRF = r(1+r) ⁿ / ((1+r) ⁿ − 1)

ở đâu r là tỷ lệ chiết khấu và n là tuổi thọ dự án tính bằng năm. Sau đó:

CAPEX theo năm = tổng chi phí CAPEX đã lắp đặt × CRF

Chia CAPEX theo năm cho sản lượng hydro hàng năm để xác định mức đóng góp của nó vào chi phí $/kg Chi phí sản xuất hydro trên mỗi kilogram (LCOH) . Giữ riêng chi phí thay thế bộ stack nếu dự án dự kiến thực hiện việc này trong vòng đời kinh tế của nó. Việc đưa chi phí thay thế trong tương lai vào CAPEX ban đầu có thể làm mờ đi các tác động liên quan đến thời điểm và tài chính.

Mô hình hóa các chi phí vận hành thường bị tính thiếu

Nước thường có quy mô nhỏ hơn điện trong một báo giá chi phí hydro xanh mô hình, nhưng xử lý nước, xử lý nước thải, làm mát và các ràng buộc về địa điểm vẫn có thể ảnh hưởng đến quyết định dự án. Chi phí bảo trì và vận hành (O&M) cố định nên bao gồm bảo trì theo kế hoạch, nhân sự (nếu có liên quan), kiểm tra, giám sát, bảo hiểm và các thỏa thuận dịch vụ. Chi phí O&M biến đổi có thể theo dõi số giờ vận hành, công suất xử lý, vật tư tiêu hao hoặc tình trạng sức khỏe của bộ pin.

Đưa yếu tố suy giảm vào như một đầu vào kinh doanh, chứ không chỉ là ghi chú kỹ thuật. Việc tăng dần kWh/kg theo thời gian làm giảm sản lượng cung cấp thực tế trong khuôn khổ ngân sách điện cố định, trong khi sự cố ngừng hoạt động hoặc thay thế thiết bị sẽ làm giảm mẫu số. Hướng dẫn về công cụ tính chi phí sản xuất hydro xanh (LCOH) của European Clean Hydrogen Observatory coi mức tiêu thụ điện là giá trị trung bình kWh/kg trong suốt vòng đời kinh tế — đây là lời nhắc hữu ích để kiểm tra các giả định dựa trên toàn bộ vòng đời thay vì chỉ dựa trên thông số danh định.

Chạy trường hợp cơ sở và các trường hợp nhạy cảm

Đáng tin cậy Chi phí sản xuất hydro trên mỗi kilogram (LCOH) ước tính nên thể hiện một tình huống cơ sở kèm theo một tập hợp nhỏ các phân tích độ nhạy minh bạch. Đối với mỗi tình huống, thay đổi một giả định hoặc một nhóm giả định được xác định rõ ràng, sau đó giải thích lý do vận hành đằng sau sự thay đổi đó.

• Tình huống giá điện – công suất: kiểm tra điện từ năng lượng tái tạo đã ký hợp đồng, điện pha trộn và điện có giá cao.
• Tình huống sử dụng công suất: kiểm tra số giờ bị giới hạn bởi nguồn lực, nguồn cung lai (hybrid) và hoạt động gần như liên tục.
• Tình huống hiệu suất: kiểm tra mức tiêu thụ điện (kWh/kg) ở đầu vòng đời và trung bình trong suốt vòng đời.
• Tình huống CAPEX: kiểm tra các thay đổi về chi phí lắp đặt, bao gồm cả phạm vi chi phí cơ sở hạ tầng phụ trợ (balance-of-plant) và kết nối lưới điện.
• Tình huống thay thế: kiểm tra thời gian, chi phí, thời gian ngừng hoạt động và phương thức tài chính.

Cấu trúc này hỗ trợ các quyết định ở giai đoạn cân nhắc vì nó làm rõ biến số nào đáng để đàm phán hoặc tối ưu hóa thêm. Nếu giá điện là yếu tố chi phối kết quả, thì việc giảm báo giá thiết bị có thể không cải thiện đáng kể LCOH. Nếu mức độ sử dụng là yếu tố chi phối, thì việc tăng công suất năng lượng tái tạo, lắp đặt hệ thống lưu trữ, kết nối với lưới điện hoặc lên lịch sản xuất có thể cần được quan tâm nhiều hơn.

Sử dụng cấu hình thiết bị như một đầu vào dự án đã được xác minh

Sau khi ranh giới thương mại được xác định, cấu hình công suất trở thành một đầu vào mô hình thay vì một tuyên bố tiếp thị. Đối với việc xác định phạm vi sơ bộ cho dự án, Hyto Energy cung cấp các trang sản phẩm đã được xác nhận cho 100KW-500KW và 1MW-5MW các cấu hình. Sử dụng dữ liệu về thông số điện, thông số vận hành và ranh giới giao hàng do nhà cung cấp xác nhận trong mô hình; không suy luận hiệu suất dự án chỉ từ nhãn công suất.

Danh sách kiểm tra thực tế để đánh giá LCOH hydro

• Điểm giao hàng đã được xác định chưa: đầu ra của máy điện phân, hydro nén, hydro lưu trữ hay cổng khách hàng?
• Con số tiêu thụ năng lượng có bao gồm cùng các thiết bị phụ trợ trong mọi trường hợp hay không?
• Số giờ vận hành dựa trên khả năng cung cấp năng lượng tái tạo, khả năng kết nối với lưới điện hay cả hai?
• Chi phí đầu tư ban đầu (CAPEX) đã bao gồm chi phí kết nối lưới, xử lý nước, nén khí, công trình dân dụng và chạy thử nghiệm chưa?
• Việc suy giảm hiệu suất bộ pin (stack), thời điểm thay thế, thời gian ngừng hoạt động và giá trị còn lại có được xử lý một cách nhất quán hay không?
• Tất cả các kịch bản phân tích độ nhạy có sử dụng cùng tuổi thọ dự án, tỷ lệ chiết khấu và ranh giới đầu ra hay không?

Đáng tin cậy Chi phí sản xuất hydro trên mỗi kilogram (LCOH) mô hình không đơn thuần là mô hình có giá trị ban đầu thấp nhất. Đó là mô hình có các giả định có thể truy xuất được, có thể đặt câu hỏi và cập nhật khi các hợp đồng mua bán điện, dữ liệu thiết bị và điều kiện hiện trường ngày càng rõ ràng hơn. Bằng cách giữ cho các yếu tố điện năng, mức độ sử dụng, hiệu suất, chi phí đầu tư, chi phí vận hành và bảo trì (O&M), cũng như tài chính luôn minh bạch, một đội ngũ công nghiệp có thể chuyển một cuộc thảo luận tổng quát thành báo giá chi phí hydro xanh so sánh dự án cụ thể và khả thi.