Технико-экономическая модель автономного комплекса по производству «зелёного» водорода и её апробация на примере Монголии и Японии

Abstract

Актуальность. Представлена технико-экономическая модель комплекса по производству сжиженного водорода с энергоснабжением исключительно от возобновляемых источников энергии. Модель позволяет проводить сравнение технико-экономических показателей производства «зелёного» сжиженного водорода в различных локациях, учитывая их природно-климатические и технико-экономические условия. Особенностью предлагаемой модели является рассмотрение основных технологических процессов производства, преобразования и хранения водорода с учетом годового почасового профиля возможной генерации энергии возобновляемыми источниками и графика отгрузки сжиженного водорода в качестве товарной продукции. Использование модели актуально на стадии предпроектных исследований по созданию водородных производств в регионах, имеющих высокий потенциал ВИЭ, но при этом удаленных от электроэнергетической инфраструктуры; позволит повысить обоснованность оценок для принятия инвестиционных решений. Цель: разработать технико-экономическую модель такого комплекса и осуществить проверку её работоспособности на примере оценки нормированной стоимости производства «зелёного» сжиженного водорода для выбранных локаций в Монголии и Японии. Объекты: автономный комплекс по производству «зелёного» водорода. Методы. Основу модели составляет оптимизационная задача математического программирования, решение которой позволяет определить уровень и структуру затрат на производство сжиженного водорода с использованием солнечной и ветровой энергии. Результаты. Для проверки работоспособности модели были получены сравнительные оценки нормированной стоимости производства товарной продукции - 10 тыс. т/год сжиженного «зелёного» водорода для локаций в Монголии (восточное побережье оз. Хубсугул) и Японии (прибрежные районы префектуры Ямагата), составляющие соответственно 10,8 и 13,4 $ /кг.

The relevance. The paper presents a technical and economic model of a liquefied hydrogen production complex supplied only by renewable energy. The model compares technical and economic indicators of «green» liquefied hydrogen production in different locations subject to their climate, technical and economic conditions. The unique characteristic of the proposed model is that it considers the main technological processes for hydrogen production, conversion and storage, taking into account the annual hourly profile of possible renewable energy generation and shipping schedule of liquefied hydrogen as a commercial output. Employing the model will be relevant at the stage of pre-feasibility studies devoted to the creation of hydrogen energy productions in regions with high renewable energy potentials and remote from power infrastructure and allow enhancing reasonableness of estimations when taking investment decisions. The main aim: to develop a technical and economic model of such a complex and to test it by estimating the levelized cost of «green» liquid hydrogen for selected locations in Mongolia and Japan. Object: the autonomous complex for production of «green» hydrogen. Methods. The model is based on an optimization problem that determines the level and structure of costs born to produce liquefied hydrogen using solar and wind energy. Results. For verification of the model the comparative estimations for production of 10000 tonnes per year of the liquefied «green» hydrogen were calculated. The costs for locations in Mongolia (east coast of Lake Hubsugul) and Japan (coastal areas of Yamagata Prefecture) amount to $10,8 per kg and $13,4 per kg, respectively.