یک مدل جدید ،  تجزیه و تحلیل فنی-اقتصادی تولید هیدروژن را ساده می کند

29 دسامبر 2022 – توسط ناتاشا نگوین، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر-اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0

پیش‌بینی می‌شود که تقاضا برای هیدروژن در ایالات متحده تا سال 2050 چندین برابر افزایش یابد زیرا تولید آن  رقابتی‌تر می‌شود. اگرچه هیدروژن یکی از فراوان‌ترین عناصر روی زمین است، هیدروژن مولکولی به طور طبیعی در طبیعت یافت نمی‌شود و باید از مواد اولیه مانند آب، زیست توده یا سوخت‌های فسیلی تولید شود و همه این فرآیندها نیاز به ورودی انرژی دارند.

توانایی تجزیه و تحلیل عملکرد اقتصادی مسیرهای مختلف تولید هیدروژن حیاتی است زیرا صنایع به دنبال انتقال به انرژی های تجدیدپذیر هستند. این توانایی –تحلیل فنی-اقتصادی– هزینه های سرمایه، هزینه های عملیاتی و درآمد را بر اساس متغیرهای فنی و مالی برآورد می کند. نتایج به شناسایی موانع موفقیت فناوری‌ها، محرک‌های هزینه اولیه و چالش‌های باقی‌مانده تحقیق و توسعه کمک می‌کند.

مدل جدید Hydrogen Analysis Lite Production (H2A-Lite) یک نمای فنی-اقتصادی سطح بالا از فناوری های منتخب تولید هیدروژن ارائه می دهد. این مدل که توسط آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) ایجاد شده است، بخشی از مجموعه ای از ابزارهای تجزیه و تحلیل هیدروژن است که به طور فعال در حال توسعه هستند.

مایکل (میشو) پنیف، تحلیلگر ارشد زیرساخت و تجزیه و تحلیل ذخیره انرژی در NREL، که در حال حاضر در حال حاضر به جزئیات در ایالات متحده می پردازد، گفت: «مدل H2A دقیق است، با اطلاعات فرآیندی در مورد هر یک از فناوری های تولید که به شما کمک می کند تا سناریوهای تولید متفاوت را محاسبه کنید. وزارت انرژی (DOE). در مدل Lite، ما بر روی قابل دسترس‌تر کردن این چارچوب برای مجموعه گسترده‌تری از مخاطبان تمرکز می‌کنیم.»

مسیرهای فعلی تولید هیدروژن شامل فرآیندهای ترموشیمیایی، الکترولیتی، تقسیم آب مستقیم خورشیدی و فرآیندهای بیولوژیکی است. این فناوری ها در مراحل مختلف بلوغ هستند و تلاش های تحقیقاتی برای کاهش هزینه ها و به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی از بسیاری از این مسیرهای تولید در حال انجام است.

H2A-Lite به عنوان توسعه مدل‌های تولید تجزیه و تحلیل هیدروژن (H2A) و مطالعات موردی توسعه داده شد. مدل تولید H2A ابزار رسمی DOE برای انجام تجزیه و تحلیل فنی-اقتصادی عمیق مسیرهای تولید هیدروژن است و برای انتشار مطالعات موردی رسمی DOE استفاده می‌شود که در آن NREL یک همکار کلیدی است.

با این حال، بر خلاف H2A، H2A-Lite یک تجزیه و تحلیل فنی-اقتصادی سطح بالا را تنها با حداقل تعداد ورودی ارائه می دهد. این ممکن است مانند وارد کردن تنها یک فناوری تولید هیدروژن انتخابی و تطبیق مقادیر پیش‌فرض فناوری با مقیاس‌های خاص یا قیمت‌های انرژی منطقه‌ای به نظر برسد. این حداقل ورودی‌ها را برای برآورد مقیاس، سرمایه و عملیات، و همچنین مشخصه‌های انتشار آلاینده‌های گازهای گلخانه‌ای و معیارها استفاده می‌کند. پیش بینی قیمت انرژی و مواد اولیه بر اساس داده های فعلی منتشر شده در آخرین چشم انداز سالانه انرژی از اداره اطلاعات انرژی است.

مفروضات داخلی H2A-Lite در مورد جنبه های جامع فناوری های تولید هیدروژن را می توان به طور کامل سفارشی کرد. بخش اول مدل، انتخاب فن‌آوری‌های زنجیره‌ی تولید و تامین و دستکاری پارامترهای کلیدی هزینه و عملکرد را برای بررسی هزینه‌های پیش‌بینی‌شده و تاثیر انتشارات را امکان‌پذیر می‌سازد. بخش دیگر به کاربران اجازه می دهد تا نقاط داده سالانه را برای هزینه، استفاده و استفاده از تجهیزات هیدروژن ارائه کنند. بخش آخر خلاصه‌ای از صورت‌های درآمد پیش‌بینی‌شده سالانه، صورت‌های جریان نقدی، و ترازنامه‌های فناوری تولید هیدروژن انتخابی را ارائه می‌کند.

هر دو H2A-Lite و H2FAST بر اساس مدل های قبلی NREL هستند که توسط هزاران ذینفع در سراسر جهان استفاده شده است. در مجموع، ابزارهای NREL می‌توانند طیف وسیعی از قابلیت‌های تحلیل فنی-اقتصادی مرتبط با سیستم‌های تولید هیدروژن و ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر را پشتیبانی کنند. از ارزیابی اثرات زیست محیطی استفاده از زمین و آب برای تولید هیدروژن گرفته تا تأثیرات ساخت کارخانه هیدروژن، ابزار NREL می‌تواند راهنمایی عملکرد مواد در سطح بالا و شناسایی شکاف‌های تحقیقاتی را ارائه دهد که به حل برخی از چالش‌های کلیدی انتقال به انرژی‌های تجدیدپذیر کمک می‌کند.