Ocena kosztów produkcji wodoru z wykorzystaniem energii pochodzącej z instalacji fotowoltaicznej wybudowanej w Polsce

• Autorzy: Filar Bogdan , Miziołek Mariusz , Kwilosz Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.06.05

Warianty tytułu

EN

Assessment of hydrogen production costs with the use of energy from a photovoltaic installation build in Poland

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W 2020 r. Komisja Europejska (KE) ogłosiła strategię wodorową spójną z założeniami Europejskiego Zielonego Ładu. Strategia zakłada ograniczenie wykorzystania paliw kopalnych do produkcji energii i zastępowanie ich energią odnawialną (OZE), produkowaną głównie przez farmy wiatrowe oraz solarne. Sumaryczna moc uruchomionych instalacji fotowoltaicznych (PV) w Polsce w listopadzie 2021 r. osiągnęła wartość 7,1 GW. Obecnie największą elektrownią fotowoltaiczną w Polsce jest elektrownia o mocy 70 MW wybudowana przez ZE PAK w Brudzewie. Nadwyżki energii pochodzącej z OZE mogłyby zostać wykorzystane do produkcji tzw. zielonego wodoru. W publikacji przedstawiono wyniki analizy, której celem było określenie szacunkowych kosztów produkcji wodoru przez elektrolizer zasilany energią pochodzącą z farmy fotowoltaicznej (PV). W przeprowadzonej analizie założono, że wodór będzie produkowany przez elektrolizer PEM o mocy 2,5 MW. W związku z tym, że ilość produkowanej energii jest zmienna w czasie, to ilość produkowanego wodoru obliczono dla instalacji o mocy zmieniającej się w zakresie 7–11 MW. Zakres minimalny wielkości instalacji był tak dobrany, aby w czerwcu (najlepszym miesiącu dla fotowoltaiki w Polsce) elektrolizer mógł pracować z całą mocą. Natomiast górny zakres mocy instalacji, wynoszący 11 MW, został określony w taki sposób, aby elektrolizer pracował z maksymalną mocą od marca do października. Obliczenia wykazały, że instalacja o mocy 7 MW pozwoli wyprodukować około 1,34 mln mn 3 wodoru, podczas gdy instalacja o mocy 11 MW może wyprodukować około 1,7 mln mn 3 wodoru. W dalszej kolejności obliczono nakłady inwestycyjne dla wszystkich wariantów budowy instalacji fotowoltaicznej. Koszt budowy instalacji o mocy 7–11 MW zmieniał się w przedziale 34,4–44,7 mln zł. Natomiast roczne koszty operacyjne eksploatacji instalacji o mocy 7–11 MW zmieniały się w przedziale 1,19–1,4 mln zł. W dalszej kolejności obliczono koszt wyprodukowania 1 mn 3 wodoru, zakładając eksploatację całej instalacji przez 20 lat. Koszt produkcji 1 mn 3 wodoru uzyskano dzieląc sumę zdyskontowanych kosztów inwestycyjnych i operacyjnych, uzyskaną w okresie 20 lat, przez sumę zdyskontowanej ilości wyprodukowanego wodoru. Obliczenia wykazały, że optymalna instalacja PV dla elektrolizera o mocy 2,5 MW posiada moc 9 MW. Koszt produkcji wodoru obliczony dla instalacji PV o mocy 9 MW wyniósł 3,17 zł/mn 3.

EN

In 2020, the European Commission (EC) announced a hydrogen strategy consistent with the principles of the European Green Deal. The strategy assumes limiting the use of fossil fuels for energy production and replacing them with renewable energy (RES) produced mainly by wind and solar farms. The power of launched photovoltaic (PV) installations in Poland in November 2021 reached a total value of 7.1 GW. Currently, the largest photovoltaic power plant in Poland is the one built by ZE PAK in Brudzewo with a capacity of 70 MW. Surplus energy from RES could be used to produce “green” hydrogen. This publication presents the results of the analysis aimed at determining the estimated costs of hydrogen production by an electrolyser powered by energy from a photovoltaic (PV) farm. In the conducted analysis, it was assumed that hydrogen will be produced by the PEM electrolyser with a capacity of 2.5 MW. Since the amount of produced energy varies with time, the amount of produced hydrogen was calculated for installations with a capacity of 7–11 MW. The minimum installation size was selected so as to allow the electrolyser to operate at full capacity in June (the best month for photovoltaics in Poland). On the other hand, the upper power range of the installation, amounting to 11 MW, was defined in such a way so as to allow the electrolyser to operate at maximum power from March to October. Calculations have shown that the 7 MW installation will produce approximately 1.34 million mn 3 of hydrogen, while an 11 MW plant can produce about 1.7 million mn 3 of hydrogen. Subsequently, the investment outlays were calculated for all variants of building a photovoltaic installation. The cost of building the installation with a capacity of 7–11 MW varied in the range of PLN 34.4–44.7 million. On the other hand, the annual operating costs for the operation of installations with a capacity of 7–11 MW varied in the range of PLN 1.19–1.4 million. Subsequently, the cost of producing 1 mn 3 of hydrogen was calculated, assuming the operation of the entire installation for 20 years. The cost of producing 1 mn 3 of hydrogen was obtained by dividing the sum of discounted investment and operating costs obtained over a period of 20 years by the sum of the discounted amount of produced hydrogen. The calculations showed that the optimal size of the PV installation for a 2.5 MW electrolyser has a capacity of 9 MW. The cost of hydrogen production, calculated for a 9 MW PV installation, was PLN 3.17 mn3.

Słowa kluczowe

PL

wodór; fotowoltaika; energia; OZE

EN

hydrogen; photovoltaics; renewable energy

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 6
• Strony: 451--459
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Filar Bogdan

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Miziołek Mariusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kwilosz Tadeusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Biernaciak E., 2022. Fotowoltaika w Polsce – Podsumowanie 2021 roku. Raport. <https://enerad.pl/aktualnosci/fotowoltaika-w-polsce-podsumowanie-2021-roku/> (dostęp: luty 2022).
• Blain L., 2022. Record-breaking hydrogen electrolyzer claims 95% efficiency. <https://newatlas.com/energy/hysata-efficient-hydrogen-electrolysis/Record-breaking hydrogen electrolyzer claims 95% efficiency> (dostęp: kwiecień 2022).
• Bloomenergy, 2021. The role of solid oxide technology in the hydrogen economy: a primer. <https://resources.bloomenergy.com/ the-role-of-solid-oxide-technology-in-the-hydrogen-economy>(dostęp: grudzień 2021).
• Burgess J., 2021. European green hydrogen costs, S&P Global Platts.<https://www.spglobal.com/platts/en/market-insights/latest-news/electric-power/102221-european-green-hydrogen-costs-already- -competitive-with-fossil-fuels-say-producers> (dostęp: grudzień 2021).
• Ciechanowska M., 2020. Europejski Zielony Ład wyzwaniem dla transformacji polskiego przemysłu naftowego i gazowniczego. Nafta-Gaz, 76(10): 757–761. DOI: 10.18668/NG.2020.10.12.
• Enerad, 2021. Największe farmy fotowoltaiczne w Polsce. <https://enerad.pl/fotowoltaika/najwieksze-farmy-fotowoltaiczne-w-polsce-ranking/> (dostęp: luty 2022).
• Godula-Jopek A., 2015. Hydrogen Production by Electrolysis. WileyVCH Verlag GmbH & Co. KGaA. DOI: 10.1002/9783527676507.
• Gupta R.B., 2009. Hydrogen Fuel: Production, Transport, and Storage. CRC Press Inc. ISBN 978-1-4200-4575-8.
• GUS, 2021. Średnie ceny gruntów. <https://www.gov.pl/web/arimr/srednie-ceny-gruntow-wg-gus> (dostęp: grudzień 2021).
• NREL, 2021. Documenting a Decade of Cost Declines for PV Systems.<https://www.nrel.gov/news/program/2021/documenting-a-decade-of-cost-declines-for-pv-systems.html> (dostęp: grudzień 2021).
• Piskowska-Wasiak J., 2020, Doświadczenia i perspektywy procesu Power to Gas. Nafta-Gaz, 76(12): 951–954. DOI: 10.18668/NG.2020.12.09. Polsat News, 2021. Największa elektrownia słoneczna w Polsce już działa i produkuje prąd. <https://www.polsatnews.pl/wiadomosc/2021-10-28/najwieksza-elektrownia-sloneczna-w-polscejuz-dziala-i-produkuje-prad/> (dostęp: grudzień 2021).
• Raballo S., Llera J., Perez A., Bolcich J.C., 2010. Clean Hydrogen Production in Patagonia, Argentina. 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC 2010. Rynek Elektryczny, 2022. Prawie wszystkie nowe instalacje OZE tofotowoltaika. <https://www.rynekelektryczny.pl/moc-zainstalowana-oze-w-polsce/> (dostęp: luty 2022).
• Schmidt O., Gambhir A., Staffell I., Hawkes A., Nelson J., Few S., 2017. Future cost and performance of water electrolysis: An expert elicitation study. International Journal of Hydrogen Energy,42(52): 30470–30492. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.10.045.
• Ulbrich R., 2020. Analiza pracy domowej mikro instalacji fotowoltaicznej po 2 latach eksploatacji. Instal, 5: 6–10. DOI:10.36119/15.2020.5.1.
• Voltaic System, 2021. Farma fotowoltaiczna – koszty i zyski. <https:// voltaicsystem.pl/farma-fotowoltaiczna-koszty-i-zyski/> (dostęp: luty 2022).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).