Mô hình đơn giản hóa phân tích sản xuất hydro
của Natasha Nguyen, Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia
Ảnh: Pixabay/CC0
Nhu cầu về hydro ở Hoa Kỳ được dự đoán sẽ tăng gấp nhiều lần vào năm 2050 khi việc sản xuất hydro trở nên cạnh tranh hơn về chi phí. Mặc dù hydro là một trong những nguyên tố phong phú nhất trên Trái đất, nhưng hydro phân tử không tự nhiên được tìm thấy trong tự nhiên và cần được sản xuất từ nguyên liệu thô như nước, sinh khối hoặc nhiên liệu hóa thạch và tất cả các quá trình này đều cần năng lượng đầu vào.
Khả năng phân tích hiệu quả kinh tế của các lộ trình sản xuất hydro khác nhau là rất quan trọng khi các ngành tìm cách chuyển đổi sang năng lượng tái tạo. Khả năng này—phân tích kinh tế-kỹ thuật—ước tính chi phí vốn, chi phí vận hành và doanh thu dựa trên các biến số kỹ thuật và tài chính. Kết quả giúp xác định các rào cản đối với sự thành công của công nghệ, các yếu tố thúc đẩy chi phí chính và các thách thức nghiên cứu và phát triển còn lại.
Mô hình Sản xuất Lite Phân tích Hydro (H2A-Lite) mới cung cấp một cái nhìn kinh tế kỹ thuật cấp cao về các công nghệ sản xuất hydro chọn lọc. Được tạo bởi Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia (NREL), mô hình này là một phần của bộ công cụ phân tích hydro đang được tích cực phát triển.
Michael (Misho) Penev, nhà phân tích cấp cao về phân tích cơ sở hạ tầng và lưu trữ năng lượng tại NREL, hiện đang làm việc chi tiết tại Hoa Kỳ cho biết: “Mô hình H2A rất nghiêm ngặt, với thông tin quy trình về từng công nghệ sản xuất giúp bạn thực sự tính toán các kịch bản sản xuất đa dạng”. Bộ Năng lượng (DOE). "Trong mô hình Lite, chúng tôi đang tập trung vào việc làm cho khuôn khổ đó dễ tiếp cận hơn với nhiều đối tượng hơn."
Các lộ trình sản xuất hydro hiện tại bao gồm các quá trình nhiệt hóa, điện phân, tách nước trực tiếp bằng năng lượng mặt trời và các quá trình sinh học. Những công nghệ này đang trong các giai đoạn trưởng thành khác nhau và các nỗ lực nghiên cứu đang được tiến hành để giảm chi phí và giảm thiểu tác động môi trường từ nhiều quy trình sản xuất này.
Đơn giản hóa phân tích sản xuất hydro
H2A-Lite được phát triển như một phần mở rộng của các mô hình sản xuất và nghiên cứu điển hình về Phân tích Hydro (H2A). Mô hình sản xuất H2A là công cụ chính thức của DOE để thực hiện phân tích kinh tế kỹ thuật chuyên sâu về các lộ trình sản xuất hydro và được sử dụng để xuất bản các nghiên cứu điển hình chính thức của DOE trong đó NREL là cộng tác viên chính.
Tuy nhiên, không giống như H2A, H2A-Lite cung cấp phân tích kinh tế kỹ thuật cấp cao chỉ với số lượng đầu vào tối thiểu. Điều này có thể giống như việc chỉ nhập một công nghệ sản xuất hydro được lựa chọn và điều chỉnh các giá trị mặc định của công nghệ cho các quy mô cụ thể hoặc giá năng lượng khu vực. H2A-Lite sử dụng các thông tin đầu vào tối thiểu này để đưa ra các ước tính về quy mô, vốn và hoạt động, cũng như các đặc điểm khí thải gây ô nhiễm và khí nhà kính. Dự đoán giá năng lượng và nguyên liệu dựa trên dữ liệu hiện tại được công bố trong Triển vọng năng lượng hàng năm mới nhất từ Cơ quan quản lý thông tin năng lượng.
Các giả định tích hợp sẵn của H2A-Lite về các khía cạnh toàn diện của công nghệ sản xuất hydro có thể được tùy chỉnh hoàn toàn. Phần đầu tiên của mô hình cho phép lựa chọn công nghệ sản xuất và chuỗi cung ứng cũng như thao tác với các thông số hiệu suất và chi phí chính để kiểm tra chi phí dự kiến và tác động phát thải. Một phần khác cho phép người dùng cung cấp các điểm dữ liệu hàng năm về chi phí nguyên liệu hydro, việc sử dụng và mức sử dụng thiết bị. Phần cuối cùng cung cấp một bản tóm tắt các báo cáo thu nhập dự kiến hàng năm, báo cáo lưu chuyển tiền tệ và bảng cân đối kế toán của công nghệ sản xuất hydro đã chọn.
Cả H2A-Lite và H2FAST đều dựa trên các mô hình NREL trước đây đã được hàng nghìn bên liên quan trên khắp thế giới sử dụng. Được kết hợp với nhau, các công cụ của NREL có thể hỗ trợ nhiều khả năng phân tích kinh tế kỹ thuật liên quan đến hệ thống sản xuất hydro và tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo. Từ việc đánh giá tác động môi trường của việc sử dụng đất và nước để sản xuất hydro đến tác động của việc xây dựng nhà máy hydro, các công cụ của NREL có thể cung cấp hướng dẫn về hiệu suất vật liệu cấp cao và xác định các lỗ hổng nghiên cứu sẽ giúp giải quyết một số thách thức chính của quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo năng lượng.
