Techno-economic analysis of a solid oxide electrolyzer plant

Hydrogen is foreseen to become a relevant energy vector in decarbonised energy systems. To attain this role, it is of foremost importance to develop cost-competitive systems for hydrogen production from renewable energy sources. Among these, solid oxide electrolysis (SOE) systems receive large attention thanks to the expected high electrical efficiency. This study investigates the techno-economic performance of a large-scale SOE system, focusing primarily on cost estimation. The analysis adopts a bottom-up approach, starting from the parameters derived from process simulation, and considering all components from the stack to the balance of plant (BoP). Results indicate that, although stack fabrication and high-temperature balance-of-plant components contribute notably to capital expenditure, the levelized cost of hydrogen (LCOH) is primarily driven by the input electricity cost. Variations in electricity costs overshadow the effects of investment in specialized materials, making the availability of inexpensive electricity supply the key determinant in overall project feasibility. Moreover, both high plant utilization and large-scale manufacturing of SOE stacks improve capital amortization, reducing unit costs. The findings underscore the potential economic viability of SOE, provided that competitive electricity rates are secured and capacity factors remain sufficiently high to dilute fixed expenses.

L’idrogeno è destinato a diventare un vettore energetico di rilievo nei sistemi energetici decarbonizzati. Per raggiungere tale obiettivo, è di fondamentale importanza sviluppare sistemi economicamente competitivi per la produzione di idrogeno a partire da fonti rinnovabili. In questo contesto, i sistemi di elettrolisi ad ossidi solidi (SOE) suscitano notevole interesse grazie all’elevata efficienza elettrica prevista. Il presente studio analizza le prestazioni tecno-economiche di un sistema SOE di larga scala, concentrandosi in primo luogo sulla stima dei costi. L’analisi adotta un approccio “bottom-up”, basato sui parametri derivati dalla simulazione di processo e tenendo conto di tutte le componenti, dallo stack all’insieme delle unità periferiche (balance of plant, BoP). I risultati mostrano che, sebbene la fabbricazione degli stack e i componenti ad alta temperatura del BoP incidano significativamente sul capitale investito, il costo livellato dell’idrogeno (LCOH) è determinato in via prioritaria dal costo dell’energia elettrica in ingresso. Le variazioni del costo dell’elettricità superano l’effetto dell’investimento in materiali specializzati, rendendo decisiva la disponibilità di energia elettrica a basso costo per la fattibilità complessiva del progetto. Inoltre, sia l’elevato fattore di utilizzo dell’impianto sia la produzione di stack SOE su larga scala favoriscono una migliore ripartizione dei costi fissi, abbassando il costo unitario. I risultati evidenziano, dunque, la potenziale sostenibilità economica delle tecnologie SOE, a condizione che si disponga di tariffe elettriche competitive e che gli impianti operino con fattori di capacità sufficientemente elevati da diluire le spese fisse.