Calculateur d’hydrogène vert : production de l’électrolyseur et coût actualisé (LCOH)

Comment fonctionne ce calculateur d’hydrogène vert

L’hydrogène vert est produit en décomposant l’eau dans un électrolyseur alimenté en électricité renouvelable. La physique ne change pas : chaque kilogramme demande au moins 39,4 kWh. Le coût, lui, varie. Il dépend du rendement et du prix de l’électrolyseur, de ses heures de fonctionnement annuelles et du prix de l’électricité. Le calculateur met ces éléments côte à côte :

1. Production. Puissance de l’électrolyseur × heures de fonctionnement (issues du facteur de charge de votre alimentation) ÷ consommation spécifique donne les kilogrammes par an. La dégradation des stacks augmente la consommation au fil de leur vie : le calculateur applique la moyenne.
2. Ressources. Consommation d’eau, oxygène coproduit et, pour la SOEC, vapeur.
3. Coût actualisé (LCOH). L’investissement est annualisé avec le facteur de recouvrement du capital à votre WACC. Les remplacements de stacks sont actualisés puis annualisés eux aussi. On ajoute l’exploitation-maintenance fixe, l’électricité, la compression, l’eau et la chaleur, puis on divise le total par la production annuelle.
4. Sensibilité. Un graphique du LCOH en fonction du facteur de charge pour trois prix de l’électricité. Il montre l’arbitrage entre une électricité intermittente bon marché et une électricité garantie chère plus clairement que n’importe quel tableau.

Les formules

Exemple chiffré : 10 MW alcalin sur un PPA éolien-solaire

Les valeurs par défaut modélisent un électrolyseur alcalin de 10 MW (52 kWh/kg à neuf) alimenté par un approvisionnement hybride solaire et éolien avec un facteur de charge de 55 % à 45 €/MWh :

• il tourne environ 4 820 heures équivalentes pleine puissance et consomme 48 GWh d’électricité ;
• avec une dégradation de 0,12 %/1 000 h, la consommation moyenne sur la vie d’un stack avoisine 54,5 kWh/kg (61 % de rendement sur PCI), pour environ 880 tonnes d’hydrogène par an, soit 2,4 t par jour ;
• il a besoin d’environ 13 000 m³ d’eau et rejette 7 000 t d’oxygène ;
• l’investissement à 1 600 €/kW atteint 16 millions d’euros, avec un remplacement de stack après environ 16 à 17 ans ;
• LCOH ≈ 4,5 €/kg : électricité 2,45 €, capital 1,55 €, exploitation-maintenance 0,36 €, remplacement de stack 0,12 € et eau 0,03 € par kg.

Vendu à 6 €/kg, l’hydrogène donne au projet une VAN positive d’environ 15 millions d’euros. Passez au préréglage 1 MW PEM sur solaire et le LCOH bondit au-delà de 10 €/kg : petite taille, investissement plus élevé et facteur de charge de 22 % le tirent tous vers le haut. Le préréglage objectif 2030 (700 €/kW, 25 €/MWh) montre le chemin vers les quelque 2 €/kg que visent les pouvoirs publics.

Comment lire les résultats

• Production d’hydrogène : tonnes par an, moyenne journalière et production horaire à pleine charge.
• LCOH : comparez-le à l’hydrogène gris (environ 1 à 3 par kg), aux prix des appels d’offres subventionnés ou à la valeur du combustible remplacé. Le chiffre par MWh (PCI) permet de le mettre en regard du gaz naturel.
• Décomposition du LCOH : si l’électricité domine, travaillez le rendement et le prix de l’électricité. Si le capital domine, augmentez le taux d’utilisation.
• Graphique de sensibilité : chaque courbe chute fortement aux faibles facteurs de charge et s’aplatit au-delà de 50 à 60 %. Le meilleur point équilibre une électricité intermittente moins chère et un capital qui reste inutilisé.

Valeurs typiques

Conversions utiles : 1 kg H₂ = 33,3 kWh (PCI) = 39,4 kWh (PCS) ≈ 11,1 Nm³ ; une voiture à pile à combustible consomme environ 0,8 à 1 kg aux 100 km ; une tonne d’hydrogène permet de fabriquer environ 5,7 t d’ammoniac.

Conseils pour réduire le LCOH

• Augmentez le taux d’utilisation. Combiner éolien et solaire, ou ajouter un petit complément réseau, abaisse souvent le LCOH même avec un prix moyen de l’électricité plus élevé.
• Surdimensionnez les renouvelables par rapport à l’électrolyseur pour qu’il passe plus d’heures à pleine charge.
• Vendez les coproduits. L’oxygène ou la chaleur basse température récupérée peuvent réduire les coûts de plusieurs pour cent.
• Surveillez la durée de vie et la dégradation des stacks. Un stack plus durable peut vous épargner un coûteux remplacement à mi-vie.
• Comptez la compression et le stockage. Une livraison à 350–700 bar ou sous forme liquide ajoute 2 à 12 kWh/kg (saisissez-le dans le champ compression), plus le coût du stockage.
• Modélisez l’alimentation elle-même avec le calculateur de parc éolien ou le simulateur de panneaux solaires.

Limites

Le modèle suppose un facteur de charge uniforme et un prix de l’électricité constant. L’approvisionnement renouvelable réel fluctue, et les limites de charge minimale, les rampes, le stockage d’hydrogène et les contraintes d’enlèvement réduisent tous le taux d’utilisation effectif. Les taxes, les frais de réseau, le foncier, la structure de financement, le transport et les subventions sont exclus. Les chiffres d’investissement évoluent vite et diffèrent beaucoup selon les fournisseurs et les régions : vérifiez des sources récentes comme la Global Hydrogen Review de l’AIE avant de vous fier à un chiffre isolé.

Méthode et hypothèses

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