Ikgadējās atbilstības prasības jauniem IRA nodokļu kredītiem varētu uzsākt ekonomiski konkurētspējīgu zaļā ūdeņraža ražošanu

_{Autori Melānija Vargasa, Kara Maknuta un Kriss Seiple}

Ūdeņradim var būt izšķiroša nozīme Amerikas Savienoto Valstu ceļā uz nulles līmeni kā degvielai ar zemu oglekļa saturu, lai atbalstītu dekarbonizāciju grūti elektrificējamās enerģijas pieprasījuma nozarēs. Inflācijas samazināšanas likuma 45 V ražošanas nodokļa atlaide ir paredzēta, lai stimulētu zema oglekļa satura ūdeņraža ieviešanu, paātrinot mācīšanās līkni un ļaujot samazināt izmaksas.

Vislielākās nodokļu atlaides par zemāko oglekļa ūdeņradi sasniedz līdz pat USD 3/kg. Tomēr noteikumi par to, kā tiks mērīta ūdeņraža oglekļa intensitāte (CI), un potenciālie mehānismi emisiju kompensēšanai, piemēram, atjaunojamās enerģijas kredīti (REC), joprojām tiek izstrādāti. Šie noteikumi, kurus pašlaik definē Valsts kases departaments, varētu būtiski ietekmēt elektrolītiskā vai zaļā ūdeņraža projektu ekonomisko konkurētspēju un CI un elektrotīklu absolūtās emisijas.

Rezultātā ūdeņraža CI laika saskaņošana pēdējos mēnešos ir kļuvusi par ļoti aktuālu tēmu rūpniecības un politiskajās aprindās. Debates galvenokārt ir vērstas uz elektrolizatoriem, kas pilnībā vai daļēji nodrošina tīkla elektrību. Dažas organizācijas vēlētos, lai zaļā ūdeņraža izstrādātāji pierādītu, ka viņi patērē 100% atjaunojamo enerģiju, saskaņojot savu elektrolizatoru elektroenerģijas patēriņu ar atjaunojamās enerģijas ražošanu stundā. Citi apgalvo, ka šīs prasības ierobežos ekonomiku un zaļā ūdeņraža projektu ieviešanu.

Ņemot vērā plašo perspektīvu kopumu par šo tēmu, Wood Mackenzie nolēma pārbaudīt ar tīklu savienotas zaļā ūdeņraža ražošanas ietekmi. Mēs apskatījām ietekmi uz elektrotīklu un ūdeņraža ražošanas CI, kā arī elektrolizatora jaudas koeficientus saskaņā ar scenāriju, kas pieļauj REC un stundu saskaņošanas politiku, kurā elektrolizatora slodze atbilstu attiecīgajiem atjaunojamās enerģijas ražošanas profiliem.

Mēs izmantojām mūsu patentēto elektroenerģijas tirgu un izlīdzināto ūdeņraža izmaksu (LCOH) modeļus, lai analizētu šo ietekmi divos unikālos elektroenerģijas tirgos — ERCOT South un WECC Arizona. Katrā tirgū mēs novērtējām 250 MW elektrolizatora jaudas pievienošanas tīklam ietekmi, un tika pieņemts, ka ūdeņraža izvēršana notika ar proporcionālu atjaunojamās enerģijas palielināšanu, lai atbalstītu elektrolizatora slodzi un vietējo REC ģenerēšanu. Pēc tam šī analīze tika salīdzināta ar mūsu balstītajiem gadījuma stundas ģenerēšanas, cenu noteikšanas un emisiju datiem par katru tirgu.

Ekonomiskās sekas ir skaidras

Mūsu analīze atklāja, ka ikgadējais saskaņošanas scenārijs, kas ļauj REC izmantot kā kompensācijas mehānismu, var radīt nulles CI un ekonomiski konkurētspējīgu zaļā ūdeņraža ražošanu. Un otrādi, stundu saskaņošanas prasības atkarībā no to ieviešanas var radīt nelabvēlīgu ekonomiku zaļā ūdeņraža ieviešanai, ierobežojot darba stundas ar tām, kurās ir pieejami atjaunojamie resursi, galu galā samazinot elektrolizatora jaudas koeficientu. Rezultātā operatoriem ir jāsadala savas izmaksas mazākam ūdeņraža ražošanas apjomam, pieprasot augstāku cenu, lai atgūtu savu kapitālu par katru pārdotā ūdeņraža kilogramu.

Izmantojot atjaunojamo enerģijas avotu tiešu stundu saskaņošanu, mūsu analīze liecina, ka elektrolizatora jaudas koeficients no 46 līdz 72% noved pie LCOH palielināšanās par 68% līdz 175% salīdzinājumā ar ikgadējo atbilstības scenāriju, kas ļauj operatoriem sasniegt jaudas koeficientu 100 %.

WECC Arizonas tirgū rezultāti ir tādi, ka LCOH (ar piemērojamo nodokļu atlaidi 3 $/kg) pieaug no aptuveni 2 $/kg 2025. gadā un 1.50 $/kg 2030. gadā, saskaņā ar gada atbilstības scenāriju, līdz aptuveni 4–5 $/kg stundu saskaņošanas scenārijs. Šāda izmaksu pieauguma pakāpe varētu aizkavēt spēju ražot zaļo ūdeņradi par izmaksu paritāti ar zemākām izmaksām, zilo vai pelēko ūdeņradi, galu galā kavējot ekonomisko konkurētspēju un gan ar tīklu savienota, gan 100% atjaunojamā zaļā ūdeņraža kā zema oglekļa satura degvielu pieņemšanu.

Un otrādi, gada atbilstības scenārija modelēšana parāda, ka elektrolizators, kas darbojas ar 100% jaudas koeficientu, saskaņā ar ikgadējo saskaņošanas režīmu, kas pieļauj REC kompensācijas, līdz 2. gadam varētu sasniegt ekonomiku zem 2025 USD/kg un zem 1.50 USD/kg 2030. gadā. abi tirgi. Šis ekonomikas diapazons atbilst zilā ūdeņraža paritātei un atbalsta DOE mērķi attiecībā uz zaļo ūdeņraža LCOH — USD 2/kg līdz 2025. gadam un USD 1/kg līdz 2030. gadam.

CI sekas ir sarežģītākas

Lai gan gada atbilstības scenārijā ekonomika ir labvēlīgāka, ir jāapsver virkne emisiju un oglekļa intensitātes kompromisu. Ikgadējā saskaņošanas gadījumā elektrolizators paļaujas uz tīkla elektrību 19–35% no elektroenerģijas nepieciešamības. Lai gan noteiktās stundās tīklam vairāk jāiegūst siltumenerģijas avoti, atjaunojamo energoresursu pieaugošā ražošana arī izspiež siltumenerģiju atjaunojamo resursu maksimālās stundās, kā rezultātā samazinās tīkla CI. 2025. gadā ERCOT un WECC reģionos tiek novērots tīkla CI samazinājums attiecīgi par 0.2 un 0.5%.

Tomēr pastāv kompromiss starp CI un absolūtajām emisijām. Analīze liecina, ka, neraugoties uz zemāku CI, gan ERCOT, gan WECC tirgū ir vērojams neliels absolūto emisiju pieaugums, jo ir pievienots pieprasījuma avots un palielināta siltumenerģijas vienību izvietošana zemu atjaunojamo resursu stundu laikā. Turklāt, elektrotīkliem kļūstot zaļākiem, ieguvumi, ko sniedz pakāpeniski atjaunojamo energoresursu pievienošana CI, kļūst mazāki, un slodzes palielināšanās rada vēl lielāku siltumenerģijas vienību pievilcību laikā, kad ir maz atjaunojamo resursu. Šīs parādības rezultātā 2025. gadā redzamie KI ieguvumi 2030. gadā ir mazāki, un absolūtās emisijas nedaudz palielinās abos tirgos.

Šo atklājumu dēļ mēs pētījām jutīgumu, lai pārbaudītu dažus mehānismus, lai mazinātu absolūto tīkla emisiju un/vai KI pieaugumu saskaņā ar ikgadējo atbilstības scenāriju. Analīze atklāja, ka neliela atjaunojamo energoresursu pārbūve vai stratēģiska ūdeņraža ražošanas ierobežošana karstuma maksimuma stundās varētu būt efektīvi instrumenti, lai 2020. gados samazinātu šo neparedzēto emisiju ietekmi.

Turklāt ikgadējai saskaņošanai ir nepieciešamas REC kompensācijas, lai ūdeņraža ražošanai nodrošinātu nulles CI. ERCOT South saražotā zaļā ūdeņraža CI pirms kompensācijām ir 4.3 kg CO₂/kgH₂ 2025. gadā un 3.4 kgCO₂/kgH₂ 2030. gadā. Arizonas WECC CI pirms kompensācijām ir 7.9 kgCO₂/kgH₂ 2025. gadā un 4.7 kgCO₂/kgH₂ Abos gadījumos šīs oglekļa intensitātes ir zemākas par aprēķinātajiem 2030 kgCO₂/kgH₂ CI aprēķināts pelēkā ūdeņraža ražošanai, kas varētu veicināt būtisku dekarbonizāciju ūdeņraža ieviešanas mērķa sektoros; tomēr šīs oglekļa intensitātes ir arī ievērojami augstākas par nulles CI 100% atjaunojamās zaļā ūdeņraža darbības gadījumā.

Vēl viens svarīgs apsvērums ir tas, ka šī analīze koncentrējās uz Teksasu un Arizonu, kur ir augsts atjaunojamo resursu potenciāls. Šajos un citos tirgos ir jāveic vairāk pētījumu, lai pilnībā novērtētu šeit aplūkotos ekonomiskos un emisiju kompromisus. Paredzams, ka rezultāti ievērojami atšķirsies atkarībā no reģiona un var atšķirties arī tāpēc, ka ūdeņraža ražošanas apjomi ievērojami pārsniedz 250 MW elektrolizatora pievienošanu reģionā.

Kompromisu pārvaldība

Strauji mainīgo ASV elektroenerģijas tirgu kontekstā politikas veidotāji un regulatori atrodas grūtā situācijā, lai atrastu kompromisu starp oglekļa emisijām un zaļo ūdeņraža ekonomiku. Šī agrīnā analīze parāda, ka no ekonomiskā viedokļa ikgadēja saskaņošana varētu būt katalizators, kas zaļajai ūdeņraža nozarei ir nepieciešams, lai atbalstītu topošās zema oglekļa ūdeņraža nozares agrīnu ieviešanu un izaugsmi. Runājot par klimata mērķu sasniegšanu, zaļais ūdeņradis būs jāievieš līdzās citiem risinājumiem, tāpēc, jo ātrāk tas tiks pieņemts, jo ātrāk varēs gūt labumu. Pēc 2030. gada, tā kā vēja, saules enerģijas un uzglabāšanas enerģijas ražošanas resursi atbalsta zemāku oglekļa tīklu visā ASV un elektrolizatoru izmaksas samazinās, stundu saskaņošana varētu kļūt par piemērotāku mehānismu, lai atbalstītu 100% atjaunojamo zaļā ūdeņraža ražošanu un elektrotīkla dekarbonizāciju. tandēms.