Kasmetiniai naujų IRA mokesčių kreditų atitikimo reikalavimai gali paskatinti ekonomiškai konkurencingą žaliojo vandenilio gamybą

_{Autoriai Melany Vargas, Kara McNutt ir Chris Seiple}

Vandenilis gali atlikti svarbų vaidmenį Jungtinių Valstijų kelionėje į grynąjį nulį kaip mažai anglies dioksido į aplinką išskiriantis kuras, padedantis dekarbonizuoti sunkiai elektrifikuojamus energijos paklausos sektorius. Infliacijos mažinimo įstatyme numatytas 45 V gamybos mokesčio kreditas yra skirtas paskatinti naudoti mažai anglies dioksido į aplinką išskiriantį vandenilį, paspartinti mokymosi kreivę ir sudaryti sąlygas sąnaudoms mažėti.

Didžiausios mokesčių lengvatos už mažiausią anglies dioksido kiekį turintį vandenilį siekia iki 3 USD/kg. Tačiau taisyklės, kaip bus matuojamas vandenilio anglies dioksido intensyvumas (CI), ir galimi mechanizmai, skirti kompensuoti išmetamų teršalų kiekį, pavyzdžiui, atsinaujinančios energijos kreditai (REC), vis dar kuriami. Šios taisyklės, kurias šiuo metu apibrėžia Iždo departamentas, gali turėti reikšmingų pasekmių elektrolitinio arba žaliojo vandenilio projektų ekonominiam konkurencingumui ir CI bei absoliučiam elektros tinklų emisijai.

Dėl to vandenilio CI laiko suderinimas pastaraisiais mėnesiais tapo labai karšta tema pramonėje ir politiniuose sluoksniuose. Diskusijos daugiausia yra susijusios su elektrolizatoriais, kurių energijos poreikiams ar jų daliai reikia tinklo elektros. Kai kurios organizacijos norėtų, kad ekologiško vandenilio kūrėjai įrodytų, kad jie naudoja 100 % atsinaujinančios energijos, suderindami savo elektrolizatoriaus elektros suvartojimą su atsinaujinančios energijos gamyba kas valandą. Kiti teigia, kad šie reikalavimai apribos ekologiškų vandenilio projektų ekonomiką ir diegimą.

Atsižvelgdamas į platų požiūrių į temą rinkinį, Wood Mackenzie nusprendė išbandyti tinklo prijungtos žaliojo vandenilio gamybos poveikį. Išnagrinėjome poveikį elektros tinklų ir vandenilio gamybos CI, taip pat elektrolizatoriaus talpos veiksniams pagal scenarijų, leidžiantį taikyti REC ir valandinį derinimo politiką, kai elektrolizatoriaus apkrova atitiktų atitinkamus atsinaujinančios energijos gamybos profilius.

Siekdami išanalizuoti šį poveikį dviejose unikaliose energijos rinkose – ERCOT South ir WECC Arizona, pasinaudojome savo patentuota elektros energijos rinka ir išlygintos vandenilio kainos (LCOH) modeliais. Kiekvienoje rinkoje įvertinome 250 MW elektrolizatoriaus galios pridėjimo prie tinklo poveikį ir manėme, kad vandenilio panaudojimas įvyko proporcingai naudojant atsinaujinančius energijos šaltinius, kad būtų palaikoma elektrolizatoriaus apkrova ir vietinių REC generavimas. Tada ši analizė buvo palyginta su mūsų pagrįstais kiekvienos rinkos valandiniais generavimo, kainodaros ir emisijų duomenimis.

Ekonominės pasekmės yra aiškios

Mūsų analizė parodė, kad metinis atitikimo scenarijus, leidžiantis REC kaip kompensavimo mechanizmą, gali sukelti grynąjį nulinį CI ir ekonomiškai konkurencingą žaliojo vandenilio gamybą. Ir atvirkščiai, valandinio suderinimo reikalavimai, atsižvelgiant į jų įgyvendinimą, gali lemti nepalankią ekologiško vandenilio naudojimo ekonomiką, apribojus darbo valandas iki tomis, kai yra atsinaujinančių išteklių, ir galiausiai sumažinti elektrolizatoriaus talpos koeficientą. Dėl to operatoriai turi paskirstyti savo išlaidas mažesniam vandenilio gamybos kiekiui, todėl reikia didesnės kainos, kad atgautų savo kapitalą už kiekvieną parduoto vandenilio kilogramą.

Tiesiogiai kas valandą suderinus atsinaujinančius energijos šaltinius, mūsų analizė rodo, kad elektrolizatoriaus talpos koeficientas, svyruojantis nuo 46–72 %, padidina LCOH 68–175 %, palyginti su metiniu suderinimo scenarijumi, leidžiančiu operatoriams pasiekti 100 pajėgumo koeficientą. %.

WECC Arizona rinkoje rezultatai yra tokie: LCOH (taikant 3 USD/kg mokesčių kreditą) padidėja nuo maždaug 2 USD/kg 2025 m. ir 1.50 USD/kg 2030 m. pagal metinį atitikimo scenarijų iki maždaug 4–5 USD/kg. valandinis atitikimo scenarijus. Toks sąnaudų padidėjimas gali atitolinti galimybę gaminti žaliąjį vandenilį, kurio sąnaudos yra lygiavertės pigesniam, mėlynajam arba pilkajam vandeniliui, galiausiai trukdant ekonominiam konkurencingumui ir tiek prie tinklo prijungto, tiek 100 % atsinaujinančio žaliojo vandenilio kaip mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančio kuro pritaikymui.

Atvirkščiai, metinio atitikimo scenarijaus modeliavimas rodo, kad elektrolizatoriaus, veikiančio 100 % pajėgumo koeficientu, pagal metinį suderinimo režimą, leidžiantį atlikti REC kompensacijas, iki 2 m. būtų galima pasiekti mažiau nei 2025 USD/kg, o 1.50 m. – mažiau nei 2030 USD/kg. abi rinkos. Šis ekonomikos diapazonas atitinka mėlynojo vandenilio paritetą ir palaiko DOE žaliojo vandenilio LCOH tikslą – 2 USD/kg iki 2025 m. ir 1 USD/kg iki 2030 m.

CI pasekmės yra sudėtingesnės

Nors pagal metinį atitikimo scenarijų ekonomika yra palankesnė, reikia atsižvelgti į daugybę išmetamųjų teršalų ir anglies dioksido intensyvumo kompromisų. Metiniu derinimo atveju elektrolizatorius naudojasi tinklo elektra 19–35% elektros poreikio. Nors tam tikromis valandomis tinklas turi gauti daugiau iš šiluminės energijos šaltinių, didėjanti atsinaujinančių išteklių gamyba taip pat išstumia šiluminę energiją atsinaujinančių išteklių piko valandomis, todėl sumažėja tinklo KI. 2025 m. ERCOT ir WECC regionuose tinklo CI sumažėjo atitinkamai 0.2 ir 0.5 %.

Tačiau yra kompromisas tarp CI ir absoliučios emisijos. Analizė rodo, kad nepaisant mažesnio CI, tiek ERCOT, tiek WECC rinkose absoliutus išmetamųjų teršalų kiekis nežymiai padidėja dėl papildomo paklausos šaltinio ir padidėjusio šiluminių blokų naudojimo per mažai atsinaujinančių išteklių valandas. Be to, elektros tinklams tampant ekologiškesniems, laipsniško atsinaujinančių energijos šaltinių prie CI teikiama nauda mažėja, o padidėjusi apkrova dar labiau pritraukia šiluminius įrenginius per mažai atsinaujinančių išteklių valandomis. Dėl šio reiškinio 2025 m. KI nauda yra mažesnė 2030 m., o absoliutus išmetamųjų teršalų kiekis abiejose rinkose šiek tiek padidėja.

Dėl šių išvadų mes ištyrėme jautrumą, kad išbandytume keletą mechanizmų, kaip sumažinti absoliutaus tinklo išmetamų teršalų ir (arba) KI padidėjimą pagal metinį atitikimo scenarijų. Analizė parodė, kad nedidelis atsinaujinančių energijos šaltinių perteklius arba strateginis vandenilio gamybos ribojimas piko karščio valandomis galėtų būti veiksmingos priemonės siekiant sumažinti šį nenumatytą išmetamųjų teršalų poveikį 2020 m.

Be to, norint atlikti metinį suderinimą, reikia REC kompensacijų, kad vandenilio gamybos CI būtų lygus nuliui. ERCOT pietuose pagaminto žaliojo vandenilio CI prieš kompensacijas yra 4.3 kg CO₂/kgH₂ 2025 m. ir 3.4 kgCO₂/kgH₂ 2030 m. WECC Arizonoje CI prieš kompensacijas yra 7.9 kgCO₂/kgH₂ 2025 m. ir 4.7 kgCO₂/kgH₂ Abiem atvejais šis anglies intensyvumas yra mažesnis nei apskaičiuotas 2030 kgCO₂/kgH₂ CI apskaičiuota pilkojo vandenilio gamybai, kuri galėtų paskatinti reikšmingą dekarbonizaciją tiksliniuose vandenilio naudojimo sektoriuose; tačiau šie anglies intensyvumai taip pat yra žymiai didesni nei nulinis CI 100 % atsinaujinančios žaliojo vandenilio operacijos.

Kitas svarbus aspektas yra tai, kad ši analizė buvo sutelkta į Teksasą ir Arizoną, kur atsinaujinančių išteklių potencialas yra didelis. Šiose ir kitose rinkose reikia atlikti daugiau tyrimų, kad būtų galima visapusiškai įvertinti čia svarstomus ekonominius ir išmetamųjų teršalų kompromisus. Tikimasi, kad rezultatai labai skirsis priklausomai nuo regiono ir taip pat gali skirtis, nes vandenilio gamybos mastai regione gerokai viršys 250 MW elektrolizatoriaus pridėjimą.

Kompromisų valdymas

Sparčiai besikeičiančiose JAV energijos rinkose politikos formuotojai ir reguliavimo institucijos yra sunkioje padėtyje, siekdamos kompromiso tarp anglies dvideginio išmetimo ir ekologiškos vandenilio ekonomikos. Ši ankstyva analizė rodo, kad ekonominiu pagrindu kasmetinis suderinimas galėtų būti katalizatorius, kurio reikia ekologiškai vandenilio pramonei, kad būtų galima anksti įsisavinti ir augti besikuriančios mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančios vandenilio pramonės. Kalbant apie klimato tikslų įgyvendinimą, žalias vandenilis turės būti naudojamas kartu su kitais sprendimais, todėl kuo greičiau bus priimtas, tuo greičiau bus galima gauti naudos. Po 2030 m., kadangi vėjo, saulės ir saugyklų gamybos turtas palaiko mažesnes anglies dioksido išmetimo sistemas visoje JAV, o elektrolizatoriaus sąnaudos mažėja, valandinis suderinimas galėtų tapti tinkamesniu mechanizmu, padedančiu remti 100 % atsinaujinančią žaliojo vandenilio gamybą ir elektros tinklų dekarbonizaciją. tandemas.