Ročné zodpovedajúce požiadavky na nové daňové kredity IRA by mohli naštartovať ekonomicky konkurencieschopnú produkciu zeleného vodíka

_{Autormi sú Melany Vargas, Kara McNutt a Chris Seiple}

Vodík môže hrať rozhodujúcu úlohu na ceste Spojených štátov k nulovej čistote ako palivo s nízkym obsahom uhlíka na podporu dekarbonizácie ťažko elektrifikovateľných sektorov dopytu po energii. 45V daňová úľava z výroby podľa zákona o znižovaní inflácie má stimulovať zavádzanie nízkouhlíkového vodíka, urýchliť krivku učenia a umožniť zníženie nákladov.

Najvyššie daňové úľavy za vodík s najnižším obsahom uhlíka dosahujú až 3 USD/kg. Avšak pravidlá týkajúce sa spôsobu, akým sa bude merať uhlíková intenzita (CI) vodíka, a potenciálne povolené mechanizmy na kompenzáciu emisií, ako sú kredity za obnoviteľnú energiu (REC), sú stále vo vývoji. Tieto pravidlá, ktoré v súčasnosti definuje ministerstvo financií, by mohli mať významný vplyv na ekonomickú konkurencieschopnosť projektov v oblasti elektrolytického alebo zeleného vodíka a CI a absolútne emisie energetických sietí.

V dôsledku toho sa časové prispôsobenie vodíkovej CI stalo v posledných mesiacoch veľmi horúcou témou v priemyselných a politických kruhoch. Diskusia sa z veľkej časti sústreďuje okolo elektrolyzérov, ktoré sa spoliehajú na elektrinu zo siete pre všetky alebo časť svojich energetických potrieb. Niektoré organizácie by chceli, aby vývojári zeleného vodíka dokázali, že spotrebúvajú 100 % obnoviteľnej energie tým, že každú hodinu prispôsobia spotrebu elektriny ich elektrolyzéra výrobe obnoviteľnej energie. Iní tvrdia, že tieto požiadavky obmedzia ekonomiku a nasadenie projektov zeleného vodíka.

Vzhľadom na širokú škálu pohľadov na túto tému sa Wood Mackenzie rozhodol otestovať vplyv výroby zeleného vodíka pripojenej k sieti. Pozreli sme sa na dopady na CI energetických sietí a výroby vodíka, ako aj na kapacitné faktory elektrolyzéra v rámci scenára umožňujúceho REC vs. hodinovú politiku priraďovania, kde by záťaž elektrolyzéra zodpovedala zodpovedajúcim profilom výroby obnoviteľnej energie.

Využili sme náš vlastný trh s energiou a modely s vyrovnanými cenami vodíka (LCOH), aby sme analyzovali tieto vplyvy na dvoch jedinečných trhoch s energiou, ERCOT South a WECC Arizona. Na každom trhu sme hodnotili vplyv pridania 250 MW kapacity elektrolyzéra do siete a predpokladalo sa, že nasadenie vodíka nastalo s primeranou obnoviteľnou výstavbou na podporu zaťaženia elektrolyzéra a generovania miestnych REC. Táto analýza bola potom porovnaná s nami založenými hodinovými údajmi o generovaní, cenách a emisiách pre každý trh.

Ekonomické dôsledky sú jasné

Naša analýza zistila, že ročný scenár zhody, ktorý umožňuje REC ako kompenzačný mechanizmus, môže viesť k čistému nulovému CI a ekonomicky konkurencieschopnej výrobe zeleného vodíka. Naopak, hodinové prispôsobenie požiadaviek, v závislosti od ich implementácie, by mohlo viesť k nepriaznivej ekonomike prijatia zeleného vodíka obmedzením prevádzkových hodín na tie, keď sú dostupné obnoviteľné zdroje, čo v konečnom dôsledku zníži faktor kapacity elektrolyzéra. Výsledkom je, že prevádzkovatelia musia rozdeliť svoje náklady na menší objem výroby vodíka, čo si vyžaduje vyššiu cenu, aby získali späť svoj kapitál za každý predaný kilogram vodíka.

Pri priamom hodinovom prispôsobovaní obnoviteľných zdrojov výroby naša analýza ukazuje, že kapacitný faktor elektrolyzéra v rozsahu 46 – 72 % vedie k zvýšeniu LCOH o 68 % – 175 % v porovnaní s ročným scenárom prispôsobenia, ktorý umožňuje operátorom dosiahnuť kapacitný faktor 100. %.

Na arizonskom trhu WECC sú výsledky LCOH (s uplatneným daňovým dobropisom 3 USD/kg), ktoré sa zvyšujú z približne 2 USD/kg v roku 2025 a 1.50 USD/kg v roku 2030, podľa ročného zodpovedajúceho scenára, na približne 4 – 5 USD/kg v roku hodinový zodpovedajúci scenár. Tento stupeň zvýšenia nákladov by mohol oddialiť schopnosť produkovať zelený vodík za rovnocenné náklady s lacnejším modrým alebo šedým vodíkom, čo by v konečnom dôsledku bránilo ekonomickej konkurencieschopnosti a prijatiu zeleného vodíka pripojeného k sieti a 100 % obnoviteľného zeleného vodíka ako paliva s nízkym obsahom uhlíka.

Naopak, modelovanie scenára ročného prispôsobenia ukazuje, že elektrolyzér pracujúci so 100 % kapacitným faktorom v rámci režimu ročného prispôsobenia, ktorý umožňuje kompenzácie REC, by mohol do roku 2 dosiahnuť hospodárnosť pod 2025 USD/kg a v roku 1.50 pod 2030 USD/kg. oba trhy. Tento rozsah ekonomiky je v súlade s paritou modrého vodíka a podporuje ciele DOE pre zelený vodík LCOH vo výške 2 USD/kg do roku 2025 a 1 USD/kg do roku 2030.

Implikácie CI sú komplexnejšie

Zatiaľ čo ekonomika je priaznivejšia v ročnom porovnávacom scenári, je potrebné zvážiť sériu kompromisov v oblasti emisií a uhlíkovej intenzity. V prípade ročného prispôsobenia sa elektrolyzér spolieha na elektrinu zo siete pre 19 – 35 % požiadaviek na elektrinu. Hoci počas určitých hodín musí sieť čerpať viac zo zdrojov tepelnej energie, prírastková výroba z obnoviteľných zdrojov tiež vytláča tepelnú energiu počas špičkových hodín obnoviteľných zdrojov, čo vedie k poklesu CI siete. V roku 2025 sa v regiónoch ERCOT a WECC pozoruje zníženie CI siete o 0.2 % a 0.5 %.

Existuje však kompromis medzi CI a absolútnymi emisiami. Analýza ukazuje, že napriek nižšiemu CI dochádza k marginálnemu zvýšeniu absolútnych emisií na trhoch ERCOT aj WECC v dôsledku pridaného zdroja dopytu a zvýšeného nasadenia tepelných jednotiek počas hodín s nízkym počtom obnoviteľných zdrojov. Okrem toho, ako sa energetické siete stávajú ekologickejšími, výhody postupného pridávania obnoviteľných zdrojov do CI sa zmenšujú a zvýšenie zaťaženia poháňa ešte väčšie zaťaženie tepelných jednotiek počas hodín s nízkymi obnoviteľnými zdrojmi. V dôsledku tohto javu sú prínosy KI zaznamenané v roku 2025 v roku 2030 menšie a absolútne emisie sa na oboch trhoch mierne zvýšia.

Kvôli týmto zisteniam sme preskúmali citlivosť na testovanie niekoľkých mechanizmov na zmiernenie nárastu absolútnych emisií v sieti a / alebo CI v rámci ročného porovnávacieho scenára. Analýza zistila, že mierna nadmerná výstavba obnoviteľných zdrojov alebo strategické obmedzenie výroby vodíka počas špičkových tepelných hodín by mohli byť účinnými nástrojmi na minimalizáciu týchto neúmyselných vplyvov emisií v roku 2020.

Okrem toho ročné porovnávanie vyžaduje kompenzácie REC na dosiahnutie čistého nulového CI pre výrobu vodíka. V ERCOT South je CI vyprodukovaného zeleného vodíka pred kompenzáciami 4.3 kg CO₂/kgH₂ v roku 2025 a 3.4 kg CO₂/kgH₂ v roku 2030. Vo WECC Arizona je CI pred kompenzáciami 7.9 kg CO₂/kgH₂ v roku 2025 a 4.7 kg CO₂/kgH₂ v roku 2030. V oboch prípadoch sú tieto intenzity uhlíka nižšie ako odhadovaných 10 kg CO₂/kgH₂ CI sa odhaduje na výrobu šedého vodíka, čo by mohlo viesť k významnej dekarbonizácii v cieľových sektoroch pre prijatie vodíka; tieto uhlíkové intenzity sú však tiež výrazne vyššie ako nulový CI prevádzky so 100% obnoviteľným zeleným vodíkom.

Ďalšou kľúčovou úvahou je, že táto analýza sa zamerala na Texas a Arizona, kde je potenciál obnoviteľných zdrojov vysoký. Na týchto a iných trhoch je potrebné ďalšie skúmanie, aby sa plne posúdili ekonomické a emisné kompromisy, o ktorých sa tu uvažuje. Očakáva sa, že výsledky sa budú výrazne líšiť na regionálnej báze a môžu sa tiež líšiť, pretože výroba vodíka sa rozšíri ďaleko po pridaní 250 MW elektrolyzéra v regióne.

Riadenie kompromisov

Tvorcovia politiky a regulačné orgány sú v ťažkej pozícii, pokiaľ ide o prechod medzi emisiami uhlíka a ekonomikou zeleného vodíka v kontexte rýchlo sa meniacich trhov s energiou v USA. Táto skorá analýza ukazuje, že na ekonomickom základe môže byť každoročné prispôsobenie katalyzátorom, ktorý priemysel zeleného vodíka potrebuje na podporu skorého prijatia a rastu rodiaceho sa nízkouhlíkového vodíkového priemyslu. Pokiaľ ide o splnenie klimatických cieľov, zelený vodík bude musieť byť nasadený spolu s inými riešeniami, takže čím skôr dôjde k prijatiu, tým skôr sa budú môcť realizovať výhody. Po roku 2030, keďže budovanie zdrojov na výrobu veternej, solárnej a akumulačnej energie podporuje siete s nižším obsahom uhlíka v celých USA a náklady na elektrolyzéry klesajú, hodinové prispôsobovanie by sa mohlo stať vhodnejším mechanizmom na podporu výroby 100 % obnoviteľného zeleného vodíka a dekarbonizácie rozvodnej siete v tandem.