Годишните барања за усогласување за нови даночни кредити на ИРА би можеле да започнат економски конкурентно производство на зелен водород

_{Автор е на Мелани Варгас, Кара МекНат и Крис Сејпл}

Водородот може да игра клучна улога во патувањето на Соединетите Држави до нето-нула како гориво со ниска содржина на јаглерод за поддршка на декарбонизацијата на тешко електрифицираните сектори кои бараат енергија. Даночниот кредит за производство од 45 V на Законот за намалување на инфлацијата има за цел да го поттикне користењето на водород со ниска содржина на јаглерод, забрзувајќи ја кривата на учење и овозможувајќи намалување на трошоците.

Највисоките даночни кредити за најнизок јаглероден водород достигнуваат до 3 долари/кг. Сепак, правилата околу начинот на кој ќе се мери јаглеродниот интензитет (CI) на водородот и потенцијалниот додаток на механизмите за неутрализирање на емисиите, како што се Кредитите за обновлива енергија (RECs), сè уште се во развој. Овие правила, кои во моментов се дефинирани од Министерството за финансии, би можеле да имаат значителни импликации за економската конкурентност на проектите за електролитски или зелен водород и CI и апсолутните емисии на електричните мрежи.

Како резултат на тоа, временското совпаѓање на водород CI стана многу жешка тема во последниве месеци во индустријата и политичките кругови. Дебатата во голема мера се фокусира на електролизаторите кои се потпираат на електричната мрежа за сите или дел од нивните енергетски потреби. Некои организации би сакале да видат развивачи на зелен водород да докажат дека трошат 100% обновлива енергија со усогласување на потрошувачката на електрична енергија на нивниот електролизатор со производството на енергија од обновливи извори на час. Други тврдат дека овие барања ќе ја ограничат економијата и распоредувањето на проектите за зелен водород.

Со оглед на широкиот сет на перспективи на темата, Вуд Мекензи тргна да го тестира влијанието на производството на зелен водород поврзано со мрежа. Ги разгледавме влијанијата врз CI на енергетските мрежи и производството на водород, како и факторите на капацитет на електролизаторот според сценарио кое дозволува REC наспроти политика за усогласување на час, каде што оптоварувањето на електролизаторот ќе одговара на соодветните профили за производство на обновлива енергија.

Го искористивме нашиот сопствен пазар на електрична енергија и ги израмнивме моделите на водород (LCOH) за да ги анализираме овие влијанија на два единствени пазари на енергија, ERCOT South и WECC Аризона. На секој пазар го проценивме влијанието на додавањето 250 MW капацитет на електролизаторот во мрежата и претпоставивме дека се случило распоредување на водород со пропорционално изградување на обновливи извори за да се поддржи оптоварувањето на електролизаторот и генерирањето локални REC. Потоа, оваа анализа беше споредена според нашите податоци за часовно генерирање, цени и емисии за секој пазар.

Економските импликации се јасни

Нашата анализа покажа дека годишното сценарио за совпаѓање кое им овозможува на REC како механизам за поместување, може да резултира со нето-нула CI и економски конкурентно производство на зелен водород. Спротивно на тоа, барањата за усогласување на час, во зависност од нивната имплементација, може да резултираат со неповолна економија за усвојување на зелен водород, со ограничување на работните часови на оние кога се достапни обновливи извори, што на крајот го намалува факторот на капацитет на електролизаторот. Резултатот е дека операторите мора да ги распределат своите трошоци на помал обем на производство на водород, барајќи повисока цена за враќање на нивниот капитал за секој продаден килограм водород.

Со директно совпаѓање на обновливите извори на производство на час, нашата анализа покажува дека факторот на капацитет на електролизаторот кој се движи од 46-72% доведува до зголемување на LCOH од 68%-175% во однос на годишното сценарио кое им овозможува на операторите да достигнат фактор на капацитет од 100 %.

На пазарот WECC во Аризона, резултатите се LCOH (со применет даночен кредит од $3/kg) кој се зголемува од околу $2/kg во 2025 година и $1.50/kg во 2030 година, во годишно сценарио за совпаѓање, на околу $4-5/kg во сценарио за совпаѓање на час. Овој степен на зголемување на трошоците може да ја одложи способноста за производство на зелен водород по паритет на трошоците со поевтин, син или сив водород, на крајот попречувајќи ја економската конкурентност и усвојувањето и на поврзаната мрежа и на 100% обновливиот зелен водород како гориво со ниска содржина на јаглерод.

Спротивно на тоа, моделирањето на годишното сценарио за совпаѓање покажува дека електролизаторот работи со фактор на капацитет од 100%, под годишен режим на совпаѓање што овозможува поместувања на REC, може да постигне економичност под 2 $/kg до 2025 година и под 1.50 $/kg во 2030 година двата пазари. Овој опсег на економија е во согласност со синиот паритет на водород и ги поддржува целите на DOE за зелен водороден LCOH од 2 $/kg до 2025 година и 1 $/kg до 2030 година.

CI импликациите се покомплексни

Додека економијата е поповолна во годишното сценарио за совпаѓање, треба да се разгледаат низа размени за емисиите и јаглеродот. Во случајот со годишно усогласување, електролизаторот се потпира на електричната енергија од мрежата за 19 – 35% од потребите за електрична енергија. Иако за време на одредени часови мрежата мора да црпи повеќе од изворите на топлинска енергија, инкременталното производство на обновливи извори, исто така, ја поместува топлинската енергија за време на максималните часови на обновливите извори, што резултира со пад на CI на мрежата. Во 2025 година, намалување на CI на мрежата од 0.2 и 0.5% се забележани во регионите ERCOT и WECC соодветно.

Сепак, постои компромис помеѓу CI и апсолутните емисии. Анализата покажува дека и покрај понискиот CI, има маргинално зголемување на апсолутните емисии и на пазарите ERCOT и WECC поради додадениот извор на побарувачка и зголеменото распоредување на топлинските единици за време на часовите со ниски обновливи извори на енергија. Дополнително, како што енергетските мрежи стануваат позелени, придобивките од зголемувањето на обновливите извори на CI стануваат се помали, а зголемувањето на оптоварувањето предизвикува уште поголемо привлекување на термалните единици за време на часови со ниски обновливи извори. Како резултат на овој феномен, придобивките од CI забележани во 2025 година се помали во 2030 година и апсолутните емисии маргинално се зголемуваат на двата пазари.

Поради овие наоди, ја истраживме чувствителноста за тестирање на неколку механизми за ублажување на зголемувањето на апсолутните емисии на мрежата и/или CI според годишно сценарио за совпаѓање. Анализата покажа дека малото преголемо зголемување на обновливите извори на енергија или стратешкото намалување на производството на водород за време на шпицот на топлинските часови може да бидат ефективни алатки за минимизирање на овие ненамерни влијанија на емисиите во 2020-тите.

Понатаму, годишното совпаѓање бара REC поместувања за да доведе до нето-нула CI за производство на водород. Во ERCOT South, CI, пред поместувањето, на зелениот водород произведен е 4.3 kg CO₂/ kgH₂ во 2025 година и 3.4 kg CO₂/ kgH₂ во 2030 година. Во WECC Аризона, CI, пред поместувањето, е 7.9 kg CO₂/ kgH₂ во 2025 година и 4.7 kg CO₂/ kgH₂ во 2030 година. Во двата случаи, овие јаглеродни интензитети се пониски од проценетите 10 kg CO₂/ kgH₂ CI проценети за производство на сив водород, што може да доведе до значителна декарбонизација во целните сектори за усвојување на водород; сепак, овие јаглеродни интензитети се исто така значително повисоки од нула CI на 100% обновлива зелена операција на водород.

Друго клучно внимание е дека оваа анализа се фокусираше на Тексас и Аризона каде што потенцијалот за обновливи извори е висок. Потребна е повеќе истрага на овие и на други пазари за целосно да се процени економската размена и компромисите за емисиите што се разгледуваат овде. Се очекува дека резултатите значително ќе се разликуваат на регионална основа, а исто така може да се разликуваат бидејќи производството на водород се зголемува многу по завршувањето на додавањето на електролизатор од 250 MW во регионот.

Управување со размени

Креаторите на политиката и регулаторите се во тешка позиција да се движат по компромисот помеѓу емисиите на јаглерод и економијата на зелениот водород во контекст на брзо менување на американските пазари на енергија. Оваа рана анализа покажува дека на економска основа, годишното усогласување може да биде катализатор на зелената водородна индустрија за поддршка на раното усвојување и раст на зародишната индустрија со нискојаглерод водород. Кога станува збор за исполнување на климатските цели, зелениот водород ќе треба да се распореди заедно со други решенија, затоа што побрзо ќе се усвои, толку побрзо ќе се остварат придобивките. Надвор од 2030 година, со оглед на тоа што средствата за производство од ветер, сончева енергија и складирање поддржуваат пониски јаглеродни мрежи низ САД, а трошоците за електролизатори се намалуваат, усогласувањето на час може да стане посоодветен механизам за поддршка на 100% производство на зелен водород од обновливи извори и декарбонизација на електричната мрежа во тандем.