Щорічні вимоги до нових податкових пільг IRA можуть дати старт економічно конкурентоспроможному виробництву зеленого водню

_{Автори Мелані Варгас, Кара Макнатт і Кріс Сейпл}

Водень може зіграти вирішальну роль у шляху Сполучених Штатів до нуля чистого викиду як низьковуглецеве паливо для підтримки декарбонізації секторів попиту на енергію, які важко електрифікувати. Податковий кредит на виробництво 45V Закону про зниження інфляції призначений для стимулювання впровадження водню з низьким вмістом вуглецю, прискорення кривої навчання та зниження витрат.

Найвищі податкові пільги для водню з найнижчим вмістом вуглецю досягають 3 доларів США/кг. Проте правила вимірювання інтенсивності викидів вуглецю (CI) водню та можливі механізми компенсації викидів, такі як кредити на відновлювану енергію (REC), все ще знаходяться на стадії розробки. Ці правила, які наразі визначаються Міністерством фінансів, можуть мати суттєві наслідки для економічної конкурентоспроможності проектів із виробництва електролітичного або зеленого водню, а також CI та абсолютних викидів електромереж.

Як результат, часова відповідність водневого CI стала дуже гарячою темою в останні місяці в промисловості та політичних колах. Дебати здебільшого зосереджені навколо електролізерів, які покладаються на електроенергію з мережі для задоволення всіх або частини своїх енергетичних потреб. Деякі організації хотіли б, щоб розробники екологічного водню довели, що вони споживають 100% відновлюваної енергії, порівнюючи споживання електроенергії своїм електролізером з виробленням електроенергії з відновлюваних джерел на погодинній основі. Інші стверджують, що ці вимоги обмежать економіку та розгортання проектів з використанням зеленого водню.

Враховуючи широкий набір точок зору на цю тему, Вуд Маккензі вирішив перевірити вплив виробництва зеленого водню, підключеного до мережі. Ми розглянули вплив на CI електромереж і виробництва водню, а також коефіцієнти потужності електролізера за сценарієм, який передбачає REC проти погодинної політики відповідності, коли навантаження електролізера відповідатиме відповідним профілям генерації відновлюваної енергії.

Ми використали наш власний ринок електроенергії та моделі вирівняної вартості водню (LCOH), щоб проаналізувати ці впливи на двох унікальних ринках електроенергії, ERCOT South і WECC Arizona. На кожному ринку ми оцінили вплив додавання 250 МВт потужності електролізера до мережі та припустили, що розгортання водню відбулося з відповідним будівництвом відновлюваних джерел для підтримки навантаження електролізера та генерації локальних REC. Потім цей аналіз порівнювався з нашими даними про погодинну генерацію, ціноутворення та викиди для кожного ринку.

Економічні наслідки очевидні

Наш аналіз показав, що річний сценарій узгодження, який дозволяє RECs як механізм компенсації, може призвести до чистого нульового CI та економічно конкурентоспроможного виробництва зеленого водню. Навпаки, вимоги щодо погодинного узгодження, залежно від їх реалізації, можуть призвести до несприятливих економічних показників для впровадження екологічно чистого водню, обмежуючи години роботи до тих, коли доступні відновлювані ресурси, що в кінцевому підсумку зменшує коефіцієнт потужності електролізера. У результаті оператори повинні розподіляти свої витрати на менший обсяг виробництва водню, вимагаючи вищої ціни, щоб відшкодувати свій капітал за кожен кілограм проданого водню.

З прямим погодинним узгодженням відновлюваних джерел енергії наш аналіз показує, що коефіцієнт потужності електролізера в діапазоні від 46-72% призводить до збільшення LCOH на 68%-175% порівняно зі сценарієм річного узгодження, який дозволяє операторам досягти коефіцієнта потужності 100 %.

На ринку WECC в Арізоні результати свідчать про те, що LCOH (із застосованим податковим кредитом у розмірі 3 доларів США/кг) зросла приблизно з 2 доларів США/кг у 2025 році та 1.50 доларів США/кг у 2030 році за сценарієм річного відповідності приблизно до 4-5 доларів США/кг у 100 році. погодинний сценарій відповідності. Таке підвищення вартості може призвести до затримки можливості виробляти екологічно чистий водень за ціною, порівнянною з нижчим блакитним або сірим воднем, що зрештою перешкоджатиме економічній конкурентоспроможності та прийняттю як підключеного до мережі, так і XNUMX% відновлюваного екологічно чистого водню як низьковуглецевого палива.

Навпаки, моделювання річного сценарію узгодження показує, що електролізер, який працює на 100% коефіцієнті потужності, у режимі річного узгодження, який передбачає компенсації REC, може досягти економічного показника нижче 2 доларів США/кг до 2025 року та нижче 1.50 доларів США/кг у 2030 році в обидва ринки. Цей діапазон економіки відповідає паритету блакитного водню та підтримує цільові показники Міністерства енергетики щодо зеленого водню LCOH у 2 дол. США/кг до 2025 року та 1 дол. США/кг до 2030 року.

Наслідки CI більш складні

Хоча економічні показники є більш сприятливими в річному сценарії узгодження, існує ряд компромісів щодо викидів та інтенсивності вуглецю, які слід враховувати. У разі щорічного узгодження електролізер покладається на електроенергію з мережі для забезпечення 19–35% потреб в електроенергії. Незважаючи на те, що в певні години мережа повинна отримувати більше від джерел теплової енергії, поступова генерація відновлюваних джерел також витісняє теплову енергію в години піку відновлюваних ресурсів, що призводить до зниження CI мережі. У 2025 році в регіонах ERCOT і WECC спостерігалося зниження CI на 0.2 і 0.5% відповідно.

Однак існує компроміс між CI та абсолютними викидами. Аналіз показує, що, незважаючи на нижчий CI, спостерігається незначне збільшення абсолютних викидів як на ринках ERCOT, так і на ринках WECC через додаткове джерело попиту та збільшення кількості теплових установок протягом годин із низьким відновлюваним ресурсом. Крім того, у міру того, як електромережі стають екологічнішими, переваги від поступового додавання відновлюваних джерел до CI стають меншими, а збільшення навантаження призводить до ще більшого навантаження на теплові одиниці в години з низьким рівнем відновлюваних ресурсів. В результаті цього явища переваги CI, які спостерігаються в 2025 році, будуть меншими в 2030 році, а абсолютні викиди незначно зростуть на обох ринках.

Завдяки цим висновкам ми дослідили чутливість, щоб протестувати кілька механізмів для пом’якшення збільшення абсолютних викидів мережі та/або CI за річним сценарієм узгодження. Аналіз показав, що невелике збільшення кількості відновлюваних джерел енергії або стратегічне скорочення виробництва водню в години пікового тепла можуть бути ефективними інструментами для мінімізації цих ненавмисних впливів викидів у 2020-х роках.

Крім того, щорічне узгодження вимагає зсувів REC, щоб забезпечити чистий нульовий CI для виробництва водню. У ERCOT South, CI, до компенсації, виробленого зеленого водню становить 4.3 кг CO₂/кгГ₂ у 2025 р. та 3.4 кгCO₂/кгГ₂ у 2030 р. У WECC Арізона CI без компенсацій становить 7.9 кгCO₂/кгГ₂ у 2025 р. та 4.7 кгCO₂/кгГ₂ в 2030 р. В обох випадках ці інтенсивності викидів вуглецю нижчі за оцінені 10 кг CO₂/кгГ₂ Оцінений CI для виробництва сірого водню, що може сприяти значній декарбонізації в цільових секторах для впровадження водню; однак ці інтенсивності викидів вуглецю також значно вищі, ніж нульовий ДІ для 100% відновлюваних джерел зеленого водню.

Іншим ключовим моментом є те, що цей аналіз зосереджений на Техасі та Арізоні, де потенціал відновлюваних ресурсів високий. На цих та інших ринках необхідно провести додаткові дослідження, щоб повністю оцінити економічні компроміси та співвідношення викидів, які тут розглядаються. Очікується, що результати будуть суттєво відрізнятися залежно від регіону, а також можуть змінюватися, оскільки масштаби виробництва водню значно перевищують додавання електролізера потужністю 250 МВт у регіоні.

Управління компромісами

Політики та регулюючі органи перебувають у важкому становищі, щоб знайти компроміс між викидами вуглецю та економікою зеленого водню в контексті ринків електроенергії США, що швидко змінюються. Цей ранній аналіз демонструє, що з економічної точки зору щорічне узгодження може стати каталізатором, який необхідний промисловості «зеленого» водню для підтримки раннього впровадження та зростання нової індустрії з низьким вмістом вуглецю. Коли справа доходить до досягнення кліматичних цілей, зелений водень потрібно буде розгортати разом з іншими рішеннями, тому чим швидше відбудеться впровадження, тим швидше можна буде отримати переваги. У період після 2030 року, коли будівництво вітрових, сонячних і акумулюючих потужностей підтримує низьковуглецеві мережі в США, а витрати на електролізери зменшаться, погодинне узгодження може стати більш прийнятним механізмом для підтримки 100% відновлюваного виробництва зеленого водню та декарбонізації енергомережі в тандем.