Az új IRA-adójóváírások éves megfelelési követelményei beindíthatják a gazdaságilag versenyképes zöld hidrogéntermelést

_{Szerző: Melany Vargas, Kara McNutt és Chris Seiple}

A hidrogén kritikus szerepet játszhat az Egyesült Államok nettó nulla felé vezető útjában, mint alacsony szén-dioxid-kibocsátású üzemanyag, amely támogatja a nehezen villamosított energiaigényű ágazatok szén-dioxid-mentesítését. Az inflációcsökkentési törvény 45 V-os termelési adókedvezménye az alacsony szén-dioxid-kibocsátású hidrogén bevezetését hivatott ösztönözni, felgyorsítva a tanulási görbét és lehetővé téve a költségek csökkenését.

A legalacsonyabb szén-dioxid-kibocsátású hidrogénre vonatkozó legmagasabb adójóváírások elérik a 3 USD/kg-ot. Azonban a hidrogén szén-dioxid-intenzitásának (CI) mérésére vonatkozó szabályok, valamint a kibocsátások ellensúlyozására szolgáló mechanizmusok, például a megújuló energia kreditek (REC) lehetséges engedélyezése még fejlesztés alatt áll. Ezek a szabályok, amelyeket a Pénzügyminisztérium jelenleg határoz meg, jelentős hatással lehetnek az elektrolitikus vagy zöld hidrogén projektek gazdasági versenyképességére, valamint az elektromos hálózatok CI és abszolút kibocsátására.

Ennek eredményeként a hidrogén CI időbeli illesztése az elmúlt hónapokban nagyon forró téma lett az iparban és a politikai körökben. A vita nagyrészt az elektrolizátorokról szól, amelyek energiaszükségletük egészét vagy egy részét a hálózati elektromosságra építik. Egyes szervezetek azt szeretnék elérni, hogy a zöld hidrogén fejlesztők bebizonyítsák, hogy 100%-ban megújuló energiát fogyasztanak azáltal, hogy elektrolizátoruk villamosenergia-fogyasztását a megújuló energiatermeléshez igazítják óránként. Mások azzal érvelnek, hogy ezek a követelmények korlátozni fogják a zöld hidrogén projektek gazdaságosságát és alkalmazását.

Tekintettel a témával kapcsolatos széles körű perspektívákra, Wood Mackenzie megpróbálta tesztelni a hálózatra kapcsolt zöld hidrogéntermelés hatását. Megvizsgáltuk az elektromos hálózatok és a hidrogéntermelés CI-re gyakorolt ​​hatását, valamint az elektrolizáló kapacitástényezőit egy olyan forgatókönyv szerint, amely lehetővé teszi a REC-ket és az óránkénti egyeztetési politikát, ahol az elektrolizátor terhelése megegyezik a megfelelő megújuló energiatermelési profilokkal.

Felhasználtuk szabadalmazott energiapiacunkat és a hidrogén kiegyenlített költségű (LCOH) modelljeinket, hogy elemezzük ezeket a hatásokat két egyedülálló energiapiacon, az ERCOT South és a WECC Arizona területén. Mindegyik piacon értékeltük a 250 MW elektrolizátor-kapacitás hálózathoz való hozzáadásának hatását, és feltételeztük, hogy a hidrogén kiépítése megtörtént az arányos megújuló energia kiépítésével, hogy támogassa az elektrolizátor terhelését és a helyi REC-k létrehozását. Ezt az elemzést ezután összehasonlítottuk az egyes piacokra vonatkozó óránkénti termelési, árképzési és kibocsátási adatokkal.

A gazdasági következmények egyértelműek

Elemzésünk megállapította, hogy egy éves egyeztetési forgatókönyv, amely lehetővé teszi a REC-ket kiegyenlítő mechanizmusként, nettó nulla CI-t és gazdaságilag versenyképes zöld hidrogéntermelést eredményezhet. Ezzel szemben, az óránkénti egyeztetési követelmények – a megvalósításuktól függően – kedvezőtlen gazdaságosságot eredményezhetnek a zöld hidrogén bevezetésében, mivel az üzemórákat a megújuló erőforrások rendelkezésre állására korlátozzák, végső soron csökkentve az elektrolizáló kapacitástényezőjét. Ennek eredményeként az üzemeltetőknek kisebb mennyiségű hidrogéntermelésre kell elosztaniuk költségeiket, ami magasabb árat követel meg, hogy tőkéjüket minden egyes eladott hidrogén kilogramm után megtérítsék.

A megújuló energiaforrások közvetlen óránkénti egyeztetésével elemzésünk azt mutatja, hogy a 46-72%-os elektrolizátor kapacitástényezője 68-175%-os LCOH-növekedést eredményez az éves egyeztetési forgatókönyvhöz képest, amely lehetővé teszi az üzemeltetők számára, hogy elérjék a 100-as kapacitástényezőt. %.

A WECC Arizona piacán az LCOH (3 USD/kg adójóváírás mellett) a 2-ös körülbelül 2025 USD/kg-ról és a 1.50-as 2030 USD/kg-ról éves egyeztetési forgatókönyv szerint körülbelül 4-5 USD/kg-ra nő. óránkénti egyeztetési forgatókönyv. Ez a mértékű költségnövekedés késleltetheti a zöld hidrogén előállítását költségparitáson az alacsonyabb költségű kék ​​vagy szürke hidrogénnel, ami végső soron hátráltatja a gazdasági versenyképességet és mind a hálózatra kapcsolt, mind a 100%-ban megújuló zöld hidrogén alacsony szén-dioxid-kibocsátású üzemanyagként való elfogadását.

Ezzel szemben az éves illesztési forgatókönyv modellezése azt mutatja, hogy egy 100%-os kapacitástényezővel működő elektrolizáló készülék éves illesztési rendszer mellett, amely lehetővé teszi a REC-eltolást, 2-re 2025 USD/kg alatt, 1.50-ban pedig 2030 USD/kg alatti gazdaságosságot érhet el. mindkét piac. Ez a gazdaságossági tartomány összhangban van a kék hidrogén paritással, és támogatja a DOE zöld hidrogén LCOH-ra vonatkozó célkitűzését, amely 2-re 2025 USD/kg és 1-ra 2030 USD/kg.

A CI következményei összetettebbek

Míg az éves egyeztetési forgatókönyv szerint a gazdaságosság kedvezőbb, számos kibocsátási és szén-dioxid-intenzitási kompromisszumot kell figyelembe venni. Éves egyeztetés esetén az elektrolizátor a villamosenergia-szükséglet 19-35%-át a hálózati áramra támaszkodik. Bár bizonyos órákban a hálózatnak többet kell hőenergia-forrásból felvennie, a megújuló energiatermelés a megújuló erőforrások csúcsidőszakában is kiszorítja a hőenergiát, ami a hálózat CI-jének csökkenését eredményezi. 2025-ben a grid CI 0.2 és 0.5%-os csökkenést figyeltek meg az ERCOT és a WECC régiókban.

Van azonban kompromisszum a CI és az abszolút kibocsátás között. Az elemzés azt mutatja, hogy az alacsonyabb CI ellenére az abszolút kibocsátás marginális növekedése tapasztalható mind az ERCOT, mind a WECC piacán a megnövekedett keresleti forrás és a termikus egységek megnövekedett telepítése miatt a megújuló erőforrások alacsony fogyasztási ideje alatt. Ezen túlmenően, ahogy az elektromos hálózatok zöldebbé válnak, a CI-hez való fokozatos megújuló forrásokból származó előnyök csökkennek, és a terhelés növekedése még nagyobb vonzerőt eredményez a termikus egységek számára az alacsony megújuló erőforrásokkal járó órákban. E jelenség eredményeként a 2025-ben tapasztalt CI-előnyök 2030-ban kisebbek, az abszolút kibocsátás pedig kismértékben nő mindkét piacon.

Ezen megállapítások miatt érzékenységeket vizsgáltunk, hogy teszteljünk néhány olyan mechanizmust, amelyek mérséklik az abszolút hálózati kibocsátások és/vagy a CI növekedését egy éves egyeztetési forgatókönyv szerint. Az elemzés megállapította, hogy a megújuló energiaforrások enyhe túlépítése vagy a hidrogéntermelés stratégiai megszorítása a csúcshőmérséklet időszakában hatékony eszköz lehet e nem szándékos kibocsátási hatások minimalizálására a 2020-as években.

Ezenkívül az éves illesztéshez REC-eltolások szükségesek ahhoz, hogy a hidrogéntermelés nettó nulla CI-je legyen. Az ERCOT South-ban a termelt zöld hidrogén CI az offszetek előtt 4.3 kg CO₂/kgH₂ 2025-ben és 3.4 kgCO₂/kgH₂ 2030-ban. Az Arizona WECC-ben a CI, az ellentételezések előtt 7.9 kgCO₂/kgH₂ 2025-ben és 4.7 kgCO₂/kgH₂ Ezek a szén-dioxid-intenzitások mindkét esetben alacsonyabbak, mint a becsült 2030 kgCO₂/kgH₂ A szürkehidrogén-termelésre becsült CI, amely jelentős dekarbonizációt indíthat el a hidrogénbevezetés célszektoraiban; azonban ezek a szénintenzitások is lényegesen magasabbak, mint a 100%-ban megújuló zöld hidrogénüzem nulla CI-je.

Egy másik kulcsfontosságú szempont, hogy ez az elemzés Texasra és Arizonára összpontosított, ahol magas a megújuló erőforrások potenciálja. Ezeken és más piacokon több vizsgálatra van szükség az itt vizsgált gazdasági és kibocsátási kompromisszumok teljes körű értékeléséhez. Várható, hogy az eredmények regionális alapon jelentősen eltérnek, és változhatnak a hidrogéntermelés mértéke miatt is, amely jóval meghaladja egy 250 MW-os elektrolizátor hozzáadását egy régióban.

A kompromisszumok kezelése

A politikai döntéshozók és a szabályozók nehéz helyzetben vannak a szén-dioxid-kibocsátás és a zöld hidrogén-gazdaságosság közötti kompromisszumban az Egyesült Államok gyorsan változó energiapiacainak kontextusában. Ez a korai elemzés azt mutatja, hogy gazdasági alapon az éves egyeztetés lehet a katalizátor, amelyre a zöld hidrogéniparnak szüksége van ahhoz, hogy támogassa a születőben lévő alacsony szén-dioxid-kibocsátású hidrogénipar korai bevezetését és növekedését. A klímacélok teljesítése során a zöld hidrogént más megoldások mellett kell bevetni, így minél hamarabb kerül sor az átvételre, annál hamarabb realizálhatók az előnyök. 2030 után, mivel a szél-, nap- és tárolóeszközök kiépítése támogatja az alacsonyabb szén-dioxid-kibocsátási hálózatokat az Egyesült Államokban, és az elektrolizátorok költségei csökkennek, az óránkénti egyeztetés megfelelőbb mechanizmussá válhat a 100%-ban megújuló zöld hidrogén-termelés és az elektromos hálózat szén-dioxid-mentesítésének támogatására. tandem.