Ежегодные требования соответствия для новых налоговых льгот IRA могут дать толчок экономически конкурентоспособному производству зеленого водорода

_{Авторы Мелани Варгас, Кара МакНатт и Крис Сейпл}

Водород может сыграть решающую роль в движении Соединенных Штатов к нулевому уровню выбросов в качестве низкоуглеродного топлива для поддержки обезуглероживания секторов спроса на энергию, которые трудно электрифицировать. Налоговая льгота 45V Закона о снижении инфляции предназначена для стимулирования внедрения низкоуглеродного водорода, ускорения процесса обучения и снижения затрат.

Самые высокие налоговые льготы для водорода с самым низким содержанием углерода достигают 3 долларов за кг. Однако правила измерения углеродоемкости (CI) водорода и потенциальное разрешение механизмов компенсации выбросов, таких как кредиты на возобновляемые источники энергии (REC), все еще находятся в стадии разработки. Эти правила, которые в настоящее время определяются Министерством финансов, могут иметь серьезные последствия для экономической конкурентоспособности электролитических или экологически чистых водородных проектов, а также CI и абсолютных выбросов электросетей.

В результате временное согласование водородного CI стало в последние месяцы очень горячей темой в отраслевых и политических кругах. Дебаты в основном сосредоточены вокруг электролизеров, которые полагаются на электроэнергию из сети для удовлетворения всех или части своих энергетических потребностей. Некоторые организации хотели бы, чтобы разработчики зеленого водорода доказали, что они потребляют 100% возобновляемую энергию, сопоставляя потребление электроэнергии их электролизером с выработкой возобновляемой энергии на почасовой основе. Другие утверждают, что эти требования будут ограничивать экономику и развертывание проектов зеленого водорода.

Учитывая широкий спектр взглядов на эту тему, Вуд Маккензи решил проверить влияние производства экологически чистого водорода, подключенного к сети. Мы рассмотрели влияние на CI электрических сетей и производства водорода, а также коэффициенты мощности электролизеров в сценарии, допускающем использование REC, в сравнении с политикой почасового согласования, при которой нагрузка электролизера соответствовала бы соответствующим профилям производства возобновляемой энергии.

Мы использовали наши собственные модели рынка электроэнергии и модели приведенной стоимости водорода (LCOH) для анализа этих воздействий на двух уникальных рынках электроэнергии, ERCOT South и WECC Arizona. На каждом рынке мы оценили влияние добавления 250 МВт мощности электролизера в сеть и предположили, что развертывание водорода произошло с соразмерным наращиванием возобновляемой энергии для поддержки нагрузки электролизера и генерации местных REC. Затем этот анализ был сопоставлен с нашими данными о почасовой генерации, ценах и выбросах для каждого рынка.

Экономические последствия очевидны

Наш анализ показал, что сценарий ежегодного сопоставления, который позволяет использовать REC в качестве компенсационного механизма, может привести к нулевому CI и экономически конкурентоспособному производству зеленого водорода. И наоборот, почасовое согласование требований, в зависимости от их реализации, может привести к неблагоприятным экономическим последствиям для внедрения зеленого водорода из-за ограничения рабочих часов тем временем, когда доступны возобновляемые ресурсы, что в конечном итоге приведет к снижению коэффициента мощности электролизера. В результате операторы должны распределять свои затраты на меньший объем производства водорода, требуя более высокой цены для возмещения своего капитала за каждый проданный килограмм водорода.

При прямом почасовом сопоставлении возобновляемых источников генерации наш анализ показывает, что коэффициент мощности электролизера в диапазоне от 46 до 72% приводит к увеличению LCOH на 68-175% по сравнению со сценарием годового согласования, который позволяет операторам достичь коэффициента мощности 100. %.

На рынке WECC в Аризоне результаты показывают, что LCOH (с налоговой льготой в размере 3 долларов США за кг) увеличивается примерно с 2 долларов США за кг в 2025 году и 1.50 долларов США за кг в 2030 году, в годовом сценарии сопоставления, до примерно 4-5 долларов США за кг в год. сценарий почасового сопоставления. Такая степень увеличения стоимости может задержать возможность производства зеленого водорода по паритету затрат с более дешевым, синим или серым водородом, что в конечном итоге помешает экономической конкурентоспособности и внедрению как подключенного к сети, так и 100% возобновляемого зеленого водорода в качестве топлива с низким содержанием углерода.

И наоборот, моделирование сценария ежегодного согласования показывает, что электролизер, работающий со 100-процентным коэффициентом мощности, в режиме годового согласования, который допускает компенсацию REC, может достичь экономической эффективности ниже 2 долл. США/кг к 2025 г. и ниже 1.50 долл. США/кг в 2030 г. оба рынка. Этот диапазон экономических показателей соответствует паритету голубого водорода и поддерживает цели Министерства энергетики США по зеленому водороду LCOH: 2 доллара за кг к 2025 году и 1 доллар за кг к 2030 году.

Последствия CI более сложны

В то время как экономика более благоприятна в ежегодном сценарии сопоставления, необходимо рассмотреть ряд компромиссов между выбросами и углеродоемкостью. В случае ежегодного согласования электролизер использует электроэнергию из сети на 19–35% от потребности в электроэнергии. Хотя в определенные часы сеть должна получать больше энергии из источников тепловой энергии, дополнительная генерация возобновляемых источников энергии также вытесняет тепловую энергию в пиковые часы возобновляемых ресурсов, что приводит к снижению КИ сети. В 2025 году в регионах ERCOT и WECC наблюдается сокращение CI сетки на 0.2 и 0.5% соответственно.

Однако существует компромисс между CI и абсолютными выбросами. Анализ показывает, что, несмотря на более низкий CI, наблюдается незначительное увеличение абсолютных выбросов как на рынках ERCOT, так и на рынках WECC из-за дополнительного источника спроса и увеличения использования тепловых единиц в часы с низким уровнем возобновляемых ресурсов. Кроме того, по мере того, как электрические сети становятся более экологичными, преимущества постепенного добавления возобновляемых источников к CI становятся меньше, а увеличение нагрузки приводит к еще большему потреблению тепловых единиц в часы с низким уровнем возобновляемых ресурсов. В результате этого явления преимущества CI, наблюдаемые в 2025 году, будут меньше в 2030 году, а абсолютные выбросы незначительно увеличатся на обоих рынках.

Из-за этих результатов мы изучили чувствительность, чтобы протестировать несколько механизмов для смягчения увеличения абсолютных выбросов в сети и / или CI в соответствии со сценарием ежегодного сопоставления. Анализ показал, что небольшое чрезмерное использование возобновляемых источников энергии или стратегическое сокращение производства водорода в пиковые тепловые часы могут быть эффективными инструментами для минимизации этих непреднамеренных последствий выбросов в 2020-х годах.

Кроме того, ежегодное согласование требует компенсаций REC для обеспечения нулевого чистого CI для производства водорода. В ERCOT South CI до зачетов произведенного зеленого водорода составляет 4.3 кг CO.₂/кгH₂ в 2025 г. и 3.4 кгCO₂/кгH₂ в 2030 г. В WECC в Аризоне CI до компенсации составляет 7.9 кг CO.₂/кгH₂ в 2025 г. и 4.7 кгCO₂/кгH₂ в 2030 г. В обоих случаях эти углеродоемкости ниже расчетных 10 кг CO₂/кгH₂ Оценка CI для производства серого водорода, что может привести к значительной декарбонизации в целевых секторах для внедрения водорода; однако эта интенсивность углерода также значительно выше, чем нулевой CI для работы на 100% возобновляемом зеленом водороде.

Еще одно важное соображение заключается в том, что этот анализ был сосредоточен на Техасе и Аризоне, где потенциал возобновляемых ресурсов высок. На этих и других рынках необходимо провести дополнительные исследования, чтобы полностью оценить рассматриваемые здесь компромиссы между экономикой и выбросами. Ожидается, что результаты будут значительно различаться в зависимости от региона, а также могут различаться по мере увеличения масштабов производства водорода после добавления в регион электролизера мощностью 250 МВт.

Управление компромиссами

Политики и регулирующие органы находятся в сложном положении, пытаясь найти компромисс между выбросами углерода и экологически чистой водородной экономикой в ​​контексте быстро меняющихся энергетических рынков США. Этот ранний анализ показывает, что с экономической точки зрения ежегодное согласование может стать катализатором, который необходим отрасли зеленого водорода для поддержки скорейшего внедрения и роста зарождающейся отрасли производства низкоуглеродного водорода. Когда дело доходит до достижения климатических целей, зеленый водород необходимо будет использовать вместе с другими решениями, поэтому чем раньше произойдет внедрение, тем быстрее можно будет реализовать преимущества. После 2030 года, когда строительство ветряных, солнечных и аккумулирующих генерирующих активов будет поддерживать низкоуглеродные сети по всей территории США, а стоимость электролизеров снизится, почасовое согласование может стать более подходящим механизмом для поддержки 100% возобновляемого производства зеленого водорода и обезуглероживания электросетей в США. тандем.