Letne zahteve za ujemanje novih davčnih dobropisov IRA bi lahko spodbudile ekonomsko konkurenčno proizvodnjo zelenega vodika

_{Avtorji Melany Vargas, Kara McNutt in Chris Seiple}

Vodik lahko igra ključno vlogo na poti Združenih držav do ničelne porabe kot nizkoogljično gorivo za podporo dekarbonizaciji sektorjev povpraševanja po energiji, ki jih je težko elektrificirati. Davčna olajšava za proizvodnjo 45V zakona o zmanjševanju inflacije je namenjena spodbujanju uvajanja vodika z nizkimi emisijami ogljika, pospeševanju krivulje učenja in omogočanju znižanja stroškov.

Najvišje davčne olajšave za vodik z najnižjo vsebnostjo ogljika dosežejo do 3 USD/kg. Vendar so pravila o tem, kako se bo merila intenzivnost ogljika (CI) vodika, in morebitno dovoljenje mehanizmov za izravnavo emisij, kot so krediti za obnovljivo energijo (REC), še v razvoju. Ta pravila, ki jih trenutno opredeljuje Ministrstvo za finance, bi lahko imela pomembne posledice za ekonomsko konkurenčnost projektov elektrolitskega ali zelenega vodika ter CI in absolutne emisije električnih omrežij.

Zaradi tega je časovno ujemanje vodikovega CI v zadnjih mesecih postalo zelo vroča tema v industriji in političnih krogih. Razprava se v veliki meri osredotoča na elektrolizerje, ki se za vse ali del svojih energetskih potreb zanašajo na električno energijo iz omrežja. Nekatere organizacije bi želele, da bi razvijalci zelenega vodika dokazali, da porabijo 100 % obnovljivo energijo tako, da vsako uro uskladijo porabo električne energije svojega elektrolizerja s proizvodnjo energije iz obnovljivih virov. Drugi trdijo, da bodo te zahteve omejile ekonomičnost in uvedbo projektov zelenega vodika.

Glede na širok nabor perspektiv na to temo se je Wood Mackenzie odločil preizkusiti vpliv proizvodnje zelenega vodika, povezanega z omrežjem. Preučili smo vplive na CI električnih omrežij in proizvodnje vodika ter dejavnike zmogljivosti elektrolizatorja po scenariju, ki omogoča REC v primerjavi s politiko ujemanja na uro, kjer bi se obremenitev elektrolizatorja ujemala z ustreznimi profili proizvodnje obnovljive energije.

Za analizo teh vplivov na dveh edinstvenih trgih električne energije, ERCOT South in WECC Arizona, smo uporabili naš lastniški trg električne energije in modele izravnane cene vodika (LCOH). Na vsakem trgu smo ocenili vpliv dodajanja 250 MW zmogljivosti elektrolizatorja v omrežje in domnevali, da je prišlo do uvedbe vodika s sorazmerno gradnjo obnovljivih virov za podporo obremenitvi elektrolizatorja in ustvarjanju lokalnih REC. To analizo smo nato primerjali z našimi podatki o urni proizvodnji, cenah in emisijah za vsak trg.

Gospodarske posledice so jasne

Naša analiza je pokazala, da lahko scenarij letnega ujemanja, ki omogoča REC kot izravnalni mehanizem, povzroči neto ničelni CI in ekonomsko konkurenčno proizvodnjo zelenega vodika. Nasprotno pa bi lahko zahteve glede urnega ujemanja, odvisno od njihovega izvajanja, povzročile neugodno ekonomiko za sprejetje zelenega vodika, saj bi omejile delovne ure na tiste, ko so na voljo obnovljivi viri, kar bi na koncu zmanjšalo faktor zmogljivosti elektrolizatorja. Posledica tega je, da morajo operaterji porazdeliti svoje stroške na manjši obseg proizvodnje vodika, kar zahteva višjo ceno, da povrnejo svoj kapital za vsak kilogram prodanega vodika.

Z neposrednim urnim ujemanjem obnovljivih virov proizvodnje naša analiza kaže, da faktor zmogljivosti elektrolizatorja v razponu od 46 do 72 % vodi do povečanja LCOH za 68 % do 175 % glede na letni scenarij ujemanja, ki operaterjem omogoča, da dosežejo faktor zmogljivosti 100. %.

Na trgu WECC Arizona so rezultati LCOH (z uporabljeno davčno olajšavo 3 USD/kg) narasli s približno 2 USD/kg leta 2025 in 1.50 USD/kg leta 2030, v letnem scenariju ujemanja, na približno 4-5 USD/kg v letu urni scenarij ujemanja. Ta stopnja povečanja stroškov bi lahko odložila zmožnost proizvodnje zelenega vodika po stroškovni pariteti z nižjimi stroški, modrim ali sivim vodikom, kar bi na koncu oviralo gospodarsko konkurenčnost in sprejetje tako omrežnega kot 100-odstotno obnovljivega zelenega vodika kot nizkoogljičnega goriva.

Nasprotno pa modeliranje scenarija letnega ujemanja kaže, da bi lahko elektrolizer, ki deluje s 100-odstotnim faktorjem zmogljivosti, pod režimom letnega ujemanja, ki omogoča izravnave REC, dosegel ekonomičnost pod 2 USD/kg do leta 2025 in pod 1.50 USD/kg leta 2030 leta oba trga. Ta razpon ekonomije je v skladu s pariteto modrega vodika in podpira cilje DOE za zeleni vodik LCOH v višini 2 USD/kg do leta 2025 in 1 USD/kg do leta 2030.

Posledice CI so bolj zapletene

Medtem ko je ekonomija ugodnejša v scenariju letnega ujemanja, je treba upoštevati vrsto kompromisov glede emisij in intenzivnosti ogljika. V primeru letnega ujemanja se elektrolizer zanaša na električno energijo iz omrežja za 19 – 35 % potreb po električni energiji. Čeprav mora omrežje v določenih urah črpati več iz virov toplotne energije, postopna proizvodnja obnovljivih virov tudi izpodriva toplotno energijo v urah največje porabe obnovljivih virov, kar povzroči upad CI omrežja. Leta 2025 so v regijah ERCOT in WECC opazili zmanjšanje CI omrežja za 0.2 oziroma 0.5 %.

Vendar pa obstaja kompromis med CI in absolutnimi emisijami. Analiza kaže, da je kljub nižjemu CI prišlo do mejnega povečanja absolutnih emisij tako na trgih ERCOT kot WECC zaradi dodanega vira povpraševanja in povečane uporabe toplotnih enot med urami z malo obnovljivimi viri. Poleg tega, ko električna omrežja postajajo bolj zelena, so koristi postopnega dodajanja obnovljivih virov v CI manjše, povečanje obremenitve pa povzroči še večjo obremenitev toplotnih enot v urah z malo obnovljivih virov. Zaradi tega pojava so koristi CI, opažene leta 2025, leta 2030 manjše, absolutne emisije pa se bodo na obeh trgih rahlo povečale.

Zaradi teh ugotovitev smo raziskali občutljivosti, da bi preizkusili nekaj mehanizmov za ublažitev povečanja absolutnih emisij omrežja in/ali CI v letnem scenariju ujemanja. Analiza je pokazala, da bi lahko bila rahla prekomerna gradnja obnovljivih virov energije ali strateško omejevanje proizvodnje vodika v času največje toplote učinkovito orodje za zmanjšanje teh nenamernih vplivov emisij v 2020-ih.

Poleg tega letno ujemanje zahteva kompenzacije REC, da se doseže neto ničelni CI za proizvodnjo vodika. V ERCOT South je CI, pred odmiki, proizvedenega zelenega vodika 4.3 kg CO₂/kgH₂ leta 2025 in 3.4 kgCO₂/kgH₂ leta 2030. V WECC Arizona je CI pred izravnavami 7.9 kgCO₂/kgH₂ leta 2025 in 4.7 kgCO₂/kgH₂ leta 2030. V obeh primerih so te intenzivnosti ogljika nižje od ocenjenih 10 kgCO₂/kgH₂ CI ocenjen za proizvodnjo sivega vodika, ki bi lahko spodbudila znatno dekarbonizacijo v ciljnih sektorjih za prevzem vodika; vendar so te intenzivnosti ogljika tudi znatno višje od ničelnega CI pri delovanju 100 % obnovljivega zelenega vodika.

Drugi ključni dejavnik je, da se je ta analiza osredotočila na Teksas in Arizono, kjer je potencial obnovljivih virov velik. Na teh in drugih trgih je potrebnih več raziskav, da bi v celoti ocenili gospodarske kompromise in kompromise glede emisij, ki se tukaj obravnavajo. Pričakuje se, da se bodo rezultati močno razlikovali glede na regijo in se lahko razlikujejo tudi glede na obseg proizvodnje vodika, ki bo presegel dodajanje 250 MW elektrolizatorja v regiji.

Upravljanje kompromisov

Oblikovalci politik in regulatorji so v težkem položaju pri krmarjenju pri kompromisu med emisijami ogljika in ekonomijo zelenega vodika v okviru hitro spreminjajočih se trgov električne energije v ZDA. Ta zgodnja analiza dokazuje, da bi lahko bilo letno usklajevanje na ekonomski podlagi katalizator, ki ga industrija zelenega vodika potrebuje za podporo zgodnjega sprejemanja in rasti nastajajoče industrije vodika z nizkimi emisijami ogljika. Ko gre za izpolnjevanje podnebnih ciljev, bo treba zeleni vodik uvesti skupaj z drugimi rešitvami, zato prej kot pride do sprejetja, prej bodo uresničene koristi. Po letu 2030, ko gradnja iz sredstev za proizvodnjo vetra, sonca in skladiščenja podpira nizkoogljična omrežja po vsej ZDA in se stroški elektrolizatorjev znižajo, bi urno ujemanje lahko postalo ustreznejši mehanizem za podporo 100-odstotne obnovljive proizvodnje zelenega vodika in dekarbonizacije električnega omrežja v tandem.