Οι ετήσιες απαιτήσεις αντιστοίχισης για νέες φορολογικές πιστώσεις IRA θα μπορούσαν να ξεκινήσουν μια οικονομικά ανταγωνιστική παραγωγή πράσινου υδρογόνου

_{Συγγραφέας των Melany Vargas, Kara McNutt και Chris Seiple}

Το υδρογόνο μπορεί να διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στο ταξίδι των Ηνωμένων Πολιτειών προς το καθαρό μηδέν ως καύσιμο με χαμηλές εκπομπές άνθρακα για να υποστηρίξει την απανθρακοποίηση τομέων της ζήτησης ενέργειας που δύσκολα ηλεκτροδοτούνται. Η πίστωση φόρου παραγωγής 45 V του νόμου για τη μείωση του πληθωρισμού έχει σκοπό να δώσει κίνητρα για την ανάπτυξη υδρογόνου χαμηλών εκπομπών άνθρακα, επιταχύνοντας την καμπύλη μάθησης και επιτρέποντας τη μείωση του κόστους.

Οι υψηλότερες εκπτώσεις φόρου για το υδρογόνο με τη χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα φτάνουν έως και $3/kg. Ωστόσο, οι κανόνες σχετικά με τον τρόπο μέτρησης της έντασης άνθρακα (CI) του υδρογόνου και το δυνητικό δικαίωμα μηχανισμών αντιστάθμισης των εκπομπών, όπως οι πιστώσεις για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (RECs), βρίσκονται ακόμη υπό ανάπτυξη. Αυτοί οι κανόνες, οι οποίοι επί του παρόντος ορίζονται από το Υπουργείο Οικονομικών, θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην οικονομική ανταγωνιστικότητα των έργων ηλεκτρολυτικού ή πράσινου υδρογόνου και στον CI και στις απόλυτες εκπομπές των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας.

Ως αποτέλεσμα, η χρονική αντιστοίχιση CI υδρογόνου έχει γίνει ένα πολύ καυτό θέμα τους τελευταίους μήνες στη βιομηχανία και τους πολιτικούς κύκλους. Η συζήτηση επικεντρώνεται σε μεγάλο βαθμό στους ηλεκτρολύτες που βασίζονται στην ηλεκτρική ενέργεια του δικτύου για το σύνολο ή μέρος των ενεργειακών τους αναγκών. Ορισμένοι οργανισμοί θα ήθελαν να δουν τους προγραμματιστές πράσινου υδρογόνου να αποδεικνύουν ότι καταναλώνουν 100% ανανεώσιμη ενέργεια αντιστοιχίζοντας την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας του ηλεκτρολύτη τους με την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές σε ωριαία βάση. Άλλοι υποστηρίζουν ότι αυτές οι απαιτήσεις θα περιορίσουν την οικονομία και την ανάπτυξη έργων πράσινου υδρογόνου.

Δεδομένης της ευρείας σειράς προοπτικών για το θέμα, ο Wood Mackenzie ξεκίνησε να δοκιμάσει τον αντίκτυπο της συνδεδεμένης στο δίκτυο παραγωγής πράσινου υδρογόνου. Εξετάσαμε τις επιπτώσεις στο CI των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και της παραγωγής υδρογόνου, καθώς και τους παράγοντες χωρητικότητας της συσκευής ηλεκτρολύτη σε ένα σενάριο που επιτρέπει REC έναντι μιας ωριαίας πολιτικής αντιστοίχισης όπου το φορτίο ενός ηλεκτρολύτη θα ταιριάζει με τα αντίστοιχα προφίλ παραγωγής ανανεώσιμης ενέργειας.

Αξιοποιήσαμε την ιδιόκτητη αγορά ηλεκτρικής ενέργειας και ισοπεδώσαμε τα μοντέλα κόστους υδρογόνου (LCOH) για να αναλύσουμε αυτές τις επιπτώσεις σε δύο μοναδικές αγορές ενέργειας, την ERCOT South και την WECC Arizona. Σε κάθε αγορά αξιολογήσαμε τον αντίκτυπο της προσθήκης 250 MW χωρητικότητας ηλεκτρόλυσης στο δίκτυο και υποθέσαμε ότι η ανάπτυξη υδρογόνου έλαβε χώρα με ανάλογη δημιουργία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την υποστήριξη του φορτίου του ηλεκτρολύτη και της δημιουργίας τοπικών REC. Στη συνέχεια, αυτή η ανάλυση συγκριθεί με τα δεδομένα ωριαίας παραγωγής, τιμολόγησης και εκπομπών που βασίζονται σε περίπτωση που έχουμε για κάθε αγορά.

Οι οικονομικές επιπτώσεις είναι ξεκάθαρες

Η ανάλυσή μας διαπίστωσε ότι ένα ετήσιο σενάριο αντιστοίχισης που επιτρέπει τα REC ως μηχανισμό αντιστάθμισης, μπορεί να οδηγήσει σε καθαρό μηδενικό CI και οικονομικά ανταγωνιστική παραγωγή πράσινου υδρογόνου. Αντίθετα, οι απαιτήσεις ωριαίας αντιστοίχισης, ανάλογα με την εφαρμογή τους, θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε δυσμενή οικονομία για την υιοθέτηση του πράσινου υδρογόνου, περιορίζοντας τις ώρες λειτουργίας σε εκείνες που υπάρχουν διαθέσιμες ανανεώσιμες πηγές, μειώνοντας τελικά τον συντελεστή χωρητικότητας του ηλεκτρολύτη. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι φορείς εκμετάλλευσης πρέπει να κατανέμουν το κόστος τους σε μικρότερο όγκο παραγωγής υδρογόνου, απαιτώντας υψηλότερη τιμή για την ανάκτηση του κεφαλαίου τους για κάθε κιλό υδρογόνου που πωλείται.

Με μια άμεση ωριαία αντιστοίχιση των ανανεώσιμων πηγών παραγωγής, η ανάλυσή μας δείχνει ότι ένας συντελεστής χωρητικότητας ηλεκτρολύτη που κυμαίνεται από 46-72% οδηγεί σε αύξηση του LCOH κατά 68%-175% σε σχέση με ένα ετήσιο σενάριο αντιστοίχισης που επιτρέπει στους χειριστές να φτάσουν σε συντελεστή χωρητικότητας 100 %.

Στην αγορά WECC της Αριζόνα, τα αποτελέσματα είναι ένα LCOH (με πίστωση φόρου $3/kg) που αυξάνεται από περίπου $2/kg το 2025 και $1.50/kg το 2030, σε ένα ετήσιο σενάριο αντιστοίχισης, σε περίπου $4-5/kg σε ένα ωριαίο σενάριο αντιστοίχισης. Αυτός ο βαθμός αύξησης του κόστους θα μπορούσε να καθυστερήσει την ικανότητα παραγωγής πράσινου υδρογόνου με ισοτιμία κόστους σε χαμηλότερου κόστους, μπλε ή γκρι υδρογόνο, εμποδίζοντας τελικά την οικονομική ανταγωνιστικότητα και την υιοθέτηση τόσο του συνδεδεμένου στο δίκτυο όσο και του 100% ανανεώσιμου πράσινου υδρογόνου ως καυσίμου χαμηλών εκπομπών άνθρακα.

Αντίθετα, η μοντελοποίηση ενός ετήσιου σεναρίου αντιστοίχισης δείχνει ότι ένας ηλεκτρολύτης που λειτουργεί με συντελεστή χωρητικότητας 100%, κάτω από ένα ετήσιο καθεστώς αντιστοίχισης που επιτρέπει μετατοπίσεις REC, θα μπορούσε να επιτύχει οικονομικά κάτω από $2/kg έως το 2025 και κάτω από $1.50/kg το 2030 το και οι δύο αγορές. Αυτό το φάσμα οικονομικών είναι σύμφωνο με την ισοτιμία μπλε υδρογόνου και υποστηρίζει τους στόχους DOE για πράσινο υδρογόνο LCOH 2 $/kg έως το 2025 και 1 $/kg έως το 2030.

Οι επιπτώσεις CI είναι πιο σύνθετες

Ενώ τα οικονομικά είναι πιο ευνοϊκά στο ετήσιο σενάριο αντιστοίχισης, υπάρχουν μια σειρά αντισταθμίσεων εκπομπών και έντασης άνθρακα που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Στην περίπτωση ετήσιας αντιστοίχισης, ο ηλεκτρολύτης βασίζεται στην ηλεκτρική ενέργεια του δικτύου για το 19 – 35% των απαιτήσεων ηλεκτρικής ενέργειας. Αν και κατά τη διάρκεια ορισμένων ωρών το δίκτυο πρέπει να αντλεί περισσότερο από πηγές θερμικής ενέργειας, η σταδιακή παραγωγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας εκτοπίζει επίσης τη θερμική ενέργεια κατά τις ώρες αιχμής από ανανεώσιμες πηγές, με αποτέλεσμα τη μείωση του CI του δικτύου. Το 2025, παρατηρούνται μειώσεις CI του δικτύου κατά 0.2 και 0.5% στις περιοχές ERCOT και WECC αντίστοιχα.

Ωστόσο, υπάρχει μια αντιστάθμιση μεταξύ CI και απόλυτων εκπομπών. Η ανάλυση δείχνει ότι παρά το χαμηλότερο CI, υπάρχει οριακή αύξηση στις απόλυτες εκπομπές τόσο στις αγορές ERCOT όσο και στις αγορές WECC λόγω της προστιθέμενης πηγής ζήτησης και της αυξημένης εγκατάστασης θερμικών μονάδων κατά τις ώρες χαμηλών ανανεώσιμων πόρων. Επιπλέον, καθώς τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας γίνονται πιο πράσινα, τα οφέλη των σταδιακών προσθηκών ανανεώσιμων πηγών στο CI γίνονται μικρότερα και η αύξηση του φορτίου οδηγεί σε ακόμη μεγαλύτερη έλξη στις θερμικές μονάδες κατά τις ώρες χαμηλών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ως αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου, τα οφέλη CI που παρατηρήθηκαν το 2025 είναι μικρότερα το 2030 και οι απόλυτες εκπομπές αυξάνονται οριακά και στις δύο αγορές.

Εξαιτίας αυτών των ευρημάτων, διερευνήσαμε τις ευαισθησίες για να δοκιμάσουμε μερικούς μηχανισμούς για τον μετριασμό των αυξήσεων στις απόλυτες εκπομπές δικτύου ή/και CI σύμφωνα με ένα ετήσιο σενάριο αντιστοίχισης. Η ανάλυση διαπίστωσε ότι μια ελαφρά υπερβολική δόμηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας ή η στρατηγική περικοπή της παραγωγής υδρογόνου κατά τις ώρες αιχμής της θερμότητας θα μπορούσαν να είναι αποτελεσματικά εργαλεία για την ελαχιστοποίηση αυτών των ανεπιθύμητων επιπτώσεων εκπομπών στη δεκαετία του 2020.

Επιπλέον, η ετήσια αντιστοίχιση απαιτεί μετατοπίσεις REC για να οδηγήσει σε καθαρό μηδενικό CI για παραγωγή υδρογόνου. Στο ERCOT South, το CI, πριν από τη μετατόπιση, του παραγόμενου πράσινου υδρογόνου είναι 4.3 kg CO₂/kgH₂ το 2025 και 3.4 kg CO₂/kgH₂ το 2030. Στο WECC Arizona, το CI, πριν από τις μετατοπίσεις, είναι 7.9 kg CO₂/kgH₂ το 2025 και 4.7 kg CO₂/kgH₂ το 2030. Και στις δύο περιπτώσεις, αυτές οι εντάσεις άνθρακα είναι χαμηλότερες από τα εκτιμώμενα 10 kg CO₂/kgH₂ Εκτίμηση CI για παραγωγή γκρίζου υδρογόνου, η οποία θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντική απαλλαγή από τον άνθρακα στους τομείς-στόχους για υιοθέτηση υδρογόνου. Ωστόσο, αυτές οι εντάσεις άνθρακα είναι επίσης σημαντικά υψηλότερες από το μηδενικό CI μιας 100% ανανεώσιμης ενέργειας πράσινου υδρογόνου.

Ένα άλλο βασικό στοιχείο είναι ότι αυτή η ανάλυση επικεντρώθηκε στο Τέξας και την Αριζόνα όπου το δυναμικό ανανεώσιμων πηγών είναι υψηλό. Απαιτείται περισσότερη έρευνα σε αυτές και σε άλλες αγορές για την πλήρη αξιολόγηση των οικονομικών αντισταθμίσεων και των αντισταθμίσεων εκπομπών που εξετάζονται εδώ. Αναμένεται ότι τα αποτελέσματα θα διαφέρουν σημαντικά σε περιφερειακή βάση και μπορεί επίσης να διαφέρουν καθώς η παραγωγή υδρογόνου κλιμακώνεται πολύ μετά την προσθήκη ενός ηλεκτρολύτη 250 MW σε μια περιοχή.

Διαχείριση των ανταλλαγών

Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής και οι ρυθμιστικές αρχές βρίσκονται στη δύσκολη θέση της αντιστάθμισης μεταξύ των εκπομπών άνθρακα και της οικονομίας του πράσινου υδρογόνου στο πλαίσιο των ταχέως μεταβαλλόμενων αγορών ενέργειας των ΗΠΑ. Αυτή η πρώιμη ανάλυση δείχνει ότι σε οικονομική βάση, η ετήσια αντιστοίχιση θα μπορούσε να είναι ο καταλύτης που χρειάζεται η βιομηχανία πράσινου υδρογόνου για να υποστηρίξει την έγκαιρη υιοθέτηση και ανάπτυξη της εκκολαπτόμενης βιομηχανίας υδρογόνου χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Όταν πρόκειται για την επίτευξη των κλιματικών στόχων, το πράσινο υδρογόνο θα πρέπει να αναπτυχθεί παράλληλα με άλλες λύσεις, επομένως όσο πιο γρήγορα γίνει η υιοθέτηση, τόσο πιο γρήγορα μπορούν να υλοποιηθούν τα οφέλη. Μετά το 2030, καθώς η κατασκευή από αιολική, ηλιακή και αποθηκευτική πηγή υποστηρίζει δίκτυα χαμηλότερης εκπομπής άνθρακα σε όλες τις ΗΠΑ και το κόστος ηλεκτρολύτη μειώνεται, η ωριαία αντιστοίχιση θα μπορούσε να γίνει πιο κατάλληλος μηχανισμός για την υποστήριξη 100% ανανεώσιμης παραγωγής πράσινου υδρογόνου και την απανθρακοποίηση του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. ένας όπισθεν του άλλου.