Годишните изисквания за съответствие за нови данъчни кредити на IRA биха могли да дадат тласък на икономически конкурентно производство на екологичен водород

_{Автор на Melany Vargas, Kara McNutt и Chris Seiple}

Водородът може да изиграе критична роля в пътя на Съединените щати към нетно нула като нисковъглеродно гориво за подпомагане на декарбонизацията на трудни за електрифициране сектори на търсене на енергия. Данъчният кредит за производство от 45V на Закона за намаляване на инфлацията има за цел да стимулира внедряването на нисковъглероден водород, ускорявайки кривата на обучение и позволявайки намаляване на разходите.

Най-високите данъчни кредити за най-нисък въглероден водород достигат до $3/kg. Правилата за начина, по който ще се измерва въглеродният интензитет (CI) на водорода, и потенциалното допускане на механизми за компенсиране на емисиите, като например кредити за възобновяема енергия (REC), все още са в процес на разработване. Тези правила, които в момента се определят от Министерството на финансите, биха могли да имат значителни последици за икономическата конкурентоспособност на проекти за електролитен или зелен водород и CI и абсолютните емисии на електрическите мрежи.

В резултат на това временното съвпадение на водородния CI се превърна в много гореща тема през последните месеци в индустрията и политическите кръгове. Дебатът до голяма степен се съсредоточава около електролизерите, които разчитат на електроенергия от мрежата за всички или част от енергийните си нужди. Някои организации биха искали да видят разработчиците на екологичен водород да докажат, че консумират 100% възобновяема енергия, като съпоставят потреблението на електроенергия на техния електролизер с генерирането на възобновяема енергия на почасова база. Други твърдят, че тези изисквания ще ограничат икономиката и внедряването на проекти за зелен водород.

Предвид широкия набор от гледни точки по темата, Wood Mackenzie се зае да тества въздействието на свързаното с мрежата производство на зелен водород. Разгледахме въздействията върху CI на електрическите мрежи и производството на водород, както и факторите на капацитета на електролизера при сценарий, позволяващ REC срещу почасова политика за съвпадение, при която натоварването на електролизера ще съответства на съответните профили за генериране на възобновяема енергия.

Ние използвахме нашия патентован пазар на електроенергия и модели с изравнена цена на водород (LCOH), за да анализираме тези въздействия в два уникални пазара на електроенергия, ERCOT South и WECC Arizona. На всеки пазар ние оценихме въздействието от добавянето на 250 MW капацитет на електролизера към мрежата и предположихме, че внедряването на водород е настъпило със съразмерно изграждане на възобновяема енергия, за да поддържа натоварването на електролизера и генерирането на локални REC. След това този анализ беше сравнен с нашите базирани на случай данни за почасово производство, цени и емисии за всеки пазар.

Икономическите последици са ясни

Нашият анализ установи, че годишен сценарий за съвпадение, който позволява RECs като механизъм за компенсиране, може да доведе до нетен нулев CI и икономически конкурентно производство на зелен водород. Обратно, изискванията за съпоставяне на час, в зависимост от тяхното прилагане, биха могли да доведат до неблагоприятна икономика за приемане на екологичен водород, като ограничат работните часове до тези, когато са налични възобновяеми ресурси, като в крайна сметка се намали факторът на капацитета на електролизера. Резултатът е, че операторите трябва да разпределят разходите си върху по-малък обем производство на водород, което изисква по-висока цена, за да възстановят капитала си за всеки килограм продаден водород.

С директно почасово съпоставяне на възобновяеми източници на енергия, нашият анализ показва, че коефициентът на капацитет на електролизера, вариращ от 46-72%, води до увеличения на LCOH от 68%-175% спрямо годишен сценарий за съпоставяне, който позволява на операторите да достигнат коефициент на капацитет от 100 %.

На пазара на WECC в Аризона резултатите са LCOH (с приложен данъчен кредит от $3/kg), нарастващ от около $2/kg през 2025 г. и $1.50/kg през 2030 г., в годишен сценарий за съвпадение, до около $4-5/kg през сценарий за почасово съвпадение. Тази степен на увеличение на разходите може да забави способността за производство на зелен водород при паритет на разходите спрямо по-евтиния, син или сив водород, което в крайна сметка възпрепятства икономическата конкурентоспособност и приемането както на свързан към мрежата, така и на 100% възобновяем зелен водород като нисковъглеродно гориво.

Обратно, моделирането на годишен сценарий за съпоставяне показва, че електролизатор, работещ при 100% коефициент на капацитет, при режим на годишно съпоставяне, който позволява компенсации на REC, може да постигне икономия под $2/kg до 2025 г. и под $1.50/kg през 2030 г. двата пазара. Този диапазон на икономиката е в съответствие с паритета на синия водород и подкрепя целите на DOE за зелен водород LCOH от $2/kg до 2025 г. и $1/kg до 2030 г.

Последиците от CI са по-сложни

Въпреки че икономиката е по-благоприятна в годишния сценарий за съпоставяне, има редица компромиси с емисиите и въглеродния интензитет, които трябва да се вземат предвид. В случай на годишно съпоставяне, електролизаторът разчита на електроенергия от мрежата за 19 – 35% от нуждите от електроенергия. Въпреки че през определени часове мрежата трябва да черпи повече от източници на топлинна енергия, постепенното производство на възобновяема енергия също измества топлинната енергия по време на пиковите часове на възобновяемия ресурс, което води до спад в CI на мрежата. През 2025 г. се наблюдават намаления на CI на мрежата от 0.2 и 0.5% съответно в регионите ERCOT и WECC.

Съществува обаче компромис между CI и абсолютните емисии. Анализът показва, че въпреки по-ниския CI, има незначително увеличение на абсолютните емисии както на пазарите ERCOT, така и на WECC поради добавения източник на търсене и увеличеното разгръщане на топлинни агрегати по време на часове с ниски възобновяеми ресурси. Освен това, тъй като електрическите мрежи стават по-екологични, ползите от постепенното добавяне на възобновяеми източници към CI стават по-малки, а увеличаването на натоварването води до още по-голямо привличане на термичните единици по време на часове с ниски възобновяеми ресурси. В резултат на това явление ползите от CI, наблюдавани през 2025 г., са по-малки през 2030 г. и абсолютните емисии се увеличават незначително и на двата пазара.

Поради тези констатации проучихме чувствителността, за да тестваме няколко механизма за смекчаване на увеличенията на абсолютните емисии от мрежата и/или CI при годишен сценарий за съвпадение. Анализът установи, че лекото прекомерно изграждане на възобновяеми енергийни източници или стратегическото ограничаване на производството на водород по време на пиковите топлинни часове могат да бъдат ефективни инструменти за минимизиране на тези нежелани въздействия върху емисиите през 2020-те години.

Освен това годишното съпоставяне изисква компенсации на REC, за да се постигне нетен нулев CI за производството на водород. В ERCOT South, CI, преди компенсации, на произведения зелен водород е 4.3 kgCO₂/kgH₂ през 2025 г. и 3.4 kgCO₂/kgH₂ през 2030 г. В WECC Аризона CI, преди компенсациите, е 7.9 kgCO₂/kgH₂ през 2025 г. и 4.7 kgCO₂/kgH₂ през 2030 г. И в двата случая тези въглеродни интензитети са по-ниски от изчислените 10 kgCO₂/kgH₂ CI изчислен за производство на сив водород, което може да доведе до значителна декарбонизация в целевите сектори за приемане на водород; обаче, тези въглеродни интензитети също са значително по-високи от нулевия CI на работа със 100% възобновяем зелен водород.

Друго ключово съображение е, че този анализ се фокусира върху Тексас и Аризона, където потенциалът за възобновяеми ресурси е висок. Необходими са повече проучвания на тези и други пазари, за да се оценят напълно икономическите и емисионните компромиси, които се разглеждат тук. Очаква се, че резултатите ще варират значително на регионална основа и могат също така да варират, тъй като производството на водород се увеличава значително след добавянето на 250 MW електролизатор в даден регион.

Управление на компромисите

Политиците и регулаторите са в трудна позиция да се ориентират в компромиса между въглеродните емисии и зелената водородна икономика в контекста на бързо променящите се пазари на енергия в САЩ. Този ранен анализ показва, че на икономическа основа годишното съпоставяне може да бъде катализаторът, от който индустрията на зеления водород се нуждае, за да подпомогне ранното приемане и растеж на зараждащата се нисковъглеродна водородна индустрия. Когато става въпрос за постигане на целите за климата, зеленият водород ще трябва да се внедри заедно с други решения, следователно колкото по-бързо стане приемането, толкова по-бързо могат да се реализират ползите. След 2030 г., тъй като изграждането на активи за генериране на вятър, слънчева енергия и съхранение поддържа мрежи с по-ниски въглеродни емисии в САЩ и разходите за електролизери намаляват, почасовото съпоставяне може да се превърне в по-подходящ механизъм за подпомагане на 100% възобновяемо производство на зелен водород и декарбонизация на електрическата мрежа в тандем.