Cerințele anuale de potrivire pentru noile credite fiscale IRA ar putea declanșa producția de hidrogen verde competitivă din punct de vedere economic

_{Scris de Melany Vargas, Kara McNutt și Chris Seiple}

Hidrogenul poate juca un rol esențial în călătoria Statelor Unite către zero net ca combustibil cu emisii scăzute de carbon pentru a sprijini decarbonizarea sectoarelor care necesită energie greu de electrificat. Creditul fiscal de producție de 45V al Legii de reducere a inflației este menit să stimuleze utilizarea hidrogenului cu emisii scăzute de carbon, accelerând curba de învățare și permițând scăderea costurilor.

Cele mai mari credite fiscale pentru hidrogenul cu cel mai scăzut carbon ajung până la 3 USD/kg. Cu toate acestea, regulile privind modul în care va fi măsurată intensitatea carbonului (CI) a hidrogenului și posibilitatea posibilă a mecanismelor de compensare a emisiilor, cum ar fi creditele pentru energie regenerabilă (REC), sunt încă în curs de dezvoltare. Aceste reguli, care sunt în prezent în curs de definire de către Departamentul de Trezorerie, ar putea avea implicații semnificative pentru competitivitatea economică a proiectelor cu hidrogen electrolitic sau verde și pentru CI și emisiile absolute ale rețelelor electrice.

Drept urmare, potrivirea temporală a CI hidrogen a devenit un subiect foarte fierbinte în ultimele luni în industrie și cercurile politice. Dezbaterea se concentrează în mare parte pe electrolizoarele care se bazează pe electricitatea rețelei pentru toate sau o parte din nevoile lor energetice. Unele organizații ar dori să vadă dezvoltatorii de hidrogen verde să demonstreze că consumă 100% energie regenerabilă prin potrivirea consumului de electricitate al electrolizatorului lor cu generarea de energie regenerabilă pe oră. Alții susțin că aceste cerințe vor limita economia și implementarea proiectelor de hidrogen verde.

Având în vedere setul larg de perspective asupra subiectului, Wood Mackenzie și-a propus să testeze impactul producției de hidrogen verde conectat la rețea. Am analizat impactul asupra IC al rețelelor electrice și al producției de hidrogen, precum și asupra factorilor de capacitate a electrolizatorului într-un scenariu care permite REC-uri față de o politică de potrivire orară în care sarcina unui electrolizator ar corespunde profilurilor corespunzătoare de generare de energie regenerabilă.

Am folosit piața proprie de energie electrică și modelele de cost nivelat al hidrogenului (LCOH) pentru a analiza aceste impacturi pe două piețe unice de energie, ERCOT South și WECC Arizona. Pe fiecare piață am evaluat impactul adăugării de 250 MW de capacitate de electrolizor la rețea și am presupus că desfășurarea hidrogenului a avut loc cu o construcție proporțională de energie regenerabilă pentru a susține sarcina electrolizatorului și generarea de REC locale. Această analiză a fost apoi comparată cu datele noastre pe oră de generare, prețuri și emisii pentru fiecare piață.

Implicațiile economice sunt clare

Analiza noastră a constatat că un scenariu anual de potrivire care permite REC-urile ca mecanism de compensare poate duce la un CI net zero și o producție de hidrogen verde competitivă din punct de vedere economic. Dimpotrivă, cerințele de potrivire orară, în funcție de implementarea lor, ar putea avea ca rezultat o economie nefavorabilă pentru adoptarea hidrogenului verde, prin limitarea orelor de funcționare la cele în care resursele regenerabile sunt disponibile, reducând în cele din urmă factorul de capacitate a electrolizatorului. Rezultatul este că operatorii trebuie să își distribuie costurile pe un volum mai mic de producție de hidrogen, necesitând un preț mai mare pentru a-și recupera capitalul pentru fiecare kilogram de hidrogen vândut.

Cu o potrivire orară directă a surselor de generare din surse regenerabile, analiza noastră arată că un factor de capacitate a electrolizorului cuprins între 46-72% duce la creșteri ale LCOH de 68%-175% față de un scenariu anual de potrivire care permite operatorilor să atingă un factor de capacitate de 100. %.

Pe piața WECC Arizona, rezultatele sunt o LCOH (cu un credit fiscal de 3 USD/kg aplicat) care crește de la aproximativ 2 USD/kg în 2025 și 1.50 USD/kg în 2030, într-un scenariu anual de potrivire, la aproximativ 4-5 USD/kg în un scenariu de potrivire orară. Acest grad de creștere a costurilor ar putea întârzia capacitatea de a produce hidrogen verde cu costuri egale cu hidrogenul albastru sau gri cu costuri mai mici, împiedicând în cele din urmă competitivitatea economică și adoptarea hidrogenului verde conectat la rețea și 100% regenerabil ca combustibil cu emisii scăzute de carbon.

În schimb, modelarea unui scenariu anual de potrivire arată că un electrolizor care funcționează la un factor de capacitate de 100%, în cadrul unui regim anual de potrivire care permite compensarea REC, ar putea obține o economie sub 2 USD/kg până în 2025 și sub 1.50 USD/kg în 2030 în ambele pieţe. Această gamă economică este în concordanță cu paritatea hidrogenului albastru și susține obiectivele DOE pentru LCOH cu hidrogen verde de 2 USD/kg până în 2025 și 1 USD/kg până în 2030.

Implicațiile CI sunt mai complexe

În timp ce economia este mai favorabilă în scenariul anual de potrivire, există o serie de compromisuri privind emisiile și intensitatea carbonului de luat în considerare. În cazul de potrivire anual, electrolizorul se bazează pe electricitatea rețelei pentru 19 – 35% din necesarul de energie electrică. Deși în anumite ore rețeaua trebuie să atragă mai mult din surse de energie termică, generarea incrementală de surse regenerabile înlocuiește și energia termică în timpul orelor de vârf de resurse regenerabile, ceea ce duce la o scădere a CI a rețelei. În 2025, în regiunile ERCOT și, respectiv, WECC, se observă reduceri de 0.2 și 0.5% ale CI de grilă.

Cu toate acestea, există un compromis între CI și emisiile absolute. Analiza arată că, în ciuda unui CI mai scăzut, există o creștere marginală a emisiilor absolute atât pe piețele ERCOT, cât și pe cele WECC, datorită sursei de cerere adăugate și implementării sporite a unităților termice în timpul orelor cu resurse regenerabile scăzute. În plus, pe măsură ce rețelele electrice devin mai ecologice, beneficiile adăugărilor incrementale de energie regenerabilă la CI devin mai mici, iar o creștere a sarcinii determină o atracție și mai mare asupra unităților termice în timpul orelor cu resurse regenerabile reduse. Ca urmare a acestui fenomen, beneficiile CI observate în 2025 sunt mai mici în 2030, iar emisiile absolute cresc marginal pe ambele piețe.

Datorită acestor constatări, am explorat sensibilitățile pentru a testa câteva mecanisme pentru a atenua creșterile emisiilor absolute ale rețelei și/sau CI în cadrul unui scenariu anual de potrivire. Analiza a constatat că o ușoară supraconstrucție a surselor regenerabile sau o reducere strategică a producției de hidrogen în timpul orelor termice de vârf ar putea fi instrumente eficiente pentru a minimiza aceste efecte neintenționate asupra emisiilor în anii 2020.

În plus, potrivirea anuală necesită compensarea REC pentru a genera un CI net zero pentru producția de hidrogen. În ERCOT South, CI, înainte de compensare, al hidrogenului verde produs este de 4.3 kgCO₂/kgH₂ în 2025 și 3.4 kgCO₂/kgH₂ în 2030. În WECC Arizona, CI, înainte de compensare, este de 7.9 kgCO₂/kgH₂ în 2025 și 4.7 kgCO₂/kgH₂ în 2030. În ambele cazuri, aceste intensități de carbon sunt mai mici decât cele 10 kgCO estimate₂/kgH₂ CI estimat pentru producția de hidrogen gri, care ar putea conduce la o decarbonizare semnificativă în sectoarele țintă pentru adoptarea hidrogenului; cu toate acestea, aceste intensități de carbon sunt, de asemenea, semnificativ mai mari decât CI zero al unei operațiuni cu hidrogen verde 100% regenerabil.

Un alt aspect cheie este că această analiză sa concentrat pe Texas și Arizona, unde potențialul de resurse regenerabile este mare. Sunt necesare mai multe investigații pe aceste piețe și pe alte piețe pentru a evalua pe deplin compromisurile economice și ale emisiilor luate în considerare aici. Este de așteptat ca rezultatele să varieze semnificativ la nivel regional și pot varia, de asemenea, pe măsură ce producția de hidrogen crește cu mult peste adăugarea unui electrolizor de 250 MW într-o regiune.

Gestionarea compromisurilor

Factorii de decizie și autoritățile de reglementare se află într-o poziție dificilă de a naviga în compromisul dintre emisiile de carbon și economia hidrogenului ecologic în contextul piețelor de energie din SUA în schimbare rapidă. Această analiză timpurie demonstrează că, pe o bază economică, potrivirea anuală ar putea fi catalizatorul de care are nevoie industria hidrogenului verde pentru a sprijini adoptarea și creșterea timpurie a industriei în curs de dezvoltare a hidrogenului cu emisii scăzute de carbon. Când vine vorba de îndeplinirea obiectivelor climatice, hidrogenul verde va trebui implementat alături de alte soluții, prin urmare, cu cât adoptarea are loc mai devreme, cu atât beneficiile pot fi realizate mai repede. După 2030, pe măsură ce dezvoltarea activelor de generare a energiei eoliene, solare și de stocare susține rețele cu emisii reduse de carbon în SUA și costurile cu electrolizor scad, potrivirea orară ar putea deveni un mecanism mai adecvat pentru a sprijini producția de hidrogen verde 100% regenerabilă și decarbonizarea rețelei electrice în tandem.