Godišnji zahtjevi za usklađivanje novih poreznih olakšica IRA-e mogli bi pokrenuti ekonomski konkurentnu proizvodnju zelenog vodika

_{Autori Melany Vargas, Kara McNutt i Chris Seiple}

Vodik može igrati ključnu ulogu na putu Sjedinjenih Država do nulte potrošnje energije kao gorivo s niskim udjelom ugljika koje podržava dekarbonizaciju sektora potražnje za energijom koje je teško elektrificirati. Porezni kredit od 45V prema Zakonu o smanjenju inflacije namijenjen je poticanju primjene vodika s niskim udjelom ugljika, ubrzavajući krivulju učenja i omogućujući smanjenje troškova.

Najviše porezne olakšice za vodik s najnižim udjelom ugljika dosežu i do 3 USD/kg. Međutim, pravila o načinu na koji će se mjeriti intenzitet ugljika (CI) vodika i potencijalno dopuštenje mehanizama za kompenzaciju emisija, kao što su krediti za obnovljivu energiju (REC), još su u razvoju. Ova pravila, koja trenutačno definira Ministarstvo financija, mogla bi imati značajne implikacije na ekonomsku konkurentnost projekata elektrolize ili zelenog vodika te CI i apsolutne emisije energetskih mreža.

Kao rezultat toga, vremensko podudaranje vodikovog CI-ja postalo je vrlo vruća tema posljednjih mjeseci u industriji i političkim krugovima. Rasprava se uglavnom vrti oko elektrolizera koji se oslanjaju na električnu mrežu za sve ili dio svojih energetskih potreba. Neke bi organizacije željele vidjeti da razvijači zelenog vodika dokažu da troše 100% obnovljivu energiju usklađujući potrošnju električne energije svog elektrolizera s proizvodnjom obnovljive energije po satu. Drugi tvrde da će ti zahtjevi ograničiti ekonomiju i implementaciju projekata zelenog vodika.

S obzirom na širok skup perspektiva o ovoj temi, Wood Mackenzie je krenuo testirati utjecaj proizvodnje zelenog vodika povezanog na mrežu. Promatrali smo utjecaje na CI energetskih mreža i proizvodnje vodika, kao i faktore kapaciteta elektrolizatora prema scenariju koji dopušta REC-ove u odnosu na politiku usklađivanja po satu gdje bi opterećenje elektrolizatora odgovaralo odgovarajućim profilima proizvodnje obnovljive energije.

Iskoristili smo svoje vlastito tržište električne energije i modele izravnane cijene vodika (LCOH) kako bismo analizirali te utjecaje na dva jedinstvena tržišta električne energije, ERCOT South i WECC Arizona. Na svakom smo tržištu procijenili učinak dodavanja 250 MW kapaciteta elektrolizatora u mrežu i pretpostavili da je došlo do razvoja vodika s razmjernom izgradnjom obnovljivih izvora kako bi se podržalo opterećenje elektrolizatora i stvaranje lokalnih REC-ova. Ova analiza je zatim uspoređena s našim podacima o proizvodnji po satu, cijenama i emisijama za svako tržište.

Ekonomske implikacije su jasne

Naša je analiza otkrila da godišnji scenarij usklađivanja koji dopušta REC-ove kao mehanizam kompenzacije može rezultirati neto-nultim CI-jem i ekonomski konkurentnom proizvodnjom zelenog vodika. Suprotno tome, zahtjevi za usklađivanjem po satu, ovisno o njihovoj implementaciji, mogli bi rezultirati nepovoljnom ekonomijom za usvajanje zelenog vodika, ograničavanjem radnih sati na one kada su dostupni obnovljivi izvori, što bi u konačnici smanjilo faktor kapaciteta elektrolizatora. Rezultat je da operateri moraju raspodijeliti svoje troškove na manji volumen proizvodnje vodika, zahtijevajući višu cijenu kako bi povratili svoj kapital za svaki kilogram prodanog vodika.

S izravnim usklađivanjem obnovljivih izvora energije po satu, naša analiza pokazuje da faktor kapaciteta elektrolizatora u rasponu od 46-72% dovodi do povećanja LCOH od 68%-175% u odnosu na godišnji scenarij usklađivanja koji operaterima omogućuje postizanje faktora kapaciteta od 100 %.

Na tržištu WECC Arizona, rezultati su LCOH (s primijenjenim poreznim kreditom od 3 USD/kg) koji raste s oko 2 USD/kg u 2025. i 1.50 USD/kg u 2030., u godišnjem scenariju podudaranja, na oko 4-5 USD/kg u scenarij podudaranja po satu. Ovaj stupanj povećanja troškova mogao bi odgoditi sposobnost proizvodnje zelenog vodika po paritetu troškova u odnosu na jeftiniji, plavi ili sivi vodik, u konačnici ometajući ekonomsku konkurentnost i usvajanje i mrežnog i 100% obnovljivog zelenog vodika kao goriva s niskim udjelom ugljika.

Nasuprot tome, modeliranje scenarija godišnjeg usklađivanja pokazuje da bi elektrolizer koji radi s faktorom kapaciteta od 100%, pod godišnjim režimom usklađivanja koji dopušta kompenzaciju REC-a, mogao postići ekonomiju ispod 2 USD/kg do 2025. i ispod 1.50 USD/kg 2030. oba tržišta. Ovaj raspon ekonomije u skladu je s paritetom plavog vodika i podržava ciljeve DOE-a za zeleni vodik LCOH od 2 USD/kg do 2025. i 1 USD/kg do 2030.

CI implikacije su složenije

Iako je ekonomija povoljnija u scenariju godišnjeg usklađivanja, potrebno je razmotriti niz kompromisa u pogledu emisija i intenziteta ugljika. U slučaju godišnjeg usklađivanja, elektrolizer se oslanja na električnu energiju iz mreže za 19 – 35% potreba za električnom energijom. Iako tijekom određenih sati mreža mora crpiti više iz izvora toplinske energije, inkrementalna proizvodnja obnovljivih izvora energije također istiskuje toplinsku energiju tijekom vršnih sati obnovljivih izvora energije, što rezultira padom CI-ja mreže. U 2025. uočeno je smanjenje CI mreže od 0.2 odnosno 0.5% u regijama ERCOT i WECC.

Međutim, postoji kompromis između CI i apsolutnih emisija. Analiza pokazuje da unatoč nižem CI-ju postoji marginalni porast apsolutnih emisija i na tržištima ERCOT i WECC zbog dodanog izvora potražnje i povećane primjene toplinskih jedinica tijekom sati s malo obnovljivih izvora energije. Dodatno, kako elektroenergetske mreže postaju ekološki prihvatljivije, koristi od inkrementalnih dodataka obnovljivih izvora CI postaju manje, a povećanje opterećenja dovodi do još većeg opterećenja toplinskih jedinica tijekom sati s niskim obnovljivim izvorima energije. Kao rezultat ovog fenomena, prednosti CI-ja vidljive 2025. manje su 2030., a apsolutne emisije neznatno se povećavaju na oba tržišta.

Zbog ovih nalaza, istražili smo osjetljivosti kako bismo testirali nekoliko mehanizama za ublažavanje povećanja apsolutnih emisija mreže i/ili CI-ja prema godišnjem scenariju usklađivanja. Analiza je pokazala da bi blaga prekomjerna izgradnja obnovljivih izvora energije ili strateško smanjenje proizvodnje vodika tijekom toplinskih sati mogli biti učinkoviti alati za minimiziranje ovih nenamjernih utjecaja na emisije u 2020-ima.

Nadalje, godišnje usklađivanje zahtijeva REC kompenzacije kako bi se potaknuo neto nulti CI za proizvodnju vodika. U ERCOT South, CI, prije odstupanja, proizvedenog zelenog vodika je 4.3 kgCO₂/kgH₂ 2025. godine, a 3.4 kgCO₂/kgH₂ u 2030. U WECC Arizona, CI, prije kompenzacija, iznosi 7.9 kgCO₂/kgH₂ 2025. godine, a 4.7 kgCO₂/kgH₂ u 2030. U oba slučaja ti su intenziteti ugljika manji od procijenjenih 10 kgCO₂/kgH₂ CI procijenjen za proizvodnju sivog vodika, što bi moglo potaknuti značajnu dekarbonizaciju u ciljanim sektorima za usvajanje vodika; međutim, ti su intenziteti ugljika također značajno viši od nultog CI-a rada 100% obnovljivog zelenog vodika.

Drugo ključno razmatranje je da se ova analiza usredotočila na Teksas i Arizonu gdje je potencijal obnovljivih resursa visok. Potrebno je više istraživanja na ovim i drugim tržištima kako bi se u potpunosti procijenili ekonomski i emisijski kompromisi koji se ovdje razmatraju. Očekuje se da bi se rezultati značajno razlikovali na regionalnoj osnovi, a mogli bi varirati i ako proizvodnja vodika bude znatno veća od dodavanja elektrolizatora od 250 MW u regiji.

Upravljanje kompromisima

Tvorci politika i regulatori u teškoj su poziciji navigacije između emisija ugljika i ekonomije zelenog vodika u kontekstu brzih promjena američkih tržišta električne energije. Ova rana analiza pokazuje da bi na ekonomskoj osnovi godišnje usklađivanje moglo biti katalizator koji je industriji zelenog vodika potreban da podrži rano usvajanje i rast nove industrije vodika s niskim udjelom ugljika. Kad je riječ o ispunjavanju klimatskih ciljeva, zeleni vodik morat će se primijeniti uz druga rješenja, stoga što prije dođe do usvajanja, to se prije mogu ostvariti koristi. Nakon 2030. godine, budući da izgradnja iz vjetra, solarne energije i sredstava za pohranjivanje energije podupire mreže s niskim ugljikom diljem SAD-a, a troškovi elektrolizera padaju, usklađivanje po satu moglo bi postati prikladniji mehanizam za podršku 100% obnovljive proizvodnje zelenog vodika i dekarbonizacije električne mreže u tandem.