Árlegar samsvörunarkröfur fyrir nýjar IRA skattafsláttar gætu komið af stað efnahagslega samkeppnishæfri grænu vetnisframleiðslu

_{Höfundur: Melany Vargas, Kara McNutt og Chris Seiple}

Vetni getur gegnt mikilvægu hlutverki í ferð Bandaríkjanna að núllinu sem lágkolefniseldsneyti til að styðja við kolefnislosun í erfiðum rafvæðingum eftirspurnargeira. 45V framleiðsluskattafslátt verðbólgulaganna er ætlað að hvetja til notkunar á kolefnislítið vetni, flýta fyrir námsferlinum og gera kostnaði kleift að lækka.

Hæsta skattafslátturinn fyrir vetnið með lægsta kolefni nær allt að $3/kg. Hins vegar eru reglurnar um hvernig kolefnisstyrkur (CI) vetnis verður mældur, og möguleg heimild aðferða til að vega upp á móti losun, svo sem endurnýjanlega orkueiningar (RECs), enn í þróun. Þessar reglur, sem nú er verið að skilgreina af fjármálaráðuneytinu, gætu haft umtalsverð áhrif á efnahagslega samkeppnishæfni rafgreiningar- eða græns vetnisframkvæmda og CI og algera losun raforkuneta.

Þess vegna hefur vetnis CI tímabundin samsvörun orðið mjög heitt umræðuefni á undanförnum mánuðum í iðnaði og stjórnmálahópum. Umræðan snýst að miklu leyti um rafgreiningartæki sem reiða sig á raforku fyrir alla eða hluta orkuþarfar þeirra. Sumar stofnanir vilja sjá framleiðendur grænt vetnis sanna að þeir séu að neyta 100% endurnýjanlegrar orku með því að passa raforkunotkun rafgreiningartækisins við endurnýjanlega orkuframleiðslu á klukkutíma fresti. Aðrir halda því fram að þessar kröfur muni takmarka hagkvæmni og innleiðingu grænna vetnisverkefna.

Með hliðsjón af víðtæku sjónarhorni á efnið, ákvað Wood Mackenzie að prófa áhrif nettengdrar græns vetnisframleiðslu. Við skoðuðum áhrif á CI raforkunets og vetnisframleiðslu, sem og rafgreiningargetuþátta í atburðarás sem gerir ráð fyrir RECs á móti klukkutímajöfnunarstefnu þar sem álag rafgreiningartækis myndi passa við samsvarandi snið endurnýjanlegrar orkuframleiðslu.

Við nýttum sér raforkumarkaðinn okkar og jöfnuðum kostnaði við vetnislíkön (LCOH) til að greina þessi áhrif á tveimur einstökum orkumörkuðum, ERCOT South og WECC Arizona. Á hverjum markaði metum við áhrif þess að bæta 250 MW af rafgreiningargetu við netið og gerðum ráð fyrir að vetnisuppsetning ætti sér stað með tilhlýðilegri endurnýjanlegri uppbyggingu til að styðja við álag rafgreiningartækisins og myndun staðbundinna REC. Þessi greining var síðan sett saman við klukkutímaframleiðslu okkar, verðlagningu og losunargögn fyrir hvern markað.

Efnahagsleg áhrif eru skýr

Greining okkar leiddi í ljós að árleg samsvörun atburðarás sem leyfir REC sem mótvægiskerfi getur leitt til núlls CI og efnahagslega samkeppnishæfrar græns vetnisframleiðslu. Aftur á móti gætu tímabundnar samsvörunarkröfur, allt eftir framkvæmd þeirra, leitt til óhagstæðrar hagkvæmni fyrir innleiðingu græns vetnis, með því að takmarka vinnutíma við þá þegar endurnýjanlegar auðlindir eru tiltækar, sem á endanum minnkar rafgreiningargetu. Niðurstaðan er sú að rekstraraðilar verða að dreifa kostnaði sínum á minna magn vetnisframleiðslu og þarf hærra verð til að endurheimta fjármagn sitt fyrir hvert seld kíló af vetni.

Með beinni klukkutímasamsvörun endurnýjanlegra framleiðslugjafa sýnir greining okkar að rafgreiningargetustuðull á bilinu 46-72% leiðir til hækkunar á LCOH um 68%-175% miðað við árlega samsvörun sem gerir rekstraraðilum kleift að ná afkastastuðli upp á 100 %.

Á WECC Arizona markaðnum eru niðurstöðurnar LCOH (með $3/kg skattafslátt notað) sem hækkar úr um $2/kg árið 2025 og $1.50/kg árið 2030, í árlegri samsvörun, í um $4-5/kg árið klukkutíma samsvörun atburðarás. Þessi mikla kostnaðaraukning gæti tafið fyrir getu til að framleiða grænt vetni á kostnaðarjafnvægi við ódýrara, blátt eða grátt vetni, sem á endanum hindrar efnahagslega samkeppnishæfni og upptöku bæði nettengts og 100% endurnýjanlegs græns vetnis sem lágkolefniseldsneytis.

Aftur á móti sýnir líkan árlegrar samsvörunarsviðs að rafgreiningartæki sem keyrir á 100% afkastastuðli, undir árlegri samsvörun sem gerir ráð fyrir REC-jöfnun, gæti náð hagkvæmni undir $2/kg árið 2025 og undir $1.50/kg árið 2030 í báðum mörkuðum. Þetta svið hagfræði er í samræmi við jafngildi blátt vetnis og styður DOE markmið fyrir grænt vetnis LCOH upp á $2/kg árið 2025 og $1/kg fyrir 2030.

CI afleiðingar eru flóknari

Þó að hagkvæmnin sé hagstæðari í árlegri samsvörun, þá er röð losunar og kolefnisstyrks málamiðlana sem þarf að huga að. Í árlegu samsvörunartilvikinu byggir rafgreiningartækið á raforku fyrir 19 – 35% af raforkuþörfinni. Þrátt fyrir að á ákveðnum tímum þurfi netið að draga meira frá varmaorkugjöfum, þá rýkur stigvaxandi endurnýjanleg framleiðsla einnig varmaorku á hámarkstímum endurnýjanlegra auðlinda, sem leiðir til lækkunar á CI netsins. Árið 2025 sjást 0.2% og 0.5% minnkun á CI á ERCOT og WECC svæðinu í sömu röð.

Hins vegar er skipting milli CI og algerrar losunar. Greiningin sýnir að þrátt fyrir lægri CI er lítilsháttar aukning á algerri losun bæði á ERCOT og WECC mörkuðum vegna aukinnar eftirspurnar og aukinnar dreifingar varmaeininga á litlum tíma endurnýjanlegra auðlinda. Þar að auki, eftir því sem raforkukerfi verða grænni, verður ávinningurinn af stigvaxandi endurnýjanlegum viðbótum við CI minni og aukning á álagi knýr enn meira álag á varmaeiningar á tímum með litlum endurnýjanlegum auðlindum. Sem afleiðing af þessu fyrirbæri er ávinningur CI sem sést árið 2025 minni árið 2030 og alger losun eykst lítillega á báðum mörkuðum.

Vegna þessara niðurstaðna könnuðum við næmni til að prófa nokkra aðferðir til að draga úr aukningu á algerri losun nets og / eða CI undir árlegri samsvörun. Greiningin leiddi í ljós að lítilsháttar ofbygging endurnýjanlegrar orku, eða stefnumótandi skerðing á vetnisframleiðslu á álagstímum hita gæti verið áhrifarík tæki til að lágmarka þessi óviljandi áhrif á losun á 2020.

Ennfremur, árleg samsvörun krefst REC jöfnunar til að keyra nettó-núll CI fyrir vetnisframleiðslu. Í ERCOT South er CI, fyrir mótvægi, af græna vetninu sem framleitt er 4.3 kgCO₂/kgH₂ árið 2025 og 3.4 kg CO₂/kgH₂ árið 2030. Í WECC Arizona er CI, fyrir mótsöfnun, 7.9 kgCO₂/kgH₂ árið 2025 og 4.7 kg CO₂/kgH₂ árið 2030. Í báðum tilfellum er þessi kolefnisstyrkur lægri en áætlaður 10 kg CO₂/kgH₂ CI áætlað fyrir framleiðslu á gráu vetni, sem gæti ýtt undir verulega kolefnislosun í markgeirunum fyrir vetnisupptöku; Hins vegar er þessi kolefnisstyrkur einnig umtalsvert hærri en núll CI fyrir 100% endurnýjanlega græna vetnisstarfsemi.

Annað lykilatriði er að þessi greining beindist að Texas og Arizona þar sem möguleikar á endurnýjanlegum auðlindum eru miklir. Það er þörf á frekari rannsóknum á þessum og öðrum mörkuðum til að meta til hlítar hvaða efnahags- og losunarviðskipti eru til skoðunar. Gert er ráð fyrir að útkoman verði verulega breytileg á svæðisbundnum grundvelli og gæti einnig verið breytileg þar sem vetnisframleiðsla mælist langt fram yfir að bæta við 250 MW rafgreiningartæki á svæði.

Umsjón með afskiptum

Stefnumótendur og eftirlitsaðilar eru í erfiðri stöðu að sigla á milli kolefnislosunar og græns vetnishagfræði í samhengi við ört breytilegar orkumarkaðir í Bandaríkjunum. Þessi snemma greining sýnir fram á að á efnahagslegum grunni gæti árleg samsvörun verið hvatinn sem græna vetnisiðnaðurinn þarf til að styðja við snemmbúna upptöku og vöxt hinnar nýbyrtu lágkolefnisvetnisiðnaðar. Þegar kemur að því að ná loftslagsmarkmiðum þarf að beita grænu vetni samhliða öðrum lausnum, því fyrr sem innleiðing á sér stað, því fyrr getur ávinningurinn orðið að veruleika. Eftir 2030, þar sem uppbygging úr vind-, sólar- og geymslueignum styður lægri kolefnisnet um Bandaríkin og rafgreiningarkostnaður lækkar, gæti klukkutímasamsvörun orðið hentugra kerfi til að styðja við 100% endurnýjanlega grænt vetnisframleiðslu og afkolefnislosun raforkukerfis í tandem.