Årlige matchningskrav til nye IRA-skattefradrag kunne kickstarte økonomisk konkurrencedygtig grøn brintproduktion

_{Forfattet af Melany Vargas, Kara McNutt og Chris Seiple}

Brint kan spille en afgørende rolle i USA's rejse mod netto-nul som brændstof med lavt kulstofindhold for at understøtte dekarboniseringen af ​​svære at elektrificere energiefterspørgselssektorer. Inflationsreduktionslovens 45V produktionsskattefradrag er beregnet til at tilskynde til udbredelsen af ​​kulstoffattig brint, accelerere indlæringskurven og gøre det muligt for omkostningerne at falde.

De højeste skattefradrag for det laveste kulstofbrinte når op til $3/kg. Reglerne omkring måden, hvorpå brints kulstofintensitet (CI) vil blive målt, og den potentielle mulighed for mekanismer til at kompensere for emissioner, såsom Renewable Energy Credits (REC'er), er stadig under udvikling. Disse regler, som i øjeblikket er ved at blive defineret af finansministeriet, kan få betydelige konsekvenser for den økonomiske konkurrenceevne af elektrolytiske eller grønne brintprojekter og CI og absolutte emissioner fra elnet.

Som et resultat er brint CI tidsmæssig matchning blevet et meget varmt emne i de seneste måneder i industrien og politiske kredse. Debatten centrerer sig i vid udstrækning omkring elektrolysatorer, der er afhængige af netelektricitet til hele eller dele af deres energibehov. Nogle organisationer vil gerne se grønne brintudviklere bevise, at de forbruger 100 % vedvarende energi ved at matche deres elektrolysators elforbrug med vedvarende energiproduktion på timebasis. Andre hævder, at disse krav vil begrænse økonomien og implementeringen af ​​grønne brintprojekter.

I betragtning af det brede sæt af perspektiver på emnet, satte Wood Mackenzie sig for at teste virkningen af ​​netforbundet grøn brintproduktion. Vi så på virkningerne på CI af elnet og brintproduktion samt elektrolysatorkapacitetsfaktorer under et scenarie, der tillader REC'er i forhold til en timelig matchningspolitik, hvor en elektrolysators belastning ville matche tilsvarende profiler for vedvarende energiproduktion.

Vi udnyttede vores proprietære elmarked og udjævnede omkostninger for brint (LCOH)-modeller til at analysere disse påvirkninger på to unikke elmarkeder, ERCOT South og WECC Arizona. På hvert marked evaluerede vi virkningen af ​​at tilføje 250 MW elektrolysatorkapacitet til nettet og antog, at brintudbredelsen fandt sted med tilsvarende vedvarende udbygning for at understøtte belastningen af ​​elektrolysatoren og genereringen af ​​lokale REC'er. Denne analyse blev derefter benchmarket mod vores baseret case-timegenerering, prissætning og emissionsdata for hvert marked.

Økonomiske konsekvenser er klare

Vores analyse fandt, at et årligt matchende scenarie, der tillader REC'er som en udligningsmekanisme, kan resultere i netto-nul CI og økonomisk konkurrencedygtig produktion af grøn brint. Omvendt kan timetilpasningskrav, afhængigt af deres implementering, resultere i en ugunstig økonomi for grøn brintvedtagelse ved at begrænse driftstimerne til dem, hvor vedvarende ressourcer er tilgængelige, hvilket i sidste ende reducerer elektrolysatorkapacitetsfaktoren. Resultatet er, at operatørerne skal fordele deres omkostninger over en mindre mængde brintproduktion, hvilket kræver en højere pris for at genvinde deres kapital for hvert kilo solgt brint.

Med en direkte timelig matching af vedvarende generationskilder viser vores analyse, at en elektrolysatorkapacitetsfaktor på 46-72% fører til LCOH-stigninger på 68%-175% i forhold til et årligt matchningsscenario, der giver operatørerne mulighed for at nå en kapacitetsfaktor på 100 %.

På WECC Arizona-markedet er resultaterne en LCOH (med en skattefradrag på $3/kg) stigende fra omkring $2/kg i 2025 og $1.50/kg i 2030, i et årligt matchende scenario, til omkring $4-5/kg i et matchende scenarie på timebasis. Denne grad af omkostningsstigning kan forsinke evnen til at producere grøn brint til omkostningsparitet med billigere, blå eller grå brint, hvilket i sidste ende hindrer den økonomiske konkurrenceevne og vedtagelsen af ​​både nettilsluttet og 100 % vedvarende grøn brint som brændstof med lavt kulstofindhold.

Omvendt viser modelleringen af ​​et årligt matchningsscenario, at en elektrolysator, der kører med en kapacitetsfaktor på 100 %, under et årligt matchningsregime, der giver mulighed for REC-offsets, kunne opnå en økonomi under $2/kg i 2025 og under $1.50/kg i 2030 i begge markeder. Denne række af økonomi er i overensstemmelse med blå brintparitet og understøtter DOE-målene for grøn brint LCOH på $2/kg i 2025 og $1/kg i 2030.

CI-implikationer er mere komplekse

Mens økonomien er mere gunstig i det årlige matchningsscenario, er der en række afvejninger af emissioner og kulstofintensitet at overveje. I det årlige matchingstilfælde er elektrolysatoren afhængig af netelektricitet for 19 – 35 % af elbehovet. Selvom nettet i visse timer skal trække mere fra termiske energikilder, fortrænger den inkrementelle vedvarende produktion også termisk energi under spidsbelastningstimer for vedvarende ressourcer, hvilket resulterer i et fald i nettets CI. I 2025 observeres net-CI-reduktioner på 0.2 og 0.5 % på tværs af henholdsvis ERCOT- og WECC-regionerne.

Der er dog en afvejning mellem CI og absolutte emissioner. Analysen viser, at på trods af et lavere CI er der en marginal stigning i absolutte emissioner på både ERCOT- og WECC-markederne på grund af den øgede efterspørgselskilde og øget udbredelse af termiske enheder i løbet af få timer med vedvarende ressourcer. Ydermere, efterhånden som elnettene bliver grønnere, bliver fordelene ved trinvise vedvarende tilføjelser til CI mindre, og en stigning i belastningen driver et endnu større træk på termiske enheder i timer med få vedvarende ressourcer. Som et resultat af dette fænomen er CI-fordele set i 2025 mindre i 2030, og de absolutte emissioner stiger marginalt på begge markeder.

På grund af disse resultater undersøgte vi følsomheder for at teste et par mekanismer til at afbøde stigninger i absolutte netemissioner og/eller CI under et årligt matchende scenarie. Analysen fandt ud af, at en lille overbygning af vedvarende energikilder eller strategisk begrænsning af brintproduktionen i spidsbelastningsperioder for termiske timer kunne være effektive værktøjer til at minimere disse utilsigtede emissionspåvirkninger i 2020'erne.

Ydermere kræver årlig matching REC-offset for at drive en netto-nul CI for brintproduktion. I ERCOT South er CI, før offsets, af den producerede grønne brint 4.3 kgCO₂/kgH₂ i 2025 og 3.4 kg CO₂/kgH₂ i 2030. I WECC Arizona er CI, før offsets, 7.9 kgCO₂/kgH₂ i 2025 og 4.7 kg CO₂/kgH₂ i 2030. I begge tilfælde er disse kulstofintensiteter lavere end de anslåede 10 kgCO₂/kgH₂ CI estimeret for produktion af grå brint, som kunne drive betydelig dekarbonisering i målsektorerne for brintadoption; disse kulstofintensiteter er imidlertid også væsentligt højere end nul-CI for en 100 % vedvarende grøn brintdrift.

En anden vigtig overvejelse er, at denne analyse fokuserede på Texas og Arizona, hvor potentialet for vedvarende ressourcer er højt. Der er behov for mere undersøgelse på disse og andre markeder for fuldt ud at vurdere de økonomiske og emissionsmæssige kompromiser, der overvejes her. Det forventes, at resultaterne vil variere betydeligt på regional basis og også kan variere, da brintproduktionen skalerer langt forbi tilføjelsen af ​​en 250 MW elektrolysator i en region.

Håndtering af afvejninger

Politiske beslutningstagere og regulatorer er i den svære position med at navigere i afvejningen mellem kulstofemissioner og grøn brintøkonomi i forbindelse med hurtigt skiftende amerikanske elmarkeder. Denne tidlige analyse viser, at på et økonomisk grundlag kan årlig matchning være den katalysator, som den grønne brintindustri har brug for for at understøtte den tidlige indførelse og vækst af den begyndende kulstoffattige brintindustri. Når det kommer til at opfylde klimamålene, vil grøn brint skulle implementeres sammen med andre løsninger, derfor jo hurtigere vedtagelsen sker, jo hurtigere kan fordelene realiseres. Efter 2030, da udbygningen af ​​vind-, sol- og lagerproduktionsaktiver understøtter lavere kulstofnet i hele USA, og omkostningerne til elektrolyse falder, kunne timematching blive en mere passende mekanisme til at understøtte 100 % vedvarende produktion af grøn brint og dekarbonisering af elnettet i tandem.