Gallai Gofynion Paru Blynyddol ar gyfer Credydau Treth IRA Newydd Gychwyn Cynhyrchu Hydrogen Gwyrdd sy'n Gystadleuol yn Economaidd

_{Ysgrifennwyd gan Melany Vargas, Kara McNutt a Chris Seiple}

Gall hydrogen chwarae rhan hanfodol yn nhaith yr Unol Daleithiau i sero-net fel tanwydd carbon isel i gefnogi datgarboneiddio sectorau galw ynni sy'n anodd eu trydaneiddio. Mae credyd treth cynhyrchu 45V y Ddeddf Lleihau Chwyddiant i fod i gymell y defnydd o hydrogen carbon isel, gan gyflymu'r gromlin ddysgu a galluogi costau i ostwng.

Mae'r credydau treth uchaf ar gyfer yr hydrogen carbon isaf yn cyrraedd hyd at $3/kg. Fodd bynnag, mae'r rheolau ynghylch y ffordd y caiff dwyster carbon (CI) hydrogen ei fesur, a'r lwfans posibl o fecanweithiau i wrthbwyso allyriadau, megis Credydau Ynni Adnewyddadwy (RECs), yn dal i gael eu datblygu. Gallai'r rheolau hyn, sy'n cael eu diffinio ar hyn o bryd gan Adran y Trysorlys, fod â goblygiadau sylweddol i gystadleurwydd economaidd prosiectau electrolytig neu hydrogen gwyrdd a'r CI ac allyriadau absoliwt gridiau pŵer.

O ganlyniad, mae paru tymhorol hydrogen CI wedi dod yn bwnc llosg iawn yn ystod y misoedd diwethaf mewn diwydiant a chylchoedd gwleidyddol. Mae'r ddadl yn canolbwyntio'n bennaf ar electrolyzers sy'n dibynnu ar drydan grid ar gyfer eu holl anghenion ynni neu ran ohonynt. Hoffai rhai sefydliadau weld datblygwyr hydrogen gwyrdd yn profi eu bod yn defnyddio 100% o bŵer adnewyddadwy drwy gyfateb defnydd trydan eu electrolyzer â chynhyrchu ynni adnewyddadwy bob awr. Mae eraill yn dadlau y bydd y gofynion hyn yn cyfyngu ar economeg a defnydd prosiectau hydrogen gwyrdd.

O ystyried y set eang o safbwyntiau ar y pwnc, aeth Wood Mackenzie ati i brofi effaith cynhyrchu hydrogen gwyrdd wedi'i gysylltu â'r grid. Edrychwyd ar effeithiau gridiau pŵer a chynhyrchu hydrogen ar y CI, yn ogystal â ffactorau cynhwysedd electrolyzer o dan senario sy'n caniatáu ar gyfer RECs yn erbyn polisi paru fesul awr lle byddai llwyth electrolyzer yn cyfateb i broffiliau cynhyrchu ynni adnewyddadwy cyfatebol.

Gwnaethom drosoli ein marchnad pŵer perchnogol a lefelu modelau cost hydrogen (LCOH) i ddadansoddi'r effeithiau hyn mewn dwy farchnad bŵer unigryw, ERCOT South a WECC Arizona. Ym mhob marchnad, gwerthuswyd effaith ychwanegu 250 MW o gapasiti electrolyzer i'r grid a thybiwyd bod hydrogen yn cael ei ddefnyddio gyda chrynhoad adnewyddadwy cymesur i gynnal llwyth yr electrolyzer a chynhyrchu RECs lleol. Yna cafodd y dadansoddiad hwn ei feincnodi yn erbyn ein data cynhyrchu fesul awr, prisio ac allyriadau ar gyfer pob marchnad.

Mae'r Goblygiadau Economaidd yn glir

Canfu ein dadansoddiad y gall senario paru blynyddol sy’n caniatáu RECs fel mecanwaith gwrthbwyso, arwain at CI sero net a chynhyrchu hydrogen gwyrdd sy’n gystadleuol yn economaidd. I'r gwrthwyneb, gallai gofynion paru fesul awr, yn dibynnu ar eu gweithredu, arwain at economeg anffafriol ar gyfer mabwysiadu hydrogen gwyrdd, trwy gyfyngu oriau gweithredu i'r rhai pan fydd adnoddau adnewyddadwy ar gael, gan leihau'r ffactor capasiti electrolyzer yn y pen draw. Y canlyniad yw bod yn rhaid i weithredwyr ddosbarthu eu costau dros gyfaint llai o gynhyrchu hydrogen, gan ofyn am bris uwch i adennill eu cyfalaf am bob cilogram o hydrogen a werthir.

Gyda pharu uniongyrchol fesul awr o ffynonellau cynhyrchu adnewyddadwy, mae ein dadansoddiad yn dangos bod ffactor cynhwysedd electrolyzer yn amrywio o 46-72% yn arwain at gynnydd LCOH o 68% -175% o'i gymharu â senario paru blynyddol sy'n caniatáu i weithredwyr gyrraedd ffactor capasiti o 100. %.

Ym marchnad WECC Arizona, y canlyniadau yw LCOH (gyda chredyd treth $3/kg yn cael ei gymhwyso) yn cynyddu o tua $2/kg yn 2025 a $1.50/kg yn 2030, mewn senario paru blynyddol, i tua $4-5/kg mewn senario paru bob awr. Gallai’r cynnydd hwn mewn costau ohirio’r gallu i gynhyrchu hydrogen gwyrdd ar gydraddoldeb cost i hydrogen cost-is, glas neu lwyd, gan rwystro cystadleurwydd economaidd a mabwysiadu hydrogen gwyrdd adnewyddadwy 100% fel tanwydd carbon isel yn y pen draw.

I’r gwrthwyneb, mae modelu senario paru blynyddol yn dangos y gallai electrolyzer sy’n rhedeg ar ffactor capasiti o 100%, o dan drefn baru flynyddol sy’n caniatáu ar gyfer gwrthbwyso REC, gyflawni economeg o dan $2/kg erbyn 2025, ac yn is na $1.50/kg yn 2030 yn y ddwy farchnad. Mae'r ystod hon o economeg yn cyd-fynd â chydraddoldeb hydrogen glas ac yn cefnogi targedau DOE ar gyfer LCOH hydrogen gwyrdd o $2/kg erbyn 2025 a $1/kg erbyn 2030.

Mae Goblygiadau CI yn fwy Cymhleth

Er bod yr economeg yn fwy ffafriol yn y senario paru blynyddol, mae cyfres o gyfaddawdau allyriadau a dwysedd carbon i'w hystyried. Yn yr achos paru blynyddol, mae'r electrolyzer yn dibynnu ar drydan grid am 19 - 35% o ofynion trydan. Er bod yn rhaid i'r grid dynnu mwy o ffynonellau ynni thermol yn ystod oriau penodol, mae'r cynhyrchiad adnewyddadwy cynyddrannol hefyd yn dadleoli ynni thermol yn ystod oriau adnoddau adnewyddadwy brig, gan arwain at ddirywiad yn CI y grid. Yn 2025, gwelir gostyngiadau grid CI o 0.2 a 0.5% ar draws rhanbarthau ERCOT a WECC yn y drefn honno.

Fodd bynnag, mae cyfaddawd rhwng CI ac allyriadau absoliwt. Mae'r dadansoddiad yn dangos, er gwaethaf CI is, bod cynnydd ymylol mewn allyriadau absoliwt ym marchnadoedd ERCOT a WECC oherwydd y ffynhonnell galw ychwanegol a'r defnydd cynyddol o unedau thermol yn ystod oriau adnoddau adnewyddadwy isel. Yn ogystal, wrth i gridiau pŵer ddod yn wyrddach, mae buddion ychwanegiadau adnewyddadwy cynyddrannol i CI yn dod yn llai, ac mae cynnydd mewn llwyth yn arwain at fwy o bwysau ar unedau thermol yn ystod oriau adnoddau adnewyddadwy isel. O ganlyniad i'r ffenomen hon, mae'r buddion CI a welir yn 2025 yn llai yn 2030 ac mae allyriadau absoliwt yn cynyddu ychydig yn y ddwy farchnad.

Oherwydd y canfyddiadau hyn, fe wnaethom archwilio sensitifrwydd i brofi cwpl o fecanweithiau i liniaru cynnydd mewn allyriadau grid absoliwt a / neu CI o dan senario paru blynyddol. Canfu’r dadansoddiad y gallai goradeiladu ychydig ar ynni adnewyddadwy, neu gwtogi’n strategol ar gynhyrchu hydrogen yn ystod oriau thermol brig, fod yn arfau effeithiol i leihau’r effeithiau allyriadau anfwriadol hyn yn y 2020au.

At hynny, mae paru blynyddol yn gofyn am wrthbwyso REC i yrru CI sero net ar gyfer cynhyrchu hydrogen. Yn ERCOT South, CI, cyn gwrthbwyso, yr hydrogen gwyrdd a gynhyrchir yw 4.3 kgCO₂/kgH₂ yn 2025, a 3.4 kgCO₂/kgH₂ yn 2030. Yn WECC Arizona, y CI, cyn gwrthbwyso, yw 7.9 kgCO₂/kgH₂ yn 2025, a 4.7 kgCO₂/kgH₂ yn 2030. Yn y ddau achos, mae'r dwyster carbon hyn yn is na'r amcangyfrif o 10 kgCO₂/kgH₂ Amcangyfrif CI ar gyfer cynhyrchu hydrogen llwyd, a allai ysgogi datgarboneiddio sylweddol yn y sectorau targed ar gyfer mabwysiadu hydrogen; fodd bynnag, mae'r dwyster carbon hyn hefyd yn sylweddol uwch na'r sero CI o weithrediad hydrogen gwyrdd adnewyddadwy 100%.

Ystyriaeth allweddol arall yw bod y dadansoddiad hwn yn canolbwyntio ar Texas ac Arizona lle mae potensial uchel o ran adnoddau adnewyddadwy. Mae angen mwy o ymchwilio yn y marchnadoedd hyn a marchnadoedd eraill i asesu'n llawn y cyfaddawdau economaidd ac allyriadau sy'n cael eu hystyried yma. Disgwylir y byddai’r canlyniadau’n amrywio’n sylweddol ar sail ranbarthol a gallent amrywio hefyd wrth i raddfeydd cynhyrchu hydrogen ymhell ar ôl ychwanegu electrolyzer 250 MW mewn rhanbarth.

Rheoli'r Tradeoffs

Mae llunwyr polisi a rheoleiddwyr mewn sefyllfa anodd o lywio'r cyfaddawd rhwng allyriadau carbon ac economeg hydrogen gwyrdd yng nghyd-destun marchnadoedd pŵer UDA sy'n newid yn gyflym. Mae'r dadansoddiad cynnar hwn yn dangos, ar sail economaidd, y gallai paru blynyddol fod yn gatalydd sydd ei angen ar y diwydiant hydrogen gwyrdd i gefnogi mabwysiadu cynnar a thwf y diwydiant hydrogen carbon isel eginol. O ran cyrraedd targedau hinsawdd, bydd angen defnyddio hydrogen gwyrdd ochr yn ochr ag atebion eraill, felly po gyntaf y caiff ei fabwysiadu, y cynharaf y gellir gwireddu'r manteision. Y tu hwnt i 2030, wrth i asedau cynhyrchu ynni gwynt, solar a storio adeiladu gefnogi gridiau carbon is ledled yr Unol Daleithiau, a chostau electrolyzer yn dod i lawr, gallai paru fesul awr ddod yn fecanwaith mwy priodol i gefnogi cynhyrchu hydrogen gwyrdd adnewyddadwy 100% a datgarboneiddio grid pŵer yn tandem.