ข้อกำหนดการจับคู่ประจำปีสำหรับเครดิตภาษี IRA ใหม่สามารถเริ่มต้นการผลิตไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในเชิงเศรษฐกิจได้

_{ประพันธ์โดย Melany Vargas, Kara McNutt และ Chris Seiple}

ไฮโดรเจนสามารถมีบทบาทสำคัญในการเดินทางสู่ค่าสุทธิเป็นศูนย์ของสหรัฐอเมริกาในฐานะเชื้อเพลิงคาร์บอนต่ำเพื่อสนับสนุนการลดคาร์บอนของภาคส่วนที่ต้องการพลังงานไฟฟ้าซึ่งผลิตไฟฟ้าได้ยาก เครดิตภาษีการผลิต 45V ของพระราชบัญญัติลดอัตราเงินเฟ้อมีขึ้นเพื่อจูงใจให้มีการใช้ไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำ เร่งเส้นโค้งการเรียนรู้และทำให้ต้นทุนลดลง

เครดิตภาษีสูงสุดสำหรับไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำที่สุดสูงถึง 3 ดอลลาร์/กก. อย่างไรก็ตาม กฎเกี่ยวกับวิธีการวัดความเข้มของคาร์บอน (CI) ของไฮโดรเจนจะถูกวัด และค่าเผื่อที่เป็นไปได้ของกลไกในการชดเชยการปล่อยก๊าซ เช่น เครดิตพลังงานหมุนเวียน (RECs) ยังอยู่ระหว่างการพัฒนา กฎเหล่านี้ซึ่งปัจจุบันถูกกำหนดโดยกรมธนารักษ์อาจมีนัยสำคัญต่อความสามารถในการแข่งขันทางเศรษฐกิจของโครงการอิเล็กโทรไลต์หรือไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และ CI และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสัมบูรณ์ของโครงข่ายไฟฟ้า

ด้วยเหตุนี้ การจับคู่ชั่วคราวของไฮโดรเจน CI จึงกลายเป็นประเด็นร้อนอย่างมากในช่วงหลายเดือนที่ผ่านมาในแวดวงอุตสาหกรรมและการเมือง การอภิปรายส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่อิเล็กโทรไลเซอร์ที่อาศัยไฟฟ้ากริดสำหรับความต้องการพลังงานทั้งหมดหรือบางส่วน องค์กรบางแห่งต้องการเห็นนักพัฒนาไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมพิสูจน์ว่าพวกเขาใช้พลังงานหมุนเวียน 100% โดยจับคู่การใช้ไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลเซอร์กับการผลิตไฟฟ้าหมุนเวียนเป็นรายชั่วโมง คนอื่นกำลังเถียงว่าข้อกำหนดเหล่านี้จะจำกัดเศรษฐศาสตร์และการใช้งานโครงการไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ด้วยมุมมองที่กว้างในหัวข้อนี้ Wood Mackenzie ได้เริ่มทดสอบผลกระทบของการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวที่เชื่อมต่อกับกริด เราดูที่ผลกระทบต่อ CI ของโครงข่ายไฟฟ้าและการผลิตไฮโดรเจน รวมถึงปัจจัยด้านความจุของอิเล็กโทรไลเซอร์ภายใต้สถานการณ์จำลองที่อนุญาต REC เทียบกับนโยบายการจับคู่รายชั่วโมงที่โหลดของอิเล็กโทรไลเซอร์จะตรงกับโปรไฟล์การผลิตพลังงานหมุนเวียนที่สอดคล้องกัน

เราใช้ประโยชน์จากตลาดพลังงานที่เป็นกรรมสิทธิ์ของเราและแบบจำลองต้นทุนไฮโดรเจน (LCOH) ที่ปรับระดับเพื่อวิเคราะห์ผลกระทบเหล่านี้ในตลาดไฟฟ้าสองแห่งที่ไม่เหมือนใคร ได้แก่ ERCOT South และ WECC Arizona ในแต่ละตลาด เราประเมินผลกระทบของการเพิ่มกำลังการผลิตอิเล็กโทรไลเซอร์ 250 เมกะวัตต์ลงในกริด และสันนิษฐานว่าการใช้ไฮโดรเจนเกิดขึ้นพร้อมกับการสร้างพลังงานหมุนเวียนที่สมน้ำสมเนื้อเพื่อรองรับโหลดของอิเล็กโทรไลเซอร์และการสร้าง REC ในพื้นที่ การวิเคราะห์นี้ถูกนำไปเทียบเคียงกับข้อมูลการสร้างรายชั่วโมง ราคา และการปล่อยมลพิษสำหรับแต่ละตลาด

ผลกระทบทางเศรษฐกิจมีความชัดเจน

การวิเคราะห์ของเราพบว่าสถานการณ์การจับคู่ประจำปีที่อนุญาตให้ RECs เป็นกลไกการชดเชย อาจส่งผลให้มี CI สุทธิเป็นศูนย์และการผลิตไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในเชิงเศรษฐกิจ ในทางกลับกัน ความต้องการจับคู่รายชั่วโมงขึ้นอยู่กับการนำไปใช้ อาจส่งผลให้เศรษฐศาสตร์ไม่เอื้ออำนวยต่อการนำไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมาใช้ โดยจำกัดชั่วโมงการทำงานเฉพาะเมื่อมีทรัพยากรหมุนเวียน ซึ่งส่งผลให้ปัจจัยด้านความจุของอิเล็กโทรไลต์ลดลงในที่สุด ผลที่ได้คือผู้ประกอบการต้องกระจายต้นทุนของตนไปกับการผลิตไฮโดรเจนในปริมาณที่น้อยลง โดยต้องใช้ราคาที่สูงขึ้นเพื่อคืนทุนสำหรับไฮโดรเจนที่ขายได้แต่ละกิโลกรัม

ด้วยการจับคู่แหล่งผลิตพลังงานหมุนเวียนโดยตรงรายชั่วโมง การวิเคราะห์ของเราแสดงให้เห็นว่าปัจจัยด้านความจุของอิเล็กโทรไลเซอร์ตั้งแต่ 46-72% ทำให้ LCOH เพิ่มขึ้น 68%-175% เมื่อเทียบกับสถานการณ์การจับคู่รายปีที่ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานไปถึงปัจจัยด้านกำลังการผลิตที่ 100 %

ในตลาด WECC Arizona ผลลัพธ์คือ LCOH (พร้อมเครดิตภาษี $3/กก.) เพิ่มขึ้นจากประมาณ $2/กก. ในปี 2025 และ $1.50/กก. ในปี 2030 ในสถานการณ์จับคู่ประจำปี เป็นประมาณ $4-5/กก. ใน สถานการณ์การจับคู่รายชั่วโมง ระดับของต้นทุนที่เพิ่มขึ้นนี้อาจชะลอความสามารถในการผลิตไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในระดับต้นทุนที่เท่ากันไปเป็นไฮโดรเจนที่มีต้นทุนต่ำกว่า ไฮโดรเจนสีน้ำเงินหรือสีเทา ท้ายที่สุดจะเป็นอุปสรรคต่อความสามารถในการแข่งขันทางเศรษฐกิจและการยอมรับทั้งไฮโดรเจนสีเขียวที่เชื่อมต่อกริดและพลังงานทดแทน 100% เป็นเชื้อเพลิงคาร์บอนต่ำ

ในทางกลับกัน การสร้างแบบจำลองของสถานการณ์การจับคู่ประจำปีแสดงให้เห็นว่าอิเล็กโทรไลเซอร์ที่ทำงานที่ปัจจัยความจุ 100% ภายใต้ระบบการจับคู่ประจำปีที่อนุญาตให้มีการชดเชย REC สามารถบรรลุผลประหยัดต่ำกว่า $2/กก. ภายในปี 2025 และต่ำกว่า $1.50/กก. ในปี 2030 ใน ทั้งสองตลาด ช่วงของเศรษฐศาสตร์นี้สอดคล้องกับความเท่าเทียมกันของไฮโดรเจนสีน้ำเงินและสนับสนุนเป้าหมายของ DOE สำหรับไฮโดรเจนสีเขียว LCOH ที่ 2 ดอลลาร์/กก. ภายในปี 2025 และ 1 ดอลลาร์/กก. ภายในปี 2030

ความหมายของ CI นั้นซับซ้อนกว่า

แม้ว่าเศรษฐกิจจะเอื้ออำนวยมากกว่าในสถานการณ์การจับคู่ประจำปี แต่ก็มีชุดของการปล่อยมลพิษและการแลกเปลี่ยนความเข้มของคาร์บอนที่ต้องพิจารณา ในกรณีจับคู่ประจำปี อิเล็กโทรไลเซอร์ใช้ไฟฟ้ากริดเป็น 19 – 35% ของความต้องการไฟฟ้า แม้ว่าในบางชั่วโมง กริดจะต้องดึงแหล่งพลังงานความร้อนมากขึ้น แต่การผลิตพลังงานทดแทนที่เพิ่มขึ้นยังแทนที่พลังงานความร้อนในช่วงเวลาที่มีทรัพยากรหมุนเวียนสูงสุด ส่งผลให้ CI ของกริดลดลง ในปี 2025 การลดลงของ Grid CI 0.2 และ 0.5% ทั่วทั้งภูมิภาค ERCOT และ WECC ตามลำดับ

อย่างไรก็ตาม มีการแลกเปลี่ยนระหว่าง CI และการปล่อยก๊าซสัมบูรณ์ การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าแม้จะมี CI ที่ต่ำกว่า แต่ก็มีการปล่อยก๊าซสัมบูรณ์เพิ่มขึ้นเล็กน้อยในตลาด ERCOT และ WECC เนื่องจากแหล่งที่มาของอุปสงค์ที่เพิ่มขึ้นและการติดตั้งหน่วยความร้อนที่เพิ่มขึ้นในช่วงชั่วโมงทรัพยากรหมุนเวียนต่ำ นอกจากนี้ เมื่อโครงข่ายไฟฟ้าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ประโยชน์ของการเพิ่มพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้นให้กับ CI จะมีขนาดเล็กลง และการเพิ่มขึ้นของไดรฟ์โหลดจะดึงหน่วยความร้อนที่ใหญ่ขึ้นในช่วงเวลาที่มีทรัพยากรหมุนเวียนเหลือน้อย ผลจากปรากฏการณ์นี้ ประโยชน์ของ CI ที่เห็นในปี 2025 นั้นน้อยลงในปี 2030 และการปล่อยก๊าซสัมบูรณ์เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยในทั้งสองตลาด

จากการค้นพบเหล่านี้ เราจึงสำรวจความไวเพื่อทดสอบกลไกสองสามอย่างเพื่อลดการเพิ่มขึ้นของการปล่อยกริดสัมบูรณ์และ/หรือ CI ภายใต้สถานการณ์การจับคู่ประจำปี การวิเคราะห์พบว่าการสร้างพลังงานทดแทนมากเกินไปเล็กน้อยหรือการลดการผลิตไฮโดรเจนเชิงกลยุทธ์ในช่วงชั่วโมงความร้อนสูงสุดอาจเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการลดผลกระทบจากการปล่อยก๊าซที่ไม่ได้ตั้งใจเหล่านี้ให้เหลือน้อยที่สุดในปี 2020

นอกจากนี้ การจับคู่ประจำปีจำเป็นต้องมีการชดเชย REC เพื่อขับเคลื่อน CI สุทธิเป็นศูนย์สำหรับการผลิตไฮโดรเจน ใน ERCOT South ค่า CI ก่อนหักล้าง ของไฮโดรเจนสีเขียวที่ผลิตได้คือ 4.3 kgCO₂/กก₂ ในปี 2025 และ 3.4 กก.CO₂/กก₂ ในปี 2030 ใน WECC Arizona ค่า CI ก่อนหักล้างคือ 7.9 kgCO₂/กก₂ ในปี 2025 และ 4.7 กก.CO₂/กก₂ ในปี พ.ศ. 2030 ในทั้งสองกรณี ความเข้มของคาร์บอนเหล่านี้ต่ำกว่าค่าประมาณ 10 กก.COXNUMX₂/กก₂ CI โดยประมาณสำหรับการผลิตไฮโดรเจนสีเทา ซึ่งสามารถขับเคลื่อนการลดคาร์บอนอย่างมีนัยสำคัญในภาคส่วนเป้าหมายสำหรับการนำไฮโดรเจนไปใช้ อย่างไรก็ตาม ความเข้มของคาร์บอนเหล่านี้ยังสูงกว่าศูนย์ CI ของการดำเนินงานไฮโดรเจนสีเขียวที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ 100% อย่างมีนัยสำคัญ

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการวิเคราะห์นี้มุ่งเน้นไปที่เท็กซัสและแอริโซนาซึ่งมีศักยภาพด้านทรัพยากรหมุนเวียนสูง จำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติมในตลาดเหล่านี้และตลาดอื่นๆ เพื่อประเมินการแลกเปลี่ยนทางเศรษฐกิจและการปล่อยมลพิษที่กำลังพิจารณาอยู่ที่นี่ คาดว่าผลลัพธ์จะแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละภูมิภาค และอาจแตกต่างกันไปตามขนาดการผลิตไฮโดรเจนที่ผ่านการเพิ่มอิเล็กโทรไลเซอร์ 250 เมกะวัตต์ในภูมิภาค

การจัดการการแลกเปลี่ยน

ผู้กำหนดนโยบายและหน่วยงานกำกับดูแลอยู่ในตำแหน่งที่ยากลำบากในการนำทางการแลกเปลี่ยนระหว่างการปล่อยคาร์บอนและเศรษฐศาสตร์ไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมภายในบริบทของตลาดพลังงานสหรัฐที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว การวิเคราะห์ในช่วงต้นนี้แสดงให้เห็นว่าบนพื้นฐานทางเศรษฐกิจแล้ว การจับคู่ประจำปีอาจเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่อุตสาหกรรมไฮโดรเจนสีเขียวต้องการเพื่อสนับสนุนการยอมรับในช่วงต้นและการเติบโตของอุตสาหกรรมไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำที่เพิ่งเกิดขึ้น เมื่อพูดถึงการบรรลุเป้าหมายด้านสภาพอากาศ ไฮโดรเจนสีเขียวจะต้องถูกนำไปใช้ควบคู่ไปกับโซลูชันอื่นๆ ดังนั้น ยิ่งมีการนำไปใช้เร็วเท่าใด คุณก็จะได้รับประโยชน์เร็วขึ้นเท่านั้น หลังจากปี 2030 เนื่องจากการสร้างพลังงานลม แสงอาทิตย์ และแหล่งกักเก็บพลังงานสนับสนุนกริดคาร์บอนที่ลดลงทั่วทั้งสหรัฐอเมริกา และค่าใช้จ่ายของอิเล็กโทรไลต์ลดลง การจับคู่รายชั่วโมงอาจกลายเป็นกลไกที่เหมาะสมมากขึ้นในการสนับสนุนการผลิตไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม 100% และการลดคาร์บอนของกริดไฟฟ้าใน ตีคู่