يمكن أن تؤدي متطلبات المطابقة السنوية للحصول على ائتمانات ضريبية جديدة للجيش الجمهوري الإيرلندي إلى بدء إنتاج الهيدروجين الأخضر التنافسي اقتصاديًا

_{من تأليف ميلاني فارغاس وكارا مكنوت وكريس سيبل}

يمكن أن يلعب الهيدروجين دورًا مهمًا في رحلة الولايات المتحدة إلى صافي الصفر كوقود منخفض الكربون لدعم إزالة الكربون من قطاعات الطلب على الطاقة التي يصعب إمدادها بالكهرباء. يهدف قانون تخفيض التضخم الضريبي 45 فولت إلى تحفيز نشر الهيدروجين منخفض الكربون ، وتسريع منحنى التعلم وتمكين التكاليف من الانخفاض.

أعلى ائتمانات ضريبية لأدنى قدر من الهيدروجين الكربوني تصل إلى 3 دولارات للكيلوغرام. ومع ذلك ، فإن القواعد المتعلقة بالطريقة التي سيتم بها قياس كثافة الكربون (CI) للهيدروجين ، والسماح المحتمل لآليات تعويض الانبعاثات ، مثل اعتمادات الطاقة المتجددة (RECs) ، لا تزال قيد التطوير. هذه القواعد ، التي يتم تحديدها حاليًا من قبل وزارة الخزانة ، يمكن أن يكون لها آثار كبيرة على القدرة التنافسية الاقتصادية لمشاريع الهيدروجين الإلكتروليتية أو الخضراء و CI والانبعاثات المطلقة لشبكات الطاقة.

نتيجة لذلك ، أصبحت المطابقة الزمنية لـ CI الهيدروجين موضوعًا ساخنًا للغاية في الأشهر الأخيرة في الأوساط الصناعية والسياسية. يتركز النقاش إلى حد كبير حول المحلل الكهربائي الذي يعتمد على شبكة الكهرباء في كل أو جزء من احتياجاتها من الطاقة. تود بعض المؤسسات أن ترى مطوري الهيدروجين الأخضر يثبتون أنهم يستهلكون طاقة متجددة بنسبة 100٪ من خلال مطابقة استهلاك المحلل الكهربائي للكهرباء مع توليد الطاقة المتجددة على أساس كل ساعة. يجادل آخرون بأن هذه المتطلبات ستحد من اقتصاديات ونشر مشاريع الهيدروجين الخضراء.

نظرًا للمجموعة الواسعة من وجهات النظر حول هذا الموضوع ، شرع Wood Mackenzie في اختبار تأثير إنتاج الهيدروجين الأخضر المتصل بالشبكة. نظرنا في التأثيرات على CI لشبكات الطاقة وإنتاج الهيدروجين ، بالإضافة إلى عوامل قدرة المحلل الكهربي في إطار سيناريو يسمح لـ RECs مقابل سياسة المطابقة بالساعة حيث يتطابق حمل المحلل الكهربائي مع ملفات تعريف توليد الطاقة المتجددة المقابلة.

لقد استفدنا من سوق الطاقة الخاص بنا والتكلفة المستوية لنماذج الهيدروجين (LCOH) لتحليل هذه التأثيرات في سوقين فريدين للطاقة ، ERCOT South و WECC Arizona. في كل سوق ، قمنا بتقييم تأثير إضافة 250 ميغاواط من قدرة المحلل الكهربائي إلى الشبكة وافترضنا أن انتشار الهيدروجين حدث مع بناء متجدد متناسب لدعم حمل المحلل الكهربائي وتوليد المجموعات الاقتصادية الإقليمية المحلية. تم بعد ذلك مقارنة هذا التحليل مقابل بيانات الحالة المستندة إلى التوليد والتسعير والانبعاثات لكل سوق.

التداعيات الاقتصادية واضحة

وجد تحليلنا أن سيناريو المطابقة السنوي الذي يسمح للمجموعات الاقتصادية الإقليمية كآلية موازنة ، يمكن أن يؤدي إلى صافي صفر CI وإنتاج الهيدروجين الأخضر التنافسي اقتصاديًا. على العكس من ذلك ، يمكن أن تؤدي متطلبات المطابقة كل ساعة ، اعتمادًا على تنفيذها ، إلى اقتصاديات غير مواتية لاعتماد الهيدروجين الأخضر ، من خلال قصر ساعات التشغيل على تلك التي تتوفر فيها الموارد المتجددة ، مما يؤدي في النهاية إلى تقليل عامل سعة المحلل الكهربائي. والنتيجة هي أن المشغلين يجب أن يوزعوا تكاليفهم على حجم أصغر من إنتاج الهيدروجين ، مما يتطلب سعرًا أعلى لاسترداد رأس مالهم لكل كيلوغرام من الهيدروجين المباع.

من خلال المطابقة المباشرة لمصادر التوليد المتجددة بالساعة ، يُظهر تحليلنا أن عامل قدرة المحلل الكهربائي الذي يتراوح من 46-72٪ يؤدي إلى زيادات LCOH بنسبة 68٪ -175٪ بالنسبة إلى سيناريو المطابقة السنوي الذي يسمح للمشغلين بالوصول إلى عامل قدرة 100 ٪.

في سوق WECC في أريزونا ، كانت النتائج عبارة عن LCOH (مع تطبيق ائتمان ضريبي 3 دولار / كجم) يرتفع من حوالي 2 دولار / كجم في عام 2025 و 1.50 دولار / كجم في عام 2030 ، في سيناريو مطابقة سنوي ، إلى حوالي 4-5 دولارات / كجم في سيناريو المطابقة كل ساعة. هذه الدرجة من الزيادة في التكلفة يمكن أن تؤخر القدرة على إنتاج الهيدروجين الأخضر بتكافؤ التكلفة إلى الهيدروجين ذي التكلفة المنخفضة أو الأزرق أو الرمادي ، مما يعيق في نهاية المطاف القدرة التنافسية الاقتصادية واعتماد كل من الهيدروجين الأخضر المتصل بالشبكة والمتجدد بنسبة 100٪ كوقود منخفض الكربون.

على العكس من ذلك ، تظهر نمذجة سيناريو المطابقة السنوية أن المحلل الكهربي الذي يعمل بعامل سعة 100٪ ، في ظل نظام مطابقة سنوي يسمح بتعويضات REC ، يمكن أن يحقق اقتصاديات أقل من 2 دولار / كجم بحلول عام 2025 ، وأقل من 1.50 دولار / كجم في عام 2030 في كلا السوقين. يتماشى هذا النطاق من الاقتصاديات مع تكافؤ الهيدروجين الأزرق وداعمًا لأهداف وزارة الطاقة الخاصة بـ LCOH للهيدروجين الأخضر البالغ 2 دولار / كجم بحلول عام 2025 و 1 دولار / كجم بحلول عام 2030.

الآثار المترتبة على CI أكثر تعقيدًا

في حين أن الاقتصاد أكثر ملاءمة في سيناريو المطابقة السنوية ، إلا أن هناك سلسلة من مقايضات الانبعاثات وكثافة الكربون التي يجب مراعاتها. في حالة المطابقة السنوية ، يعتمد المحلل الكهربائي على شبكة الكهرباء في 19 - 35٪ من متطلبات الكهرباء. على الرغم من أنه خلال ساعات معينة يجب أن تستمد الشبكة المزيد من مصادر الطاقة الحرارية ، فإن التوليد المتجدد الإضافي يزيح أيضًا الطاقة الحرارية خلال ساعات الذروة من الموارد المتجددة ، مما يؤدي إلى انخفاض في CI للشبكة. في عام 2025 ، لوحظ انخفاض في CI الشبكي بنسبة 0.2 و 0.5 ٪ عبر مناطق ERCOT و WECC على التوالي.

ومع ذلك ، هناك مفاضلة بين CI والانبعاثات المطلقة. يُظهر التحليل أنه على الرغم من انخفاض CI ، هناك زيادة هامشية في الانبعاثات المطلقة في كل من أسواق ERCOT و WECC بسبب مصدر الطلب الإضافي وزيادة نشر الوحدات الحرارية خلال ساعات الموارد المتجددة المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك ، عندما تصبح شبكات الطاقة أكثر اخضرارًا ، تصبح فوائد الإضافات المتجددة المتزايدة إلى CI أصغر ، وتؤدي الزيادة في الحمل إلى سحب أكبر للوحدات الحرارية خلال ساعات الموارد المتجددة المنخفضة. نتيجة لهذه الظاهرة ، فإن فوائد CI التي شوهدت في عام 2025 تكون أصغر في عام 2030 وتزيد الانبعاثات المطلقة بشكل هامشي في كلا السوقين.

بسبب هذه النتائج ، استكشفنا الحساسيات لاختبار بضع آليات للتخفيف من الزيادات في انبعاثات الشبكة المطلقة و / أو CI في إطار سيناريو المطابقة السنوي. وجد التحليل أن زيادة طفيفة في بناء مصادر الطاقة المتجددة ، أو تقليص استراتيجي لإنتاج الهيدروجين خلال ساعات الذروة الحرارية يمكن أن تكون أدوات فعالة لتقليل تأثيرات الانبعاثات غير المقصودة في عشرينيات القرن الحالي.

علاوة على ذلك ، تتطلب المطابقة السنوية تعويضات REC لدفع صافي صفر CI لإنتاج الهيدروجين. في ERCOT South ، CI ، قبل التعويضات ، من الهيدروجين الأخضر المنتج هو 4.3 كجم من ثاني أكسيد الكربون₂/ كلغ₂ في عام 2025 و 3.4 كجم من ثاني أكسيد الكربون₂/ كلغ₂ في عام 2030. في WECC ، أريزونا ، CI ، قبل التعويضات ، هو 7.9 كجم من ثاني أكسيد الكربون₂/ كلغ₂ في عام 2025 و 4.7 كجم من ثاني أكسيد الكربون₂/ كلغ₂ في عام 2030. في كلتا الحالتين ، تكون كثافة الكربون هذه أقل من 10 كجم من ثاني أكسيد الكربون المقدرة₂/ كلغ₂ تقدير CI لإنتاج الهيدروجين الرمادي ، والذي يمكن أن يؤدي إلى إزالة كربونات كبيرة في القطاعات المستهدفة لاعتماد الهيدروجين ؛ ومع ذلك ، فإن كثافة الكربون هذه أعلى بكثير من صفر CI لعملية الهيدروجين الأخضر المتجددة بنسبة 100٪.

اعتبار رئيسي آخر هو أن هذا التحليل ركز على تكساس وأريزونا حيث تكون إمكانات الموارد المتجددة عالية. هناك المزيد من التحقيقات المطلوبة في هذه الأسواق وغيرها لإجراء تقييم كامل للمبادلات الاقتصادية والانبعاثات قيد النظر هنا. من المتوقع أن تختلف النتائج بشكل كبير على أساس إقليمي وقد تختلف أيضًا مع مقاييس إنتاج الهيدروجين بعد إضافة محلل كهربي بقدرة 250 ميجاوات في المنطقة.

إدارة المفاضلات

إن صانعي السياسات والمنظمين في موقف صعب للتنقل بين انبعاثات الكربون واقتصاديات الهيدروجين الأخضر في سياق أسواق الطاقة الأمريكية المتغيرة بسرعة. يوضح هذا التحليل المبكر أنه على أساس اقتصادي ، يمكن أن تكون المطابقة السنوية هي الحافز الذي تحتاجه صناعة الهيدروجين الأخضر لدعم التبني المبكر والنمو لصناعة الهيدروجين منخفضة الكربون الناشئة. عندما يتعلق الأمر بتحقيق الأهداف المناخية ، يجب نشر الهيدروجين الأخضر جنبًا إلى جنب مع حلول أخرى ، وبالتالي كلما حدث التبني في وقت أقرب ، يمكن تحقيق الفوائد في وقت أقرب. بعد عام 2030 ، نظرًا لأن أصول توليد الطاقة من الرياح والطاقة الشمسية والتخزين تدعم شبكات الكربون المنخفضة في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، وتنخفض تكاليف المحلل الكهربائي ، يمكن أن تصبح المطابقة بالساعة آلية أكثر ملاءمة لدعم إنتاج الهيدروجين الأخضر المتجدد بنسبة 100٪ وإزالة الكربون من شبكة الطاقة في بالتزامن.