Изучение влияния производства водорода на выбросы углерода

Моделирование выбросов и воздействия на стоимость дополнительно.Подходы к оценке затрат и последствий для выбросов электролитического производства H2 на основе двух альтернативных определений дополнительности.A, определение «конкурировать» (фиолетовая пунктирная коробка) отражает подход Ricks et al.и позволяет конкурировать между инвестициями в ресурсы, заключенные на производство H2 и другие инвестиции в ресурсы.B, «неконкурентное» определение дополнительности (желтая пунктирная коробка) следует за подходом Zeyen et al, где контрактные ресурсы H2 оптимизированы после инвестиций в ресурсы, не связанные с H2.Здесь контрактные ресурсы H2 относятся к хранению батареи, ветром, солнечной энергии, электролизерам и ресурсам H2 для удовлетворения спроса H2 и удовлетворения указанного требования к сопоставлению времени.Обратите внимание, что базовая сетка в обоих рамках дополнительности одинакова, тогда как оптимизированная сетка с ресурсами H2 различна (как указано различными цветами кругов).Кредит: Jovanniello et al.(Nature Energy, 2024).

Использование электролизеров недавно привлекло особое внимание как способ производства и хранения газового водорода (H2), что имеет жизненно важное значение для различных применений, начиная от синтеза аммиака для удобрений до изготовления топливных элементов для питания крупных транспортных средств илипоезда.

В то время как электролизеры могут питаться с использованием возобновляемых источников энергии, если они питаются текущими электросетьями, эти устройства могут потенциально привести к даже более высоким выбросам углерода, чем обычные методы производства H2.

Таким образом, оценка влияния электролизурников, подключенных к сетке на усилия по декарбонизации, имеет первостепенное значение, особенно в Соединенных Штатах (США), где был создан индексированный налоговый кредит на производство (PTC) для тех, кто производит H2.Этот финансовый стимул дает проекты с выбросами парниковых газов с низким жизненным циклом налоговый кредит до 3 долл. США на килограмм полученного водорода.

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) изучили, как различные интерпретации источников по контрактной переменной возобновляемой энергии (VRE) (то есть источники энергии, которые полагаются на изменение погодных условий, таких как солнечная и энергия ветра) и политики энергетической системы могут повлиять на затратыи выбросы электролитического производства водорода.

Их статья, опубликованная в Nature Energy, показывает, что различные предположения о VRE, используемых для питания электролизаров, подключенных к сетке, могут значительно повлиять на оценки полученных выбросов углерода.

«В литературе представлено противоречивое руководство об соответствующем требовании к сопоставлению времени между потреблением электролизаров и сокращенной переменной возобновляемой энергией (VRE) для квалификации водорода (H2) как« низкий углерод »,» Майкл А. Джованниэлло, Анна Н. Цибульский и их ихКоллеги написали в своей статье.«Мы показываем, что на эти результаты сильно влияют различные интерпретации дополнительности».

Джованниэлло, Кибульский и их коллеги провели свой анализ с использованием модели энергетических систем под названием Dolphyn.Эта модель позволила им оценить выбросы и затраты электролизаров, подключенных к сетке, при различных гипотетических сценариях или условиях.

Исследователи специально изучали различия между сценариями, в которых ресурсы VRE, помогающие удовлетворить потребности в электроэнергии за пределами производства водорода, или не конкурируют с договором VRE за производство H2.Кроме того, они сосредоточились на отдельных сценариях, в которых требования VRE были почасовыми или годовыми.

Результаты анализа команды показывают, что эти различные интерпретации приводят к различным оценкам выбросов углерода.Следовательно, подходы к определению требований к сопоставлению времени для определения права ПТК и оценки фактического воздействия электролизаров, подключенных к сетке, должны учитывать эти влиятельные факторы.

«Существенно более низкие косвенные выбросы достижимы при ежегодном сопоставлении времени при предположении, что VRE за спрос на электроэнергию без H2 не конкурирует с VRE, заключенным на H2, в отличие от того, когда предполагают, что все ресурсы VRE находятся в прямой конкуренции»,-объяснили исследователи в своихбумага.

«Дальнейший анализ с учетом четырех политик, связанных с энергетической системой, предполагает, что последняя интерпретация дополнительности, вероятно, переоценит воздействие на выбросы на годовое соответствие и недооценивает почасовые сопоставления».

Результаты анализа, проведенные этой группой исследователей, могут потенциально информировать о политике, особенно о составлении требований к приемлемости для получения налоговых льгот PTC.Кроме того, это исследование может проложить путь для дальнейших работ, направленных на моделирование экономического и экологического воздействия производственных проектов H2, включающих развертывание электролицера.

«Мы спорим о том, чтобы начать с годового сопоставления времени в ближайшей перспективе для атрибуции налоговых льгот H2 US, где условия напоминают« неконкурентную »рамку, а затем фазовый индикатор и последующий поэтапТребования в качестве сетки глубоко декарбонизированы », - написали исследователи.

Больше информации: Майкл А. Джованниэлло и др., Влияние дополнительных требований и требований к сопоставлению времени на выбросы от производства водорода, подключенного к сетке, природы (2024).Doi: 10.1038/s41560-023-01435-0