氢能中心难题：如何为生态系统提供资金

氢能中心难题：如何为生态系统提供资金 罗宾•法莫替丁|2022年9月 最近的联邦立法提供了80亿美元用于开发至少四个氢能中心，但指导很少。美国能源部应将资金集中在氢气生产和基础设施的资本成本上，同时通常避免运营费用和对最终用户的支持。 关键的外卖 ▪美国能源部必须为每个枢纽核心的制氢厂提供资金，成本约为每个2.5亿至5亿美元，私营部门成本分担50%。 ▪相关基础设施（如氢气输送系统）的资本支出也应由能源部支持，使用相同的50%的成本份额。 ▪随着核心工厂的扩张，美国能源部可能需要支持其运营费用，以加速可持续最终用途市场的增长 。但应该注意的是，不要将这些补贴延长到工厂全面运营之后。 ▪美国能源部还应避免补贴基础设施运营，除了暂时播种特定市场外，不应补贴最终用户。持续的补贴与中心展示可持续市场的使命不一致。 ▪能源部的资金不应通过每个中心的组织实体流向特定的中心项目。相反，组织者应该在他们的提案中包括所有相关项目，但能源部应该直接资助项目，设定条款并监督它们。 ▪最后，能源部应探索以其他方式帮助降低风险中心和相关示范项目的方法。例如，能源价格的波动是一个关键风险。美国能源部应探索如何为这种风险和其他风险提供保险或对冲。 itif.org 内容 线索1介绍2 氢的中心是什么?3. 能源部面临的战略挑战：资助单个项目还是多项目生态系统？4 核心工厂专注4 分布式的融资模式4 美国能源部资助该怎么办?5核心资本支出5 设备操作6基础设施6 终端用户补贴7消除7 谁基金什么?8 如何组织一个生态系统9下一步:选择过程10 尾注11 介绍 2021年11月，国会通过了一项针对低碳能源系统的大规模联邦直接投资计划，作为《基础设施投资和就业法案 》（IIJA，也称为两党基础设施法）的一部分。IIJA纳入了超过200亿美元来支持试点和示范项目，这尤其值得注意，这是填补美国清洁能源创新生态系统最大空白的重要一步。该法律还在能源部设立了一个新的办公室，即清洁能源示范办公室，以监督这些项目，从而解决其管理结构中的重大差距。 该投资组合中最大的计划是区域氢中心计划（称为H2Hubs），在五年内资助80亿美元。这一数额远远超过了以前在该领域的投资。美国能源部打算创建至少四个，可能八个甚至更多这样的枢纽。鉴于氢作为能源载体的多功能性，具有为电力、运输、储能、工业热能和其他用途做出贡献的潜力，H2Hubs代表了一项大胆的举措，旨在加速创新，使其成为国家能源结构的核心组成部分。 本简报探讨了美国能源部在寻求实施该计划时面临的总体战略挑战：定义什么是枢纽以及其中哪些要素值得联邦支持 。未来的简报将探讨该计划的其他方面。 氢的中心是什么? 到底什么是氢枢纽？IIJA第813（a）条将“区域清洁氢中心”定义为“清洁氢生产商，潜在的清洁氢消费者和附近的连接基础设施网络”。2显然，国会认为“枢纽”不仅仅是一个主要的制氢设施：它明确包括下游用户和将他们连接到该设施的基础设施。（类似的想法也嵌入到法律的直接空气捕获中心的新计划中.3） 然而，美国能源部7月发布的意向通知（NOI）概述了该机构的实施计划，强烈表明能源部将把资金集中在制氢设施（我们称之为“核心工厂”）上，而不是围绕它更广泛的生态系统。特别是，NOI提供了氢气生产规模的具体目标（每天至少50公吨[MT]），以及与雄心勃勃的全机构“HydrogenShot”计划中嵌入的关键指标保持一致：生产成本低于每小时2美元2公斤，随着时间的推移跌至1美元;生命周期一氧化碳少于2千克2每公斤排放的H24所有这些目标都与核心植物直接相关，难以应用于更广泛的生态系统。 因此，NOI表明DOE面临战略挑战。一方面，它似乎通过将资金集中在核心工厂来寻求问责制和简单性。另一方面，它有义务履行国会的授权，帮助建立一个氢驱动的生态系统，这将取决于最终用户蓬勃发展的生态以及将他们与核心工厂联系起来的有效基础设施。 本报告认为，美国能源部应该通过兑现NOI来解决这一挑战，主要是为枢纽中心的核心工厂提供资金，因为这样的工厂为区域氢生态系统提供长期利益的最直接手段。但能源部应该也根据具体情况为关键基础设施的改善提供资金，消除采用氢气的重要障碍。核心工厂将不可避免地吸收大部分可用资金，但重要的是要确保根据需要支持其他关键部分 。 一旦这一广泛的战略获得批准，美国能源部将还有两个问题需要解决。首先，谁选择和资助具体项目的问题。NOI指出，美国能源部计划为每个地区的一个实体提供资金。据推测，这些实体将资助项目（甚至可能是核心工厂，尽管美国能源部也可以直接资助）。我们认为，这种委托方法对能源部和枢纽实体都是有风险的。我们建议采用混合方法，将所有可资助项目都包含在中心提案中，但由DOE进行正式选择并直接资助选定的项目。然后，该过程将得到美国能源部的项目选择专业知识（枢纽没有）和联邦采购法规（枢纽不使用）的支持。 其次，确定核心工厂以外的项目的问题。我们预计，核心工厂的建设将为每个枢纽动用大约2.5亿至5亿美元的能源部资金.5这留下了一个资金池，每个枢纽的资金池可能达到数亿美元，具体取决于最终的枢纽数量。这些资金可以用于三个领域：1）核心工厂的持续运营资金，2）基础设施（主要用于向最终用户提供氢气），以及3）支持氢气的最终用户，例如工厂或运输系统。我们接受业务资金将是 适用于核心工厂，直到它们达到全部运营能力，但到那时，补贴必须逐渐减少。我们还坚信，能源部的资金应该支持选定的基础设施项目的资本支出，特别是那些将核心工厂连接到锚定最终用户的项目。但是，原则上，能源部不应使用示范项目资金直接补贴最终用户，也不应补贴基础设施提供商的持续运营。 能源部面临的战略挑战：为单个项目还是多项目生态系统提供资金？ 核心工厂集中 将资金集中在每个枢纽内的单个核心工厂对能源部具有显着优势。前面描述的硬指标可以直接在选择过程中应用 。DOE在管理单个大型项目方面也比多项目生态系统更有经验-它以前做过。此外，单个项目与其他能源部计划 （例如由贷款计划办公室管理的项目）更好地保持一致，这些项目也可能参与创造氢经济。核心工厂的里程碑将更容易设计，并且更容易衡量其进度。这反过来意味着，进一步资助的通过/不通过决定虽然仍然可能很困难，但将更加透明，更容易辩护。 但核心工厂的重点也为能源部带来了潜在的缺点。值得注意的是，它使投资组合方法实际上变得不可能：资金的庞大规模和有限的投资数量（四到八个）意味着几乎每个项目都将“太大而不能失败”。核心工厂的重点也可能低估下游开发的价值，特别是对氢经济最终出现至关重要的最终用户，以及向他们提供氢气所需的基础设施 。例如，对氢运输基础设施的投资可能对项目的成功至关重要，但需要其他地方的资金。这种方法还可能要求能源部忽略生态系统成功的许多相关标准，使其项目目标过于狭窄。例如，国会明确将高薪工作列为计划目标 。但这里重要的不仅仅是核心工厂内的工作，而是该地区整个氢经济的高薪工作。 核心工厂方法意味着，建立区域氢经济并为其提供资金的所有辅助工作都将落在枢纽本身身上。因此，基础设施的关键部分可能没有资金，而资金更充足或更具影响力的地方参与者可能会使区域发展倾向于其战略需求。这种方法也剥夺了枢纽在构建生态系统方面的关键杠杆：控制资金流。 最后，核心工厂的重点意味着通过/不通过决策将更难做出。很难想象美国能源部会接受结束由参议员舒默支持的纽约大型项目或由州长纽森支持的加利福尼亚州大型项目的后果。这些是政治现实。 分布式的融资模式 或者。美国能源部可以将其资金分配到整个区域生态系统，而不是只关注核心工厂。对于能源部来说，分布式方法意味着为几个大型项目提供资金的高风险将被减少，以及信息技术和创新基金会（ITIF）和其他非政府推荐的投资组合管理方法。 6在这种模式下，能源部将能够资助许多具有不同风险状况的项目，并且可以在更广泛的结果中评估其成功与否。分布式模型还将允许DOE开发更简单，更容易实施的里程碑和指标，再次专注于许多更小，更简单的项目。对于枢纽来说，多项目方法将有助于将能源部资源引导到下游基础设施的领域，否则这些部分可能难以获得资金，并且缺乏投资可能会严重损害生态系统本身。 然而，分布式融资模式也给能源部带来了重大风险。将资金分解为多个项目可能意味着核心工厂无法获得足够的资金来达到规模，同时-取决于谁做出资金决策-中心内部利益冲突的可能性越来越大。资助多个项目可能会使确定整个中心生态系统是否正在实现其目标变得困难，并且几乎不可能在枢纽级别做出通过/不通过的决策（尽管如前所述，这样的决定实际上是不可能的）。多个项目也有可能稀释能源部的跟踪和评估能力。 美国能源部资助该怎么办? 除了用于规划和社区外展的初始资金外，广义上还有五个 拟议的区域氢生态系统的要素能源部可以资助： 1.核心工厂建设和密切相关的举措 2.核心工厂操作 3.基础设施（包括，例如，相关的长期存储、管道） 4.最终用户 5.消除 我们认为，美国能源部应为1号和3号提供资金，并准备补贴核心工厂运营，直到其全面投产。应该探索第5点，因为美国能源部可能比个别枢纽更有能力应对某些风险。应尽可能避免为最终用户灌注泵。 核心工厂资本支出 无论美国能源部决定为生态系统的其他元素提供资金，它都将为核心工厂提供资金，该计划的大部分资金将支持核心工厂资本支出（CAPEX）。 这将花费多少？中国最大的碱性电解槽（AE）工厂于12月下旬上线，可以参考。宝丰声称其150兆瓦（MW）项目每年可生产27，000吨氢气7。 因此，按照目前的成本，生产50吨氢气将需要约278兆瓦的容量。AE资本支出目前估计为每千瓦（kW）~1，000美元.8以这种规模生产所需的资本支出目前估计约为2.78亿美元。建造100吨将花费约5亿美元。这些数字大致相当于液化空气集团在内华达州宣布的2.5亿美元绿色氢气工厂的成本9。 正如Glekn等人所支持的那样，这些成本将随着时间的推移而下降，这是迄今为止对成本下降轨迹的最全面的估计.10利用广泛的来源，Gleng认为AE催化剂的成本预计将以每年2.96%（+/-1.23%）的速度下降;质子交换膜（PEM）催化剂的成本预计将下降得更快，为4.77%（+/- 1.88%）年。催化剂是电解制氢厂资本支出的主要成本要素。 这一公认的不准确分析表明，美国能源部要求的核心工厂的资本支出将在2.5亿至5亿美元之间。 设备操作 美国能源部在NOI中建议，枢纽应该自给自足，因此任何运营补贴都将逐渐减少。然而，可能需要更严格的限制，因为核心工厂可能会寻求进一步的补贴以降低成本，从而提高其在下游的竞争地位-一旦美国能源部向给定项目投入大量资金，它将难以抵制这些需求。 H2Hubs应该通过由美国能源部大力资助的扩大规模来展示现有技术的商业准备情况。这种准备需要通过在工厂全面运营时成功推出自我维持的业务来证明。在这一点上，无法进一步实现规模经济。从这个工厂,因此，希望成本进一步下降而补贴运营是没有意义的。氢能市场是区域性的——这些是“区域中心”——因此它们需要在区域基础上实现自我维持。当工厂达到全面运营时，实际的市场测试就开始了。 在极少数情况下，核心工厂可能正在等待重要承购商的最终部署（例如，利用工厂H2生产）。DOE可能会发现在这种情况下提供一些额外的支持是谨慎的。但总的来说，美国能源部对设施运营的补贴应在设施全面运营时结束. 基础设施 基础设施的公共资金背后有既定的经济论据。私营实体可能无法从基础设施部署中获得全部社会效益，这支撑了支持对社会有益的基础设施进行公共投资的概念框架。 但是，美国能源部应该警惕这里的过度承诺。其基础设施资金将受到限制，因为大部分资金将用于核心工厂的资本支出。此外，许多基础设施项目在商业上是可行的，因此存在能源部资金可用于降低无论如何都会建造的项目的风险，从而人为地提高私人投资者的回报。 因此，能源部应制定一种满足两个核心要求的方法：首先，它应该确定对特定区域氢