本文建立了一个决策模型，用于优化发电和氢能生产的产能投资及系统运营，重点研究如何利用电网电力或离网可再生能源（VRE）与长周期储能（LDES）相结合生产绿色氢气。模型评估了碳定价和税收激励政策（如氢气生产税收抵免PTC和清洁能源技术投资税收抵免ITC）对氢能生产系统的经济和环境性能的影响。
核心观点与模型目标：
- 氢气生产主要依赖化石燃料（如蒸汽甲烷重整）和电解水两种方法，后者在电网由VRE供电时能产生绿色氢气。
- 模型旨在优化氢气生产中的投资和运营决策，评估不同政策的环境和经济影响，并分析对储存成本等参数的敏感性。
- 模型考虑了电网电力、新建VRE基础设施、LDES以及三者混合使用等多种方案，以考察技术、经济和金融激励措施之间的相互作用。
关键数据与假设：
- 使用2017年和2018年加利福尼亚独立系统运营商的数据，计算了6月中旬和12月中旬的风力和太阳能的平均每小时容量系数（CF）。
- 假设10小时LDES，资本成本范围为每千瓦时（kWh）200-300美元（基准案例为$100/千瓦时和$60/千瓦时）。
- 电解水技术包括碱性电解质、质子交换膜（PEM）和固态氧化物电解质（SOE），假设电解槽效率为80%。
- 电力价格采用萨克拉门托市公用事业局的CI-TOD4商业和工业分时（TOD）动态定价方案。
- 考虑了美国《基础设施投资和就业法案》（IRA）下的税收激励政策，包括PTC和ITC。
情景分析结果：
- 基准情景（BL）使用电网电力生产氢气，成本高昂且排放量大。
- 引入VRE和LDES（BL+VRE+S）可降低成本和排放，但电网电力仍被大量使用。
- 引入碳定价（SCC）可进一步减少排放，完全消除电网能源使用。
- 引入税收抵免（TC）可激励零碳氢气生产，完全消除电网能源使用。
- 降低LDES资本成本可显著提高其投资，减少电解槽容量需求并提高利用率。
研究结论：
- 电网电力生产氢气成本高昂且对环境有害，而VRE和LDES的整合可显著降低成本和排放。
- 税收抵免政策（PTC和ITC）可有效促进绿色氢气生产，将无政策情景下的单位氢生产成本从每公斤10.62美元降低到每公斤0.96美元。
- 离网绿色氢能生产需要大量前期资本投资，但具有优势，如简化清洁能源税收抵免的资格。
- 未来研究将扩展模型范围，包括电网连接、水消耗和土地利用限制、可再生能源成本低估等问题，并进行更详细的敏感性分析。
关键发现：
- 碳税提高了氢生产成本，而税收抵免政策可能将单位氢生产成本降低至每公斤1美元。
- LDES的广泛应用成本目前仍然过高，但若成本降低，可显著降低排放并提高电解槽利用率。
- 离网系统中VRE与LDES的整合支持了财政激励，可显著降低绿色氢气生产的成本。
