'Đánh giá thấp một cách nghiêm túc' | Sẽ cần một lượng lớn hydro để cung cấp năng lượng dự phòng trong hệ thống bằng không: nghiên cứu cho hay
Hiệp hội Hoàng gia cho biết nước Anh sẽ cần những hang động chứa khoảng 2-3 triệu tấn H2 để duy trì ánh sáng trong thời gian kéo dài ít gió và nắng.
Theo một nghiên cứu mới của Hiệp hội Hoàng gia có trụ sở tại London, hydro sẽ đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống điện bằng không, vì các phương pháp lưu trữ năng lượng khác sẽ không thể cung cấp lượng điện dự phòng cần thiết.
Viện khoa học độc lập lâu đời nhất thế giới đã sử dụng dữ liệu thời tiết trong 37 năm để xác định lượng năng lượng cần lưu trữ để hỗ trợ hệ thống điện quốc gia Anh trong tương lai dựa trên năng lượng gió và mặt trời, đồng thời phân tích các loại phương pháp lưu trữ và giảm nhu cầu khác nhau sẵn có và chi phí của chúng.
Báo cáo có tựa đề đơn giản là Bộ lưu trữ điện quy mô lớn, đã xác định rằng sẽ cần tới 100TWh dung lượng lưu trữ vào năm 2050 nếu Vương quốc Anh muốn đáp ứng mục tiêu không có giá trị ròng ràng buộc về mặt pháp lý — đủ để cung cấp cho 1/4 nhu cầu điện hiện tại của đất nước và tương đương với 5.000 bản sao của nhà máy thủy điện bơm lớn nhất Vương quốc Anh tại Dinorwig ở xứ Wales.
Mặc dù hydro xanh có hiệu suất khứ hồi kém khoảng 41% — tức là cứ 100MWh năng lượng tái tạo được sử dụng để sản xuất hydro xanh thì chỉ có 41MWh được tạo ra bởi pin nhiên liệu tiêu thụ lượng H2 đó — và điều này sẽ dẫn đến tương đối chi phí cao, các công nghệ khác sẽ không thể cung cấp quy mô lưu trữ năng lượng cần thiết.
Hiệp hội kết luận: “Việc lưu trữ ở quy mô này, đòi hỏi tới 90 cụm gồm 10 hang, là không thể thực hiện được bằng pin hoặc bơm thủy điện”.
“Các yêu cầu về dung lượng lưu trữ ở quy mô này hiện không được chính phủ dự đoán trước. Công việc xây dựng những hang động này nên bắt đầu ngay lập tức nếu chính phủ muốn có bất kỳ cơ hội nào để đạt được các mục tiêu về số 0 ròng.”
Tác giả chính, Ngài Chris Llewellyn Smith, giáo sư vật lý từng đoạt giải thưởng của Đại học Oxford, nói rằng nhu cầu lưu trữ năng lượng lâu dài “đã bị đánh giá thấp một cách nghiêm trọng”.
Ông giải thích: “Nhu cầu về điện dự kiến sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050 với quá trình điện khí hóa nhiệt, giao thông và xử lý công nghiệp, cũng như sự gia tăng sử dụng điều hòa không khí, tăng trưởng kinh tế và thay đổi dân số”.
“Nó chủ yếu sẽ được đáp ứng bởi gió và mặt trời. Chúng là những hình thức sản xuất điện có hàm lượng carbon thấp rẻ nhất nhưng lại không ổn định - gió thay đổi theo khoảng thời gian thập kỷ, do đó sẽ phải được bổ sung bằng nguồn cung cấp quy mô lớn từ kho lưu trữ năng lượng hoặc các nguồn khác.”
Báo cáo cũng xem xét các lựa chọn khác để đáp ứng nhu cầu điện trong thời gian kéo dài ít gió và ít ánh nắng, bao gồm hạt nhân, khí hóa thạch có khả năng thu hồi và lưu trữ carbon (CCS), và năng lượng sinh học có hoặc không có CCS, mà báo cáo cho biết đều “có khả năng đáp ứng”. một phần đáng kể của nhu cầu”.
Tuy nhiên, nó cho biết thêm: “Tất cả đều đắt hoặc rất đắt nếu được vận hành linh hoạt để bổ sung cho những biến động về nguồn cung và sự thay đổi về nhu cầu”.
Báo cáo khuyến nghị nên bắt đầu xây dựng kho lưu trữ hydro xanh quy mô lớn ngay bây giờ.
“Các quốc gia khác đang có kế hoạch đầy tham vọng để phát triển kho lưu trữ hydro ngay từ bây giờ. Nếu Vương quốc Anh không mô phỏng chúng, nguồn dự trữ điện cần thiết để đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng ít carbon, đáng tin cậy và giá cả phải chăng sẽ không có sẵn khi cần thiết”, nó giải thích.
“Xây dựng một cơ sở sản xuất và lưu trữ hydro xanh lớn dường như là một lựa chọn không hối tiếc. Nó sẽ cung cấp ý tưởng tốt hơn nhiều về giá hydro và đưa GB [Vương quốc Anh*] vào con đường giảm chi phí thông qua học tập. Việc xây dựng những công trình khác sẽ diễn ra nhanh chóng.”
Nhưng hiệp hội cũng chỉ ra rằng điều này sẽ cần sự hỗ trợ tài chính từ chính phủ, vì “việc xây dựng các hang động lớn hiện không hợp lý về mặt thương mại”.
Báo cáo tính toán rằng sẽ cần 60-100TWh dự trữ hydro — tương đương với 1,8-3,0 triệu tấn H2 — để duy trì đèn ở Anh trong thời kỳ ít gió và ít nắng, chẳng hạn như trong cái gọi là “thời kỳ đen tối” ở mùa đông - đặc biệt nếu hệ thống sưởi chủ yếu được cung cấp qua máy bơm nhiệt. Phạm vi này là do sự không chắc chắn về chi phí và thành phần chính xác của năng lượng gió và mặt trời.
Để cung cấp ba triệu tấn hydro xanh mỗi năm sẽ cần khoảng 30GW máy điện phân và 60GW năng lượng tái tạo chuyên dụng.
Hiệp hội Hoàng gia cho biết thêm rằng năng lượng hạt nhân tải cơ sở sẽ làm tăng chi phí năng lượng tổng thể trong một hệ thống bằng 0 “trừ khi chi phí hạt nhân ở gần hoặc dưới mức đáy trong phạm vi dự đoán do Bộ Kinh doanh, Năng lượng và Quản lý [hiện không còn tồn tại] đưa ra. Chiến lược công nghiệp và/hoặc chi phí lưu trữ nằm gần mức cao nhất trong phạm vi ước tính trong báo cáo này”.
Năng lượng sinh học với khả năng thu hồi và lưu trữ carbon (BECCS) - một công nghệ phát thải âm tiềm năng - sẽ chỉ giảm chi phí trong một hệ thống như vậy với lượng tín dụng carbon tiết kiệm được hơn 100 bảng Anh mỗi tấn, “nhưng nó không thể cung cấp cho GB hơn 50TWh
/năm không nhập khẩu sinh khối”.
Sử dụng khí hóa thạch với CCS để mang lại sự linh hoạt “sẽ dẫn đến lượng khí thải CO2 và khí mê-tan không thể chấp nhận được, đồng thời dẫn đến chi phí cao hơn”.
Báo cáo cũng xem xét tiềm năng của nhiều lựa chọn lưu trữ năng lượng, bao gồm nhiều loại pin, lưu trữ năng lượng khí nén và chất lỏng (cao cấp) (LAES và ACAES), lưu trữ năng lượng nhiệt, cũng như H2, amoniac và nhiên liệu tổng hợp.
Việc lưu trữ từ phương tiện đến lưới điện cũng được xem xét, nhưng các tác giả kết luận rằng ngay cả khi tất cả 33 triệu ô tô hiện đang chạy trên đường ở Vương quốc Anh đều chạy bằng điện và đã sạc đầy pin 70kWh được kết nối với lưới điện, chúng sẽ chỉ có thể cung cấp tổng cộng 2TWh. của việc lưu trữ năng lượng.
Tuy nhiên, nó chỉ ra rằng “nếu một phần đáng kể trong đội xe điện trong tương lai của GB đôi khi nằm dưới sự kiểm soát của nhà điều hành lưới điện, thì nguồn năng lượng dự trữ linh hoạt mà họ cung cấp sẽ đóng góp cực kỳ quý giá cho quản lý hệ thống”.
Báo cáo cho biết thêm rằng cũng sẽ cần 15GW pin lithium-ion để cung cấp các dịch vụ lưới điện phản ứng nhanh, chẳng hạn như điều chỉnh tần số và ổn định điện áp.
Nó kết luận: “Với nguồn cung cấp gió và mặt trời được hỗ trợ bởi bộ lưu trữ hydro (và một số pin), người ta nhận thấy rằng, với nhiều giả định đầu vào được đưa ra trong báo cáo này, chi phí điện trung bình đưa vào lưới điện vào năm 2050 sẽ nằm trong khoảng £ 52/MWh và £92/MWh [$65-115/MWh] theo giá năm 2021.
“Để so sánh: trong năm 2010-20, giá bán buôn điện dao động quanh mức £46/MWh, nhưng nó đã cao hơn £200/MWh trong hầu hết năm 2022.”
Điều này có thể được giảm tới 5% “hoặc có thể nhiều hơn” bằng cách kết hợp việc lưu trữ hydro với ACAES - nơi không khí được nén và bơm vào hang động (với nhiệt thu được sẽ được thu giữ và lưu trữ để sử dụng sau này), và sau đó được mở rộng từ từ thông qua năng lượng. -tuabin phát điện — “tùy thuộc vào những gì được giả định về chi phí và hiệu quả của nó”.
Và việc sử dụng kết hợp lưu trữ năng lượng với khí hóa thạch với CCS “có thể giảm chi phí đáng kể”, mặc dù điều này sẽ làm tăng chi phí của khí tự nhiên, CCS và giá carbon trong tương lai.
“Nó sẽ không loại bỏ nhu cầu lưu trữ lâu dài trên quy mô lớn, mặc dù nó sẽ làm giảm quy mô lưu trữ và năng lượng gió cộng với nguồn cung cấp năng lượng mặt trời cần thiết.”
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng “việc xây dựng số lượng hang động... cần thiết vào năm 2050 sẽ là một thách thức nhưng không phải là không thể”.
Tổng cộng có 50 chuyên gia – chủ yếu là giáo sư đại học và học giả từ khắp Vương quốc Anh – đã đóng góp cho báo cáo của Hiệp hội Hoàng gia.
CÁCH SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ HYDRO
Nghiên cứu của Hiệp hội Hoàng gia chỉ ra rằng điện có thể được tạo ra từ hydro bằng cách sử dụng pin nhiên liệu, động cơ đốt trong hoặc tua-bin.
Nhưng nó kết luận rằng “mặc dù tua bin đốt hydro sẽ có vào cuối thập kỷ này, nhưng chúng sẽ không được thảo luận ở đây vì có vẻ như việc sử dụng pin nhiên liệu hoặc động cơ 4 thì sẽ rẻ hơn”.
Nó cho biết thêm: “Có thể thực hiện một số khoản tiết kiệm bằng cách chuyển đổi một phần đội tua bin khí chu trình kết hợp [CCGT] có công suất ~ 30 GW hiện có để đốt hydro”. “Tuy nhiên, việc đốt hydro gây ra các vấn đề kỹ thuật và việc trang bị thêm GT [tua bin khí] để đốt cháy 100% hydro vẫn chưa được chứng minh trên quy mô lớn.”
Tuy nhiên, hầu hết các quốc gia có kế hoạch sử dụng hydro để sản xuất điện đều đang tập trung vào các nhà máy điện quy mô gigawatt, trong đó hầu hết là các cơ sở chuyển đổi khí hóa thạch. Nhiều chuyên gia tin rằng pin nhiên liệu sẽ không thể cung cấp quy mô cần thiết.
