Độc quyền trực tuyến: Bắt đầu chuyển đổi đường ống để thực hiện tham vọng lớn lao về H2
Đức đã đưa ra các kế hoạch đầy tham vọng cho mạng lưới đường ống hydro (H2) dài 5.617 dặm (9.040 km) có thể hoàn thành vào năm 2032 với giá 20 tỷ đô la, nếu mọi việc diễn ra theo đúng kế hoạch. Sau khi hoàn thành, mạng lưới này sẽ có tiềm năng vận chuyển 278 terawatt-giờ (TWh) H2 ít carbon và không carbon, có thể giúp khử cacbon cho ngành công nghiệp của Đức.
Theo kế hoạch, khoảng 60% mạng lưới H2 sẽ là đường ống dẫn khí được tái sử dụng, trong khi phần còn lại sẽ là đường ống H2 mới. Mười lăm đơn vị vận hành hệ thống truyền tải (TSO) và mười đơn vị vận hành hệ thống phân phối (DSO) tham gia phát triển mạng lưới. Một trong những đơn vị phát triển là ONTRAS, đơn vị vận hành lưới khí đốt ở miền đông nước Đức.
Bước đầu tiên, ONTRAS sẽ phát triển mạng lưới H2 dài 372 dặm (600 km), trong đó 80% sẽ là chuyển đổi đường ống dẫn khí hiện có. Quyết định đầu tư cuối cùng (FID) cho phần mạng lưới này đã được đưa ra.
Ban đầu, ONTRAS sẽ kết nối khu vực Leipzig với cái được gọi là tam giác hóa chất trung tâm của Đức—các trung tâm công nghiệp ở Saxony-Anhalt và Lower Saxony, khu vực Berlin và vòng cung công nghiệp Meissen.
Công việc đã được tiến hành trên một dự án thí điểm được gọi là dự án Energiepark Bad Lauchstädt ở tiểu bang Saxony-Anhalt, được Bộ Kinh tế và Bảo vệ Khí hậu Đức tài trợ. Dự án thí điểm này liên quan đến đường ống dẫn khí dài 16 dặm (25 km) mà ONTRAS đang chuyển đổi để vận chuyển H2 xanh. H2 sẽ được sản xuất bởi một nhà máy điện phân công suất 30 megawatt (MW) sử dụng điện do một trang trại gió sản xuất.
Christian Decker, một thành viên của bộ phận quản lý tài sản kỹ thuật tại ONTRAS, đã nói với ấn phẩm chị em của chúng tôi, Pipeline & Gas Journal (P&GJ), rằng dự án đang tiến triển theo đúng kế hoạch và đường ống thí điểm sẽ sớm được lấp đầy bằng H2.
“Trong dự án Energiepark Bad Lauchstädt, chúng tôi đang nói về một đường ống dẫn khí áp suất cao, có đường kính 19,5 in (500 mm), được xây dựng vào những năm 1970. Đó là một đường ống thép có áp suất khí lên tới 55 bar. Để chuyển đổi sang vận chuyển H2, chúng tôi sẽ hạ áp suất xuống 40 bar. Đó là kế hoạch. Hiện chúng tôi đã hoàn tất mọi biện pháp kỹ thuật”, ông cho biết.
Decker cho biết các đường ống dẫn khí sẽ được chuyển đổi theo từng trường hợp cụ thể tùy thuộc vào độ tuổi và đặc điểm của chúng.
“Lưới điện của chúng tôi chủ yếu được xây dựng trong thời kỳ Cộng hòa Dân chủ Đức (GDR). Đường ống lâu đời nhất của chúng tôi có từ những năm 1930, nhưng phần chính được xây dựng vào những năm 1960 và 1970, Decker nói thêm. “Và tất nhiên, các đường ống có điều kiện khác nhau. Các đường ống được xây dựng vào những năm 1990 nhìn chung tốt hơn các đường ống được xây dựng vào những năm 1960 và 1970, vì vậy mỗi đường ống mà chúng tôi dự định chuyển đổi đều là một trường hợp riêng biệt. Tuy nhiên, các bước chúng tôi đang thực hiện đều giống nhau—các đường ống sẽ được đại tu hoàn toàn và sau đó có thể vận chuyển H2 trong ít nhất 20 năm–25 năm, theo mọi khả năng.”
Hoàn tất thử nghiệm. Decker cho biết thêm rằng mọi đường ống mà công ty có kế hoạch chuyển đổi trong 7 năm–8 năm tới đều đã hoàn tất quy trình đánh giá tài liệu, cũng như chứng nhận chuyên gia kỹ thuật chính thức. Đối với các đường ống này, ONTRAS đã hoàn tất mọi thử nghiệm.
“Kế hoạch là lấp đầy 25 km (thí điểm) bằng H2 vào cuối quý 1 năm 2025. Các đường ống khác hiện đang trong giai đoạn thực hiện.”
Hiện tại, việc pha trộn H2 với khí đốt tự nhiên không phải là một lựa chọn đang được cân nhắc. Một phần là do việc pha trộn không có ý nghĩa về mặt thương mại, vì người ta sẽ không theo dõi được hàm lượng H2 đắt đỏ.
Thay vào đó, ONTRAS sẽ tách lưới H2 khỏi lưới khí đốt tự nhiên hiện có, do đó toàn bộ các phần phải bị cắt bỏ. Nói cách khác, chúng sẽ là các lưới hoàn toàn riêng biệt; một lưới để vận chuyển 100% khí đốt tự nhiên và lưới còn lại để vận chuyển 100% H2.
“Nhìn chung, việc tỷ lệ H2 là 10%, 50% hay 100% ít nhiều không liên quan đến đường ống — lưới của chúng tôi có thể vận chuyển hỗn hợp. Khi chúng tôi sử dụng khí đốt thành phố trước đây, tỷ lệ H2 lên tới 50%-60%, do đó đường ống của chúng tôi đã quen với việc pha trộn. Tuy nhiên, việc pha trộn H2 và khí đốt tự nhiên không phải là điều chúng tôi đang có kế hoạch thực hiện. Chúng tôi sẽ sử dụng 100% H2 và 100% khí đốt tự nhiên trong các lưới điện riêng biệt”, Decker cho biết.
Cuộc tranh luận về H2 giữa các nhà nghiên cứu và nhà hoạch định chính sách thường khá gay gắt và dễ gây tranh cãi. Vì mục đích này, các dự án thí điểm rất được hoan nghênh để thử nghiệm các thách thức như rò rỉ, Hannah Lentschig, Nghiên cứu viên tại Viện Clingendael ở Hague, nói với P&GJ.
“Tôi nghĩ rằng một vấn đề là các nghiên cứu khả thi hiện tại về cách tái sử dụng an toàn các đường ống dẫn khí cho H2 phần lớn dựa trên mô phỏng máy tính”, Lentschig cho biết. “Cần phải đưa vào vận hành và vận hành các dự án thí điểm trên thực địa, để thực sự đo lường, ví dụ, độ thấm của vật liệu để đảm bảo rò rỉ được giảm thiểu. Rò rỉ H2 là mối lo ngại lớn về an toàn, do tính dễ cháy của hỗn hợp không khí-H2 và việc xử lý an toàn của nó có các yêu cầu khác so với vận chuyển khí, do các đặc tính hóa học riêng biệt của H2. Quan điểm về an toàn này cũng là mối quan tâm chính của các nhà điều hành.
”
Tài sản bị mắc kẹt. Một vấn đề cấp bách khác là liệu có đủ H2 tái tạo và ít carbon trên thị trường để lấp đầy các đường ống sau khi chúng hoàn thành hay không. Sản xuất H2 từ điện tái tạo (màu xanh lá cây) và khí đốt tự nhiên với thu giữ và lưu trữ carbon (màu xanh lam) đang tụt hậu so với kỳ vọng với nhiều dự án bị hủy bỏ hoặc trì hoãn.
Mục tiêu sản xuất 10 triệu tấn mỗi năm (MMtpy) của Liên minh châu Âu (EU) vào năm 2030 có vẻ cực kỳ tham vọng, xét đến chi phí cao và sự quan tâm yếu ớt từ người dùng cuối. Nhà sản xuất thép ArcelorMittal gần đây đã cảnh báo rằng họ sẽ xem xét lại chiến lược khử cacbon tại các nhà máy ở Đức và Pháp, vì H2 xanh đang phát triển rất chậm theo hướng thương mại hóa và khách hàng có nhu cầu hạn chế khi phải trả thêm tiền cho thép ít carbon hoặc xanh.
Cơ quan hợp tác quản lý năng lượng (ACER) cho biết trong một báo cáo từ tháng 11 năm 2024. Hơn nữa, công suất lắp đặt của các thiết bị điện phân tại Châu Âu vào năm 2023 chỉ là 216 MW, báo cáo lưu ý, trong khi cần 100 gigawatt (GW) công suất thiết bị điện phân để Châu Âu đạt được mục tiêu năm 2030 là 10 MMtpy sản lượng trong nước.
“H2 sạch sẽ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống năng lượng carbon thấp trong tương lai tại Đức và những nơi khác. Tuy nhiên, các cuộc thảo luận về nền kinh tế H2 có khả năng phóng đại thực tế. Trên hết, thị trường H2 sạch toàn cầu vẫn cần phải phát triển và điều này sẽ không xảy ra trong vòng 5 năm nữa”, Lentschig cho biết.
“Chúng ta đang nói về các mốc thời gian dài hơn và sự cạnh tranh từ các nguồn năng lượng sạch thay thế ở đây, không chỉ về mặt phát triển kỹ thuật cần thiết để H2 sạch có khả năng cạnh tranh về chi phí với các lựa chọn carbon thấp khác và thậm chí là các lựa chọn dựa trên nhiên liệu hóa thạch, mà còn về ứng dụng khả thi về mặt kinh tế của H2 trong các ngành công nghiệp. Bà tiếp tục, việc tìm ra lợi thế cạnh tranh của châu Âu sẽ đòi hỏi những thay đổi đáng kể về mặt cấu trúc, bao gồm cả việc chuyển đổi chuỗi giá trị công nghiệp trong các lĩnh vực sử dụng cuối H2.
Lentschig tin rằng các khoản đầu tư sẽ có mục tiêu cụ thể hơn thay vì "mọi lĩnh vực" đều có thể là bên mua H2 tiềm năng.
“Việc sử dụng H2 để khử cacbon thực sự liên quan đến các ngành công nghiệp phát thải nhiều, chủ yếu là sản xuất thép và hóa chất và vận tải hạng nặng như hàng không và vận tải biển, chứ không phải sử dụng cho hệ thống sưởi ấm trong nước, xe thương mại và các lĩnh vực khác, nơi điện khí hóa, sử dụng sinh khối và các nguồn năng lượng tái tạo khác có tính cạnh tranh hơn”.
Phần đầu tiên đã sẵn sàng. Bất chấp những thách thức về nguồn cung, 342 dặm (552 km) đường ống H2 ở Đức dự kiến sẽ hoàn thành vào cuối năm 2025. Tuy nhiên, Ralf Borschinsky, người phát ngôn của ONTRAS, nói với P&GJ rằng bất chấp việc chuyển đổi H2, vẫn sẽ có đủ năng lực vận chuyển khí đốt tự nhiên trong tương lai.
“Ở miền Đông nước Đức, chúng tôi có một loại lưới điện đặc biệt, do thực tế là trước đây chúng tôi vận chuyển cái gọi là 'khí đốt đô thị', loại khí này chỉ có một phần ba giá trị nhiệt lượng của khí đốt tự nhiên ngày nay, nghĩa là bạn cần 3 mét khối (m3) khí đốt đô thị để vận chuyển cùng một lượng năng lượng như 1 m3 khí đốt tự nhiên ngày nay. Vì vậy, bạn cần nhiều đường ống hơn để vận chuyển cùng một lượng năng lượng”, ông nói.
“Việc chuyển đổi từ khí đốt đô thị ở Đông Đức đã được hoàn tất vào giữa những năm 1990. Điều đó có nghĩa là hiện tại chúng ta có đường ống ở một số khu vực có thể được chuyển đổi để vận chuyển H2 mà không cắt giảm quá nhiều công suất khí đốt tự nhiên.”
Borschinsky lưu ý rằng việc chuyển đổi là một lựa chọn rẻ hơn nhiều so với việc xây dựng các đường ống H2 mới.
“Chúng tôi cũng đang lên kế hoạch xây dựng khoảng 62 dặm (100 km) đường ống H2 mới ở những khu vực không có đường ống dẫn khí nào có thể sử dụng hoặc hiện có và những đường ống này đang trong quá trình phê duyệt hành chính. Tuy nhiên, việc xây dựng đường ống mới tốn kém hơn khoảng 80% so với việc chuyển đổi,” ông cho biết.
Tại Đức, hiện đã có nguồn tài chính để hoàn thành các đường ống vào năm 2027. Borschinsky cho biết TSO tương ứng có FID cho việc đó.
Trong khi đó, khuôn khổ quản lý vẫn đang được phát triển đối với các tiêu chuẩn chất lượng khí.
“Chúng tôi không biết chất lượng khí đối với H2 sẽ như thế nào. Đối với mêtan thì đã có; đối với H2 thì có những ước tính khác nhau. Borschinsky cho biết: "Vẫn chưa có quyết định cuối cùng".
Bài viết này trước đây đã được xuất bản trên tạp chí P&GJ số tháng 3.
