Làm thế nào nhu cầu về hydro và giá của nó có thể phát triển cho đến năm 2045?
của Anne-Catherine Jung, Fraunhofer-Gesellschaft
Đường dẫn giá đã điều tra (bán buôn) của hydro. Ảnh: Preiselastische Wasserstoffnachfrage ở Deutschland – Methodik und Ergebnisse (2023).
Hydrogen là một trong những trụ cột của quá trình chuyển đổi năng lượng. Tuy nhiên, vẫn chưa chắc chắn về các ứng dụng cụ thể của nó và phạm vi sử dụng hydro. Một nghiên cứu mới của Fraunhofer ISI giải quyết vấn đề này và xem xét nhu cầu hydro co giãn theo giá trong các lĩnh vực như công nghiệp, vận tải và chuyển đổi năng lượng.
Nghiên cứu này được thực hiện như một phần của dự án "HyPat—Bản đồ tiềm năng H2 toàn cầu". Các mô hình mô phỏng chuyên biệt được sử dụng để mô tả các cách thay thế để đạt được các mục tiêu khí hậu.
Hydro và các dẫn xuất của nó có vai trò quan trọng trong việc đáp ứng các mục tiêu về khí hậu, đặc biệt là trong việc đạt được tính trung lập về khí nhà kính—điều này cũng được nhấn mạnh trong các chiến lược hydro của Đức và Châu Âu. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ hydro nên được sử dụng rộng rãi như thế nào trong các ứng dụng nào. Một tiêu chí quan trọng ở đây là giá hydro và khả năng cạnh tranh của nó với các lựa chọn khác, chẳng hạn như điện khí hóa trực tiếp chẳng hạn.
Nhu cầu về hydro sẽ phát triển như thế nào trong các lĩnh vực cụ thể theo mục tiêu đạt được sự trung hòa về khí nhà kính vào năm 2045? Nghiên cứu mới của Fraunhofer ISI và Hiệp hội phân tích hệ thống năng lượng—ESA² "Nhu cầu hydro co giãn theo giá ở Đức—Phương pháp và kết quả" cố gắng trả lời câu hỏi này. Các ứng dụng trong công nghiệp, giao thông vận tải và chuyển đổi năng lượng được phân tích bằng cách sử dụng các mô hình mô phỏng dựa trên tác nhân, kinh tế kỹ thuật.
Cách tiếp cận này cho phép đưa ra các tuyên bố liên quan đến độ co giãn theo giá của nhu cầu hydro. Nhiệt độ tòa nhà và vận tải hàng không và hàng hải quốc tế cũng được tính đến, nhưng sử dụng kết quả từ các nghiên cứu khác thay vì mô hình của riêng chúng tôi. Các mô hình mô phỏng lập bản đồ các tùy chọn thay thế để đạt được các mục tiêu khí hậu và đánh giá chúng từ quan điểm kinh tế—ví dụ: liệu ô tô chạy bằng điện hay chạy bằng pin nhiên liệu có khả thi hơn về mặt kinh tế hay không tùy thuộc vào giá cơ bản.
Trình điều khiển quan trọng của nhu cầu hydro
Một trong những kết quả chính của nghiên cứu, theo Giáo sư Martin Wietschel, người đứng đầu dự án tại Fraunhofer ISI, là "cái gọi là ứng dụng không hối tiếc là động lực rất quan trọng của nhu cầu hydro—đây là những ứng dụng mà hầu như không có bất kỳ lựa chọn công nghệ thay thế hấp dẫn về kinh tế nào để đạt được các mục tiêu giảm khí thải nhà kính đầy tham vọng của Đức." Việc thiếu các lựa chọn thay thế này có nghĩa là giá phần lớn không co giãn và có khả năng duy trì ở mức tương đối cao trong tương lai.
Wietschel tiếp tục: "Điều này đặc biệt đúng đối với việc sử dụng hydro trong năng lượng và vật liệu trong một số ứng dụng nhất định trong công nghiệp, chẳng hạn như trong lĩnh vực thép hoặc hóa chất cơ bản. Các tính toán trong nghiên cứu cho thấy nhu cầu ở đây sẽ lên tới khoảng 250 TWh vào năm 2045, đó là khoảng 10 phần trăm nhu cầu năng lượng cuối cùng của ngày hôm nay ở Đức."
Tuy nhiên, để đạt được điều này, công suất điện phân khổng lồ khoảng 20 GW sẽ phải được xây dựng chỉ riêng ở Đức, nói cách khác, gấp khoảng 40 lần công suất điện phân được lắp đặt trên toàn cầu hiện nay—điều này không chỉ tốn nhiều vốn và thời gian mà còn đòi hỏi sự phát triển nhanh chóng.
Trong lĩnh vực giao thông vận tải, đặc biệt là trong vận tải hàng không và hàng hải quốc tế, cũng có khả năng có nhu cầu cao, không co giãn về giá đối với nhiên liệu tổng hợp để giảm khí nhà kính (209 TWh vào năm 2045), loại nhiên liệu này có thể được đáp ứng chủ yếu bằng hydro và nguồn sinh học. Điều này ngụ ý rằng hydro không có khả năng được sử dụng trong ô tô, xe tải, xe buýt hoặc đường sắt vì ở đây có giải pháp thay thế điện khí hóa trực tiếp.
Việc sử dụng hydro tiết kiệm chi phí hơn chỉ có thể thực hiện được với giá bán buôn dưới 90 Euro/MWh vào năm 2045, hoặc thậm chí thấp hơn nhiều, tùy thuộc vào ứng dụng. Với mức giá 50 Euro/MWh, các phân tích đưa ra tổng nhu cầu hydro là 476 TWh vào năm 2045. Tuy nhiên, điều này rất khó xảy ra do chi phí sản xuất, vận chuyển hoặc phân phối đa dạng.
Giá thị trường trên 90 Euro/MWh vào năm 2045 có vẻ thực tế hơn nhiều. Đây là lý do tại sao việc cung cấp hỗ trợ quy mô lớn cho việc sử dụng hydro trong các lĩnh vực như nhiệt xây dựng, vận tải trên đất liền hoặc sử dụng năng lượng trong công nghiệp dường như không hợp lý.
Giá sẽ đồng quyết định lượng hydro sẽ được sử dụng trong tương lai
Tuy nhiên, trong lĩnh vực chuyển đổi năng lượng, nhu cầu về hydro có thể tương đối co giãn theo giá—trong phạm vi giá bán buôn từ 130 đến 90 Euro/MWh. Điều này liên quan đến thực tế là các lựa chọn để cân bằng cung và cầu là cần thiết cho việc mở rộng mục tiêu năng lượng tái tạo.
Tại đây, các ứng dụng sử dụng lưu trữ và chuyển đổi hydro thành điện cạnh tranh với các ứng dụng khác để tăng tính linh hoạt của nhu cầu trong hệ thống, chẳng hạn như máy bơm nhiệt, mạng nhiệt hoặc xe điện. Ngoài ra, còn có tùy chọn sử dụng các tùy chọn lưu trữ khác hoặc triển khai nhiều hơn nữa
Kết quả cho năm 2030 cho thấy nhu cầu hydro vào thời điểm này sẽ không cao lắm chỉ hơn 40 TWh. Một số ứng dụng công nghiệp có thể chi phối nhu cầu về hydro. Hỗ trợ nên tập trung vào những điều này trong những năm tới. Trong mọi trường hợp, giá bán buôn thấp không được mong đợi và do đó không có khả năng góp phần làm tăng nhu cầu về hydro.
