Xây dựng tương lai: các đường ống hydro bắt đầu hiện thực hóa ở Châu Âu – Rystad Energy.
Cơ sở hạ tầng hydro mới đang bắt đầu thành hiện thực khi thế giới tìm cách tăng tốc con đường tiến tới con số 0 ròng. Có rất ít lối tắt dẫn đến một tương lai bền vững và việc chuyển đổi đơn giản cơ sở hạ tầng dầu khí hiện có sang hydro không phải lúc nào cũng khả thi.
Trọng tâm của thách thức này là vật lý, hydro có mật độ năng lượng trọng lượng cao và mật độ năng lượng thể tích thấp. Điều này có nghĩa là trong số các lựa chọn, đường ống dẫn hydro sẽ tốt hơn nhiều so với tàu trong việc di chuyển hydro trong khoảng cách từ ngắn đến trung bình.
Hơn 4.300 km đã tồn tại để vận chuyển hydro với hơn 90% nằm ở Châu Âu và Bắc Mỹ. Rystad Energy ước tính rằng có khoảng 91 dự án đường ống đã được lên kế hoạch trên thế giới, với tổng chiều dài 30.300 km và sẽ đi vào hoạt động vào khoảng năm 2035.
Trong trường hợp hydro sẽ được vận chuyển (dưới dạng hydro hoặc các dẫn xuất của nó), cuối cùng nó sẽ được phân phối trên đất liền bằng cách sử dụng các đường ống hydro, điều này làm cho việc vận chuyển qua đường ống trở thành phương thức vận chuyển quan trọng đối với khí. Các đường ống hydro đã được sử dụng để cung cấp cho các trung tâm công nghiệp (ví dụ như tại các nhà máy hóa dầu).
Khi nguồn cung tăng quy mô và di chuyển từ các khu vực có năng lượng dồi dào và tái tạo đến các trung tâm nhu cầu, các đường dây truyền tải dài sẽ là cần thiết và các đường ống này sẽ yêu cầu đường kính lớn hơn và áp lực cao hơn về hiệu quả chi phí và do đó, các loại thép cao hơn
Trên toàn cầu, Châu Âu đang đi đầu trong nỗ lực sản xuất và nhập khẩu hydro xanh và sự chú ý của châu Âu hiện đang chuyển sang xây dựng cơ sở hạ tầng cần thiết để đưa nó đến các trung tâm có nhu cầu. Theo nghiên cứu của Rystad Energy, Tây Ban Nha, Pháp và Đức nằm trong số các quốc gia cam kết hoặc đang xem xét các đường ống xuyên biên giới để tạo điều kiện thuận lợi cho dòng chảy năng lượng, trong khi Vương quốc Anh với mạng lưới khí đốt rộng lớn nhận thấy mình có vị trí tuyệt vời để chuyển từ khí đốt tự nhiên sang hydro.
Lein Mann Bergsmark , nhà phân tích cấp cao về hydro, cho biết:
Sự gia tăng đều đặn các dự án đường ống dẫn hydro là một dấu hiệu ban đầu cho thấy quá trình chuyển đổi năng lượng đang tăng tốc.
“Châu Âu, với mạng lưới khí đốt rộng lớn của mình, có vị trí thuận lợi để thực hiện bước nhảy vọt. Việc chuyển đổi cơ sở hạ tầng từ khí đốt sang hydro là có thể và tiết kiệm chi phí. Nhưng rào cản lớn nhất không phải là vấn đề tài chính, mà là các tính chất vật lý của bản thân hydro vốn khác biệt đáng kể so với dầu mỏ và khí đốt.
Mạng lưới đường ống dẫn hydro của châu Âu sẽ kết nối khu vực lại với nhau
Hydro là trụ cột chính trong quá trình khử cacbon của EU như đã đề ra trong chiến lược hydro của tổ chức này vào năm 2020 và việc triển khai hydro đã nhận được sự thúc đẩy với gói 'Fit for 55'. Nó cũng đóng vai trò trung tâm trong Kế hoạch REPowerEU nhằm loại bỏ dần việc nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch của Nga - nhằm mục đích sản xuất 10 triệu tấn hydro tái tạo vào năm 2030 và nhập khẩu 10 triệu tấn khác trong cùng khung thời gian.
Xem xét các dự án hydro xanh được đề xuất ở EU, chúng tôi hiện đang ở mức 7,9 triệu tấn nguồn cung địa phương khi khởi động vào năm 2030 (hoặc chỉ 2,1 triệu tấn so với mục tiêu), với nguồn cung gần đó lên tới 1 triệu tấn ở phần còn lại của châu Âu – chủ yếu là Vương quốc Anh và Na Uy – và thêm 1 Mt ở Trung Đông. Ngoài ra, 3,4 triệu tấn dự án được đề xuất là ở Châu Phi, nơi có thể cung cấp lượng hydro lớn nhất cho Châu Âu – bằng tàu hoặc đường ống.
Để lập kế hoạch phân phối những thứ này trong khối, sáng kiến xương sống hydro châu Âu (EHB), là một nhóm gồm 31 nhà điều hành hệ thống truyền dẫn khí đốt châu Âu (TSO), đã xuất bản một bài báo về tầm nhìn cho cơ sở hạ tầng đường ống hydro trong tương lai. Điều này dựa trên phân tích quốc gia về sự sẵn có của cơ sở hạ tầng khí đốt tự nhiên hiện có, sự phát triển của thị trường khí đốt tự nhiên trong tương lai và sự phát triển của thị trường hydro trong tương lai.
Theo bản đồ cơ sở hạ tầng hydro năm 2030 của EHB, tổng chiều dài ~28.000 km vào năm 2030 và 53.000 km vào năm 2040 được hình dung ở 28 quốc gia châu Âu có liên quan. Hiện tại, các đường ống hydro chuyên dụng sẽ có sẵn vào năm 2030 lên tới 23.365 km, đạt 83% mục tiêu vào năm 2030. Việc triển khai các đường ống hydro ở châu Âu sẽ diễn ra dần dần và việc bắt đầu dự án đường ống truyền tải hoặc phân phối sẽ phụ thuộc vào nhu cầu.
Pháp, Tây Ban Nha và Đức
Châu Âu đang dẫn đầu toàn cầu với các đường ống được lên kế hoạch trong và ngoài nước. Đường ống hydro dưới biển H2Med Barcelona-Marseille được công bố gần đây được dự trù kinh phí khoảng 2,1 tỷ đô la cho một đoạn dài 450 km và gần đây đã có thông báo rằng nó cũng sẽ được mở rộng sang Đức. Bốn nhà khai thác lưới điện – Enagas của Tây Ban Nha, REN của Bồ Đào Nha, và cặp GRT và Terega của Pháp – hiện đang tiến hành các nghiên cứu kỹ thuật, bố trí đường ống tiềm năng và đánh giá chi phí.
Dự án đường ống hydro ngoài khơi đầu tiên của Đức, AquaDuctus, sẽ vận chuyển hydro xanh từ các cơ sở lắp đặt gió ngoài khơi ở Biển Bắc đến Đức. Đường ống trải dài hơn 400 km và theo một trong những đối tác dự án của nó, RWE, được cho là lựa chọn hiệu quả nhất về chi phí để vận chuyển khối lượng năng lượng lớn trên khoảng cách hơn 400 km, so với vận chuyển điện từ Điện áp cao Trực tiếp. Hệ thống truyền tải dòng điện (HVDC). Vì lý do này, tùy chọn vận chuyển điện vào bờ bằng cáp điện bị loại trừ.
Hy Lạp
Đường ống Tây Macedonia là đường ống dẫn khí đốt tự nhiên mới được khởi công xây dựng ở Hy Lạp vào đầu năm nay. Nó được thiết kế để có khả năng vận chuyển 100% hydro một cách an toàn ở giai đoạn sau ở áp suất cao thông qua các đường ống thép cường độ cao có đường kính lớn. Nhà điều hành hệ thống truyền tải khí đốt của Hy Lạp DESFA sẽ vận hành đường ống dài 163 km này, đây là một phần của sáng kiến EHB.
Việc xây dựng các đường ống hydro chuyên dụng mới sẽ được bổ sung bằng việc tái sử dụng các mạng lưới khí đốt hiện có. Theo EHB, 60% có thể được tái sử dụng vào năm 2040, trong khi theo các dự án đường ống đang được triển khai, con số này hiện chiếm 40%.
Các đường ống xây dựng mới sẽ cần thiết nhưng có thể phải đối mặt với một loạt rào cản liên quan đến giao thông, quản lý xây dựng và bảo vệ môi trường, đặc biệt nếu nó trải dài và đi qua các khu dân cư. Ví dụ, đường ống HyNet North West dài 125 km mới của Cadent ở Anh có thể cản trở sự phát triển của dự án. HyNet sẽ sản xuất, lưu trữ và phân phối hydro, ngoài việc thu và lưu trữ carbon từ ngành công nghiệp ở Tây Bắc.
Đường ống này, có thể là đường ống hydro 100% đầu tiên của Vương quốc Anh ở quy mô lớn, được thiết lập để phân phối hydro được sản xuất tại Khu liên hợp Sản xuất Stanlow cho một số khách hàng sử dụng khí đốt công nghiệp trong khu vực. Tuy nhiên, mô hình quy định cho các đường ống dẫn hydro trong nước vẫn chưa được thống nhất và Hội đồng Warrington, một trong những chính quyền địa phương trên tuyến đường ống, tuyên bố rằng nó sẽ phá vỡ sự phát triển nhà ở địa phương.
Việc tái sử dụng các đường ống cung cấp một giải pháp thay thế hấp dẫn từ góc độ kinh tế và cũng có thể được theo dõi nhanh chóng so với việc đặt các đường ống mới. Châu Âu có một mạng lưới khí đốt rộng lớn và việc tái sử dụng lưới điện này cho hydro khi khí đốt giảm sẽ thổi sức sống vào một hệ thống mà lẽ ra có thể đã bị rỉ sét. Sau khi sửa đổi, các đường ống dẫn khí tự nhiên bằng thép được tái sử dụng có thể chứa 100% khí hydro. Tuy nhiên, khi hydro được pha trộn với khí đốt, tỷ lệ phần trăm được giới hạn ở khoảng 20% khi mục đích sử dụng cuối cùng của nó là sưởi ấm trực tiếp hoặc gián tiếp.
Tái sử dụng đường ống dẫn khí đốt tự nhiên
Các nghiên cứu có liên quan ước tính việc sử dụng lưới khí đốt tự nhiên hiện có để vận chuyển hydro sẽ tiết kiệm chi phí hơn gấp bốn lần so với việc xây dựng các đường ống dẫn mới. Chỉ có sự khác biệt hạn chế về chi phí vận hành giữa mạng lưới truyền tải hydro dựa trên các đường ống dẫn khí đốt tự nhiên được tái sử dụng và mạng lưới truyền tải hydro được tạo thành hoàn toàn từ các đường ống dẫn mới.
Do việc vận chuyển thường nặng hơn về chi phí vốn so với chi phí vận hành, đây cũng có thể là lý do tại sao có sự khác biệt hạn chế trong việc vận chuyển hydro thay vì khí đốt tự nhiên.
Tính khả thi của việc tái sử dụng các đường ống khí đốt tự nhiên xoay quanh việc khắc phục các mối lo ngại kỹ thuật liên quan đến truyền tải đường ống, bao gồm sự giòn do hydro của thép và mối hàn, sự thẩm thấu và rò rỉ hydro.
Khả năng hydro phân ly trên bề mặt kim loại, hòa tan vào mạng kim loại và thay đổi phản ứng cơ học của kim loại dẫn đến hiện tượng mỏi và đứt gãy do hydro hỗ trợ, một quá trình gọi là giòn hydro, đặt ra một thách thức đáng kể đối với đường ống dẫn khí đốt tự nhiên bằng thép hiện có .
Các phân tử hydro nhỏ có thể thấm vào vật liệu dẫn đến rò rỉ. Để khắc phục những thách thức trong việc vận chuyển hydro, có thể sử dụng lớp phủ, ống lót và vỏ bọc bằng vật liệu có khả năng chống giòn và thẩm thấu hydro thích hợp, nhưng cho đến nay điều này vẫn chưa được thử nghiệm ở quy mô thương mại trong các đường ống truyền tải.
Có tiềm năng mạnh mẽ cho việc sử dụng ống nhựa nhiệt dẻo gia cường (RTP) trong đường ống phân phối hydro vì RTP có thể đạt được với chiều dài dài hơn đáng kể so với thép và chi phí lắp đặt đường ống RTP rẻ hơn khoảng 20% so với đường ống thép. Ở Anh, 62,5% mạng lưới phân phối khí đốt hiện tại đã được nâng cấp bằng polyetylen được chèn vào ống sắt và hầu hết các mạng lưới này được xem xét để sử dụng hydro trong tương lai.
Do những lo ngại về an toàn, phần lớn mạng lưới phân phối đường ống sắt sẽ dần dần được nâng cấp như một phần của chương trình thay thế đường ống dẫn khí đốt bằng sắt của Vương quốc Anh và ước tính rằng 90% mạng lưới phân phối khí đốt cũ sẽ sử dụng polyetylen vào năm 2032. Điều này có nghĩa là thật tình cờ, Vương quốc Anh ở một vị trí tốt để theo dõi nhanh quá trình phân phối hydro bằng đường ống khi nào và ở đâu cần thiết.
Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây của Open Grid Europe cùng với trường đại học Stuttgart, đã kết luận rằng các đường ống thép hiện có được lắp đặt trong mạng lưới khí đốt của Đức là “sẵn sàng cho hydro” và có thể mang tới 100% hydro. Chúng được phát hiện là “không có sự khác biệt về tính phù hợp cơ bản để vận chuyển hydro so với khí tự nhiên”.
Điều này áp dụng cho tất cả các loại thép được sử dụng trong đường ống dẫn khí đốt ở Đức và ở một số khu vực khác của Châu Âu. Là một phần của nghiên cứu, các mẫu thép được sử dụng trong đường ống của Đức đã được áp dụng các phương pháp đo toàn diện, trái ngược với các nghiên cứu trước đây, xem xét các biến bổ sung như ảnh hưởng của áp suất hydro.
Tuy nhiên, các cuộc thảo luận với các nhà sản xuất tẩu đã chỉ ra rằng một số người trong số họ thấy kết luận của nghiên cứu là lạc quan. Tính giòn do hydro có thể ảnh hưởng đến đường ống tùy thuộc vào tính chất cơ học và luyện kim của chúng cũng như tình trạng hiện tại của đường ống sau nhiều năm sử dụng.
Do đó, Rystad Energy dự kiến sẽ có nhiều thay đổi hơn về mức độ phù hợp của đường ống hiện có để vận chuyển hydro. Mặc dù kết luận này chỉ bao gồm các đường ống chứ không phải bộ nén, van hoặc các thành phần khác, nhưng tốt nhất, các đường ống dẫn khí có thể được tạo ra để sẵn sàng cho hydro với tương đối ít nỗ lực so với những gì đã nghĩ trước đây.
ĐỌC những tin tức mới nhất định hình thị trường hydro tại Hydrogen Central
Xây dựng tương lai: đường ống hydro bắt đầu hiện thực hóa ở châu Âu, ngày 2 tháng 4 năm 2023
