Sản xuất điện của Đức vào năm 2022 và xa hơn nữa

Sách trắng này thảo luận về chiến lược nhiên liệu sinh khối cho lĩnh vực sản xuất điện của Đức có tiềm năng giảm sự phụ thuộc vào khí đốt tự nhiên nhập khẩu, giảm thiểu rủi ro về độ tin cậy của lưới điện, củng cố việc tạo ra đường cơ sở và giảm đáng kể lượng khí thải carbon dioxide (CO2).

Ưu điểm của con đường chiến lược này là:

✓ Thay thế sản xuất than mà không phụ thuộc nhiều hơn vào khí đốt tự nhiên nhập khẩu của Nga.

✓ Duy trì và tạo việc làm trong chuỗi cung ứng nhiên liệu bằng cách mở rộng hoạt động của các nhà máy nhiệt điện than bằng nhiên liệu rắn tái tạo.

✓ Giảm đáng kể lượng phát thải CO2 ròng trong khi tạo ra năng lượng theo yêu cầu hoặc năng lượng cơ sở.

✓ Tránh tạo ra các tài sản mắc kẹt tốn kém bằng cách duy trì một nhóm các nhà máy điện được xây dựng để sử dụng than hoạt động.

✓ Giảm chi phí phát điện ròng. Với giá than gần đây và giá các-bon trong Hệ thống Thương mại Châu Âu (ETS), chi phí cho mỗi megawatt-giờ điện được tạo ra (MWhe) của nhiên liệu viên thấp hơn chi phí cho mỗi MWhe than.

Chiến lược được khám phá trong sách trắng này là thay thế than trong các nhà máy điện đã chọn bằng nhiên liệu viên có nguồn gốc bền vững. Việc thay thế có thể tăng dần theo thời gian bằng đồng đốt nhiên liệu dạng viên và than với mục tiêu loại bỏ hoàn toàn việc đốt than trong một số nhà máy điện nhất định.

Đối với sách trắng này, FutureMetrics đã chọn 13 nhà máy điện ở Đức với các đặc điểm khiến chúng trở thành ứng cử viên sáng giá cho chiến lược được mô tả dưới đây. Hiện có hơn 100 nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu than đang hoạt động ở Đức, bao gồm cả các nhà máy điện bổ sung có tiềm năng thay đổi nhiên liệu chưa được lựa chọn để phân tích trong sách trắng này.

Bài báo này trước tiên mô tả ngành điện của Đức và sau đó thảo luận về những lợi thế của việc thay thế nhiên liệu dạng viên cho than đá.

Người đọc cũng được mời khám phá cách chiến lược này có thể ảnh hưởng đến bất kỳ nhà máy điện nào trong số 13 nhà máy điện của Đức nằm trong phân tích này bằng cách mở và sử dụng bảng điều khiển bổ sung cho sách trắng này. Trang tiếp theo hiển thị bảng điều khiển tương tác với các cài đặt mặc định của nó.

Một cuộc thảo luận về công nghệ-kinh tế-địa chính trị về ngành điện của Đức

Các sự kiện địa chính trị gần đây ở khu vực châu Âu đã làm nổi bật thêm rằng sự phụ thuộc vào nguồn tự nhiên nhập khẩu khí đốt để sưởi ấm và phát điện gây ra rủi ro đáng kể. 55% nguồn cung cấp khí đốt tự nhiên hiện tại của Đức đến từ Nga.

Các sự kiện gần đây có thể thúc đẩy các nhà hoạch định chính sách và các công ty của Đức xem xét và có khả năng tái tham quan các lựa chọn để giảm bớt sự phụ thuộc này.

Đức có 30,5GW công suất phát điện chạy bằng khí đốt tự nhiên được lắp đặt vào năm 2021; cung cấp 15,3% điện năng tiêu thụ của Đức.3 Các nhà máy nhiệt điện than cung cấp gần 28% lượng điện năng cần thiết.

Các số liệu thống kê này minh họa tầm quan trọng của nguồn điện cơ bản được tạo ra bởi các nguồn nhiên liệu hóa thạch trong việc duy trì độ tin cậy của lưới điện; đặc biệt là than sản xuất khoảng 28% điện năng của Đức vào năm 2021. Với tất cả các nhà máy điện hạt nhân dự kiến hoạt động vào cuối năm 2022, 69 TWh khác sẽ phải được tạo ra bởi các nguồn khác.

Ngoài việc rút khỏi ngành điện hạt nhân vào cuối năm 2022, chính sách hiện tại của Đức yêu cầu tất cả các nhà máy nhiệt điện than phải ngừng hoạt động chậm nhất vào năm 2038. Nhưng chính sách phát triển của Chính phủ Liên bang Đức mới dự kiến sẽ dẫn đến đạo luật di chuyển lối thoát than đến năm 2030. Người ta kỳ vọng rằng sản xuất chất tải cơ sở sẽ được cung cấp bởi các nhà máy điện khí tự nhiên, bao gồm cả các nhà máy mới có thể sau này chuyển sang sử dụng năng lượng xanh.

Các nhà điều hành nhà máy điện than có thể tham gia đấu thầu bởi Bundesnetzagentur (Cơ quan lưới điện liên bang) của Đức để thanh toán cho mỗi MW công suất. Cuộc đấu thầu đầu tiên được tiến hành vào tháng 9 năm 2020 và cuộc đấu thầu cuối cùng được lên kế hoạch vào năm 2026. Đối với mỗi cuộc đấu thầu, cơ quan này đã đưa ra mức giá trần. Giá thực tế cho mỗi gói không được công bố.

Với cái giá phải trả cho việc nghỉ hưu tài sản than, tình hình địa chính trị hiện tại và tác động của nó đối với nguồn cung và giá khí đốt tự nhiên, cũng như thực tế là nguồn cung cấp đủ hydro xanh khó có thể có trong một thập kỷ trở lên, điều đó là hợp lý và thực tế cho đến nay khám phá một số kịch bản cho đồng đốt nhiên liệu dạng viên tại các nhà máy than mới hơn và chuyển một số trạm sang nhiên liệu dạng viên 100%.

Điều kiện tiên quyết đối với nhiên liệu rắn sinh khối thay thế than ở các thị trường EU là nó được sản xuất từ ​​các nguồn tài nguyên bền vững như gỗ phế thải từ các xưởng cưa và các phần thấp hơn của cây5 được khai thác từ các khu rừng được quản lý bền vững đã được chứng nhận. Đó là một thành phần cần thiết trong chuỗi cung ứng tạo thành nền tảng của lợi ích phát thải carbon của nhiên liệu viên.

Nhiên liệu sinh khối thay thế than phải tuân thủ các tiêu chuẩn bền vững được xác định bởi Chỉ thị Năng lượng Tái tạo III của EU (RED III). Nếu nó được chứng nhận là được sản xuất từ ​​các nguồn bền vững, thì carbon được giữ trong các khu rừng được quản lý cung cấp nguyên liệu sản xuất viên nén sẽ không bị cạn kiệt. Mọi phân tử CO2 thải ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu dạng viên được hấp thụ bởi quá trình tăng trưởng thay thế đồng thời.

Đối với phân tích này, các nhà máy điện của Đức trong mẫu nhỏ này là một lựa chọn của các nhà máy:

• Đang cân nhắc chuyển từ than sang bùn thải nhưng vấp phải sự phản đối của cộng đồng.

• Đã xem xét chuyển sang nhiên liệu viên nén gỗ có nguồn gốc bền vững.

• Dưới 10 tuổi.

Thảo luận về các Nhà máy điện được nêu bật trong Sách trắng này

Hoạt động của các nhà máy điện than ở Liên minh châu Âu (EU), bao gồm cả các nhà máy ở Đức, không chỉ đối mặt với tác động từ chính sách khử cacbon mà còn phải đối mặt với chi phí vận hành cao. Giá than giao ngay đã đạt mức trung bình trên $ 150 / tấn trong một thời gian và vào ngày 2/3/2022 tại thời điểm viết bài này, đã tăng vọt lên $ 435 / tấn!

Chi phí than cao cho các nhà máy điện chạy bằng than của Đức là chi phí phát thải khí cacbonic. Chi phí phát thải CO2 ở EU cũng đã tăng đều đặn trong vài năm qua và gần đây đã ở mức hơn 100 USD / tấn (xem biểu đồ ở trang tiếp theo)

Sự kết hợp giữa giá than cao và giá carbon cao khiến việc sản xuất điện bằng nhiên liệu than ở Đức trở nên rất đắt đỏ.

Các bảng trên trang tiếp theo hiển thị tóm tắt về 13 nhà máy điện mà FutureMetrics đã đưa vào phân tích này và trong bảng điều khiển tương tác. Bảng trên cùng dựa trên 100% than và bảng dưới dựa trên 100% thức ăn viên.

Không có khả năng tất cả 13 nhà máy chuyển đổi sang 100% thức ăn viên trong thời gian tới. Đồng đốt viên với than, có thể được khám phá trong bảng điều khiển, là một kịch bản có nhiều khả năng hơn, ít nhất là trong ngắn hạn. Một số nhà máy điện có thể chuyển đổi hoàn toàn từ than sang nhiên liệu viên. Trong thập kỷ tới, khả thi hơn là có thể phát triển đủ năng lực sản xuất nhiên liệu dạng viên để đáp ứng nhu cầu ở mức 100% nhiên liệu dạng viên. Riêng Bắc Mỹ ước tính có thể sản xuất 74 triệu tấn mỗi năm vào năm 20316.

Sử dụng 100% than, chi phí than trung bình cộng với chi phí phát thải CO2, sử dụng các yếu tố đầu vào được hiển thị trong ảnh chụp màn hình bảng điều khiển ở trang 2, là $ 218,51 mỗi MWh. Chi phí này không bao gồm các chi phí vận hành nhà máy điện khác (chi phí nhân công, bảo trì, vốn phân bổ, v.v.). Sử dụng 100% viên nén, và do đó tránh được tất cả chi phí phát thải CO2 từ quá trình đốt nhiên liệu, chi phí trung bình có trọng số là 89,86 đô la / MWh.

Kịch bản này, trong đó 100% than được sử dụng bởi 13 nhà máy điện được thay thế bằng nhiên liệu viên có nguồn gốc bền vững, giảm đáng kể chi phí phát điện và loại bỏ hơn 70 triệu tấn khí thải CO2 mỗi năm.

Mức phát thải CO2 trên mỗi MW thay đổi trong số 13 nhà máy điện được lựa chọn do loại than (bitum hoặc than non), thiết kế lò hơi (dưới tới hạn hoặc siêu siêu tới hạn) và hiệu suất của lò hơi7.

Người đọc được khuyến khích mở bảng điều khiển và xem tác động của bất kỳ một trong 13 nhà máy điện không chỉ ở 100% than hoặc 100% viên, mà ở mọi tỷ lệ viên so với than ở giữa và các giả định khác nhau về nhiên liệu mật độ và chi phí năng lượng, định giá carbon ETS, hiệu suất lò hơi và các thông số khác.

Chưa rõ chi phí phát thải than và carbon trên mỗi tấn trong tương lai. Tuy nhiên, chiến lược đã được chứng minh rõ ràng này cung cấp một hàng rào chống lại sự không chắc chắn đó.

Kết luận

Nhiên liệu rắn thay thế than trong các nhà máy điện than nghiền quy mô tiện ích có thể cung cấp một lựa chọn nhiên liệu bền vững cho việc sản xuất chất tải cơ sở trong các nhà máy điện hiện có. Việc chuyển đổi từ than sang nhiên liệu viên chỉ cần đầu tư vốn khiêm tốn. Một lợi ích nữa là chi phí để tẩy rửa lưu huỳnh khỏi khí thải sẽ được giảm hoặc loại bỏ đáng kể.

Nếu nhà máy điện sử dụng nhiên liệu viên nén tiên tiến10 có thể lưu trữ ngoài bãi than hiện có thì chi phí chuyển đổi rất thấp. Đối với các nhà máy sử dụng nhiên liệu than non, chi phí sửa đổi có thể bằng 0 và mật độ năng lượng của nhiên liệu viên nén tiên tiến có thể sẽ cao hơn mật độ năng lượng của than non.

Những tiến bộ trong thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) có khả năng làm giảm chi phí tinh chế CO2 từ quá trình đốt cháy. Năng lượng sinh học CCS (BECCS11) là con đường duy nhất dẫn đến phát thải carbon âm, đồng thời cung cấp năng lượng tải cơ bản đáng tin cậy. Nếu BECCS được triển khai ở bất kỳ nhà máy điện nào được chuyển đổi thì tính kinh tế sẽ còn hấp dẫn hơn.

Nhưng ngay cả khi không có BECCS, trong một thế giới định giá carbon cao và chi phí nhiên liệu hóa thạch không chắc chắn, tính kinh tế vẫn rất hấp dẫn.

Với chi phí khiêm tốn để sửa đổi một nhà máy điện than để sử dụng nhiên liệu viên, cân bằng với những lợi ích rất đáng kể, người ta có thể lập luận rằng thay vì chỉ trợ cấp cho việc ngừng hoạt động của tài sản, trong một số trường hợp, có thể có lợi hơn khi hỗ trợ đầu tư vào các sửa đổi cần thiết cho phép sử dụng nhiên liệu viên bền vững thay cho than đá.