Nemčija ima 554.500 km omrežij za distribucijo plina, prek katerih je bilo leta 2020 skupaj s proizvodnjo električne energije iz plina (zlasti s soproizvodnjo toplote in električne energije) oddanih 742 TWh, tj. več kot 75 odstotkov nemške količine zemeljskega plina. Omrežja pa je mogoče nadgraditi tudi za prenos 100-odstotno podnebno nevtralnega vodika.
Nemčija želi do leta 2045 postati podnebno nevtralna in je ta cilj zapisala v zakon. Danes porabi 84 odstotkov fosilne energije na leto, zato mora za dosego zastavljenega cilja porabo do leta 2045 zmanjšati na nič. Za shranjevanje energije iz obnovljivih virov, proizvedene v Nemčiji, ali za uvoz energije iz obnovljivih virov (trenutno uvozi približno 70 odstotkov energije) so zelo primerni vodik in njegovi stranski proizvodi, kot sta metanol in amonijak. Podnebno nevtralen vodik se namreč lahko proizvaja neposredno iz vode in obnovljive električne energije, na primer z elektrolizo.
Marca 2022 se je tako v Nemčiji začel večletni proces prilagoditve plinovodnih omrežij (GTP), katerega cilj je prilagoditev distribucijskih omrežij za plin v smeri podnebne nevtralnosti. V prvi fazi je sodelovalo 180 operaterjev sistemov, tako da je večina omrežnih povezav v Nemčiji že zajeta. Večina okrožij v Nemčiji ima občine, katerih plinovodna omrežja upravlja eno od sodelujočih podjetij. Operaterji so analizirali svoja omrežja glede na potrebe odjemalcev, stanje decentraliziranega napajanja, oskrbo s strani predhodnih operaterjev sistema in glede na tehnično primernost omrežja za vodik. Načrt za naložbe bo pripravljen najpozneje do leta 2025.
Leta 2020 je bilo v Nemčiji približno 80 odstotkov potreb po energiji pokritih v obliki molekul. Ena ploščica ustreza 100 TWh energije. Razmerje med zeleno in sivo osenčenimi ploščicami ponazarja, da se trenutno le majhen del končne energije zagotavlja na podnebno nevtralen način. Do leta 2040/45 se bo podnebno nevtralna končna energija v skladu s političnimi cilji povečala na 100 odstotkov. (Vir: Terranets bw GmbH, 2022)
Pregled rezultatov
- Rezultati jasno kažejo, da operaterji sistemov že načrtujejo obsežno preureditev svojih omrežij na vodik.
- Analize materialov cevnega omrežja so pokazale, da je 95,9 odstotka cevovodov iz jekla in plastike primernih za vodik.
- Le 0,2 odstotka je neprimernih, za 3,9 odstotka cevovodov pa se primernost še ugotavlja.
- Povratne informacije kažejo, da večina sodelujočih pričakuje prvo redno uporabo vodika v svojih distribucijskih omrežjih v bližnji prihodnosti – v večjem delu Nemčije v naslednjih osmih letih.
- Obsežne prehode na 100-odstotni vodik je zaradi časa, potrebnega za predelavo naprav odjemalcev, in časovnic prenosnih sistemov za prehod na vodik je mogoče pričakovati po letu 2030.
- Pričakuje se, da bo večina vodika dobavljena prek operaterjev prenosnih sistemov. Nakup (takrat podnebno nevtralnega) metana prek prenosnih omrežij leta 2045 trenutno vidi le nekaj operaterjev sistemov, saj naj bi bila ocenjena razpoložljivost vodika trenutno večja kot razpoložljivost podnebno nevtralnega metana.
- Glede na regijo se predvideva tudi dolgoročna in obsežna uporaba lokalno proizvedenega biometana.
- Načrti količin kažejo, da številni operaterji sistemov pričakujejo povečanje energijske učinkovitosti. Začetni rezultati analize odjemalcev kažejo, da je med odjemalci RLM (industrija, elektrarne, soproizvodnja toplote in električne energije) veliko povpraševanja po predčasnem razogljičenju.
Obremenitev v GW (mesečno povprečje)
Mesečna primerjava povpraševanja po električni energiji in plinu v povprečno hladnem letu (primer: leto 2017)
Prednosti oskrbe z vodikom se pokažejo pozimi
Prednosti oskrbe z vodikom se pokažejo pozimi, ko so potrebe za ogrevanje največje. V nasprotju z električnimi omrežji so plinovodna omrežja zasnovana za velika sezonska nihanja. Poleg tega se proizvodnja električne energije sezonsko ne povečuje sočasno s povpraševanjem po ogrevanju, zato je poleg plinovodne infrastrukture, načrtovane za obdobje ogrevanja, ne glede na tehnologijo ogrevanja potrebna tudi visoko zmogljiva tehnologija skladiščenja. Po eni strani je vodik medij za shranjevanje nacionalno proizvedene ali uvožene obnovljive energije, po drugi strani pa ga je mogoče shranjevati v velikih količinah v predelanih skladiščih plina. V prihodnosti se bo vodik – tako kot danes zemeljski plin – lahko uporabljal za pokrivanje velikih potreb po energiji med kurilno sezono.
S postopnim preoblikovanjem omrežja zemeljskega plina v vodikovo omrežje bo podnebna nevtralnost v raznovrstnem fondu 20 milijonov stavb v Nemčiji dosegljiva, ne da bi bilo treba rekordno hitro ustvarjati novo infrastrukturo na vseh področjih. Uporaba vodika za ogrevanje in prilagoditev omrežij za distribucijo plina v vodikova omrežja dajeta lastnikom stavb več svobode pri doseganju podnebne nevtralnosti lastnih in posebnih stavb. Brez vodika lastnik stavbe nima tržne alternative električni energiji (lesni peleti ne bodo zadostovali za pokritje potrebnih količin energije).
Možnosti za učinkovito razogljičenje sektorja ogrevanja
Junija 2022 sta Fraunhoferjeva inštituta za solarne energetske sisteme ISE ter za gospodarjenje z energijo in tehnologijo energetskih sistemov IEE v imenu Nacionalnega sveta za vodik predstavila predhodne rezultate študije od spodaj navzgor o možnostih za učinkovito in družbeno sprejemljivo razogljičenje sektorja ogrevanja. Ti rezultati kažejo, da študije od zgoraj navzdol ne morejo odražati celotnega spektra meril odločanja, ciljev in gospodarskih omejitev, ki so pomembni in usmerjajo delovanje posameznih udeležencev in odločevalcev v realnosti na terenu. Potrebe lokalne industrije in elektrarn bo težko zadovoljiti, ne da bi ohranili potrebna omrežja za distribucijo plina in jih preuredili za H2. Prvi izračuni za konkretne študije primerov kažejo, da na tej stopnji ni utemeljenih razlogov za izključitev možnosti preureditve obstoječih distribucijskih omrežij na vodik za ogrevanje stavb na splošno in za vse posamezne primere. Odločitev bi morala biti sprejeta v okviru občinskega načrtovanja oskrbe s toploto, v postopku načrtovanja pa ne bi smeli izključiti nobene tehnološke možnosti.
Vodik zagotavlja doseganje srednjeročnih (od leta 2030) in dolgoročnih podnebnih ciljev v industriji in proizvodnji energije (daljinsko ogrevanje) ter širi spekter rešitev za razogljičenje zasebnih gospodinjstev. Da bi to dosegli, je nujno, da se potrebne infrastrukture razširijo ali preoblikujejo v skladu s povpraševanjem. Oskrba stanovanjskih stavb s H2 načeloma ne sme biti izključena in jo je treba ohraniti v spektru rešitev.
