Việt Nam có thể đạt 100% năng lượng tái tạo vào năm 2050 (Kỳ 2)

Việt Nam có thể đạt 100% năng lượng tái tạo vào năm 2050 (Kỳ 1)
Đã đến lúc chúng ta phải công bằng với thủy điện (Bài 1)
Đã đến lúc chúng ta phải công bằng với thủy điện (Bài 2)
Đã đến lúc chúng ta phải công bằng với thủy điện (Bài 3)
Đã đến lúc chúng ta phải công bằng với thủy điện (Bài 4)
Đã đến lúc chúng ta phải công bằng với thủy điện (Bài 5)
Đã đến lúc chúng ta phải công bằng với thủy điện (Bài 6)
Đã đến lúc chúng ta phải công bằng với thủy điện (Bài 7)
Vì sao Việt Nam cần phát triển nhiệt điện than? (Tạm kết)

GS. NGUYỄN KHẮC NHẪN*, GRENOBLE (PHÁP)

C. Chiến lược mới về năng lượng

Chiến lược này phụ thuộc chính vào 3 trụ cột: sử dụng điều độ, hiệu quả, năng lượng tái tạo.

C1. Sử dụng điều độ

Liên quan đến việc loại bỏ lãng phí trong tất cả các mức độ tổ chức của xã hội và trong hành động của mỗi người. Sự điều độ không phải là khắc khổ, cũng không phải là hạn chế. Nó là lời giải cho một tương lai dựa trên nhu cầu năng lượng không còn vô hạn, khống chế tốt hơn, cân bằng hơn.

C2. Hiệu quả

Nhằm làm giảm tổn hao so với tài nguyên được sử dụng. Tiềm năng cải thiện nền công nghiệp, hộ gia đình, giao thông, thiết bị thật ra còn rất lớn. Tùy theo quốc gia, có thể giảm từ 2 đến 3 lần lượng tiêu thụ năng lượng và nguyên liệu sơ cấp, nhờ vào các kỹ thuật đã được chứng minh.

C3. Năng lượng tái tạo

Sự điều độ và hiệu quả làm giảm nhiều nhu cầu năng lượng ở khắp nơi. Phần còn lại phải được đảm bảo chỉ từ các nguồn năng lượng tái tạo, xuất phát từ nguồn tài nguyên thiên nhiên duy nhất và bất tận của chúng ta: "Mặt trời". Phân bố rộng khắp, phân tán, rất ít ảnh hưởng đến môi trường, các nguồn năng lượng tái tạo (mặt trời, gió, sinh khối…) có thể đảm bảo cân bằng và thỏa mãn bền vững nhu cầu năng lượng của nhân loại.

D. Giải quyết tính gián đoạn của năng lượng tái tạo

Đưa năng lượng tái tạo vào hệ thống điện khiến cho việc quản lý hệ thống trở nên phức tạp hơn, do đặc tính gián đoạn của nó. Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư dựa vào nhiều công nghệ lưu trữ. Sau đây là vài phương pháp chính.

D1. STEP (Station de Transfert d’Energie par Pompage)

Công nghệ này đã cũ, rất ổn định, cho phép lưu trữ một lượng lớn năng lượng điện thông qua thế năng của nước.

Một nhà máy thủy điện đảo ngược được (bơm hay tua bin) dùng để chuyển nước giữa hai hồ nằm ở độ cao khác nhau. Khi lưới cung cấp nhiều điện hơn tiêu thụ, nước từ hồ thấp được bơm lên hồ cao. Nguồn nước này sẽ được dùng theo chiều ngược lại để sinh ra điện.

D2. Pin

Giải pháp lưu trữ năng lượng bằng pin nhằm thực hiện dễ dàng việc chuyển sang các phương tiện sản xuất mới và phân phối điện năng.

Trên thị trường, ta có nhiều pin có thể đảm bảo sự lưu trữ tin cậy và hiệu quả về năng lượng, đối với hệ thống ngoài lưới cũng như với hệ thống nối với lưới, từ nơi sản xuất đến người tiêu thụ thông qua việc truyền tải, phân chia và phân bổ. Trong khuôn khổ của dự án Pegase, một hệ thống lưu trữ bằng pin Sodium-soufre đã kiểm tra ở Réunion. Đồng thời đảm bảo tần số của lưới, công nghệ này cho phép giải quyết vấn đề giảm sản lượng tại các cơ sở pin mặt trời và gió. Nó được kết hợp với Météo France để dự đoán sự thay đổi về sản xuất bằng cách tích hợp dự báo thời tiết. Pin được dùng rộng rãi, nhưng giá đắt và thời gian sử dụng thấp (5 năm).

D3. Hydrogène

Hydrogene, chất khí với năng lượng lớn hơn ba lần so với dầu mỏ, là một véc tơ đặc biệt hữu ích. Ta có thể chuyển điện thành hydrogene bằng điện phân, sau đó phục hồi lại bằng PAC (pin nhiên liệu) hoặc tua bin khí.

Hoạt động của PAC dựa trên nguyên lý ngược với quá trình điện phân. Oxi hóa hydrogene cho ra điện, nước và nhiệt. Cần phải đảm bảo an toàn bởi hydrogene là chất khí nhẹ và dễ nổ. Giải pháp phổ biến hiện nay lưu trữ dưới dạng khí ở áp suất 200 bar. Những bể chứa siêu áp (700 bar) đã được xây dựng. Lưu trữ ở nhiệt độ thấp (20 độ Kelvin) ở trạng thái lỏng làm tăng khối lượng riêng nhưng hiệu suất không cao. Lưu trữ ở trạng thái rắn của hydrogene có vẻ khả thi bởi hydrure kim loại được tạo thành có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của hydrogene lỏng. Giải pháp này gọn gàng và an toàn hơn.

D4. CAES

CAES (Compressed Air Energy Storage - Lưu trữ năng lượng bằng khí nén) cho phép lưu trữ năng lượng tái tạo nhờ các hầm dưới đất. Khí nén được giữ trong các hầm chứa áp suất cao, sau đó nở ra khi thu hồi năng lượng. Công suất của hệ thống này có thể đạt đến hàng trăm MW.

Nhiều cơ sở đã hoạt động từ hơn 30 năm nay trên khắp thế giới, như Huntorf ở Đức (290 MW) và McIntosh ở Mỹ (110 MW). Ở Pháp rất nhiều nghiên cứu được thực hiện về kỹ thuật này.

E. Quản lý lưới điện

Tại mọi thời điểm, lượng điện sản xuất phải bằng lượng tiêu thụ do điện không thể tự lưu trữ. Tần số của lưới tăng lên nếu lượng điện sản xuất ra lớn hơn phần tiêu thụ, và ngược lại. Nói chung tần số phải nằm trong khoảng 50 Hz cộng trừ 1% (tức + hay - 0.5 Hz). Giới hạn cho phép nằm xung quanh 1 Hz. Ta dùng các nguồn dự trữ thứ cấp, cấp 2, cấp 3 để ổn định tần số. Chính quán tính của khối lượng xoay (80% tua bin xoay chiều của các nhà máy và 20% động cơ công nghiệp), nhờ có chức năng tự ổn định, đóng vai trò quan trọng cho việc cân bằng tức thời tần số - công suất.

Liên quan đến vấn đề biến thiên điện áp, dự dao động còn lớn hơn (ở điện áp cao là xung quanh 5%, điện áp thấp là 10%).

Để nối vào lưới, điện từ pin mặt trời và gió đi qua bộ nghịch lưu (onduleur) điều khiển được và sự ghép nối này là không đồng bộ.

Do sự ghép nối đối với điện gió tuy có quán tính lớn, các nguồn năng lượng tái tạo không thể khai thác những hiệu ứng về quán tính như trong mô hình sản xuất điện truyền thống.

Trong trường hợp lưới cục bộ, với quy mô nhỏ, ta có nguy cơ thiết kế thừa về phương tiện sản suất. Sự lưu trữ cục bộ cần được quan tâm đến. Với trường hợp tự tiêu thụ, ta cần sự lưu trữ giữa các mùa bởi sản lượng mùa đông thì nhỏ (với pin mặt trời) trong khi tiêu thụ lớn, mùa hè thì ngược lại.

E1. Vai trò của lưới điện thông minh (smart grid)

Điện không tự lưu trữ, ít nhất là với số lượng lớn, smart grid cho phép tối ưu hóa toàn thể các nút của hệ thống điện, bao gồm cả sản xuất và tiêu thụ. Nó cải thiện hiệu suất nhà máy, đồng thời giảm tổn hao đường dây, làm cho việc kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo dễ dàng hơn, và cho giá điện cạnh tranh nhất có thể. Nó còn tăng cường an ninh, tiết kiệm năng lượng, cải thiện hiệu suất năng lượng, giảm công suất đỉnh.

Nhờ vào công nghệ thông tin và truyền thông, các lưới điện giao tiếp cho phép đảm bảo cân bằng sản xuất - tiêu thụ tại mỗi thời điểm, với sự phản ứng tốt hơn.

Thị trường smart grid thế giới trong thời gian tới ước tính tầm 30 tỷ Euro.

F. 100% năng lượng tái tạo năm 2050

F1. Thế giới: nghiên cứu Stanford

Theo một nghiên cứu của Đại học Stanford năm 2016, dành cho 139 nước trên thế giới, viễn cảnh 100% năng lượng tái tạo năm 2050 là hoàn toàn khả thi.

Nghiên cứu tập trung vào việc chuyển cơ sở hạ tầng năng lượng hiện tại (điện, giao thông, sưởi ấm, điều hòa, công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp…) thành các hệ thống được cung cấp bởi năng lượng mặt trời, gió và thủy điện. Các kỹ sư đã so sánh việc tiêu thụ năng lượng của toàn bộ quy trình cung cấp năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo. Với năng lượng hóa thạch, việc chiết tách, vận chuyển và chuyển đổi của than, dầu, khí, uranium thành nhiệt, điện, và nhiên liệu cần một sự tiêu thụ năng lượng rất lớn.

Công trình nghiên cứu trên đã đánh giá tiềm năng của năng lượng tái tạo, số việc làm tạo ra, lợi ích về ô nhiễm không khí đối với sức khỏe người dân và những lợi ích liên quan đến khai thác năng lượng một cách cục bộ.

Pháp có khả năng đạt 100% năng lượng tái tạo vào năm 2050, với 55% từ gió mặt đất và ven biển, 35% từ pin mặt trời và nhiệt, 6% thủy điện và phần còn lại từ năng lượng biển.

Với cơ cấu như vậy, tiêu thụ năng lượng tổng cộng sẽ ít hơn 36% so với hiện nay. 700.000 việc làm được tạo ra từ đây đến 2050. Pháp sẽ tiết kiệm được 200 tỷ Euro liên quan đến chi phí sức khỏe gây ra do ô nhiễm không khí hằng năm, tránh được khoảng 20.000 người chết. Ở Pháp, điện hạt nhân thực sự là vật cản đối với sự phát triển của năng lượng xanh.

F2. Pháp: nghiên cứu ADEME

Theo ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie), Pháp có tiềm năng to lớn về năng lượng tái tạo (khoảng 1.268 TWh).

Trong tổng số lý tưởng của 100% điện tái tạo, 63% đến từ gió, 17% mặt trời, 13% thủy điện và 7% nhiệt tái tạo (gồm cả địa nhiệt), với tổng công suất đặt là 196 GW. Con số này đến từ việc giảm đáng kể sự tiêu thụ năng lượng, nhờ sử dụng điều độ và hiệu suất năng lượng của hộ gia đình và thiết bị.

Về lưu trữ, công nghệ thay đổi theo mức độ thời gian: ngắn hạn (pin), ít hơn một tuần (STEP), và dài hạn, nhờ quá trình chuyển đổi điện thành ga (methan hóa) và ga thành điện.

Chi phí hằng năm, khoảng 50 tỷ Euro, được phân bố như sau: 65% cho năng lượng tái tạo, 8% cho lưu trữ, 23% cho lưới phân phối, 4% cho lưới truyền tải THT 400kV.

Nghiên cứu ADEME đưa ra chi phí (ngoài thuế) của điện tái tạo vào năm 2050 là giữa 100 và 120 €/MWh, không đắt hơn chi phí của điện hạt nhân với thế hệ thứ ba EPR, với chi phí tối thiểu đã là 100-120 €/MWh, hay với điện hạt nhân cổ điển cải tiến (133€/ MWh).

Liên quan đến chi phí khai thác, năng lượng tái tạo có sức cạnh tranh mạnh so với các cơ sở sản xuất hiện tại, với các lò phản ứng PWR.

F3. Nghiên cứu Négawatt (Scénario 2017-2050)

Theo nghiên cứu của NégaWatt (Scénario 2017-2050) công bố đầu năm 2017, Pháp có thể đạt 100% năng lượng tái tạo vào năm 2050. Đây là năng lượng cuối cùng, chứ không phải chỉ điện lực (dễ giải quyết hơn nhiều) như trong nghiên cứu của ADEME. Thành lập năm 2002, tổ chức Négawatt bao gồm 350 chuyên gia về năng lượng, nghiên cứu các vấn đề năng lượng tương lai. Triết lý của họ dựa trên 3 trụ cột: điều độ, hiệu quả, và tái tạo.

Sự điều độ (loại bỏ lãng phí) không phải là sự hạn chế hay khắc khổ. Hiệu quả năng lượng đưa đến sự giảm đáng kể (từ 2 đến 3 lần) tiêu thụ năng lượng và nguyên vật liệu. Hai trụ cột đầu tiên này làm giảm đáng kể nhu cầu năng lượng. Phần còn lại được đảm bảo bởi năng lượng tái tạo.

Theo NégaWatt, trong tất cả các quốc gia OCDE, nhu cầu năng lượng có xu hướng giảm từ vài năm nay. Đó là một hiện tượng có tính hệ thống chứ không phải nhất thời.

Tại Pháp, tiêu thụ năng lượng vào năm 2050 có thể giảm từ 50% đến 63%, nhờ vào sự điều độ và hiệu quả năng lượng. Do đó, có thể thỏa mãn nhu cầu năng lượng của Pháp hoàn toàn bằng năng lượng tái tạo vào giữa thế kỉ 21, theo thứ tự ưu tiên sau: sinh khối rắn, gió, mặt trời, biogaz… Pháp có thể không còn thải carbon (zéro émissions nettes) vào năm 2050. NégaWatt đã đề xuất một chiến lược năng lượng to lớn cho toàn dân Pháp, cho tất cả những ai liên quan và có trách nhiệm quản lý. Thời gian gấp rút. Pháp có thể thành công nếu có đủ dũng cảm và khôn ngoan từ bỏ điện hạt nhân như Đức và các nước khác.

(Đón đọc kỳ tới...)

(*) Nguyễn Khắc Nhẫn (nguyên Giám đốc Trường Cao đẳng Điện học và Trung tâm Quốc gia Kỹ thuật Phú Thọ. Cố vấn Nha kinh tế, dự báo, chiến lược EDF Paris. GS Viện kinh tế, Chính sách Năng lượng Grenoble. GS Trường Đại học Bách khoa Grenoble).

Tài liệu tham khảo

- Georges Sapy (SLC), Contraintes d’équilibre des réseaux d’électricité et intégration des énergies intermittentes, Paris, mars 2017.

- Alexis Gertz, CNR, Filière H2 renouvelable et stockage d’énergie, Colloque Hydro 21 Grenoble, novembre 2016.

- Jean Jacques Hérou (Cap Energies), Avantages et inconvénients des moyens de stockage existants, Colloque Hydro 21 Grenoble, novembre 2016.

- SER, 18e Colloque, Paris, janvier 2017.

- IRENA, Agence Internationale pour les Energies Renouvelables, Rapport 2016.

- Documents : EDF Energies nouvelles, CNR, ENGIE, Total., 2017.

- Etudes: ADEME 2015, Standford 2016, Négawatt (Scénario 2017-2050).

- Tran Van Binh, Sustainable Development of the Renewable Energy Industry in VIETNAM, The current Difficulties and Barriers, 2017.

- Nguyen Khac Nhan, Le développement énergétique et électrique du Viet Nam, Encyclopédie de l’énergie Grenoble, décembre 2015.

- nguyenkhacnhan.blogspot.fr, articles 51, 53, 55, 58, 60, 61.

NGUỒN: TNTMEDIAMACON