Điện mặt trời cho mục tiêu khử carbon trên thế giới - Hiện trạng của Việt Nam

Triển vọng khử carbon bằng điện mặt trời là rất khả thi:

Theo Liên Hợp Quốc, hơn 100 quốc gia đã cam kết trung hòa carbon vào năm 2050.

Trên tạp chí Solar RRL của Tập đoàn John Wiley & Sons, Inc. (Mỹ) số ra tháng 4/2023 công bố nghiên cứu của NREL mang tên Photovoltaic Deployment Scenarios Toward Global Decarbonization: Role of Disruptive Technologies (Các kịch bản triển khai quang điện hướng tới khử carbon toàn cầu: Vai trò của các công nghệ đột phá). Theo nghiên cứu, lộ trình khả thi để đạt mục tiêu Net Zero, thế giới phải đạt ít nhất công suất 60 TW điện mặt trời. Để đạt ngưỡng này, các công nghệ năng lượng mặt trời (NLMT) đột phá sẽ đóng vai trò quan trọng, tạo ra nhiều lợi thế như giảm chi phí và tăng cơ hội thị trường.

Các nhà nghiên cứu đã lập mô hình khả thi để cung cấp hơn 60 TW công suất NLMT được lắp đặt để đáp ứng mục tiêu trung hòa carbon toàn cầu, đồng thời nghiên cứu tác động của công nghệ đột phá đối với chi phí triển khai và tăng cơ hội thị trường, tạo thêm việc làm mới.

Nghiên cứu kết luận: Có thể tăng quy mô sản xuất lên 2,9 TW đến 3,7 TW mỗi năm trong vòng 10 đến 15 năm tới. Để đạt mức này, vốn đầu tư tiêu tốn từ 600 tỷ USD đến 660 tỷ USD. Mô hình trên bao gồm việc sử dụng công nghệ hiện có, cũng như các công nghệ chín muồi sử dụng silicon và CdTe.

Nghiên cứu ước tính: Các công nghệ đột phá mang lại cơ hội thị trường từ 1 đến 2 nghìn tỷ USD và tiềm năng tiết kiệm chi phí có thể lên tới hàng trăm tỷ USD.

Về công nghệ NLMT: Nguồn gốc của điện mặt trời hiện đại có thể bắt nguồn từ năm 1954, khi Bell Labs giới thiệu thiết bị PV đầu tiên có khả năng tạo ra một lượng điện có thể sử dụng được. Cuộc khủng hoảng năng lượng vào những năm 1970 đã dẫn đến một làn sóng quan tâm đến việc sử dụng NLMT để sản xuất điện cho gia đình và doanh nghiệp. Vào thời điểm đó, chi phí sản xuất mô-dun mặt trời cao (tương đối mới) khiến các ứng dụng quy mô lớn trở nên không thực tế. Theo thời gian, chi phí của các tế bào quang điện đã giảm đáng kể, hơn 59% trong thập kỷ qua, giúp NLMT có mức giá phải chăng không chỉ cho các công ty tiện ích, văn phòng, mà còn cho cả các hộ gia đình riêng.

Theo NREL: Các công nghệ đột phá sẽ bao gồm PV dựa trên cadmium Telluride (CdTe), perovskites và các công nghệ song song. CdTe là công nghệ được sử dụng bởi các nhà sản xuất năng lượng mặt trời First Solar và Toledo Solar và một số hãng khác, hiện chiếm khoảng 16% thị trường NLMT của Hoa Kỳ. Perovskites có những thách thức về độ bền lâu dài, nhưng chúng mang lại lợi thế trong sản xuất, vì chúng có thể được in nhanh chóng và tương đối rẻ bằng phương pháp cuộn sang cuộn. Các công nghệ ghép cặp song song, chẳng hạn như perovskite trên silicon, và một số công ty đang bắt đầu sản xuất các cặp song song bao gồm: TandemPV, CubicPV và OxfordPV.

Cũng theo NREL, các thiết bị song song và mô-đun nhỏ đang đạt hiệu suất lên tới 31,25%. Mặc dù hiệu quả đang hứa hẹn và các thiết bị song song khác tiếp tục được phát triển, nhưng R&D vẫn cần thiết để các thiết bị này được sản xuất ở quy mô lớn nhằm đạt được công suất cỡ terawatt.

“Có những quỹ đạo khả thi về mặt kinh tế đạt được năng lực sản xuất cần thiết để tạo ra lượng mô-đun PV cần thiết nhằm khử carbon hoàn toàn cho nền kinh tế năng lượng của thế giới. Các công nghệ mới nổi có khả năng làm giảm đáng kể chi phí triển khai này nếu chúng được thương mại hóa kịp thời” - Jao van de Lagemaat - Giám đốc Trung tâm Hóa học và Khoa học nano tại NREL nhấn mạnh trong nghiên cứu.

Theo phân tích của NREL: Để cung cấp đủ NLMT trong hai thập kỷ tới nhằm khử carbon cho hệ thống điện toàn cầu thì phải “tăng năng lực sản xuất lên mức chưa từng có”, và điều này có thể đạt được. Theo các nhà nghiên cứu, giả định này có thể đạt được với điều kiện các nhà đầu tư cần bảo vệ các khoản đầu tư của mình và tránh không để sản xuất bị mắc kẹt. Mô hình này chứng minh các công nghệ đột phá cần phải đi trước và đóng một vai trò trong việc giảm chi phí vốn.

Một giả định khác liên quan đến tuổi thọ của mô-đun PV cũng phải tăng đáng kể, từ mức trung bình 30 năm (năm 2020) lên 50 năm (vào năm 2040). Nhìn xa hơn, vào thập kỷ 2050 đến 2060, việc kéo dài tuổi thọ mô-đun và tăng tổng số mô-đun sẽ là động lực giúp chúng ta đạt được mục tiêu khử carbon trên quy mô toàn cầu.

Hiện trạng năng lượng mặt trời thế giới và Việt Nam:

Theo báo cáo của Ngân hàng Thế giới (WB): NLMT là nguồn năng lượng sạch, xanh, rẻ và có thể ngăn ngừa các tác động tiêu cực của nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như phát thải khí nhà kính từ việc sử dụng than. Việc sản xuất và sử dụng NLMT đang gia tăng trên quy mô toàn thế giới.

Đến cuối năm 2021, các tấm năng lượng mặt trời quang điện ước tính cung cấp khoảng 5% thị phần điện năng của thế giới - một tỷ lệ nhỏ, nhưng đang tăng nhanh chóng. Các chuyên gia ước tính, các quốc gia trên thế giới đã lắp đặt từ 133 đến 175 gigawatt (GW) NLMT vào năm 2021 và tăng thêm 200 GW vào cuối năm 2022.

NLMT cũng có tiềm năng lớn để mở rộng hơn nữa. Theo WB, 10 quốc gia hàng đầu có công suất đặt NLMT nhiều nhất tính đến năm 2021 (Megawatt-MW) có: Trung Quốc 306.973, Hoa Kỳ 95.209, Nhật Bản 74.191, Đức 58.461, Ấn Độ 49.684, Italia 22.698, Úc 19.076, Hàn Quốc 18.161, Việt Nam 16.660, Tây Ban Nha 15.952.

Riêng Liên minh châu Âu (EU), nếu tính theo đơn vị quốc gia sẽ là nơi có công suất đặt NLMT cao thứ hai thế giới (với 178.700 MW).

Tại Mỹ, với 95.209 MW năng lượng mặt trời đang khai thác và nhiều hơn nữa đang được triển khai, quốc gia này hiện có đủ công suất điện mặt trời để cung cấp điện cho 18 triệu hộ gia đình. Một báo cáo từ NREL đã xác định: Các tấm pin mặt trời có diện tích tổng thể 22.000 dặm vuông, tương đương diện tích của Hồ Michigan, hoặc 0,6% tổng diện tích đất của cả nước, có thể cung cấp đủ điện để cung cấp năng lượng cho toàn nước Mỹ.

NLMT thường được khai thác bằng hệ thống quang điện (PV), hoặc năng lượng mặt trời tập trung (CSP). Các nhà máy CSP sản xuất điện gián tiếp bằng cách sử dụng các tấm gương thu nhiệt mặt trời, tập trung NLMT để đun nóng nước, sau đó hơi nước và làm quay tua bin tạo ra điện. Trên toàn cầu, các cài đặt CSP hiện tại chỉ tạo ra một phần nhỏ năng lượng (6.387 MW) so với các hệ thống quang điện (843.086 MW).

Việc sử dụng NLMT trên toàn thế giới cũng khác nhau tùy theo quốc gia, với 10 quốc gia hàng đầu chiếm khoảng 74% thị trường quang điện. Tính đến năm 2021, Trung Quốc có công suất NLMT lớn nhất thế giới với 306.973 MW, sản xuất khoảng 4,8% - 6% tổng mức tiêu thụ năng lượng quốc gia. Tiếp theo là Hoa Kỳ với 95.209 MW và Nhật Bản với 74.191 MW. Tuy nhiên, tổng công suất chỉ là một cách để đánh giá sản xuất NLMT. Phương pháp khác hiệu quả hơn là kiểm tra mức độ thâm nhập của NLMT - tức là tỷ lệ phần trăm tổng mức tiêu thụ năng lượng đến từ NLMT của mỗi quốc gia.

Theo dữ liệu mới nhất từ IRENA và Ember: Tính đến năm 2023, thế giới hiện có công suất NLMT tích lũy là 850,2 GW. Năm quốc gia NLMT hàng đầu thế giới (dựa trên công suất lắp đặt): Trung Quốc 392 GW, Hoa Kỳ 135,7 GW, Nhật Bản 84,9 GW, Đức 66,5 GW và Ấn Độ 63,3 GW. Con số này đã tăng hàng năm trong thập kỷ qua và cao hơn gấp 10 lần so với năm 2011. Tuy nhiên, giới chuyên gia năng lượng ước tính rằng có tới 173.000 TW NLMT chiếu vào trái đất vào mọi thời điểm, nhưng con người mới khai thác được một phần nhỏ trong số này.

Tại Việt Nam, theo thống kê gần đây, đến cuối năm 2020, đã có 8.736 MW điện mặt trời quy mô tập trung, bao gồm cả điện mặt trời nổi trên mặt nước và 7.755 MW điện mặt trời mái nhà được đấu nối vào lưới điện, sản xuất gần 13 tỷ kWh điện năm đó. Quy mô công suất điện mặt trời ở Việt Nam tăng vọt chỉ sau 2 năm đã trở thành kỷ lục trong các quốc gia Đông Nam Á.

Theo Quyết định số 500/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch điện VIII vừa được Thủ tướng Chính phủ ký, ban hành ngày 15/5/2023, dự kiến quy mô điện mặt trời ở Việt Nam sẽ khoảng 12.800 MW (không bao gồm điện mặt trời mái nhà hiện có) vào năm 2030, tăng thêm khoảng 2.600 MW điện mặt trời loại hình tự tiêu thụ không phát lên lưới.

Vào năm 2050, điện mặt trời sẽ có quy mô định hướng lên tới 168.600 - 189.300 GW, chiếm 33,0 - 34,4% tổng công suất nguồn điện và sản xuất điện chiếm từ 20,6 - 21,2% tổng sản xuất điện toàn hệ thống.

Tuy nhiên, điện mặt trời là loại nguồn điện chiếm diện tích đất lớn, cần có các công nghệ đột phá hơn để tăng hiệu suất mô-dun PV, giảm nhu cầu sử dụng đất.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

(THEO: PVM/MWC/WPR/OSC - 5/2023)

Theo Tạp chí Năng lượng Việt Nam