Năng lượng tái tạo trong sản xuất điện của thế giới và kiến nghị cho Việt Nam

Ở Việt Nam, do mức độ phát triển của nền kinh tế còn khiêm tốn và trình độ phát triển khoa học - kỹ thuật còn chưa cao, trong suốt một thời gian dài, nhiều khái niệm cơ bản vẫn bị nhầm lẫn. Việc nhầm lẫn khái niệm cơ bản đã dẫn đến những quan điểm rất không cơ bản trong việc góp ý, nhận xét, tư vấn, tham mưu cho Đảng và Chính phủ về phát triển bền vững ngành điện Việt Nam. Có hai nhầm lẫn: Một là liên quan đến năng lượng hóa thạch, nhiều người cho rằng “tài nguyên” là “trữ lượng”; liên quan đến năng lượng tái tạo - năng lượng tái tạo chỉ là “điện gió và điện mặt trời”.

Hiện nay, Chính phủ đã giao Bộ Công Thương chủ trì việc soạn thảo các qui hoạch và tổng sơ đồ phát triển các ngành năng lượng của Việt Nam (điện, than, dầu khí). Để tham khảo trong công tác qui hoạch năng lượng (NL), dưới đây, chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam xin làm rõ và trao đổi cụ thể về việc sử dụng các nguồn NL tái tạo trong sản xuất điện của thế giới (TG).

1. Về các nguồn năng lượng

Theo qui ước chung của các tổ chức quốc tế, trong các báo cáo thống kê và/hoặc phân tích về kỹ thuật - công nghệ khai thác các nguồn NL được chia thành 2 nhóm:

(i) Nguồn NL “hóa thạch” (gồm than đá; dầu mỏ; khí thiên nhiên; uranium).

(ii) Nguồn NL “tái tạo” - NLTT (gồm: thủy điện; năng lượng sinh khối; điện mặt trời; điện gió; điện địa nhiệt; điện thủy triều; điện sóng biển, v.v...).

Trong đó, thủy điện và sinh khối được coi là nguồn NLTT “truyền thống”; còn điện mặt trời, điện gió, điện địa nhiệt, điện thủy triều v.v... được coi là NLTT “mới”.

Về kỹ thuật - công nghệ sử dụng, NL còn được chia thành: “Sơ cấp” (than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên, uranium, thủy điện, sinh khối) và “thứ cấp” (điện năng) và các sản phẩm chế biến của dầu mỏ.

Đơn vị đo của các nguồn NL thường được áp dụng riêng cho từng dạng (điện năng - kWh, nhiên liệu rắn - tấn, nhiên liệu lỏng - thùng, nhiên liệu khí - m3) và được qui về tấn dầu tương đương (toe) theo nhiệt năng. Đối với các nhiên liệu rắn (như than nhiệt, than luyện coke, than hóa khí) còn được qui về đơn vị tấn than tiêu chuẩn (có nhiệt năng 7000 kcal/kg). Đối với uranium, thường được qui về nhiên liệu sơ cấp theo sản lượng điện của các nhà máy điện hạt nhân v.v...

2. Về công nghệ sản xuất điện

Các nước (có nền kinh tế phát triển, cũng như đang phát triển) đều ưu tiên phát triển nguồn NLTT truyền thống của nước (thủy điện), vì đây là nguồn NL tái tạo rẻ tiền nhất, công nghệ chuyển hóa NL của dòng nước tự nhiên thành điện năng (tua bin nước + máy phát điện) đã được hoàn thiện, có hiệu suất cao (hơn 80%), con người đã từ lâu làm chủ được các dòng chảy của nước bằng các hồ và đập nhân tạo, qui mô lớn, khả năng tích trữ NL của nguồn nước khá đơn giản. Tỷ lệ tổn thất của nước rất thấp (chủ yếu do bay hơi).

Các nguồn NL hóa thạch (than, dầu, khí, uranium), tuy có hạn, nhưng cũng đã được loài người chinh phục (khai thác/chế biến) từ lâu và công nghệ chuyển hóa các nguồn NL hóa thạch thành điện năng đã phát triển ở mức độ cao. Công nghệ chuyển đổi NL bằng tua bin hơi + máy phát và/hoặc tua bin khí + máy phát có hiệu suất đạt 45÷65%.

Các nguồn NLTT mới (gió và mặt trời), tuy cũng đã được con người tận dụng từ xa xưa (thuyền buồm, cối xay gió, chiếu sáng, sấy khô vật liệu), nhưng công nghệ chuyển hóa các nguồn NL gió và ánh sáng (cũng như địa nhiệt, thủy triều và sóng biển) thành điện năng cho đến nay vẫn chưa được phát triển. Công nghệ tua bin gió + máy phát có hiệu suất chuyển đổi NL thấp

Vì lý do công nghệ nêu trên, các nước đều ưu tiên phát triển lần lượt: Thủy điện => nhiệt điện hóa thạch => điện gió => điện mặt trời.

3. Sản lượng điện của thế giới trong 30 năm qua

Trong 30 năm ngần đây (1990÷2019), tổng sản lượng điện trên hành tinh xanh của chúng ta đã đạt ~554 292.0 TWh (bình quân18 476.4 TWh/năm). Chi tiết được tổng hợp và trình bầy trong các bảng và đồ thị sau:

Bảng 1. Qui mô sản xuất điện của các khu vực trên thế giới giai đoạn 1990-2019:

Hình 1. Tỷ trọng của các khu vực trên thế giới về sản lượng điện giai đoạn 1990÷2019.

Hình 2. Sản lượng điện của các khu vực trên thế giới, TWh.

Bảng và đồ thị trên cho thấy:

Thứ nhất: Thứ hạng của các khu vực về sản xuất điện trong 30 năm qua lần lượt: Châu Á, Bắc Mỹ, châu Âu, SNG, Mỹ La Tinh, Trung Cận Đông, châu Phi, châu Đại Dương.

Thứ hai: Khu vực châu Á có tốc độ tăng trưởng lớn nhất.

Thứ ba: Các khu vực còn lại có tốc độ tăng trưởng không đáng kể.

Thứ tư: Khu vực Bắc Mỹ với 2 thành viên G7 là Mỹ và Canada luôn có sản lượng điện tuyệt đối lớn nhất.

4. Tỷ trọng các nguồn năng lượng trong sản xuất điện

Trong tổng sản lượng điện của TG giai đoạn 1990-2019 như nêu trên, tỷ trọng của các nguồn NL đã có sự thay đổi như sau:

Một là: Nguồn nhiệt điện (NL hóa thạch) đã giảm từ 80,26%/1990 xuống còn 73,37%/2019 (giảm 6,89 điểm %, bình quân giảm 0,23 điểm %/năm).

Hai là: Nguồn thủy điện (NLTT truyền thống) đã giảm từ 19,26%/1990 xuống còn 18,16%/2019 (giảm 1,1 điểm %, bình quân giảm 0,04 điểm %/năm).

Ba là:Điện gió và điện mặt trời đã tăng từ 0,47%/1990 lên 8,46%/2019 (tăng 7,99 điểm %, bình quân tăng 0,27 điểm %/năm).

Cụ thể được trình bầy trong đồ thị sau:

Hình 3. Tỷ trọng các nguồn NL trong sản xuất điện của TG giai đoạn 1990÷2019, %.

Trong 30 năm (1990÷2019), tỷ trọng các nguồn NLTT trong sản xuất điện (gồm NLTT “truyền thống” cộng với (+) NLTT “mới” bình quân là 20,45%, trong đó tỷ trọng của riêng điện gió và điện mặt trời là 2,19%. Cụ thể của từng khu vực như sau:

Bảng 2. Tỷ trọng các nguồn NLTT trong sản xuất điện ở các khu vực trên TG giai đoạn 1990÷2019, %:

Nguồn NLTT trên TG được khai thác chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên, và trước hết là tập trung khai thác phát triển các dự án thủy điện. Theo đó, các khu vực có tỷ trọng phát triển các nguồn NLTT cao được trình bày trong các đồ thị sau:

Hình 4. Tỷ trọng NLTT trong sản xuất điện của các khu vực trên TG trong 30 năm qua, %.

Hình 5. Tỷ trọng các nguồn NLTT trong sản xuất điện của các khu vực trên TG trong 30 năm qua, %.

Hình 6. 10 quốc gia có tỷ trong NLTT trong sản lượng điện cao nhất thế giới, %.

Các đồ thị trên cho thấy:

Thứ nhất: Tỷ trọng NLTT trong sản xuất điện của các nước đều thay đổi qua các năm, ngoại trừ Na Uy, Canada - có mức tương đối ổn định.

Thứ hai: Khu vực Mỹ La tinh có nguồn NLTT được phát triển với tỷ lệ cao nhất, chiếm bình quân gần 60% trong tổng sản lượng điện. Đây là khu vực có điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng các nhà máy thủy điện lớn (đặc biệt là Brazil và Venezuela).

Thứ ba: Khu vực Trung Cận Đông có nguồn NLTT được phát triển với tỷ lệ thấp nhất, chiếm bình quân khoảng 2,86% trong tổng sản lượng điện, vì đây là khu vực có nguồn NL hóa thạch tương đối lớn, có lợi thế phát triển cao vừa để tiêu dùng, vừa để xuất khẩu.

Thứ tư: Khu vực châu Âu, trước năm 2005, có tỷ trọng các nguồn NLTT chỉ ở mức trung bình. Riêng Na Uy và Thụy Điển có tỷ trọng NLTT cao nhất, lần lượt bình quân 30 năm là 98,75% và 51,64%.

Thứ năm: Năm 2019, tỷ trọng của các nguồn NLTT trong cân bằng năng lượng toàn cầu đã tăng 1,1 điểm phần trăm lên gần 27%, phù hợp với xu hướng tăng bắt đầu từ những năm 2000. Các nguồn NLTT hiện nay chiếm 35% cân bằng năng lượng ở EU, 27% ở Trung Quốc, 21% ở Ấn Độ và khoảng 18% ở Mỹ, Nga và Nhật Bản. Sự tăng trưởng này chủ yếu là của NLTT mới (điện gió và điện mặt trời). Còn tỷ trong của nguồn NLTT truyền thống (thủy điện) kể từ năm 2000 vẫn duy trì ở mức 15%. Trong năm 2019, điều kiện thủy văn thuận lợi cũng đã dẫn đến sự gia tăng sản xuất điện từ các nguồn tái tạo ở Trung Quốc, Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kỳ, Nga, Iran và Nigeria.

5. Tỷ trọng của điện gió và điện mặt trời trong sản xuất điện

Tỷ trọng bình quân 30 năm của điện gió và điện mặt trời trong tổng sản lượng điện của TG được trình bày trong các đồ thị sau:

Hình 7. Tỷ trọng điện gió và điện mặt trời trong sản xuất điện của các khu vực trên thế giới trong 30 năm qua, %.

Hình 8. Tỷ trọng điện gió và điện mặt trời của các nước trong 30 năm (1990÷2019), %.

Hình 9. Tỷ trọng điện gió và điện mặt trời của các nước trong năm 2019, %.

Các đồ thị trên cho thấy:

Trong số các quốc gia có tỷ trọng điện gió và điện mặt trời giai đoạn 1990÷2019 lớn hơn 4%, chỉ có 3 thành viên của G7 là Đức (7,74%), Ý (6,23%) và Anh (4,77%). Các nước thành viên G7 còn lại có tỷ trọng khá khiêm tốn: Nhật - 3,56%; Mỹ - 2,54%; Pháp - 1,84% và Canada - 1,42%,

Tính riêng năm 2019, có 20 quốc gia có tỷ trọng điện mặt trời và điện gió cao hơn mức bình quân chung của TG (8,46%). Trong đó chỉ có 5 thành viên G7 (Đức - 28,9%; Ý - 17,3%; Anh - 14,3%; Nhật - 12,1%; và Mỹ - 9,79%). Một số nền kinh tế lớn đáng kể khác có tỷ trọng thấp hơn mức bình quân chung của thế giới, như: Pháp (6,88%); Ấn Độ (5,57%); Trung Quốc (5,39%); Canada (4,14%).

Hình 10. Tỷ trọng điện gió và điện mặt trời trong sản xuất điện của các khu vực trên TG giai đoạn 1990÷2019, %.

Tỷ trong điện gió và điện mặt trời trong tổng sản lượng điện của các nước trong giai đoạn 1990÷2019 và các năm gần đây được tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 3. Tỷ trọng điện gió và điện mặt trời của các nước trong giai đoạn 1990÷2019 và 5 năm gần đây, %:

Hình 11. Tỷ trọng điện gió và điện mặt trời trong tổng sản lượng điện của 10 quốc gia đứng đầu thế giới giai đoạn 1990÷2019, %.

Hình 12. Tỷ trọng điện mặt trời và điện gió trong tổng sản lượng điện của các nước G7, %.

Các đồ thị trên cho thấy:

Nhìn chung, điện gió và điện mặt trời của các nước được coi là “cường quốc” về điện gió và điện mặt trời, cũng như các nước công nghiệp phát triển trong nhóm G7 được phát triển chủ yếu từ sau năm 2005. Cụ thể:

1/ Newzealand: Trong vòng hơn 30 năm thương mại hóa, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời mới tăng dần từ 6,82%/1990 lên 23,5%/2019.

2/ Tây Ban Nha: Sau 28 năm thương mại hóa, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời tăng từ 0,001%/1992 lên 25,6%/2019.

3/ Bồ Đào Nha: Sau 28 năm thương mại hóa, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời tăng từ 0,001%/1992 lên 28,9%/2019.

4/ Đức (được coi là có tốc độ phát triển nhanh nhất): Sau 29 năm thương mại hóa, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời tăng từ 0,01%/1991 lên 28,9%/2019.

5/ Hà Lan (quê hương của cối xay gió): Sau hơn 30 năm thương mại hóa, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời tăng từ 0,32%/1990 lên có 13,3%/2019.

6/ Indonesia (quốc gia của các hòn đảo lớn kéo dài từ Tây sang Đông): Sau hơn 30 năm thương mại hóa, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời tăng từ 3,44%/1990 lên có 5,57%/2019.

7/ Trung Quốc (“công xưởng” chế tạo PV giá rẻ của TG): Sau gần 30 năm thương mại hóa, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời tăng từ 0,01%/1992 lên có 8,7%/2019.

8/ Thái Lan (nước có cùng vĩ độ như Việt Nam): Sau hơn 10 năm thương mại hóa, tỷ trọng điện gió và điện mặt trời tăng từ 0,01%/1990 lên có 4,48%/2019, v.v...

Tóm lại:

1/ Trong sản xuất điện của TG, tỷ trọng của nguồn NLTT mới (điện gió và điện mặt trời) còn rất khiêm tốn nếu so với nguồn NLTT truyền thống (thủy điện) và rất không đáng kể nếu so với nguồn NL hóa thạch.

2/ Trong sản xuất điện của Việt Nam, việc phát triển điện gió và điện mặt trời như các năm qua nhanh hơn mức bình quân của thế giới, và với tỷ trọng tương đối cao không cần thiết.

6. Khuyến nghị về phát triển điện gió và điện mặt trời ở Việt Nam

1/ Trước hết, việc phát triển các nguồn NLTT mới (điện gió và điện mặt trời) ở Việt Nam (VN), không nên tiệm cận từ vấn đề phát thải (chung của toàn cầu), vì tỷ trọng NLTT của VN năm 2019 (>30%) đã cao hơn nhiều mức bình quân của TG (26,63%).

2/ Việc qui hoạch phát triển các nguồn điện gió và điện mặt trời ở VN cần dựa trên hai yếu tố: Về kinh tế - sức mua của nền kinh tế; và về kỹ thuật - sức chịu đựng của hệ thống điện về cân bằng phụ tải. Giá bán lên lưới của điện gió và điện mặt trời đang làm tăng giá bán điện bình quân lên cao hơn sức mua. Tính phụ thuộc vào thiên nhiên của NLTT mới (đặc biệt là điện mặt trời) đang ảnh hưởng xấu đến tính ổn định cần có của hệ thống điện.

3/Để giảm ảnh hưởng của điện gió và điện mặt trời (giảm giá bán điện bình quân trong kinh doanh của ngành điện và nâng cao độ ổn định của hệ thống điện trong vận hành), việc qui hoạch ngành điện trong ngắn hạn cần xem xét đưa vào phát triển tiếp ~4.000 MW các dự án NLTT truyền thống là các dự án thủy điện vừa và nhỏ. Đồng thời trong dài hạn (khi các nguồn thủy điện đã được khai thác hết), cần phát triển sớm các dự án nhà máy điện hạt nhân để làm “nền” (cả về kinh tế) cho việc phát triển các nguồn NLTT mới và nguồn nhiệt điện chạy khí hóa lỏng ở VN.

4/ Trong điều kiện của VN hiện nay, điện gió nên được ưu tiên hơn điện mặt trời. Trong phát triển điện gió, thông số quan trọng nhất là tốc độ gió bình quân trong năm. Thông số này có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của dự án theo hàm số mũ (bậc 3). Vì vậy, thông số này cần được đo chính xác. Việc lựa chọn công suất của tua bin gió cần dựa vào “lập phương tốc độ gió” bình quân trong năm, thay vì lấy theo giải tốc độ gió thiết kế của nhà chế tạo, tránh “dùng dao mổ trâu để mổ gà” làm tăng chi phí đầu tư.

5/ Tương tự, trong phát triển điện mặt trời, các thông số bảo hành của nhà chế tạo PV chỉ đúng một cách có điều kiện. Trên thực tế, trong điều kiện khí hậu nóng/ẩm như ở Việt Nam, hiệu suất cuối cùng của các PV sẽ thấp hơn nhiều so với quảng cáo của nhà chế tạo. Khi nhiệt độ không khí môi trường xung quanh tăng lên, hiệu suất chuyển đổi quang năng thành điện năng sẽ giảm đi đáng kể. Khi nhiệt độ không khí môi trường tăng 1 độ C cao hơn so với nhiệt độ vận hành tiêu chuẩn (25 độ C), công suất của PV sẽ giảm >0,3÷0,4%/độ C, tổn thất điện của PV sẽ tăng do dòng điện tăng lên >0,3÷0,6%/độ C. Các chi phí khác cũng cần phải quan tâm, như chi phí thay thế PV hàng năm (khoảng 5%), chi phí rửa PV trong các điều kiện khan hiếm nước (ở Bình Thuận, Ninh Thuận), chi phí làm sạch cỏ, v.v../.

Theo TS. NGUYỄN THÀNH SƠN - TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Lưu ý: Không sao chép nội dung bài viết này (dưới mọi hình thức) khi chưa có sự chấp thuận của tác giả và Tòa soạn Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Tài liệu tham khảo:

https://www.enerdata.net/system/files/publications/global-energy-trends-2020-edition-enerdata.pdf