Nguyễn Khắc Nhẫn
A. Cách mạng năng lượng
Thế giới, vốn quen với nguồn dầu mỏ dồi dào và giá rẻ, chỉ bừng tỉnh sau cơn khủng hoảng dầu mỏ đầu tiên vào năm 1973. Trong suốt nhiều thập niên, các công ty công nghiệp nhiệt, im lặng trước sự lạm dụng quá mức năng lượng hóa thạch đầy carbon, đã đi vào con đường hủy diệt hệ sinh thái ở mức độ toàn cầu.
Hệ thống năng lượng khắp mọi nơi hiện nay, vẫn còn dựa trên các nguồn năng lượng lưu trữ (than, dầu mỏ, khí, uranium), đang chuyển biến mạnh mẽ.
Trên đường hướng đến một nền kinh tế xanh và số hóa, thế giới đang tiến sâu vào một cuộc cách mạng năng lượng. Ta chứng kiến những đột phá và thay đổi lớn lao. Công nghệ số và Internet cũng đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực năng lượng. Các nguồn thông lượng (thủy điện, mặt trời, gió, sinh khối, năng lượng biển…), miễn phí và có mặt trên toàn cầu, sẽ chiếm lĩnh thị trường. Không nên quên rằng năng lượng mặt trời có thể cung cấp ít nhất là 20 lần tổng lượng điện tiêu thụ hiện nay của thế giới. Mặt trời, cũng như gió, sẽ cho phép 1.5 tỉ người chưa hề biết năng lượng là gì nhanh chóng có điện để sử dụng hàng ngày.
Có thể khai thác với sản lượng nhỏ, ở mức độ hộ gia đình hay cộng đồng dân cư với các dự án tại chỗ, các nguồn thông lượng cho phép thực hiện một hệ thống phân tán, ở đó người tiêu thụ cũng là người sản xuất. Năng lượng tương lai phải đặc biệt dựa vào người dân. Mỗi vùng, thành phố, làng có trách nhiệm phải cố gắng để tự chủ về năng lượng.
Small is beautiful! Ta sẽ thấy ngày càng ít sự tập trung năng lượng lớn, các cơ sở đồ sộ, các nhà máy điện khổng lồ, các đường truyền tải điện áp rất cao (năm 1992, trong một phúc trình (nguyenkhacnhan.blogspot.fr) gửi đến Bộ Năng lượng Việt Nam, tôi đă nêu những lý do vì sao tôi không tán thành việc xây dựng đường dây cao thế 500 kV Bắc Nam, dài 1.500 cây số). Năng lượng phân tán sẽ thế chỗ cho mô hình năng lượng cổ điển vốn đã trở nên lỗi thời. Ý thức chung về tầm quan trọng của năng lượng xanh, không carbon có vai trò cốt lõi.
B. Tình hình năng lượng tái tạo trên thế giới hiện nay
Theo Cơ quan năng lượng quốc tế (IAE), điện tái tạo hiện chiếm hơn 23% trong tổng năng lượng toàn cầu với 1969 GW. Năm 2021, con số này sẽ tăng thêm 825 GW, tức tăng 42%.
Sự tăng trưởng mạnh mẽ này là kết quả của nhiều yếu tố: cạnh tranh của các công nghệ với giá ngày càng giảm, nguồn vốn dễ dàng, quyết tâm chính trị cụ thể. Xét về đầu tư trong lĩnh vực cung cấp điện năng, các nguồn năng lượng tái tạo đã vượt các nguồn nhiên liệu hóa thạch trong 6 năm liên tiếp.
Cuộc cách mạng kinh tế của năng lượng tái tạo đã bắt đầu nhiều năm trước đây và tiếp tục duy trì. Sự giảm giá thành sản xuất năng lượng tái tạo đến từ hiệu ứng số lượng công nghiệp (tiết kiệm do quy mô) và đột phá công nghệ (đổi mới-nghiên cứu).
Những tiến bộ khoa học kĩ thuật nhanh chóng và liên tục trong việc lưu trữ năng lượng càng làm tăng vai trò quan trọng của năng lượng tái tạo trong chiến lược năng lượng của hầu hết các quốc gia trên thế giới. Sự mong đợi ngày càng tăng của các khu dân cư muốn đầu tư vào cơ sở hạ tầng năng lượng với quy mô nhỏ để tận dụng nguồn năng lượng địa phương đã xuất hiện khắp nơi. Người tiêu thụ (trở thành người sản xuất), ngày càng tích cực hơn, quyết tâm tự cung cấp điện bằng năng lượng tái tạo.
Cách thức sản xuất và tiêu thụ năng lượng đã hoàn toàn chuyển đổi.
Để bảo vệ môi trường, thế giới phải thay đổi mô hình phát triển để hướng đến một sự tăng trưởng xanh, hoàn toàn khác biệt với trước đây.
Bất cứ một dự án mới nào cũng cần sự chấp thuận của xã hội. Nhu cầu thích nghi với chuyển biến nhanh chóng đã khuyến khích các xí nghiệp, các trường kĩ sư và đại học trong việc đổi mới và đầu tư cho nghiên cứu.
Đầu tư cho năng lượng xanh trong năm 2015 của toàn thế giới đạt 329 tỉ đô la Mỹ. Trung Quốc chiếm 30% tổng đầu tư này và là thị trường số 1 thế giới.
Năm 2016, theo IRENA (Cơ quan năng lượng tái tạo quốc tế), năng lượng tái tạo trên toàn cầu tạo ra 9.8 triệu việc làm, được phân chia như sau: mặt trời (3,1 triệu), nhiên liệu sinh học (1,7), đập thủy điện lớn (1,5), gió (1,1). Trung Quốc, chiếm 44% tổng số, ở vị trí đầu tiên, phần lớn với năng lượng mặt trời, Liên minh Âu châu (14% tổng số), Braxin (10,5%) và Mỹ (9,3%).
Từ đây đến 2030, sẽ đạt 24 triệu việc làm. Năng lượng tái tạo tiếp tục trở thành động lực thực sự của nền kinh tế thế giới.
Ngày nay, nhờ vào đổi mới công nghệ, quy mô, và cạnh tranh, giá của kWh điện gió đất liền và mặt trời đã cạnh tranh được với giá của nhà máy điện chạy than, dầu, khí và ngay cả điện hạt nhân.
Những đổi mới và tiến bộ nổi bật của công nghệ, đặc biệt là lưu trữ điện, được hỗ trợ bởi công nghệ số, đã khiến cho mô hình kinh tế này dễ dàng được chấp nhận hơn. Nhờ năng lượng tái tạo kết hợp với pin và lưới điện nhỏ, ta sẽ có cơ sở hạ tầng rất phân tán và số hóa.
B1. Các nguồn năng lượng tái tạo
1. Thủy điện
Trung Quốc, Braxin, Ấn độ, Canada, Colombia, Thổ Nhĩ Kì, Việt Nam, Malaysia, Lào đã xây dựng nhiều công trình thủy điện trong những năm gần đây, làm tăng 28 GW vào năm 2015, và đưa con số về công suất đặt thủy điện trên toàn thế giới lên đến 1064 GW.
Với 16 GW mới, Trung Quốc đứng đầu thế giới với cách biệt lớn. STEP (Stations de Transfert d’Energie par Pompage) kết hợp với cơ sở điện mặt trời và gió được xây dựng khắp nơi.
2. Sinh khối
Với giá dầu sụt giảm, lĩnh vực này đã gặp những khó khăn. Sự gia tăng về sinh khối trong hộ gia đình và công nghiệp diễn ra chậm. Ngược lại, năng lượng sinh học lại phát triển với tốc độ hàng năm mạnh mẽ (8%), đặc biệt ở Trung Quốc, Anh, Đức và Nhật.
Mỹ và Braxin đóng góp mạnh vào sự gia tăng 4% của ethanol trên toàn thế giới. Diesel sinh học chậm lại do những ràng buộc ở thị trường châu Á.
3. Gió
Công suất đặt tổng cộng trên toàn thế giới lên đến 433 GW, trong đó 63 GW trong năm 2015. Đây là một kỉ lục ấn tượng nhờ vào Trung Quốc, đứng ở vị trí số 1 thế giới. Châu Á, châu Phi và châu Mỹ la tinh tiếp tục sự tăng trưởng này. Năm 2015, điện gió của Đức cung cấp hơn 60% nhu cầu điện trong bốn vùng, Đan Mạch ứng với 42%, và Uruguay 15,5 %. Những khó khăn chủ yếu do hệ thống lưới điện không đảm bảo.
4. Pin mặt trời
Công suất đặt tổng cộng của pin mặt trời trên thế giới đạt 227 GW, trong đó 50 GW vào năm 2015. Trong 10 năm, công suất trên đã tăng 10 lần, nhờ vào đầu tư mạnh mẽ của tất cả các nước trên thế giới, đặc biệt là Trung Quốc, Mỹ, và Nhật. Nhờ hệ thống pin mặt trời mà Trung Quốc đã đạt tỉ lệ điện hóa 100% từ năm 2012.
5. Năng lượng mặt trời nhiệt động
Các nhà máy nhiệt động mới bao gồm các hệ thống tích tụ và các tháp. Từ hơn một năm nay, nhiều nhà máy mới đang được xây dựng : Maroc (350 MW), Nam Phi (200 MW), Israel (121 MW), Chile (110 MW), Saudi Arabia (100 MW). Sự tích hợp các hệ thống lưu trữ nhiệt và các công nghệ làm lạnh khô được nhân rộng.
6. Nhiệt mặt trời
Năm 2015, trên toàn thế giới, số bộ thu nhận năng lượng mặt trời dùng kính và không kính tăng 6%. Trung Quốc cung cấp 77% công suất làm nóng nước bằng mặt trời và chiếm vị trí đầu tiên, trên Braxin, Thổ Nhĩ Kì, Ấn độ, và Mỹ. Cuối năm 2015, công suất tổng cộng của các bộ thu nhận dùng nước (capteur à ruissellement) chiếm 435 GW, ứng với năng lượng nhiệt là 357 TWh.
B2. Năng lượng tái tạo ở Pháp
Ở Pháp, mặc dù có cố gắng nhưng do tỉ lệ điện hạt nhân lớn (75% sản lượng điện), Pháp đã chậm trễ trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, mà hiện nay chỉ chiếm 14% tổng tiêu thụ.
Pháp đang đứng thứ 16 trong bảng xếp hạng của châu Âu, cách xa Thụy Điển (52,1%), Lettonie (37,1%), Phần Lan (36,8%). Ý và Hi Lạp đều đứng cao hơn Pháp.
Hai mảng đang có tiến bộ là gió (10.300 MW) và mặt trời (6191 MW).
Theo kế hoạch đến cuối thập niên này, điện gió xa bờ tại 6 khu vực ngoài bờ biển Normandie, Bretagne và Vendée, sẽ cung cấp 3000 MW, tức chỉ bằng 50% tiềm năng dự báo.
Các nguồn năng lượng biển khác (tuabin biển, điện gió nổi) đang ở giai đoạn thử nghiệm và gọi thầu.
Năm 2015, điện tái tạo với tổng công suất đặt là 43524 MW (trong đó có 25421 MW thủy điện) chiếm 18,7% tiêu thụ điện của Pháp.
Luật về chuyển tiếp năng lượng ban hành vào tháng 8/2015 dự kiến năng lượng xanh sẽ tăng lên: 32% tổng tiêu thụ năng lượng và 40% tổng sản lượng điện vào năm 2030.
B3. Năng lượng tái tạo ở Việt Nam
Tại Việt Nam, từ năm 1962, trong tạp chí MVA của Trường Cao đẳng Điện học, tôi đã lưu ý nhà chức trách về tầm quan trọng của sự phát triển năng lượng xanh (nguyenkhacnhan.blogspot.fr).
Mãi đến cuối năm 2004 Chính phủ mới khuyến khích sử dụng năng lượng tái tạo trên các đảo và vùng nông thôn cũng như miền núi.
Trước buổi khai mạc COP 21, ngày 25/11/2015, Chính phủ Việt Nam đã công bố văn bản luật rất quan trọng, nêu rõ chiến lược phát triển năng lượng tái tạo đến năm 2030 với tầm nhìn năm 2050.
Mọi vấn đề, mục tiêu cụ thể và những yêu cầu đối với các bộ, cơ quan hành chính, công nghiệp, trường đại học,… được xác định rõ ràng.
Có thể kể ra sau đây: đánh giá tiềm năng của năng lượng tái tạo, giảm khí thải nhà kính, biến đổi khí hậu, giảm nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch, bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, quản lý chất thải, kết nối năng lượng tái tạo vào lưới điện, smartgrid (lưới điện thông minh) trợ giá, xếp hạng ưu tiên, bù lỗ, hỗ trợ tài chính, thuế, thị trường năng lượng xanh, chính sách về giá, sản xuất thiết bị, chuẩn hóa, công nghiệp hóa, quỹ dự trữ cho việc phát triển năng lượng bền vững, hỗ trợ và đóng góp của tư nhân, nghiên cứu, giảng dạy và đào tạo đội ngũ kĩ thuật, hợp tác quốc tế.
Và đây là những con số cụ thể: tăng sản lượng năng lượng tái tạo từ 25 Mtep vào năm 2015 lên 37 Mtep vào năm 2020, 62 Mtep vào năm 2030, 138 Mtep năm 2050. Tỉ lệ năng lượng tái tạo trên tổng tiêu thụ năng lượng sơ cấp tăng lên 32,3% năm 2030 và 44% năm 2050.
Sản xuất điện năng lượng tái tạo tăng từ 58 TWh năm 2015 lên 101 TWh năm 2020, 186 TWh năm 2030, 452 TWh năm 2050.
Tỉ lệ năng lượng tái tạo trong tổng sản lượng điện tăng từ 35% năm 2015 lên 38% năm 2020, và 43% năm 2050.
Sản xuất các thiết bị và vật dụng của lĩnh vực năng lượng tái tạo phải tăng từ 30% năm 2020 lên 60% năm 2030. Đến năm 2050, phải thỏa mãn nhu cầu của quốc gia và một phần thiết bị sản xuất ra sẽ được xuất khẩu.
Cũng như Pháp, hiện nay năng lượng thủy điện ở Việt Nam là nguồn tài nguyên điện tái tạo quan trọng nhất.
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 kĩ 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 kĩ 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 tuabin) 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 tuabin 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 kĩ 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% tuabin 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.
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 tỉ 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 kĩ 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 tỉ 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 1268 TWh.
Trong tổng số lí 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 tỉ 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 400 kV.
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.
G. Việt Nam có thể đạt 100% năng lượng tái tạo vào năm 2050
Những đề xuất chung của tác giả
G1. Sử dụng điều độ (Tiết kiệm năng lượng)
Ở Việt Nam có thể tiết kiệm khoảng 25% đến 30% tiêu thụ năng lượng quốc gia.
Cần thay đổi thói quen, tăng ý thức trách nhiệm của công dân. Cần thắng được các lực cản. Thực hiện tiết kiệm năng lượng khắp nơi (hành chính, hộ gia đình, thương mại, công nghiệp, giao thông, nhà cửa…)
Mô hình mới : từ bỏ sự cứng nhắc của mô hình hiện nay, xã hội phải tiêu thụ khôn ngoan hơn, nhẹ nhàng hơn, cần sự lựa chọn thông minh của cá nhân và xã hội, chỉnh đốn đất đai, chia sẻ phương tiện giao thông, giao thông công cộng, giao thông sạch, hiệu quả trong xây dựng nhà cửa, ưu tiên các thiết bị và sản phẩm địa phương (tránh vận chuyển với khoảng cách xa), chống lãng phí ở mọi cấp độ xã hội. Những kWh không tiêu thụ là tốt nhất.
G2. Hiệu quả năng lượng
Ở Việt Nam, hiệu quả năng lượng có thể làm giảm khoảng 20% tiêu thụ năng lượng quốc gia.
Cải thiện hiệu quả năng lượng theo mọi lĩnh vực công nghiệp, kinh tế, hành chính. Điều này làm tăng an toàn về cung cấp năng lượng và sức khỏe cộng đồng, đồng thời giảm thiếu hụt năng lượng. Triệt để sử dụng máy móc có hiệu suất cao. Giảm mạnh và nhanh tổn hao. Có nhiều tiềm năng để cải thiện trong thiết bị, giao thông, nhà cửa. Lãng phí trên các lưới phân phối và truyền tải vẫn còn quá lớn.
Hệ số đàn hồi của Việt Nam (tỉ số của tỉ lệ tăng về tiêu thụ điện và tỉ lệ tăng PIB) còn rất cao (gần 1,5 năm 2015) cần được giảm xuống gấp (nhỏ hơn 1).
Phổ biến các chương trình gán nhãn, chấp thuận các tiêu chuẩn mới và luật nhằm khuyến khích hiệu quả năng lượng trên toàn lãnh thổ. Xây dựng các chính sách, mục tiêu và đầu tư để cải thiện hiệu quả năng lượng.
(Cuối năm 2015, có 146 quốc gia trên thế giới đồng ý với chính sách hiệu quả năng lượng và đầu tư trong lĩnh vực này vượt quá 150 tỉ đô la Mỹ. Ngân hàng quốc gia và quốc tế cam kết tăng vốn cho hiệu quả năng lượng).
G3. Năng lượng tái tạo
Đầu tư mạnh mẽ vào lĩnh vực năng lượng tái tạo theo một chương trình nhiều năm và một lộ trình rõ ràng (theo thứ tự ưu tiên) sau :
– Sinh khối
– Pin mặt trời
– Nhiệt mặt trời
– Gió đất liền và ngoài khơi
– Nhiệt động mặt trời
– Địa nhiệt
– Năng lượng biển (chú ý đến nguy cơ cao của Việt Nam trước biến đổi khí hậu).
Trước khi thực hiện những dự án, nên tiến hành các nghiên cứu kinh tế-kĩ thuật nghiêm túc. Sự lựa chọn dự án và đầu tư cần sử dụng tỷ số hiện tại hóa (taux d’actualisation).
Mô hình năng lượng hiện nay đã lỗi thời. Cần cấp thiết thay đổi hành vi của chúng ta : tiêu thụ tốt hơn thay vì sản xuất nhiều hơn. Ưu tiên mô hình cầu hơn là mô hình cung (như trước đây).
Đầu tư mạnh vào năng lượng tái tạo để đảm bảo phát triển bền vững sẽ giúp đạt nhiều mục tiêu lâu dài : an ninh năng lượng quốc gia, giảm khí thải nhà kính, giảm ô nhiễm không khí, giảm tỉ lệ thất nghiệp, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và hòa bình.
Những đầu tư này không nhằm mục tiêu thay thế điện hạt nhân (chương trình hạt nhân Việt Nam được từ bỏ từ tháng 11/2016). Thực tế, điện hạt nhân dự tính sẽ chiếm 10% trong tổng sản lượng điện năm 2030. Sự điều độ và hiệu quả năng lượng có thể thay thế dễ dàng 14 lò phản ứng đã lên kế hoạch.
Với sự đóng góp khoảng 15% -20% của thủy điện và tính đến sự giảm đáng kể tiêu thụ nhờ vào việc sử dụng điều độ (- 25% đến – 30%) và hiệu quả năng lượng (-20%), ta thấy mục tiêu 100% năng lượng tái tạo cho Việt Nam vào năm 2050 là hoàn toàn khả thi.
Tôi trân trọng và thiết tha đề nghị Chính phủ huy động toàn dân và tiềm năng để đạt mục tiêu trên vô cùng quan trọng cho đất nước. Có thể nói chỉ cần nhân khoảng 2 lần mục tiêu (NLTT/ NL sơ cấp = 44%) mà Chính phủ đã công bố ngày 25/11/2015.
G4. Điều kiện để thành công
Cần thực hiện nhiều biện pháp:
Sự thành công phụ thuộc phần lớn vào quyết tâm chính trị của chính phủ.
– Thành lập Bộ Năng lượng tái tạo
– Giảm mạnh tốc độ tăng trưởng điện lực mỗi năm dưới 5% (tránh những con số quá lạc quan trong thời gian qua).
– Huy động mọi lực lượng.
– Giáo dục (từ tiểu học) lên đến các trường phổ thông và đại học.
– Tăng cường thông tin công cộng
– Thay đổi hành vi, suy nghĩ
– Cần sự quan tâm của cả chính phủ và người dân
– Loại bỏ những rào cản hành chính và thủ tục cứng rắn
– Chính sách mua lại giá rẻ, chính sách gọi thầu, chính sách hỗ trợ tài chính
– Đánh thuế carbon
– Thực hiện mô hình phân tán.
– Thiết kế các nhà máy sản xuất nhỏ.
– Các vùng phải tự chủ năng lượng.
– Hỗ trợ đổi mới và sáng kiến địa phương
– Triển khai các dự án thí điểm về năng lượng tích cực
– Khuyến khích phát triển thành phố thông minh (smart city)
– Phát triển nhanh smart grid
– Trang bị STEP và đầu tư mạnh vào các phương pháp tích trữ năng lượng khác
– Dừng việc xây dựng các nhà máy chạy than
– Dừng thiết kế các đường dây THT 500 kV
– Gán nhãn (đánh giá hiệu quả năng lượng) cho các thiết bị và tòa nhà
– Khuyến khích xe đạp. Giao thông công cộng và chia sẻ
– Phát triển điều hòa sinh học (bioclimatisation)
– Các nhiên liệu hóa thạch (dầu, khí) nhập khẩu sẽ dành cho việc sử dụng không vì mục tiêu năng lượng
– Sự bổ sung của khí và điện là cần thiết
– Đề cao vai trò to lớn của rừng và nông nghiệp (cung cấp năng lượng tái tạo, giảm khí thải nhà kính, lưu trữ carbon).
– Phát triển bền vững và xây dựng nền kinh tế khép kín (tái sử dụng và sản xuất tiện nghi và vật dụng bền vững).
H. Đào tạo nhân lực chất lượng cao và hợp tác: tiềm năng đóng góp của Grenoble
Trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, những cơ quan nghiên cứu, đại học, xí nghiệp ở Grenoble có tên sau đây phần đông đã có nhiều đóng góp trong việc đào tạo những tiến sĩ và chuyên gia Việt Nam:
G2elab/ ENSE3/ Grenoble-INP, CEA-Leti-Liten-INES, Schneider-Electric, GE, EDF, GEG, ARTELIA, Tenerrdis, Hydro 21…
Grenoble 2/6/2017
N.K.N.
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.
Phụ lục:
(Tác giả xin bạn đọc lượng thứ vì không có bản tiếng Việt của các đồ hình dưới đây )
Hiệu chỉnh tần số – công suất của lưới:
Lưu trữ năng lượng, chìa khóa của sự phát triển năng lượng tái tạo:
Tác giả gửi BVN. Bài viết đã được đăng trên Diễn đàn, Paris.