Để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu, tránh được con số hàng triệu ca tử vong do ô nhiễm không khí hàng năm và cung cấp năng lượng an toàn, nghiên cứu công bố năm 2017 của Mark Z. Jacobson cùng các đồng nghiệp ở ĐH Stanfford (Mỹ), ĐH Berkeley (Mỹ), ĐH Berlin (Đức) và ĐH Aarhus (Đan Mạch) đã xây dựng một lộ trình năng lượng cho 139 quốc gia có dữ liệu thô về năng lượng trên thế giới. Lộ trình này kêu gọi cung cấp điện từ gió, nước và năng lượng mặt trời cho tất cả các lĩnh vực sử dụng năng lượng (điện, giao thông, điều hòa nhiệt độ, công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản). Theo đó, nếu thực hiện đầy đủ lộ trình này vào năm 2050 thế giới sẽ tránh được mức tăng nhiệt 1,5oC so với thời kỳ tiền công nghiệp và nguy cơ hàng triệu người chết do ô nhiễm không khí hàng năm; tạo ra hàng chục triệu việc làm mới; giảm chi phí năng lượng cho xã hội; giảm nhu cầu điện; giảm sự gián đoạn điện; và tăng cường tiếp cận năng lượng trên toàn thế giới. Lộ trình thiết lập chuyển đổi 80% vào năm 2030 và 100% vào năm 2050.
Thế giới cần một lộ trình chuyển đổi năng lượng
Theo các nhà nghiên cứu, mức độ nghiêm trọng của vấn đề ô nhiễm không khí, khí hậu và vấn đề an ninh năng lượng trên toàn thế giới đòi hỏi phải có sự chuyển đổi nhanh chóng và ngay lập tức các cơ sở hạ tầng sang sử dụng 100% năng lượng sạch, tái tạo, không phát thải. Hiện nay, mỗi năm thế giới có 4-7 triệu ca tử vong sớm và hàng trăm triệu ca bệnh tật do ô nhiễm không khí. Khi nguồn cung nhiên liệu hoá thạch giảm và giá cả tăng lên, bất ổn kinh tế, xã hội và chính trị có thể xảy ra nếu không kịp thời phát triển các cơ sở hạ tầng năng lượng thay thế.
Lộ trình này không phải là dự báo mà là một đề xuất kết hợp sản xuất năng lượng NLTT theo quy mô quốc gia và hướng đến giải quyết phần lớn các vấn đề về biến đổi khí hậu, ô nhiễm không khí và an ninh năng lượng trên thế giới. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng khẳng định rằng sự kết hợp các nguồn NLTT mà nghiên cứu đề xuất không phải là duy nhất, bởi vì nhiều sự kết hợp NLTT khác cũng có thể mang lại hệ thống sản xuất, phân phối, lưu trữ và sử dụng năng lượng ổn định với chi phí thấp.
Các nghiên cứu trước đây đã xác định rằng việc chuyển đổi năng lượng toàn thế giới sang 100% NLTT cho tất cả các mục đích là khả thi về mặt kinh tế và kỹ thuật, song các rào cản chính nằm ở khía cạnh xã hội và chính trị. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thống nhất để đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế của việc chuyển đổi, với công nghệ chủ yếu hiện nay và một vài công nghệ đang phát triển.
Cụ thể, nghiên cứu ước tính nhu cầu điện trung bình vào năm 2050 cho 139 quốc gia trước và sau khi tất cả các ngành sử dụng năng lượng được thay thế bằng NLTT. Sau đó, nghiên cứu thực hiện phân tích nguồn NLTT với nhiều bộ dữ liệu ở mỗi quốc gia và sử dụng nó nhằm xác định một trong nhiều mô hình phối hợp sản xuất điện sạch và tái tạo có thể đáp ứng nhu cầu hàng năm. Các nhà máy sản xuất điện hầu hết sử dụng công nghệ năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, địa nhiệt khả thi về mặt thương mại, ngoại trừ hai công nghệ mà nghiên cứu cho rằng chưa được sử dụng rộng rãi là thủy triều và sóng biển, vốn chỉ được lắp đặt với số lượng nhỏ ở một số quốc gia. Tương tự như vậy, hầu hết các công nghệ điện mà nghiên cứu dự định thay thế cho các công nghệ nhiên liệu hoá thạch đã được thương mại hóa trên quy mô lớn ngày nay (ví dụ, bơm nhiệt để sưởi ấm không khí và đun nóng nước, bếp từ, xe điện, lò nung cảm ứng …), nhưng một số vẫn đang được thiết kế để sử dụng cho mục đích thương mại (ví dụ máy bay vận hành bằng điện, máy bay sử dụng song song pin tế bào nhiên liệu hydro và điện). Sau đó, nghiên cứu dựa vào phân tích trước đó để ước tính năng lượng lưu trữ bổ sung cần thiết để cân bằng cung – cầu theo năm. Cuối cùng, nghiên cứu ước tính diện tích đất đai, mặt nước và không gian giãn cách cần có cho kịch bản kịch bản NLTT, chi phí năng lượng, chi phí thiệt hại do ô nhiễm không khí, chi phí khí hậu và số lượng việc làm được tạo ra và mất đi cho kịch bản NLTT so với nguồn năng lượng thông thường.
Triển vọng chuyển đổi năng lượng theo lộ trình tới 2050
Giảm nhu cầu khi chuyển đổi sang NLTT
Bảng 1 cung cấp kịch bản có thể xảy ra với nhu cầu sử dụng năng lượng thông thường và NLTT của các quốc gia năm 2050. Đây là năng lượng được sử dụng để cung cấp các dịch vụ như sưởi ấm, làm mát, ánh sáng, giao thông vận tải. Số liệu này đã loại trừ thất thoát trong quá trình sản xuất và truyền tải điện, nhiên liệu nhưng bao gồm cả nguồn năng lượng tự cung trong khai khoáng, giao thông vận tải và tinh chế nhiên liệu hoá thạch. Tất cả có thể sử dụng NLTT trực tiếp, một số phương tiện giao thông vận tải sử dụng hydro được sản xuất từ hệ thống điện của NLTT.
Cột cuối cùng cho thấy tổng phần trăm giảm phụ tải sử dụng cuối do chuyển sang NLTT với giả định phương thức sử dụng năng lượng không thay đổi, dưới các tác động do (a) hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn so với đốt nhiên liệu hóa thạch; (b) loại bỏ tự cung năng lượng cho khai thác, vận chuyển và/hoặc tinh chế than, dầu, khí đốt, nhiên liệu sinh học, năng lượng sinh học và uranium; và (c) giả định tăng hiệu quả sử dụng năng lượng do tác động của các chính sách vượt ra ngoài phương thức sử dụng năng lượng thông thường.
Trong năm 2012, phụ tải sử dụng năng lượng cho tất cả các mục đích tiêu dùng của 139 quốc gia ~2,1 TW[1], trong đó 2,4 TW (19,6%) là nhu cầu điện. Nếu phương thức sử dụng năng lượng không thay đổi, nhu cầu sử dụng năng lượng cho tất cả các mục đích có thể tăng lên 20,6 TW vào năm 2050. Quá trình chuyển đổi tới 100% NLTT vào năm 2050 làm giảm phụ tải năng lượng tại 139 quốc gia khoảng 42,5%, xuống còn 11,8 TW, trong đó tỷ lệ giảm nhiều nhất ở ngành giao thông vận tải. Khi sử dụng điện từ NLTT tăng lên thì sử dụng nhiên liệu thông thường sẽ giảm xuống. Mức gia tăng năng lượng điện ít hơn nhiều so với mức giảm nhu cầu năng lượng khí đốt, chất lỏng và nhiên liệu rắn – tương đương là ~ 23%, 12,6% và 6,9%, tổng cộng là 42,5%. Như vậy, NLTT không chỉ thay thế trực tiếp nhiên liệu hóa thạch mà còn là một biện pháp nâng cao hiệu suất và giảm nhu cầu năng lượng.
139 quốc gia cần gần 2 tỷ nhà máy và thiết bị phát điện mới
Bảng 2 tóm tắt số lượng nhà máy điện NLTT cần thiết cho 139 quốc gia vào năm 2050 cho tất cả các mục đích sử dụng năng lượng. Số lượng máy phát điện được đưa ra sau khi tính toán năng lượng thất thoát trong quá trình truyền tải, phân phối và bảo trì máy phát điện; cũng như sự cạnh tranh giữa các tua-bin gió do thất thoát động năng. Các con số này giả định rằng tất cả năng lượng của một quốc gia được tạo ra và sử dụng ở mức trung bình hàng năm, bỏ qua sự chuyển giao năng lượng xuyên biên giới xảy ra trong thực tế.
Bảng trên cho thấy 4,26% công suất vào năm 2050 để đảm bảo hệ thống NLTT 100% trong số 139 quốc gia đã được lắp đặt vào cuối năm 2015. Các nước gần đạt 100% là Tajikistan (76,0%), Paraguay (58,9%), Na Uy (35,8%), Thụy Điển (20,7%), Costa Rica (19,1%), Thụy Sĩ (19,0%), Georgia (18,7%), Montenegro (18,4%) và Iceland (17,3%). Trung Quốc (5,8%) đứng thứ 39 và Hoa Kỳ (4,2%) đứng thứ 52.
139 quốc gia sẽ cần thêm 1.919.616.000 nhà máy và thiết bị mới để đạt mục tiêu chuyển đổi 100% năng lượng tái tạo vào năm 2050. Tổng diện tích đất đai hoặc mặt nước cần thiết cho 139 quốc gia chiếm ~ 0,22% diện tích đất đai của 139 quốc gia, phần lớn là để lắp đặt hệ thống tấm PV. Con số này chưa tính đến việc giảm diện tích từ việc loại bỏ cơ sở hạ tầng năng lượng hiện tại, bao gồm diện tích để khai thác, vận chuyển và tinh chế nhiên liệu hóa thạch, uranium, và để trồng, vận chuyển, tinh chế các loài thực vật phục vụ cho sản xuất năng lượng sinh học. Không gian giãn cách cần thiết giữa các tua-bin gió ngoài khơi chiếm khoảng 0,92% diện tích đất đai của 139 quốc gia.
Giảm chi phí năng lượng
Tổng chi phí vốn đầu tư của hệ thống NLTT 2050 (bao gồm vốn, đất đai, vận hành, bảo trì, lưu trữ, nhiên liệu, truyền tải và chi phí ngoại biên) cho công suất trung bình hàng năm cộng với công suất đỉnh và cơ sở hạ tầng lưu trữ điện cho 139 quốc gia là khoảng 124,7 nghìn tỷ USD cho 49,9 TW công suất lắp đặt mới cần thiết (khoảng 2,5 triệu đô la/ MW). Con số này sẽ là khoảng 2,7 triệu USD/MW với nguồn điện thông thường. Ngoài ra, NLTT không chịu chi phí nhiên liệu như năng lượng thông thường. Chi phí sản xuất năng lượng quy dẫn (LCOE)[2] có thể giải thích cho các yếu tố này cộng với chi phí vận hành, bảo trì, chi phí truyền tải, phân phối và lưu trữ.
LCOE ở kịch bản 2050, tính theo trọng số với tất cả các nhà máy phát điện của các quốc gia, là 9,78¢/ kWh đối với điện thông thường và 8,86¢ /kWh đối với NLTT cho tất cả các nguồn năng lượng, không bao gồm chi phí chạy phủ đỉnh và dự trữ. Như vậy, tiết kiệm chi phí kinh doanh năm 2050 do chuyển từ điện thông thường sang NLTT vào khoảng 115 USD người/năm (tính theo thời giá 2013). Ước tính thêm 0,8¢/kWh đối với điện từ NLTT cho phủ đỉnh và dự trữ trong ngành điện thông thường bán lẻ; và chi phí kinh doanh ước tính khoảng 9,66 ¢/ kWh đối với điện từ NLTT, chúng ta có thể tiết kiệm thêm được khoảng 85USD/người/năm khi bán lẻ NLTT so với chỉ bán lẻ điện thông thường.
Giảm chi phí ô nhiễm và các lợi ích khác
Các chi phí tránh được do giảm tỷ lệ tử vong do ô nhiễm không khí ở mỗi quốc gia được định lượng dựa trên nồng độ PM2.5 và O3 theo mô hình 3D toàn cầu trên 139 nước kết hợp với nguy cơ tử vong. Kết quả sau đó sẽ tính đến mức gia tăng dân số, tăng nguồn phát thải, tăng cường kiểm soát khí thải vào năm 2050. Theo đó, chuyển đổi sang 100% NLTT ở 139 nước có khả năng giảm được khoảng 4,6 triệu ca tử vong sớm do ô nhiễm không khí/ năm hiện tại và khoảng 3,5 triệu ca/năm vào năm 2050. Từ đó giảm được khoảng 23 nghìn tỷ USD/ năm chi phí thiệt hại do ô nhiễm không khí và giảm được khoảng 28,5 tỷ USD / năm cho chi tiêu chống lại ấm lên toàn cầu vào năm 2050.
Chuyển đổi năng lượng còn hứa hẹn tạo ra 24,3 triệu công việc mới vĩnh viễn, toàn thời gian; giúp ổn định giá năng lượng; trong khi chỉ sử dụng đất đai ở mức tối thiểu; tạo điều kiện cho các nước sản xuất năng lượng đáp ứng mức tiêu thụ trung bình hàng năm; tăng khả năng tiếp cận với năng lượng phân tán lên tới 4 tỷ người trên toàn thế giới hiện đang bị thiếu năng lượng; và phi tập trung hóa nhiều nguồn năng lượng trên thế giới, do đó giảm rủi ro của sự gián đoạn hệ thống quy mô lớn do sự cố máy móc hoặc khủng bố. Cuối cùng, sự chuyển đổi mạnh mẽ trên toàn thế giới sang NLTT đề xuất ở đây có thể giúp tránh nhiệt độ toàn cầu tăng hơn 1,5○ C so với mức năm 1870.
Cuối cùng, nghiên cứu nhấn mạnh rằng, mặc dù tồn tại các rào cản xã hội và chính trị, chuyển đổi sang 100% NLTT sử dụng các công nghệ hiện có là khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế.
| Theo Báo cáo “Kịch bản bền vững cho ngành điện Việt Nam – Tầm nhìn đến năm 2050” của Quỹ Quốc tế Bảo vệ Thiên nhiên (WWF) và Liên minh Năng lượng Bền vững Việt Nam (VSEA) xuất bản năm 2016, tới năm 2050, năng lượng tái tạo có thể đáp ứng 100% nhu cầu điện của Việt Nam, đồng thời giảm được đáng kể lượng khí thải các-bon độc hại có liên quan tới biến đổi khí hậu. Báo cáo đã phân tích tổng quát về tình hình của ngành điện quốc gia trong bối cảnh tổng thể của ngành năng lượng đồng thời đưa ra các kịch bản phát triển mà Việt Nam có thể lựa chọn cho chiến lược phát triển tới năm 2050. Báo cáo đưa ra 3 đề xuất: Kịch bản Phát triển thông thường, Kịch bản Phát triển Năng lượng bền vững và Kịch bản Phát triển Năng lượng bền vững Tối ưu. Kịch bản Phát triển thông thường dựa vào nguyên liệu hoá thạch và các công nghệ lạc hậu, không hiệu quả, gây ra nhiều khí thải. Hai Kịch bản Phát triển Năng lượng bền vững đều cho thấy tới năm 2050, trên phương diện kỹ thuật và kinh tế, năng lượng tái tạo có thể đáp ứng ít nhất từ 81% đến 100% nhu cầu điện quốc gia; đồng thời giúp giảm tới 80% lượng khí thải các-bon. Theo đánh giá của Báo cáo, nếu sử dụng năng lượng hiệu quả và tận dụng được nguồn năng lượng tái tạo phong phú, Việt Nam có thể: 1/Giảm được sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch hoặc nhập khẩu than; 2/Đảm bảo giá điện ổn định trong các thập niên tới; 3/Tạo thêm việc làm; 4/Tăng cường hợp tác với các quốc gia trong khu vực; và 4/Giảm các tác hại lên môi trường và xã hội.
Chi tiết Báo cáo tham khảo tại: http://bit.ly/btcs530 |
Tài liệu tham khảo:
Jacobson, M.Z. et al., 2017. 100% Clean and Renewable Wind, Water, and Sunlight All-Sector Energy Roadmaps for 139 Countries of the World. Joule, 1(1), pp.108–121. Nguồn: http://bit.ly/btcs529.
[1] TW (terrawat) = 1.000.000 MW. GW (gigawat) = 1.000 MW.
[2] Chi phí sản xuất điện qui dẫn (LCOE) là chi phí cho mỗi đơn vị năng lượng trong toàn bộ vòng đời trung bình của một công nghệ, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu, nhiên liệu, chi phí bảo dưỡng, vận hành và ngừng hoạt động. Khái niệm này được dùng để miêu tả chi phí sản xuất trung bình của 1kWh điện, và so sánh chi phí sản xuất ví dụ như giữa điện gió, điện khí hoặc điện hạt nhân và điện mặt trời. Chi phí sản xuất điện quy dẫn thường không bao gồm các chi phí ngoại biên như thiệt hại đối với sức khỏe con người (ví dụ hen xuyễn), sinh kế và môi trường (lũ lụt và hạn hán do biến đổi khí hậu) do các phương pháp sản xuất điện cụ thể nào đó gây ra (Nguồn: GreenID, 2016).
PanNature tổng lược
