Friday, February 4, 2022

Cách mạng năng lượng tái tạo

Bài này tôi lấy Úc nơi tôi đang sống làm ví dụ, nhưng các vấn đề được đề cập thì tôi nghĩ là chung cho mọi quốc gia.

Úc là một nước giàu tài nguyên có thể nói là nhất nhì thế giới, đặc biệt là than đá. Và thực tế trên thế giới, người ta cũng sử dụng than đá để phát điện, chính vì vậy Úc trở thành trung tâm của ngành điện than toàn cầu. À, nói cho chính xác, "đã từng" là trung tâm ngành điện than toàn cầu. Mặc dù Trung Quốc là nước phát thải nhiều nhất, bởi họ đốt nhiều than đá nhất để phát điện, nhưng phần lớn than đá được nhập khẩu từ đất nước xuất khẩu than đá lớn nhất thế giới, là Úc.

Những năm gần đây, khi xu hướng chuyển dịch sang năng lượng tái tạo mở rộng trên khắp thế giới, chính quyền Úc rơi vào tầm ngắm của giới vận động môi trường và chống biến đổi khí hậu.

Câu chuyện than đá

Từ hơn trăm năm trước, khi người ta bắt đầu dùng than đá để đun sôi nước, dẫn hơi nước qua tua bin phát điện, cho đến ngày nay, máy móc và công nghệ trong nhà máy điện than đá đã nâng cấp rất nhiều để phát thải thấp hơn, nhưng phát thải vẫn là phát thải. Tuy nhiên, còn có một câu chuyện khác liên quan đến than đá.

Nhà máy điện than Playford ở bang South Australia đã bị phá hủy. Nguồn: wikimedia

80% nhà máy điện than đá và khí gas ở Úc sẽ hết hạn vào khoảng năm 2040. Tức là đến lúc đó, 80% nhà máy sẽ phải đóng cửa trừ khi họ thực hiện đợt tu bổ lớn và thay thế tất cả các máy móc hết hạn sử dụng. Ở Úc, chuyện máy móc hết hạn là phải bỏ, tất nhiên, họ có thể bán lại máy hết hạn cho các nước nghèo hơn, nhưng về cơ bản họ không thể sử dụng nó ở Úc nữa. Tức là chính quyền phải quyết định: một là đóng cửa nhà máy luôn, hai là tiếp tục nâng cấp thiết bị mới để xài tiếp trong 100 năm tiếp theo. Nếu họ lựa chọn nâng cấp, có nghĩa là chính quyền phải lấy tiền thuế của dân để đầu tư vào công cuộc nâng cấp này, trước khi các nhà máy thu lại tiền và trả nợ.

Tất nhiên, không phải người dân nào cũng thích điều này. Nhất là khi người dân "bị dắt mũi" bởi truyền thông và giới vận động môi trường, số lượng người phản đối điều đó càng lúc càng tăng. Và sẽ là "tự sát chính trị" đối với bất cứ chính trị gia nào tỏ ra ý định ủng hộ việc dùng tiền thuế cho điện than đá. Cho nên, có vẻ điều đó không dễ gì diễn ra.

Tuy vậy, cũng khó đảm bảo công cuộc dịch chuyển sang năng lượng tái tạo sẽ thành công.

Nguyên nhân chính nằm ở chỗ năng lượng tái tạo như gió hay mặt trời thì rất chụp giựt, lúc có lúc không, còn người sử dụng thì lại muốn năng lượng luôn sẵn sàng khi họ cần. Do vậy, chúng ta luôn cần một hình thức phát điện có thể sử dụng được khi gió và mặt trời không phát điện được. Đây chính là lý do chúng ta luôn cần có điện than đá.

Khó, nhưng không phải không có cách, và tôi sẽ đề cập vấn đề này sau.

Năm 2017, CSIRO (cơ quan nghiên cứu nổi tiếng của chính quyền Úc) ước tính rằng chúng ta cần 1 ngàn tỷ đô chuyển dịch hoàn toàn sang năng lượng tái tạo. 5 năm sau, tức mới đầu năm 2022, con số ước tính này giảm còn 500 tỷ đô, nhờ sự phát triển của công nghệ lưu trữ điện. Sự cải thiện này còn gợi ý sẽ có thể còn giảm nữa với những công nghệ mới được phát minh trong tương lai. Do vậy, niềm tin của người dân và chính quyền vào điện tái tạo là một thứ gì đó có cơ sở.

Đến năng lượng mặt trời hay gió

Ngoài than đá, Úc còn sở hữu một loại tài nguyên khác, đó là điện mặt trời. Nước Úc rộng, thưa dân, và nhiều sa mạc. Sa mạc tồn tại là do lượng mưa ít, tức là lượng mây cũng ít, cũng có nghĩa là năng lượng mặt trời dồi dào. Câu chuyện giàu tài nguyên còn kèm theo các quặng khoáng sản như đất hiếm, lithium, cobalt,... là những thứ cần thiết cho ngành sản xuất panô điện mặt trời.

Tóm lại, về lý thuyết, Úc hoàn toàn có thể tự chủ được nếu dùng điện mặt trời, từ khâu sản xuất điện đến khâu chế tạo vật tư sản xuất điện mặt trời. Và thực tế là có rất nhiều nhà máy điện mặt trời được triển khai trên khắp nước Úc.

Tuy nhiên, đất nước rộng và thưa dân lại kéo theo một vấn đề khác: truyền tải điện, nhất là việc truyền tải đến các vùng xa xôi.

Ai cũng biết kẻ thù số một của ngành truyền tải điện chính là điện trở của dây dẫn. Dây điện càng dài, điện trở càng tăng, năng lượng tiêu hao trên đường dây càng lớn, đến mức nếu kéo dây 1000Km mà không tiếp điện thì đến nơi nhiều khi chẳng còn điện để xài.

Phương án được khuyến khích ở Úc chính là việc mỗi nhà tự trang bị panô điện mặt trời. Họ sẽ dùng nó vào lúc có nắng, nếu không dùng hết họ có thể chuyển ngược vào điện lưới, và khi hết nắng, họ sẽ lại lấy điện từ mạng lưới mà xài. Tất nhiên, giá thu mua điện của dân sẽ thấp hơn nhiều so với điện mà dân rút ra từ điện lưới, nhưng nó cũng làm giảm hóa đơn điện rất đáng kể. Thậm chí nếu ban ngày mà họ nạp điện vào điện lưới đủ nhiều, nhiều khi ban đêm sẽ chẳng cần trả tiền điện.

Điều thú vị nằm ở chỗ việc này giúp giảm thiểu vấn đề của truyền tải điện, bởi người dân phần lớn sẽ sử dụng điện tại nhà (truyền tải = 0) hoặc xài điện của những nhà lân cận có điện mặt trời. Nhờ vậy, lượng điện cần cung cấp thêm từ các nhà máy điện lớn đến các khu xa xôi sẽ giảm đáng kể.

Thậm chí, người dân ở vùng xa xôi còn được hỗ trợ nếu mua pin trữ điện mặt trời, giúp cho họ có thể tự cung tự cấp đối với nhu cầu năng lượng của gia đình mình.

Và hệ thống trữ điện

Hệ thống trữ điện (battery system) là rào cản lớn nhất cho việc loại bỏ điện than đá, nó cũng là thứ ngốn chi phí lớn nhất trong cái vụ 500 tỷ đô mới đề cập ở trên. Có khá nhiều phương án được đưa ra, tôi sẽ điểm qua một số ý tưởng chính.

Phương án đầu tiên là Snowy 2.0 mà bang New South Wales đang theo đuổi. Snowy vốn là hệ thống đập nước ở vùng núi Snowy, cũng là một trong những hệ thống thủy điện lớn nhất thế giới. Kích thước mỗi đập tuy không to bằng đập Tam Hiệp, cũng không cao bằng đập Hoover, nhưng gồm rất nhiều đập nhỏ, liên kết với nhau. Gọi là "đập" nhưng thực chất họ chỉ khoan núi và dẫn nước vào tua bin, có thể hiểu họ dùng chính các dãy núi làm đập, và vẫn duy trì dòng chảy tự nhiên cho các loài hải sản di cư, đồng thời nó có thể tồn tại vững chãi kể cả khi có động đất mà không phải nươm nướp lo sợ xả lũ. Snowy 2.0 bổ sung thêm tính năng bơm nước lên cao khi có điện dư từ điện mặt trời hay điện gió, và xả nước phát điện nếu nguồn điện bị thiếu hụt.

Thứ hai thì không thể không kể đến hệ thống pin cỡ lớn, đang là hướng tiếp cận ở bang South Australia, bang Victoria và bang Western Australia. Tesla là công ty đi đầu trong mảng này, họ sản xuất pin và kết nối chúng lại thành một hệ thống pin đến hàng trăm megawatt. Các hệ thống này được đặt gần các cánh đồng điện gió hay điện mặt trời lớn, giảm thiểu chi phí truyền tải điện. Đó cũng chính là lợi thế của nó: có thể đặt ở khắp mọi nơi, không phụ thuộc vào địa hình như Snowy 2.0 kia. Mỗi hệ thống điện tuy chỉ có thể cung cấp tải nhỏ, nhưng người ta rồi sẽ có thể triển khai nó khắp mọi nơi. Vấn đề duy nhất chính là việc thiếu thiết bị, do nút thắt ở việc khai khoáng, khiến nó được triển khai một cách rất chậm chạp.

Hệ thống pin Tesla giữa cánh đồng điện gió Hornsdale. Nguồn: David Clarke/flickr (cc by-nc-nd 2.0)

Một ý tưởng khác đang được nghiên cứu là việc điện phân nước rồi lưu trữ hydro dưới dạng lỏng, khi nào cần điện thì đốt hydro để chuyển thành nước, và lấy năng lượng từ đó. Đây là phương án khá thú vị, đang được nghiên cứu để triển khai diện rộng ở bang Western Australia và vùng Northern Territory. Cái thú vị nằm ở chỗ, hydro lỏng có thể được vận chuyển và xuất khẩu sang các nước khác (nghe bảo Nhật là nước đầu tiên sẽ mua hydro lỏng từ Úc). Đây cũng là chủ trương lớn của Úc để giúp nước này tiếp tục là nước xuất khẩu năng lượng hàng đầu thế giới, trong tiến trình loại bỏ than đá và thay thế bằng năng lượng tái tạo.

Suiso Frontier, tàu vận tải hydro lỏng đầu tiên trên thế giới. Nguồn: dự án HySTRA

Còn một ý tưởng nữa, mà tôi muốn dành riêng một đề mục để nói.

Rồi cả "nhà máy điện phân tán"

Dùng từ "phân tán" ở đây không đúng lắm với thuật ngữ người ta hay dùng ở Úc, đúng ra là "nhà máy điện ảo" (virtual power plant), nhưng mà từ phân tán thì sát nghĩa hơn. À, có thể dùng từ "phi tập trung" cho có vẻ hợp với trào lưu DeFi: nhà máy điện phi tập trung - decentralized power plant =))).

Ý tưởng của nó là kết nối hệ thống trữ điện tại nhà của mọi người lại, thành một nhà máy điện lớn và phân tán, để khi có nhu cầu điện ở vùng đó thì sẽ trích điện từ hệ thống pin trữ điện và cho vào lưới điện. Điều này có nghĩa là công ty làm "điện phân tán" sẽ có quyền quyết định lấy điện từ pin trữ điện tại nhà người dân hay không và khi nào họ làm điều đó. Thông thường, họ chỉ lấy cách này khi có nhu cầu cao về điện nhưng không đủ nguồn cung từ điện mặt trời hay điện gió, ví dụ như ban đêm.

Nhìn tổng quát về điện mặt trời ở hộ gia đình sẽ như sau:

  1. Khi có nắng, panô điện mặt trời sẽ phát điện, cung cấp cho nhu cầu sử dụng tại nhà.
  2. Nếu nhu cầu sử dụng của gia đình lúc có nắng mà ít, lượng điện dư sẽ chuyển vào pin trữ điện của gia đình.
  3. Nếu pin trữ điện đã đầy mà điện mặt trời vẫn còn, điện dư lại được bán lại cho điện lưới với giá rẻ.
  4. Khi hết nắng, gia đình sẽ dùng điện đã trữ trong pin của gia đình.
  5. Khi lưới điện có nhu cầu cao, mà pin trữ điện còn hơn 20% dung lượng thì nhà máy điện phân tán mới trích xuất điện trong pin và bán cho điện lưới với giá cao.
  6. Như vậy, nhà máy điện phân tán ăn được chênh lệch giá bán cho điện lưới và giá mua điện từ pin trữ của người dân, người dân thì thêm thu nhập, còn lưới điện thì thêm điện cung cấp cho nơi cần xài.

Điểm lợi của phương án này nằm ở chỗ chi phí khởi đầu được chia nhỏ và do người dân gánh chịu. Ở mức độ của công ty điện, họ chỉ cần đưa ra mức giá hấp dẫn là được. Nói chung cũng là chuyện cân bằng chi phí ngắn hạn với dài hạn, giữa việc bỏ tiền mua pin trữ điện lúc đầu với lợi nhuận thu được hàng tháng. Nếu kết thúc thời hạn bảo hành của pin mà dã thu lợi bằng hoặc hơn giá trị của pin thì rất đáng để cân nhắc.

Còn về phía chính quyền, phương án này giúp cho các vùng xa xôi được tiếp cận nguồn điện ổn định một cách dễ dàng hơn, phần nào giảm đầu tư của chính quyền vào lĩnh vực hạ tầng điện, và sử dụng tiền tiết kiệm đó khuyến khích người dân mua thêm pin trữ điện. Thực tế, chính quyền Úc đang hỗ trợ khá nhiều chi phí mua pin trữ điện cho người dân vùng xa xôi.

Tổng kết

Sẽ còn cần thêm nhiều ý tưởng nữa để năng lượng tái tạo thay thế được điện than, nhưng phần nào thì chiến lược không điện than 2050 có khả năng thành công rất cao. Nhất là khi cao trào năng lượng tái tạo đang lan truyền rộng khắp trong suy nghĩ của người dân.



No comments:

Post a Comment

Biểu mẫu liên hệ

Name

Email *

Message *