CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ NHỮNG HÀNH ĐỘNG GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG LĨNH VỰC NĂNG LƯỢNG 1. Tổng quan về những hành động giảm nhẹ biến đổi khí hậu trong lĩnh vực năng lượng 1. Nghiên cứu trên thế giới về những hành động giảm nhẹ biến đổi khí hậu trong lĩnh vực năng lượng toàn cầu Năng lượng đóng vai trò thiết yếu cho sự phát triển của con người.
Thế giới hiện có khoảng 3 tỷ người không được tiếp cận các dịch vụ năng lượng cơ bản và phải nấu ăn bằng nhiên liệu rắn. Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) và các tổ chức khác dự đoán nhu cầu nhiên liệu vẫn tiếp tục tăng, nghĩa là con người vẫn tiếp tục phụ thuộc vào dầu mỏ và các năng lượng hóa thạch khác (GEA, 2012). Sự phụ thuộc toàn cầu vào nhiên liệu hóa thạch dẫn đến việc phát thải trên 1100 GtCO2 vào khí quyển từ giữa thế kỷ 19. Hiện nay, phát thải khí nhà kính liên quan đến năng lượng, chủ yếu từ đốt nhiên liệu hóa thạch để cấp nhiệt, phát điện và vận tải, chiếm khoảng 70% tổng lượng khí thải bao gồm các-bon đi-ô-xít, mê-tan và một số dấu vết của nitơ ô-xít.
Phát thải khí nhà kính từ nhiên liệu hóa thạch tăng lên mỗi năm kể từ Báo cáo đánh giá lần thứ ba của IPCC năm 2001(TAR) (IPCC, 2001), mặc dù đã mở rộng triển khai các công nghệ các-bon thấp hoặc không phụ thuộc vào các-bon (đặc biệt là các công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo); thực hiện các cơ chế chính sách hỗ trợ khác nhau của nhiều quốc gia; vươn tới thị trường các-bon ở một số vùng và tăng đáng kể giá năng lượng thế giới. Các chính phủ không đề cập tới những hành động chính sách hỗ trợ hiệu quả trong ngắn hạn, phát thải KNK trong năng lượng chủ yếu từ đốt nhiên liệu hóa thạch được dự đoán tăng trên 50% từ 26.1 GtC) năm 2004 đến 37–40 GtCO2 (10. Do đó, giảm phát thải KNK trong lĩnh vực này sẽ trở nên khó khăn hơn nhiều. Có thể giảm thiểu BĐKH và ổn định nhiệt độ trái đất khi hạn chế tổng lượng phát thải CO2 và tiến tới lượng này bằng 0 (Allen và cs, 2009; Meinshausen và cs, 2009).
Các phương án giảm phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực cung cấp năng lượng làm giảm cường độ phát thải KNK trong vòng đời của một đơn vị năng lượng cuối cùng 11 z (điện, nhiệt, nhiên liệu) được cung cấp cho người dùng cuối cùng. Do đó, có những phương án thay thế việc sử dụng phụ thuộc hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch bằng công nghệ không phát thải KNK trực tiếp, chẳng hạn như năng lượng tái tạo và hạt nhân, và các giải pháp giảm nhẹ phát thải KNK trong việc khai thác, vận chuyển và chuyển đổi nhiên liệu hóa thạch thông qua tăng hiệu quả, chuyển đổi nhiên liệu và tận thu KNK. Khai thác, chuyển hóa nhiên liệu hóa thạch và chuyển đổi nhiên liệu tại Hoa Kỳ Một số xu hướng có ý nghĩa giảm nhẹ phát thải liên quan đến việc khai thác, vận chuyển và chuyển hóa nhiên liệu hóa thạch: (1) các công nghệ mới cho phép tiếp cận các bể dầu đá phiến bền vững; (2) tái tập trung vào phát thải phát tán mê tan, đặc biệt là khí thải có liên quan đến sản xuất khí; (3) tăng nỗ lực cần thiết để thăm dò và khai thác dầu; và (4) cải thiện công nghệ năng lượng hiệu quả thu giữ và phòng ngừa phát thải khí mê-tan trong chuỗi cung ứng nhiên liệu. Trong Báo cáo đánh giá lần thứ 4 của IPCC (AR4), việc khẩn trương triển khai công nghệ khoan ngang và cắt phá thủy lực được xem là một bước tiến quan trọng nhằm gia tăng và đa dạng hóa nguồn cung cấp khí đốt cũng như cho phép mở rộng chuyển đổi sản xuất nhiệt điện than sang khí (IEA, 2012b); đây là nguyên nhân quan trọng dẫn tới giảm phát thải KNK tại Hoa Kỳ.
Tuy nhiên, một vài phân tích gần đây chỉ ra rằng quá trình này cũng phát sinh phát thải phát tán khí khoảng 2-3% (±1%). Xét các ước tính được cập nhật về phát thải phát tán mê-tan, các đánh giá vòng đời gần đây chỉ ra phát thải KNK giảm một nửa khi chuyển đổi từ nhà máy nhiệt điện than sang mô hình nhà máy điện chu trình hỗn hợp khí tự nhiên (NGCC). Tuy nhiên, đây mới chỉ là khâu chuyển đổi công nghệ trung gian để hướng tới mức giảm nhẹ phát thải KNK kì vọng và phù hợp với những yêu cầu của Thỏa thuận Cancun. Các nhà máy đồng phát nhiệt điện (CHP) có ý nghĩa giảm phát thải khá lớn.
Hiệu suất trung bình toàn cầu của các nhà máy điện sử dụng nguyên liệu hóa thạch là 37%, trong khi con số này là 58% đối với các nhà máy CHP nếu tính cả lượng điện và nhiệt thu được. Và hiệu suất của các nhà máy đồng phát nhiệt điện tiên tiến có thể đạt trên 85% (Alsalam và Ragnauth, 2011; IEA, 2011a; Burnham và cs, 2012). Khai thác và phân phối nhiên liệu hóa thạch hiện ước tính chiếm 5-10% tổng phát thải KNK liên quan tới việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch (IPIECA và API, 2007; 12 z Hasan và cs, 2011). Có thể giảm phát thải KNK trong quá trình khai thác và vận chuyển nhiên liệu thông qua sử dụng nguồn năng lượng ít phát thải các-bon trong các mỏ, khu khai thác và mạng lưới vận chuyển (US EPA, 2006; IEA, 2009a; Karacan và cs, 2011; Karakurt); thu giữ, sử dụng và xử lý khí mê tan ở các mỏ than (IPIECA và API, 2009; Johnson và Coderre, 2011); giảm thông gió và bùng phát từ sản xuất dầu và khí đốt (Goedbloed, 2011; Wilwerding, 2011); và kịp thời phát hiện, sửa chữa rò rỉ các hệ thống khí tự nhiên (IEA, 2010a).
Truyền tải và phân phối năng lượng hiệu quả tại Châu Âu và các nước thuộc OECD Tổn thất điện năng chênh lệch đáng kể giữa các quốc gia, xu hướng giảm dần ở các quốc gia phát triển và những quốc gia đang phát triển chịu tổn thất trên 20% vào năm 2010 theo dữ liệu trực tuyến của IEA (IEA, 2010a). Tổn thất truyền tải và phân phối được tính là 6,5% tổng sản lượng điện năm 2000 (IEA, 2003a) đối với các nước OECD, gần với mức trung bình của EU (European Copper Institute, 1999). Tổn thất điện năng ở lưới điện cao thế nhìn chung thấp hơn ở lưới điện hạ thế, chủ yếu do tổng độ dài đường dây truyền tải nhỏ hơn nhiều so với tổng phân phối cho hầu hết các hệ thống điện. Truyền tải điện một chiều cao áp (HVDC) có khả năng giảm tổn thất truyền dẫn và có hiệu quả về chi phí cho các đường dây truyền tải đường dài trên mặt đất.
Trong 25% tổn thất điện năng tại Châu Âu, 40% do quá trình truyền tải điện, chủ yếu là hao tổn máy biến áp (tổn thất tương tự đối với các nước thuộc OECD), khoảng 25% nữa là do hao tổn lưới điện và hệ thống cáp quang. Do đó, thay thế sử dụng máy biến áp cải tiến hay gia tăng và phân phối đều nguồn phát điện phân tán (Distributed Generation –DG) gần nơi tải trọng có tác động giảm thiểu tổn thất đáng kể (xem European Copper Institute, 1999). Tuy nhiên, nếu một lượng điện được xuất trở lại lưới điện chính để đáp ứng các tải ở xa hơn, thì tổn thất có thể lại tăng cũng như HVDC dưới biển có tổn thất thấp hơn trong khoảng cách truyền tải điện từ 55 đến 70 km (Barberis Negra và cộng sự, 2006) và rất có thể sẽ được sử dụng để kết nối các trang trại gió ngoài khơi do các đặc tính phản ứng bất lợi của sóng biển dài xen kẽ cáp truyền tải xoay chiều hiện tại (AC). 13 z Đường ống là phương tiện hiệu quả nhất để giảm thiểu hao tổn và tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận chuyển chất lỏng.
Các chất phụ gia có thể làm thông dòng chảy của dầu và giảm năng lượng sử dụng (Bratland, 2010). Công nghệ máy bơm mới, các thiết bị làm đường ống, hóa chất như chất ức chế điểm đông (đối với dầu thô sáp) và các chất khử cản là những ví dụ điển hình về các công nghệ này làm tăng sản lượng vận tải đường ống. Cuối cùng, cần chú ý là việc loại bỏ các-bon từ nhiệt bằng các máy bơm nhiệt và từ vận chuyển thông qua gia tăng sử dụng các phương tiện chạy điện (EV), đòi hỏi bổ sung công suất phát điện và cải thiện cơ sở hạ tầng truyền tải và phân phối. Công nghệ năng lượng tái tạo trên toàn cầu Chỉ một phần nhỏ tiềm năng công nghệ năng lượng tái tạo được phát triển cho đến nay.
Các nguồn năng lượng tái tạo có khả năng cung cấp điện năng, nhiệt và cơ năng cũng như nhiều dạng năng lượng khác (Moomaw và cs, 2011b). Điện sinh học, năng lượng gió và năng lượng mặt trời là những dạng năng lượng tái tạo được tập trung phát triển trên toàn cầu. Ngoài ra, tùy thuộc vào điều kiện của quốc gia, thủy điện và địa nhiệt cũng đang là những lĩnh vực rất được quan tâm. Các công nghệ năng lượng tái tạo có hiệu suất ngày càng cao và chi phí ngày càng giảm thúc đẩy tăng trưởng thị trường và thương mại hóa điện sinh học.Các nước đang phát triển có tiềm năng lớn sản xuất điện từ năng lượng tái tạo, đặc biệt là Trung Quốc.
Trong những năm gần đây, giá pin năng lượng mặt trời (PV) giảm đáng kể dẫn đến việc sử dụng ngày càng tăng, lượng tiêu thụ chủ yếu từ châu Âu trong năm 2012 nhưng sản xuất tại châu Á. Mỹ và Brazil chiếm 61% và 26% tương ứng sản xuất ethanol sinh học toàn cầu vào năm 2012, trong khi Trung Quốc dẫn đầu trong việc sử dụng nước nóng từ năng lượng mặt trời (REN 21, 2013). Công nghệ điện gió trong đất liền đã phát triển, hiện tại công nghệ điện gió ngoài khơi đang có xu hướng gia tăng nhưng chi phí vẫn còn cao. Trong khi đó, công nghệ sản xuất điện và nhiệt từ địa nhiệt đang được tích cực nghiên cứu và phát triển (R&D) cũng như tiến hành thực nghiệm nhằm xúc tiến thương mại trong tương lai.
Chuyển đổi đốt củi sang than không có ý nghĩa lớn trong việc giảm phát thải KNK trên toàn cầu, nhưng giúp cải thiện sức khỏe và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, tại các nước đang hoặc kém phát triển hành động này chưa phổ biến. 14 z Bản chất của năng lượng tái tạo là không ổn định nên chính sách hỗ trợ của chính phủ đóng vai trò rất quan trọng để thúc đẩy phát triển nguồn năng lượng, đặc biệt trong việc phát triển cơ sở hạ tầng và tích hợp với lưới điện quốc gia.