CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 1.1 Thực trạng các nguồn năng lượng trên thế giới Theo chuyên gia Lã Hồng Kỳ - Hội đồng phản biện Tạp chí Năng Lượng Việt Nam tổng hợp, phân tích về hiện trạng, xu thế phát triển “năng lượng”, cũng như các “phân ngành năng lượng” trên toàn cầu [1], cụ thể: Khí tự nhiên: Khí đốt tự nhiên là nhiên liệu hóa thạch phát triển nhanh nhất, chiếm 23% nhu cầu năng lượng sơ cấp toàn cầu và gần 1/4 sản lượng điện. Là nhiên liệu hóa thạch đốt sạch nhất, khí tự nhiên mang lại một số lợi ích về môi trường so với các nhiên liệu hóa thạch khác, đặc biệt là về chất lượng không khí và khí thải nhà kính. Khí đốt tự nhiên đã có một năm đáng chú ý trong năm 2018, với mức tăng tiêu thụ 4,6% chiếm gần một nửa mức tăng của nhu cầu năng lượng toàn cầu. Thị trường dầu: Thị trường dầu đang trải qua thời kỳ thay đổi bất thường khi Hoa Kỳ đang ngày càng dẫn đầu việc mở rộng nguồn cung dầu toàn cầu.
Về cơ bản, nhu cầu dầu phụ thuộc vào sức mạnh của nền kinh tế toàn cầu - đặc biệt là sự mở rộng của các nền kinh tế đang phát triển như Trung Quốc và Ấn Độ. Đồng thời, trên khắp thế giới, nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng đồng nghĩa với việc có nhiều nhựa hơn, điều này đồng nghĩa với việc hóa dầu nhiều hơn. Bất chấp những nỗ lực để hạn chế sử dụng nhựa và khuyến khích tái chế, nhu cầu về nhựa và hóa dầu đang tăng mạnh. Cạnh đó, một lĩnh vực tăng trưởng chính là hàng không.
Trong những năm gần đây, ngành du lịch hàng không đã chứng kiến sự mở rộng ngoạn mục nhờ số lượng hành khách tăng. Nhu cầu sẽ tiếp tục tăng mạnh, được hỗ trợ bởi thu nhập tăng ở các nước đang phát triển, nhiều sân bay được xây dựng và tăng đội tàu hàng không. 5 Nhiên liệu than: Than cung cấp hơn một phần ba sản lượng cho sản xuất điện trên thế giới và đóng một vai trò quan trọng cung cấp năng lượng trong các ngành công nghiệp. Bất chấp những lo ngại về ô nhiễm không khí và khí thải nhà kính, việc sử dụng than vẫn sẽ tiếp tục có ý nghĩa trong tương lai nên cần có chính sách phối hợp của Chính phủ.
Để than là một nguồn năng lượng sạch hơn trong những thập kỷ tới, Chính phủ và ngành công nghiệp cần nhiều nỗ lực hơn để triển khai và phát triển có hiệu quả các công nghệ ít gây ô nhiễm. Sử dụng than toàn cầu đã tăng trong năm thứ hai liên tiếp vào năm 2018, mặc dù nó vẫn ở dưới mức cao nhất năm 2014, và mức tăng này chủ yếu đến từ Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia và một số quốc gia khác ở khu vực Đông Nam Á. Ở châu Á, nhu cầu về điện vẫn tiếp tục tăng và than vẫn là nguồn tạo ra điện ra lớn nhất. Sản lượng điện than tăng 3% trong năm 2018 (tương tự mức tăng năm 2017) và lần đầu tiên vượt mốc 10.
Than vẫn giữ vững vị trí là nguồn năng lượng lớn nhất với 38% tổng sản lượng điện toàn cầu. Tăng trưởng chủ yếu ở châu Á, đặc biệt là ở Trung Quốc và Ấn Độ - vì điện than là nguồn cung cấp điện giá rẻ, đáng tin cậy và bền vững. Sản xuất điện đốt than ở Hoa Kỳ tiếp tục giảm trong năm 2018, mặc dù nhu cầu điện tăng; Sản xuất than ở châu Âu cũng giảm (20 TWh), chủ yếu là do sự phát triển các nguồn năng lượng tái tạo. Trên thực tế, nhiều quốc gia đã tuyên bố loại bỏ than: Đức, nước tiêu thụ than lớn nhất ở châu Âu, có kế hoạch không có nhiệt điện than vào năm 2038.
Tuy nhiên, Đức cần đưa ra chi tiết lộ trình từng năm để kiểm chứng. Điện: Điện là trung tâm các nền kinh tế hiện đại đã và đang cung cấp một phần ngày càng tăng của các dịch vụ năng lượng. Nhu cầu về điện được xây dựng tăng hơn nữa do thu nhập hộ gia đình tăng lên, cùng với việc điện khí hóa vận tải và nhiệt, cũng như nhu cầu ngày càng tăng đối với các thiết bị kết nối kỹ thuật số và điều hòa không khí. 6 Nhu cầu điện tăng cao là một trong những lý do chính khiến phát thải CO2 toàn cầu từ ngành điện đạt mức cao kỷ lục vào năm 2018.
Tuy nhiên, tính khả dụng thương mại của một bộ công nghệ phát thải thấp khác nhau cũng đặt điện vào vị trí tiên phong trong nỗ lực chống biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, điện khử cacbon có thể cung cấp một nền tảng để giảm lượng khí thải CO2 trong các lĩnh vực khác thông qua các nhiên liệu cho điện như hydro, hoặc nhiên liệu lỏng tổng hợp. Năng lượng tái tạo cũng có vai trò chính trong việc cung cấp điện cho con người. Trong Kịch bản chính sách được nêu, nhu cầu điện toàn cầu tăng 2,1% mỗi năm đến năm 2040, gấp đôi so với nhu cầu năng lượng chính.
Điều này làm tăng tỷ trọng điện trong tổng mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng từ 19% năm 2018 lên 24% vào năm 2040. Tăng trưởng nhu cầu điện được thiết lập cao ở các nền kinh tế đang phát triển. Các chính sách của Chính phủ, điều kiện thị trường và các công nghệ sẵn có đặt ra yêu cầu để cung cấp điện chuyển sang các nguồn carbon thấp, với tỷ lệ tăng từ 36% hiện nay lên 52% vào năm 2040 trong Kịch bản chính sách được nêu. Trong Kịch bản phát triển bền vững, điện đóng vai trò lớn hơn, đạt 31% mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng.
Trong Kịch bản phát triển bền vững, điện là một trong số ít các nguồn năng lượng có mức tiêu thụ ngày càng tăng vào năm 2040 - chủ yếu là do xe điện - bên cạnh việc sử dụng trực tiếp năng lượng tái tạo và hydro. Tỷ lệ điện năng tiêu thụ cuối cùng, chưa bằng một nửa so với dầu ngày nay, sẽ vượt qua dầu vào năm 2040. Những nỗ lực tăng tốc về năng lượng tái tạo, năng lượng hạt nhân và công nghệ thu hồi carbon nhanh chóng cung cấp điện, bù đắp cho sự sụt giảm mạnh của sản xuất điện đốt than và giảm phát thải CO2 của ngành điện xuống 3/4 vào năm 2040. Năng lượng hạt nhân: Năng lượng hạt nhân trong lịch sử là một trong những nhà đóng góp lớn nhất của điện không có carbon trên toàn cầu và nó có tiềm năng đáng kể để đóng góp vào quá trình khử cacbon của ngành điện.
7 Tính đến hết năm 2019, trên thế giới có 443 tổ máy điện hạt nhân đang hoạt động với tổng công suất đặt 391.358 MW và 52 tổ máy/54.695 MW đang xây dựng. Sau sự cố Fukushima, từ năm 2012 đến hết năm 2019 có 43 tổ máy/31.422 MW dừng hoạt động, nhưng lại có 51 tổ máy/49.453 MW được kết nối vào lưới điện và xây dựng mới 43 tổ máy 45. Năng lượng tái tạo: Năng lượng tái tạo (bao gồm năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, nhiên liệu sinh học và các loại khác) là trung tâm của quá trình chuyển đổi sang một hệ thống năng lượng ít sử dụng carbon và bền vững hơn. Năng lượng tái tạo đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, được thúc đẩy bởi sự hỗ trợ chính sách và giảm chi phí mạnh cho quang điện mặt trời và năng lượng gió nói riêng.
Ngành điện vẫn là điểm sáng nhất cho năng lượng tái tạo với sự phát triển mạnh mẽ của quang điện mặt trời và gió trong những năm gần đây, dựa trên sự đóng góp đáng kể của thủy điện. Nhưng điện chỉ chiếm 1/5 mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu và vai trò của năng lượng tái tạo trong các lĩnh vực vận chuyển, sưởi ấm vẫn rất quan trọng đối với quá trình chuyển đổi năng lượng. Công suất điện tái tạo được thiết lập để mở rộng thêm 50% từ năm 2019 đến năm 2024, dẫn đầu là PV mặt trời.200 GW này tương đương với tổng công suất lắp đặt của Hoa Kỳ hiện nay. Chỉ riêng PV mặt trời đã chiếm gần 60% mức tăng trưởng dự kiến, với sức gió trên bờ chiếm 1/4.
Gió ngoài khơi đóng góp 4% mức tăng, với dự báo công suất sẽ tăng gấp ba vào năm 2024, được kích thích bởi các cuộc đấu giá cạnh tranh ở Liên minh châu Âu và mở rộng thị trường ở Trung Quốc và Hoa Kỳ. Năng lực năng lượng sinh học phát triển nhiều như gió ngoài khơi, với sự mở rộng lớn nhất ở Trung Quốc, Ấn Độ và Liên minh châu Âu. Tăng trưởng thủy điện chậm lại, mặc dù nó vẫn chiếm 1/10 trong tổng mức tăng công suất tái tạo.1 Thống kê sản lượng điện các quốc gia thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế - OECD Năm 2017 Năm 2018 Đến tháng 10 năm 2019 Tổng sản Tổng sản Tổng sản TT Nguồn NL lượng điện Tỷ lệ lượng điện Tỷ lệ lượng điện Tỷ lệ % tiêu thụ % tiêu thụ % tiêu thụ (TWh) (TWh) (TWh) 1 Hạt nhân 1.581,8 17,97 2 Gió 691,3 6,60 752,8 7,19 668,7 7,60 3 Mặt trời 270,8 2,59 331,9 3,17 330,7 3,76 4 Thủy điện 1.566,7 29,17 Chất đốt 7 546,9 5,22 553,1 5,28 433,4 4,92 khác 8 Khác 81,4 0,78 83,6 0,80 72,9 0,83 Tổng cộng 10.2 Thống kê Tổng sản lượng điện và Công suất đặt của các nguồn điện nước Đức Tên Năm 2017 Năm 2018 Năm 2019 TT nguồn GWh % GW % GWh % GW % GWh % GW % 1 Than 215.140 210,60 cộng Tóm lại, xét trên phạm vi toàn cầu sản xuất và tiêu thụ điện năng tăng trưởng mạnh so với bình quân trong vòng 10 năm qua (2,5% năm). Năm 2018, tổng sản lượng điện toàn thế giới đạt khoảng 26.700 tỷ kWh tăng 3,7%, trong đó các thành phần: Nhiệt 9 điện than chiếm 38%, điện khí chiếm 23%, thủy điện chiếm 15,8%, điện hạt nhân chiếm 10,1% và năng lượng tái tạo chiếm 9,3%.
Qua bảng số liệu trên, nếu xét riêng các nước thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD) thì thấy rằng: tăng trưởng về điện không đáng kể, tỷ trọng sản lượng điện than giảm so với mức trung bình của thế giới, các thành phần khác như điện khí, điện gió và mặt trời đều cao hơn mức trung bình của thế giới, đặc biệt là điện hạt nhân cao hơn khoảng 7,5%. Riêng nước Đức, điện năng từ các nguồn năng lượng gió và mặt trời tuy có sự tăng trưởng cao nhất, đạt trên 52,25% công suất đặt toàn hệ thống, nhưng chỉ cung cấp được 28,82% sản lượng điện. Mặt khác, nhu cầu về điện giảm nhẹ nên đã góp phần giảm bớt tỷ lệ nhiệt điện than chứ không thể thay thế các nguồn điện truyền thống.