Cơ cấu năng lượng: Nhiệt điện than hay điện mặt trời?
Tính hai mặt của bất kỳ loại hình năng lượng nào, dù là nhiệt điện than hay điện Mặt trời, cho thấy vai trò quan trọng của KH&CN trong giảm thiểu rủi ro đầu tư và ô nhiễm môi trường trong lĩnh vực năng lượng.
Lắp đặt các tấm pin tại nhà máy điện mặt trời Bình Phước. nguồn: Báo Binh Phước.
Từ nhiều góc độ, nhiệt điện than là câu chuyện năng lượng thời sự không chỉ của Việt Nam mà còn của thế giới. Thông qua các báo cáo đặc biệt của Ủy ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu (ICPP) hay những thông tin cập nhật về chính sách năng lượng của nhiều quốc gia trên thế giới, nhiệt điện than luôn được đề cập đến như một nguồn năng lượng sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây phát thải khí nhà kính cần được cắt giảm. Mới đây, trên Reuters, cựu thị trưởng New York và tỉ phú Michael Bloomberg cho biết sẽ đóng góp 500 triệu USD cho quá trình đóng cửa các nhà máy nhiệt điện than trên khắp nước Mỹ.
Tuy nhiên đó là hướng giải quyết trong tương lai bởi chúng ta cũng cần phải nhìn nhận một thực tế, hiện tại chưa có giải pháp năng lượng nào có thể thay thế triệt để nhiệt điện than nên nó vẫn là một trong những nguồn cung điện chủ yếu trong phần lớn các quốc gia trên thế giới. Ví dụ theo số liệu năm 2015 của Cơ quan Năng lượng thế giới (IEA), ba nguồn cung điện lớn nhất thế giới là nhiệt điện than 39,3 %, nhiệt điện khí 22,9%, thủy điện 16% còn ở Việt Nam lần lượt là thủy điện 36,6%, nhiệt điện khí 33,2% và nhiệt điện than 29,6%. Ngay trong Quy hoạch điện VII điều chỉnh ban hành năm 2016 thì vị trí áp đảo của nhiệt điện than được nhấn mạnh rõ nét hơn trong cơ cấu điện năng của Việt Nam: 49,3% vào năm 2025 và 55% năm 2030. Trong một bài viết trên Tia Sáng năm 2017, TS. Nguyễn Thành Sơn (Tập đoàn Than khoáng sản Việt Nam) đã thừa nhận, “khi chúng ta đã ‘lùi tiến độ’ điện hạt nhân thì chỉ còn cách đẩy nhanh tiến độ các dự án khác để bù vào. Nếu lấy chi phí biên dài hạn làm chuẩn, thứ tự ưu tiên các nguồn điện ở Việt Nam hiện nay sẽ là thủy điện (lớn, vừa, nhỏ), nhiệt điện than (lớn, vừa), nhiệt điện khí (hóa lỏng), nhiệt điện dầu”.
Góc nhìn từ hiệu quả tài chính
Trong bối cảnh đó, báo cáo “Thời của mặt trời và gió: Cuộc cách mạng năng lượng tái tạo chi phí thấp của Việt Nam và những tác động của nó đối với các khoản đầu tư nhiệt điện than” của nhóm Sáng kiến Carbon Tracker – những người đã chứng minh được sự tồn tại và tác động của rủi ro khí hậu trong các thị trường vốn hiện nay, đã đem đến cái nhìn mới vào nhiệt điện than từ góc độ đầu tư tài chính. Trên cơ sở các mô hình kinh tế của nhiệt điện than, họ cho rằng, đầu tư mới cho điện Mặt trời và điện gió trên bờ sẽ rẻ hơn vận hành các nhà máy điện than hiện có với thời điểm sớm nhất vào năm 2022 và muộn nhất vào năm 2039. Khi đó, nhiệt điện than có thể sẽ mất đi một trong những ưu điểm nổi bật của nó là chi phí nguyên liệu thấp so với điện Mặt trời và điện gió. Việc đầu tư vào nhiệt điện than sẽ không còn hấp dẫn nữa bởi theo các chuyên gia Carbon Tracker, thời gian thu hồi vốn cho các khoản đầu tư vào điện than thường trong khoảng từ 15 đến 20 năm và “các khoản đầu tư này có tính rủi ro cao bởi đốt than để tạo ra điện khó có thể là một lựa chọn có chi phí thấp nhất trước khi hoàn vốn”. Để gia tăng sự cạnh tranh với điện gió và điện Mặt trời, nhiệt điện than phải nâng khả năng điều chỉnh linh hoạt công suất phát điện lên. Đây sẽ là nguyên nhân gia tăng chi phí vận hành, bảo trì các nhà máy và càng khiến điện than càng bất lợi về mặt kinh tế.
Mặt khác, dù có phát triển nhiệt điện than theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh nhưng Việt Nam cũng không nên quên bản cam kết thực thi Công ước khung Liên Hiệp Quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC): Việt Nam sẽ cắt giảm tới 25% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính vào năm 2030 để đạt được mục tiêu nhiệt độ toàn cầu tăng dưới 2°C. Vậy điều gì sẽ xảy ra khi một mặt Việt Nam thực thi cam kết giảm phát thải trong kịch bản khí hậu tăng lên dưới 2°C, mặt khác vẫn gia tăng công suất điện than theo quy hoạch? Theo các chuyên gia Carbon Tracker, đó là “nguy cơ mắc kẹt tài sản” (stranded asset risk) – sự chênh lệch giữa các dòng vốn đầu tư dưới sự điều tiết của thị trường điện Việt Nam hiện tại và việc phải tuân thủ quy định để đảm bảo cam kết cắt giảm khí thải, trong đó mốc dừng vận hành các nhà máy nhiệt điện than ở Việt Nam vào năm 2040. Theo cách tính của họ, ước tính giá trị tài sản có “nguy cơ bị mắc kẹt” của thế giới là 232 tỷ USD, còn Việt Nam ước tính là 6,5 tỷ USD, tương đương 2,7% GDP năm 2018 của Việt Nam. Dẫu sẽ còn phải tính đến những tác động mới của việc tự do hóa thị trường điện Việt Nam trong tương lai với hệ quả là giá điện có thể thấp hơn, nhưng với các tổ máy điện than đang trong quá trình xây dựng để tăng thêm công suất thì nguy cơ mắc kẹt tài sản đầu tư sẽ còn lớn hơn nữa.
Với phân tích của các chuyên gia tài chính, trong tương lai gần, nhiệt điện than ngày càng yếu thế trước điện Mặt trời và điện gió – vốn ngày càng trở nên cạnh tranh hơn bởi giá thành đầu tư ngày càng hạ thấp, ví dụ rẻ gấp 4 lần so với vài năm trước đây. Do vậy, họ đề xuất giải pháp: việc dừng vận hành các nhà máy nhiệt điện than sớm theo Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu là lựa chọn ít tốn kém nhất cho Việt Nam trong tương lai.<
Góc nhìn từ công nghệ
Không dễ để loại bỏ nhiệt điện than khỏi cơ cấu năng lượng quốc gia như đề xuất của các chuyên gia tài chính, ít nhất là trong tương lai gần, bởi sự tồn tại hay không của một loại hình nào trong cơ cấu năng lượng quốc gia còn cần phải có sự cân nhắc về nền tảng công nghệ định hình năng lượng đó.
Dưới góc nhìn của các chuyên gia công nghệ, không phải ngẫu nhiên mà ở thời điểm hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới chưa chối bỏ được nhiệt điện than, dẫu nguồn phát điện này có khả năng phát thải khí nitrogen oxide (NOx), sulfur oxide (SOx), thủy ngân, kim loại, tro bay… Ưu điểm lớn nhất của nguồn phát điện này là tính ổn định cao và chi phí thấp bất kể vào thời gian ban ngày hay ban đêm. Do đó, ngay cả trong Kế hoạch năng lượng chiến lược lần thứ 5 tầm nhìn 2030 và đến 2050, Nhật Bản cũng lựa chọn nhiệt điện than là một trong bốn loại hình năng lượng của nguồn phụ tải nền (base-load power source), cùng với địa nhiệt, thủy điện và điện hạt nhân. Hiệu quả kinh tế cũng chỉ là một phần trong triết lý lựa chọn năng lượng của Nhật Bản, vốn bao gồm đủ bốn yếu tố an toàn, an ninh năng lượng, môi trường và hiệu quả kinh tế.
Nhà máy nhiệt điện than Duyên Hải Trà Vinh. Nguồn: zing.vn.
Điểm yếu lớn nhất của điện Mặt trời và điện gió là tính không ổn định do phụ thuộc vào thời tiết. TS. Nguyễn Trần Thuật, một nhà nghiên cứu về năng lượng Mặt trời ở Trung tâm Nano và năng lượng (Đại học KHTN, ĐHQGHN) cho rằng, muốn khắc phục được nhược điểm này, cần có thiết bị lưu trữ điện năng vào ban ngày để có thể dùng nguồn điện thu được vào ban đêm, khi không có nguồn bức xạ mặt trời. Tuy nhiên, việc tìm ra một nguồn vật liệu đủ tốt và đủ khả năng chế tạo thiết bị lưu trữ không phải đơn giản, ngay với cả nhà phát minh tiên phong trong lĩnh vực điện Mặt trời là Elon Musk thì việc đầu tư vào nghiên cứu và chế tạo đã được tiến hành trong nhiều năm cũng chưa có kết quả như mong muốn. “Không riêng với năng lượng Mặt trời mà với các điện thoại thông minh, laptop, ô tô điện…, việc tìm ra một thiết bị lưu trữ năng lượng hiệu quả và không gây hại cho môi trường vẫn là bài toán khó dành cho các nhà nghiên cứu lẫn các nhà sản xuất. Nói chung, hiện vẫn chưa thể có giải pháp khả thi về thiết bị lưu trữ trong thời gian tới”, anh nhận xét.
Hơn nữa, hiệu suất của điện mặt trời so với các năng lượng hóa thạch còn khá thấp. Theo TS. Nguyễn Trần Thuật, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các sản phẩm thương mại còn khá thấp khi mới ở mức 15 đến 17%, ngay cả trong điều kiện tối ưu của phòng thí nghiệm thì con số này vẫn chỉ là 25%.
Ngoài ra, nhìn một cách công bằng, điện tái tạo không có nghĩa là hoàn toàn không ảnh hưởng xấu đến môi trường bởi “chúng ta phải nhận thức là không có dự án nào do con người tạo ra lại có thể hoàn toàn tránh được điều đó”, theo nhận định của TS. Theocharis Tsoutsos (Trung tâm Các nguồn năng lượng tái tạo, Hy Lạp) trong công bố “Các tác động môi trường từ những công nghệ năng lượng Mặt trời” (Environmental impacts from the solar energy technologies) trên Energy Policy. TS. Rebecca Hernandez (Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley Mỹ) trong công bố “Các tác động môi trường của năng lượng Mặt trời ở quy mô hữu dụng” (Environmental impacts of utility-scale solar energy) trên Renewable and Sustainable Energy Reviews, còn cho rằng, trong trường hợp tái chế không đúng quy trình hay đơn giản là phá hủy các tấm pin Mặt trời, những nguồn chất thải công nghiệp này có thể gây nguy hiểm cho môi trường và sức khỏe con người, ví dụ việc hít phải bụi silica trong thời gian dài có thể dẫn đến bệnh bụi phổi (silicosis), một loại bệnh gây ra các mô sẹo trong phổi và suy giảm khả năng hô hấp, và trong nhiều trường hợp, có thể chết.
Đâu là lời giải cho bài toán năng lượng?
Những vấn đề đặt ra cho nhiệt điện than và điện Mặt trời cho thấy, KH&CN sẽ là một phần quan trọng trong các phương án giải quyết chúng. Với điện Mặt trời là tìm ra những vật liệu mới có khả năng tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng, ít độc hại với môi trường và một quy trình tái chế hiệu quả các tấm pin đã qua sử dụng, TS. Nguyễn Trần Thuật cho biết. Tuy nhiên, ở thời điểm hiện nay, chúng ta vẫn chưa có được những giải pháp công nghệ như vậy bởi sau một thời gian dài đầu tư công sức, các nhà nghiên cứu trên thế giới vẫn chưa thể tìm ra vật liệu mới hữu hiệu thay thế silica bởi vật liệu đó “phải đảm bảo các yếu tố khả thi về mặt công nghệ, thị trường và sản xuất”, anh nhận xét.
Nhiệt điện than vẫn là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng. Nguồn: Kinhtedothi.vn
Với nhiệt điện than, trong khi chưa có được một nguồn cung điện khác thay thế vị trí của nó thì giải pháp có thể dung hòa cả hai vấn đề trên, đó là đầu tư lắp đặt hệ thống kiểm soát khí thải của các nhà máy nhiệt điện than và áp dụng các công nghệ nhiệt điện than tiên tiến nhằm có được những công nghệ “sạch hơn”, tiêu tốn ít nhiên liệu mà vẫn đạt hiệu suất cao. Đây cũng là cách làm của nhiều quốc gia tiên tiến trên thế giới, ví dụ như Mỹ. Trong Hội nghị quốc tế về Các công nghệ than sạch ở Houston vào ngày 4/6/2019 vừa qua, Lou Hrkman, người phụ trách Văn phòng quản lý Than sạch và Carbon (Bộ Năng lượng Mỹ) cho biết, Bộ này đang đầu tư hàng tỷ USD vào công nghệ để đảm bảo các nhà máy nhiệt điện than trong tương lai trở nên sạch hơn, hiệu quả hơn và linh hoạt hơn thông qua chương trình FIRST, viết tắt của các từ linh hoạt (Flexible), đổi mới sáng tạo (Innovative), dễ phục hồi (Resilient), công suất nhỏ (Small), dễ biến đổi (Transformative). “Chúng tôi không thấy Mỹ cần những nhà máy nhiệt điện than có công suất 1.500 đến 2.000 MW trong tương lai như đã làm trong quá khứ mà thấy tiềm năng ở các quốc gia đang phát triển về công nghệ lò công suất nhỏ, đặc biệt ở châu Phi và châu Á, những nơi cần các giải pháp mang tính kinh tế,” ông nói.
Tương tự với trường hợp của điện Mặt trời, đây cũng là giải pháp của tương lai. Hiện tại đối với các nhà máy nhiệt điện than vẫn đang vận hành theo công nghệ cũ thì việc cải thiện phát thải NOx, SOx, và bụi là việc có thể thực hiện với các hệ thống kiểm soát khí thải tiên tiến, như máy lọc có khả năng “bắt” 98% bụi, loại bỏ trên 90% khí NOx hay trên 90% thủy ngân và các kim loại nặng khác. Điểm trừ của các hệ thống kiểm soát khí thải này là đắt đỏ. Theo báo cáo “Thị trường toàn cầu về hệ thống kiểm soát khí thải cho các nhà máy nhiệt điện than” của QY Research vào năm 2018, nếu thị trường này trị giá 98,72 tỷ USD vào năm 2017 thì ước tính sẽ đạt 171,08 tỷ USD vào năm 2025.
Với riêng Việt Nam, theo TS. Nguyễn Xuân Quang (Viện Nhiệt điện lạnh, trường Đại học Bách khoa Hà Nội), việc chúng ta có thể làm hiện nay là thực hiện các nghiên cứu khoa học về công nghệ điện than hiện hành cũng như hệ thống kiểm soát khí thải tiên tiến, qua đó từng bước cải tiến các quy trình công nghệ, một số chi tiết thiết bị quan trọng trong dây chuyền công nghệ cũng như nội địa hóa các hệ thống kiểm soát khí thải.
