Điện khí và điện tái tạo: “Đôi bạn cùng tiến” để tăng tốc khử carbon tại Châu Á - Thái Bình Dương
Ngành công nghiệp điện và năng lượng tạo ra gần 41% lượng khí thải CO2 trên toàn cầu. Trong khi một tỷ người trên thế giới vẫn chưa được tiếp cận với nguồn điện ổn định, nhu cầu sử dụng điện dự kiến sẽ tiếp tục tăng cao. Đặc biệt là tại khu vực Châu Á - Thái Bình Dương, nơi luôn thường trực cơn khát điện do dân số đông và tốc độ đô thị hóa nhanh.
Trong khi đó, thế giới đang nhanh chóng dịch chuyển theo hướng gia tăng tỷ trọng các nguồn điện ít phát thải carbon trong cơ cấu năng lượng. Tổng mức đầu tư toàn cầu vào quá trình chuyển đổi năng lượng - bao gồm tăng công suất các nguồn năng lượng tái tạo, phát triển xe điện và xây dựng cơ sở hạ tầng sạc điện cũng như những công nghệ lưu trữ điện - đã lần đầu tiên vượt mức 500 tỷ USD vào năm 2020. Tuy nhiên, dù năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh, ngành này cũng chỉ dự kiến sẽ chỉ chiếm khoảng 50% sản lượng điện đến năm 2040 tại một số khu vực như Châu Âu.
Khi quá trình này diễn ra, việc tăng tốc và triển khai có chiến lược song song điện tái tạo và điện khí có thể là một giải pháp bền vững để nhanh chóng giảm mạnh lượng khí thải, đồng thời tạo ra nguồn cấp điện ổn định và vừa túi tiền.
Trong cuốn sách trắng “Đẩy nhanh phát triển điện tái tạo và điện khí có thể thay đổi nhanh chóng quá trình biến đổi khí hậu” phát hành tháng 2 năm 2021, GE đã chỉ ra rằng kết hợp điện khí và năng lượng tái tạo sẽ tạo ra một lộ trình khử carbon bền vững.
Nội dung của sách trắng này đã được thảo luận trong một chuyên đề trực tuyến cuối tháng 3 do GE Gas Power tổ chức với chủ đề “Các lộ trình để tăng tốc quá trình giảm phát thải bằng điện khí và điện tái tạo”. Chuyên đề có sự tham gia của các nhà lãnh đạo chủ chốt trong lĩnh vực điện và năng lượng trên toàn cầu, bao gồm Jeff Goldmeer - Giám đốc Các Công nghệ Mới nổi của GE, Ramesh Singaram - Chủ tịch kiêm Tổng Giám đốc Điều hành của GE Gas Power khu vực Châu Á và Andrew Bedford - Giám đốc mảng Cố vấn và Chuyển đổi năng lượng của KBR. Các chuyên gia đã chia sẻ quan điểm của mình về tình hình năng lượng ở khu vực Châu Á - Thái Bình Dương.
Sự kết hợp hoàn hảo của điện tái tạo và điện khí
Tại các quốc gia Đông Nam Á, lĩnh vực điện có sự tăng trưởng mạnh nhờ công tác phát triển cơ sở hạ tầng. Ở Bắc Á, sức tăng trưởng chủ yếu lại đến từ các dự án thay thế và xu hướng thúc đẩy năng lượng tái tạo. Trong khi đó, ngành điện của Australia và New Zealand tập trung mạnh vào củng cố hệ thống lưới điện. Về cơ bản, mục tiêu lớn của toàn khu vực là làm sao để điện khí có thể giúp ngành năng lượng tái tạo phát triển và giảm lượng khí thải trong các hoạt động kinh tế.
Cơ cấu năng lượng theo công suất lắp đặt của khu vực Châu Á - Thái Bình Dương vào năm 2019 là 898GW và dự kiến sẽ tăng thêm 410GW trong 10 năm tới. Trong đó, điện khí chiếm 300GW và dự kiến tăng thêm 95GW trong thập kỷ tới. Điện tái tạo mới chỉ đóng góp 258GW vào cơ cấu năng lượng trong năm 2019.
Xem xét kỹ hơn, điện khí có những lợi thế đặc biệt để giúp phát triển các nguồn năng lượng tái tạo trong khu vực. Đầu tiên, khí đốt là nguồn tài nguyên dồi dào, sẵn có và vừa túi tiền. Thậm chí, giá khí đốt sẽ còn tiếp tục giảm trong tương lai. Điện khí hiện cũng là phương thức sản xuất điện sạch nhất trong số các phương thức sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Lĩnh vực này cũng phát triển những công nghệ thu giữ, sử dụng và cô lập khí hydro và khí carbon (CCUS) hiện đại, qua đó đóng góp vào lộ trình hướng đến tương lai trung hoà carbon và không phát thải.
Ngoài ra, điện khí vận hành khá ổn định và có thể tách lưới trong những trường hợp thời tiết cực đoan hoặc nguồn điện bất định. Ngược lại, những công nghệ lưu trữ điện tái tạo hiện hành thường gặp phải tình trạng thiếu nguồn cung trầm trọng khi thời tiết xấu tác động đến lưới điện. Việc sử dụng hệ thống ắc quy để lưu trữ điện tái tạo trong ngắn hạn (thường ít hơn 8 giờ) không có tính kinh tế cao, trong khi đó khí đốt có thể đáp ứng những nhu cầu sử dụng điện cao điểm trong khoảng thời gian dài hơn với chi phí thấp hơn. Các nhà máy điện khí cũng tương đối linh hoạt với khả năng tăng hoặc hạ công suất để đáp ứng những thay đổi trong nhu cầu sử dụng điện.
Không những thế, so với các nhà máy điện gió và điện mặt trời, những nhà máy điện khí có diện tích khiêm tốn hơn rất nhiều và có thể triển khai trên những khu đất nhỏ. Chi phí cơ sở hạ tầng truyền tải điện giảm mang lại nhiều lợi ích hơn cho người tiêu dùng.
Khai phá tiềm năng của các công nghệ điện khí
Chúng ta có thể sử dụng các giải pháp điện khí có sẵn hiện nay để thúc đẩy khu vực Châu Á - Thái Bình Dương hướng tới tương lai giảm phát thải. Đơn cử, ngành điện có thể triển khai những giải pháp nâng cấp để tăng hiệu suất của các tuabin khí hiện hành trong khi vẫn cắt giảm lượng khí thải. Ví dụ, GE đã nhận thấy nhiều cơ hội nâng cấp tại Malaysia, đặc biệt là các tổ máy tuabin khí dòng 6B và 9B hiện có. GE đang làm việc với các bên liên quan tại địa phương để tìm cách nâng cấp hệ thống đốt tiêu chuẩn sẵn có lên hệ thống đốt khô phát thải NOx thấp (Dry Low NOx - DLN). Giải pháp này phù hợp với các mục tiêu giảm phát thải 45% lượng khí CO2 đến năm 2030 nêu ra trong Đóng góp dự kiến do quốc gia tự quyết định (INDC) của Malaysia.
Trước đây, các nhà máy điện khí chỉ sản xuất đủ để đáp ứng phụ tải nền. Tuy nhiên, hiên nay, họ được yêu cầu phải bổ sung công suất cho các nguồn phát phụ thuộc vào thời tiết như điện mặt trời và điện gió. Quan trọng hơn nữa, điện khí còn phải củng cố lưới điện trong trường hợp những nguồn năng lượng tái tạo bị gián đoạn do thời tiết. Hệ thống đốt Dry Low NOx không chỉ giúp điện khí linh hoạt hơn mà còn giúp đáp ứng yêu cầu ngày càng tăng của những quy định về khí thải.
Nhiều nhà máy điện ở Châu Á - Thái Bình Dương vẫn đang sử dụng các tuabin khí lắp đặt từ thập niên 1980 và duy trì vận hành ở chế độ chu trình đơn giản với mức hiệu suất dưới 30%. Trong khi đó, chỉ cần đầu tư ít nhất 16 tháng để chuyển đổi sang chế độ chu trình hỗn hợp, những nhà máy này có thể sản xuất thêm tới 50% điện năng mà vẫn tiêu thụ mức nhiên liệu như cũ.
Mặt khác, các nhà máy điện khí khá linh hoạt và thường có thể hoạt động hơn 30 năm. Việc áp dụng những công nghệ hiệu suất cao hơn như dòng tuabin thế hệ H của GE (với hai kỷ lục thế giới về hiệu suất chu trình hỗn hợp) có thể giúp chủ sở hữu nhà máy giảm lượng khí thải trên mỗi MW điện trong nhiều thập kỷ tới. GE gần đây thông báo rằng họ sẽ bắt đầu vận hành thương mại nhà máy điện chu trình hỗn hợp Track 4A ở Johor, Malaysia. Đây sẽ là nhà máy đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ tuabin khí 9HA.02 của GE.
Bên cạnh đó, cũng có nhiều hướng tiếp cận về sử dụng nhiên liệu phát thải ít carbon hoặc không phát thải carbon trong giai đoạn trước khi đốt, bao gồm sử dụng khí hydro để sản xuất điện. Với bề dày kinh nghiệm vận hành nhiều tổ máy tuabin khí, GE đi đầu trong việc ứng dụng các loại nhiên liệu thay thế có năng suất toả nhiệt thấp, trong đó có khí hydro vào sản xuất điện. Là công ty hàng đầu thế giới về khả năng linh hoạt nhiên liệu cho tuabin khí, GE sở hữu hơn 75 tuabin có thể chạy bằng nhiên liệu có năng suất tỏa nhiệt thấp, bao gồm các hỗn hợp khí hydro và khí thiên nhiên. Những tuabin này đã ghi nhận hơn 6 triệu giờ hoạt động.
Gần đây, GE công bố dự án thử nghiệm mới nhất với khách hàng. Theo đó, họ sẽ sử dụng công nghệ tuabin thế hệ F để vận hành nhà máy điện nhiên liệu kép sử dụng khí thiên nhiên và khí hydro đầu tiên của Australia. EnergyAustralia đã đặt hàng công nghệ tuabin khí 9F.05 của GE để vận hành nhà máy Tallawarra B nhằm giúp nâng cao độ ổn định của lưới điện đồng thời đảm bảo duy trì nguồn cấp điện ổn định, giá cả phải chăng cho người tiêu dùng tại bang New South Wales (NSW). Nhà máy này sẽ vận hành rất linh hoạt với vai trò “phủ đỉnh” - tức là có thể gia tăng công suất nhanh chóng khi cần để ổn định lưới điện trong lúc nhu cầu cao điểm đồng thời sẽ sử dụng một phần tải khí hydro để giảm phát thải. Tallawarra cũng sẽ là nhà máy điện đầu tiên có thể tách lưới được xây dựng tại bang NSW trong hơn 12 năm và là dự án đầu tiên sử dụng công nghệ tuabin khí tiên tiến 9F.05 của GE tại châu Á. Đây hiện là công nghệ thế hệ F cao cấp nhất dành cho máy có tần số 50 Hz. Dòng tuabin thế hệ F của GE có khả năng đốt các hỗn hợp chứa từ 5 đến 100% khí hydro (theo thể tích).
Tại Châu Á - Thái Bình Dương, nhiều quốc gia có tiềm năng lớn để sản xuất điện tái tạo với chi phí thấp. Họ cũng đã và đang tìm cách để sản xuất khí hydro xanh và hydro lam. Loại nhiên liệu tiết kiệm này hứa hẹn sẽ đa dạng hóa các nguồn điện trong khu vực. Ví dụ, Australia, Singapore và Nhật Bản đang đưa ra các cam kết mạnh mẽ và hợp tác chặt chẽ với các công ty trong ngành để sản xuất khí hydro với giá phải chăng, ổn định và bền vững.
Các vấn đề về độ tin cậy và an ninh liên tục xuất hiện ở những thị trường nơi năng lượng tái tạo giữ vai trò quan trọng. Tại Việt Nam, theo Dự thảo Quy hoạch Phát triển Điện lực Quốc gia VIII mới nhất (Quy hoạch Điện VIII), công suất phát điện cả nước sẽ tăng thêm khoảng 54GW với nhiều đề án chuyển dịch rõ ràng theo hướng phát triển điện tái tạo và điện khí (sử dụng khí đốt nội địa/nhập khẩu).
Dẫu vậy, ngành năng lượng tái tạo vẫn còn phải đối mặt với nhiều vấn đề nhức nhối, điển hình như thiếu công nghệ ắc-quy để lưu trữ điện trên quy mô lớn. Những công trình truyền tải điện chiếm nhiều diện tích đất cũng là một vấn đề hóc búa. Trong khi đó, sự thiếu nhất quán trong chính sách cũng khiến cho việc định giá bán điện dài hạn vẫn còn là thách thức.
Tuy nhiên, trong Dự thảo Quy hoạch Điện VIII, GE nhận thấy nhiều cơ hội để hợp tác với lĩnh vực năng lượng tái tạo và củng cố hệ thống lưới điện vì lợi ích cuối cùng của người tiêu dùng.
Có nhiều lộ trình hướng tới một tương lai năng lượng sạch hơn thông qua khí đốt. Để hành động quyết liệt nhằm khắc phục khủng hoảng biến đổi khí hậu, chúng ta cần phải áp dụng những giải pháp đó ngay từ bây giờ.
Khó có một giải pháp toàn diện cho mọi vấn đề nhằm đạt được mục tiêu không phát thải. Trước mắt, việc cần thực hiện ngay bây giờ là triển khai song song cả điện khí và điện tái tạo.