1. Giới thiệu chung

Toàn cầu, tổng mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp hàng năm (2005) ước tính là 500.10¹⁵ Btu. Riêng nước Mỹ tiêu thụ 105.10¹⁵ Btu, tập trung trong các lĩnh vực: Công nghiệp, giao thông, thương mại và dân dụng được minh họa trong Hình 1.1. Khoảng 40% tổng mức năng lượng sơ cấp được sử dụng để sản xuất điện. Gần 70% năng lượng được sử dụng trong nhà và văn phòng dưới dạng điện năng. Nhu cầu điện trên toàn thế giới là 15 nghìn tỷ kWh (2005) và đạt 19 nghìn tỷ kWh trong 2015. Mức gia tăng trung bình hàng năm về nhu cầu điện năng trên toàn thế giới là 2,6%. Tốc độ gia tăng ở các nước đang phát triển được dự đoán khoảng 5%, gần gấp đôi mức tăng trung bình của thế giới. Điện trên thế giới được sản xuất chủ yếu bằng nhiên liệu hóa thạch trong hơn hai thế kỷ, vài nơi nhu cầu điện có thể được đáp ứng bằng các nhà máy điện hạt nhân nhưng chỉ mới hơn 5 thập kỷ qua. Những lo ngại môi trường ngày càng gia tăng trong những năm gần đây liên quan đến sự nóng lên toàn cầu và những tác động tiêu cực của phát thải carbon đã đặt ra một yêu cầu mới về các nguồn năng lượng sạch và bền vững như gió, biển, mặt trời, sinh khối và năng lượng địa nhiệt. Trong số này, năng lượng gió và mặt trời đã phát triển đáng kể trong 10 năm qua. Cả hai đều là nguồn năng lượng dồi dào và không gây ô nhiễm. Ngoài ra, với hai nguồn năng lượng này, điện có thể được sản xuất và cung cấp cho khu vực lân cận, gần các nhà máy sản xuất; do đó, giúp tiết giảm chi phí lắp đặt hệ thống đường dây điện cao thế chạy từ khu vực ngoại thành và nội thành. Việc cho phép tư nhân hoá và khuyến khích lựa chọn của người tiêu dùng đối với các nguồn năng lượng xanh (green power) ở nhiều nước đang giúp mở rộng thị trường cho điện gió (wind power) và quang điện (Photovoltaic Energy) với tốc độ ngày càng tăng.

Hình 1.1: Tỉ lệ tiêu thụ năng lượng trong 3 lĩnh vực lớn của Mỹ

Tổng nhu cầu điện ở Mỹ đã đạt gần 4 nghìn tỷ kWh trong năm 2005, với tổng giá trị đạt 300 tỷ đô la. Để đáp ứng nhu cầu này, các cơ sở với công suất hơn 800 GW được lắp đặt tại Hoa Kỳ. Nhu cầu điện trên cả nước đã tăng lên theo tổng sản phẩm quốc dân (GNP). Với tốc độ đó, Mỹ cần phải bổ sung 200 GW vào 2015.

Trung Quốc hiện là nước tiêu thụ điện lớn thứ hai thế giới sau Mỹ. Nhu cầu điện năng của Trung Quốc tăng 15% trong năm 2003, so với dự báo của các nhà hoạch định kinh tế chỉ 5% . Hiện tại, tổng nhu cầu đã vượt quá 460 GW vào cuối 2005. Ấn Độ là một quốc gia có nhu cầu năng về lượng tăng hơn 10% mỗi năm. Tốc độ gia tăng này, cùng với số dân đông, sẽ làm cho hai quốc gia này phát triển nhanh chóng thị trường cho tất cả các nguồn năng lượng điện, bao gồm cả năng lượng tái tạo.

Ngày nay, việc xây dựng các nhà máy sản xuất điện năng đang trở nên phức tạp ở nhiều nơi trên thế giới vì khó khăn trong việc tìm vị trí cho lắp đặt các cơ sở sản xuất và truyền tải điện dưới bất kỳ hình thức nào. Tại Mỹ, không có nhà máy điện hạt nhân nào được yêu cầu hoặc thiết lập từ năm 1978. Với mức chi phí cao, những đổi mới về thiết kế liên quan đến an toàn trong quá trình xây dựng và sự phản đối của cộng đồng địa phương đối với các nhà máy này, các nhà máy điện hạt nhân không phải là lựa chọn hàng đầu trong ba thập kỷ qua. Nếu không có nhà máy điện hạt nhân mới được xây dựng và các nhà máy hiện tại không được cấp phép lại khi hết thời hạn 40 năm, sản lượng điện hạt nhân dự kiến sẽ giảm mạnh sau năm 2010. Sự suy giảm này phải được thay thế bằng các nguồn năng lượng khác. Với giá khí đốt tăng dài hạn, các cơ sở sản xuất có khả năng sẽ dùng than để sản xuất điện. Mỹ có trữ lượng than khổng lồ, tương đương với hơn 250 năm sử dụng ở mức hiện tại. Tuy nhiên, điều này sẽ yêu cầu các công nghệ đốt than sạch (clean coal-burning technologies) để có được sự chấp thuận hoàn toàn từ cộng đồng.

Các giải pháp thay thế cho điện hạt nhân và nhiên liệu hóa thạch là các công nghệ năng lượng tái tạo như: thủy điện, ngoài các công nghệ đã đề cập bên trên. Các dự án thủy điện quy mô lớn ngày càng trở nên khó triển khai hơn trong những năm gần đây do cạnh tranh trong việc sử dụng đất và tài nguyên nước. Các yêu cầu tái cấp phép của các nhà máy thủy điện hiện tại thậm chí có thể dẫn đến việc yêu cầu loại bỏ một số đập nhằm bảo vệ hoặc phục hồi môi trường sống của động vật hoang dã. Ngược lại, trong số các nguồn năng lượng tái tạo khác, gió và mặt trời gần đây đã cho thấy sự tăng trưởng nhanh chóng trên toàn thế giới.

Hiện trạng và lợi ích của các nguồn năng lượng tái tạo được so sánh với các nguồn thông thường trong Bảng 1.1 và Bảng 1.2.

Các nhà khoa học và nhà kinh tế về năng lượng tin rằng nguồn năng lượng tái tạo sẽ nhận được nhiều khuyến khích của quốc gia hơn nếu lợi ích xã hội của chúng được công nhận đầy đủ. Ví dụ, giá trị của việc không tạo ra 1 tấn CO₂, SO₂ và NOx, và giá trị của việc không xây dựng đường dây điện cao thế dài chạy qua khu vực nông thôn và thành thị không được phản ánh đầy đủ cho giá của năng lượng tái tạo hiện tại. Nếu năng lượng tái tạo có được chứng nhận về việc giảm ô nhiễm của phát thải 600 tấn CO₂ trên mỗi một triệu kWh điện tiêu thụ, chúng sẽ có được sự thúc đẩy lớn hơn nữa cùng với những ưu đãi nhiều hơn so với hiện tại của chính phủ Mỹ. Đọc tiếp “SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ” →