2.1. Cơ sở lý luận về phát triển năng lƣợng tái tạo
2.1.1. Khái niệm, đặc điểm, điều kiện phát triển năng lượng tái tạo
2.1.1.1. Khái niệm
Năng lượng tái tạo đã được con người sử dụng từ rất lâu trong quá khứ cho đến khi con người phát hiện ra than đá, dầu mỏ, khí đốt thì những nguồn năng lượng nói trên ít được đề cập đến nữa. Phải đến những năm cuối thế kỷ 20, trước sự dần cạn kiệt của nguồn nhiên liệu truyền thống như than đá, dầu mỏ, khí đốt, cùng với nguy cơ của các thảm họa mơi trường và biến đổi khí hậu, các nguồn năng lượng tái tạo bắt đầu được đề cập đến nhiều, nhất là trong các diễn đàn quốc tế. Nhiều tổ chức, nhà nghiên cứu đã đưa ra những khái niệm về năng lượng tái tạo.
Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA) cho rằng: ―Năng lượng tái tạo là năng lượng có nguồn gốc tự nhiên như ánh sáng mặt trời, gió và được bổ sung với một tốc độ nhanh hơn so với chúng được tiêu thụ‖. Khái niệm này phản ánh đầy đủ hai đặc tính của năng lượng tái tạo đó là tính vơ hạn và có nguồn gốc tự nhiên. Khái niệm này cũng khơng mắc phải hạn chế đó là liệt kê các dạng năng lượng tái tạo, do đó việc bổ sung các nguồn năng lượng tái tạo mới có thể được tìm thấy trong tương lai cũng không làm sai bản chất của khái niệm này [85].
Omar và cộng sự đưa ra khái niệm ―Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, năng lượng sóng, năng lượng địa nhiệt‖ [113]. Theo định nghĩa này, năng lượng tái tạo có hai đặc điểm là vơ hạn và có
nguồn gốc tự nhiên. Vơ hạn có hai nghĩa: hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể cạn kiệt do sự sử dụng của con người (như năng lượng mặt trời, năng lượng gió) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (như năng lượng sinh khối) trong các quy trình cịn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất. Nếu theo khái niệm này thì có thể dẫn tới năng lượng tái tạo không bao hàm các dạng năng lượng tái tạo mới mà sẽ được tìm thấy trong tương lai.
Dự thảo Nghị định về khuyến khích, hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo lần thứ 5 ngày 28/8/2009 do Bộ Cơng Thương chủ trì soạn thảo có đưa ra khái niệm: Năng lượng tái tạo là các dạng năng lượng phi hóa thạch và có khả năng tái tạo, bao gồm: các nguồn thủy điện nhỏ, năng lượng biển (phát điện bằng sóng biển, thủy triều, năng lượng dịng hải lưu), năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối và nhiên liệu sinh học [3]. Khái niệm này gặp phải hạn chế là có thể dẫn tới năng lượng tái tạo sẽ khơng bao hàm các dạng năng lượng mới mà có thể sẽ được tìm thấy trong tương lai.
Trước những vấn đề về ô nhiễm mơi trường và BĐKH trên phạm vi tồn cầu như hiện nay thì năng lượng tái tạo vừa được coi là nguồn năng lượng dồi dào vơ hạn, có nguồn gốc từ tự nhiên, vừa được coi là nhân tố quan trọng trong việc giảm thải lượng khí carbon và các loại ơ nhiễm khác. Đây là mục tiêu mà nhân loại hướng tới. Do vậy, những nguồn năng lượng tuy đáp ứng được đầy đủ cả hai đặc tính là vơ hạn và nguồn gốc tự nhiên, nhưng việc tạo ra nó lại có tác động xấu rất lớn đến mơi trường như thủy điện lớn (trên 50MW) vẫn không được xếp vào danh mục NLTT. Từ đó, tác giả đề xuất khái niệm như sau:
Năng lƣợng tái tạo là năng lượng có nguồn gốc từ các q trình tự nhiên của
Trái Đất, không hữu hạn hoặc khơng thể sử dụng hết và ít gây tác động xấu đến môi trường.
Theo khái niệm này thì các dạng năng lượng tái tạo chủ yếu hiện nay bao gồm: Năng lượng mặt trời
Năng lượng gió
Năng lượng sinh khối Năng lượng thủy điện
Nhiên liệu hydrogen và pin nhiên liệu hydro Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng đại dương
Các dạng năng lượng tái tạo khác
Năng lƣợng mặt trời: là năng lượng bức xạ và nhiệt được tạo ra bởi Mặt Trời
dưới dạng năng lượng điện hoặc nhiệt năng. Năng lượng mặt trời được tạo ra bằng cách thu năng lượng bức xạ từ ánh sáng Mặt Trời và chuyển nó thành nhiệt, điện hoặc nước nóng, trong đó phổ biến nhất là bằng hệ thống quang điện (PV). Hệ thống quang điện (PV) có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng thông qua việc sử dụng pin mặt trời. Quang điện là phương pháp sử dụng những tấm pin mặt trời để thu nhận và biến đổi trực tiếp ánh sáng Mặt Trời (nắng) thành điện năng. Ngoài việc sử dụng quang điện để tạo ra điện, năng lượng mặt trời thường được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt để làm nóng khơng gian hoặc đun nước nóng.
Năng lƣợng gió: là năng lượng được tạo ra từ q trình gió sử dụng hoạt động
di chuyển của mình để tạo ra năng lượng cơ học. Tuabin gió là thiết bị chuyển hóa từ động năng thành cơ năng. Để tạo ra điện năng, năng lượng gió đã tác động lên cánh quạt của tuabin khiến chúng quay. Khi đó, q trình biến đổi năng lượng được diễn ra. Nhờ trục quay của tuabin được nối với máy phát điện nên nhờ đó năng lượng điện được tạo ra.
Năng lƣợng sinh khối (biomass energy): là năng lượng có nguồn gốc
phương pháp khác nhau được sử dụng để tạo ra năng lượng sinh khối như đốt sinh khối, hoặc khai thác khí mêtan được tạo ra từ sự phân hủy tự nhiên của các vật liệu hữu cơ như trấu, rơm rạ, bã mía hoặc chất thải từ các hoạt động sinh hoạt của con người (rác, bùn, nước cống), bằng cách sử dụng các vật liệu này chuyển hóa thành điện năng hoặc nhiệt năng. Năng lượng sinh khối bao gồm: gỗ và chất thải gỗ; chất thải rắn đơ thị; khí bãi chơn lấp và khí sinh học; Ethanol, dầu Diesel sinh học.
Do luận án chỉ tập trung nghiên cứu về năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh khối, nên các loại năng lượng tái tạo như năng lượng thủy điện, năng lượng địa nhiệt, nhiên liệu hydrogen và pin nhiên liệu hydro, năng lượng đại dương, các dạng năng lượng tái tạo khác, tác giả sẽ không đề cập đến khái niệm cụ thể.
2.1.1.2. Đặc điểm của năng lượng tái tạo
Ƣu điểm
Năng lƣợng tái tạo là vô hạn và tồn tại ở khắp mọi nơi trên Trái Đất: Các dạng NLTT như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt… khơng mất chi phí nhiên liệu (trừ năng lượng sinh khối). Năng lượng sinh khối cũng có trữ lượng lớn và chi phí nhiên liệu thấp. So với các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ, khí đốt tự nhiên đang ngày càng cạn kiệt, chỉ đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người thêm khoảng 50-70 năm, ưu điểm này là một thế mạnh vượt trội. Khi hành tinh của lồi người cịn tồn tại thì những nguồn năng lượng tái tạo sẽ cịn vơ hạn, đảm bảo an ninh năng lượng cho mỗi quốc gia [87].
Năng lƣợng tái tạo là nguồn năng lƣợng sạch, có nguồn gốc từ thiên nhiên, thân thiện với mơi trƣờng, ít gây ơ nhiễm: Nguồn năng lượng thu được từ NLTT không chứa nguyên tố carbon và các nguyên tố khác nên khi sử dụng hoàn tồn khơng phát thải carbon và các khí thải độc hại khác nên ít làm thay đổi mơi trường khí hậu và đảm bảo cân bằng hệ sinh thái. Tuy nhiên,
trong các nguồn NLTT thì năng lượng sinh khối được tạo ra từ sinh khối và chất thải đều có nguồn gốc hữu cơ chứa carbon, nên khi sử dụng chúng tất yếu sẽ có phát thải CO2 vào khí quyển. Nhưng vì các vật liệu sinh học là thực vật nên trong quá trình tái tạo đã hấp thụ CO2 trong khí quyển thực hiện q trình quang hợp để tạo ra những vật liệu hữu cơ chứa Carbon mới là những Carbohydrate, nên xét về tổng thể nguồn năng lượng từ vật liệu sinh học tạo ra CO2 khi sử dụng coi như cân bằng CO2 trong thiên nhiên, do đó khơng bổ sung thêm nguồn phát thải CO2 vào khí quyển [87]. Mặc dù mỗi hình thức sản xuất năng lượng đều ít nhiều gây ảnh hưởng đến mơi trường, nhưng trong số đó, NLTT là đối tượng ít gây ảnh hưởng đến môi trường nhất.
Năng lƣợng tái tạo có thể cung cấp triển vọng mới cho nơng thơn, giúp ngƣời dân có thể tiếp cận mạng lƣới điện hiện đại, nơi mà khó có thể thiết lập mạng lƣới điện, đóng góp vào cơng cuộc chống đói nghèo: Năng lượng tái tạo thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống trong bốn lĩnh vực gồm: phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ, và hệ thống điện độc lập nơng thơn. Một địa phương có thể tự sản xuất ra điện bằng cách lắp đặt các tấm pin mặt trời để hấp thụ năng lượng từ đó tạo ra điện năng, nếu sử dụng đúng cách năng lượng dư thừa có thể được giữ tại bộ lưu trữ để dùng sau hoặc được truyền tải lên mạng lưới điện địa phương để cung cấp cho những nơi khác làm tăng thu nhập cho người dân. NLTT có thể giúp nhiều nước đang phát triển giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch và sự căng thẳng tài chính gây ra bởi biến động giá dầu thế giới. NLTT còn tạo ra nhiều cơ hội đầu tư mới và việc làm, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế [130]. Mặc dù có rất nhiều ƣu điểm nhưng năng lượng tái tạo cũng có một số
nhƣợc điểm như sau:
Năng lƣợng tái tạo có tính ổn định thấp hơn so với các nguồn năng lƣợng truyền thống do đây là nguồn năng lƣợng có nguồn gốc từ tự nhiên nên phụ thuộc vào các điều kiện tự nhiên: Chỉ có thể khai thác năng lượng
mặt trời vào ban ngày và vào những ngày có mặt trời, cịn ban đêm hay những ngày trời âm u, mưa thì hệ thống sẽ khơng hoạt động. Hay với năng lượng gió, các tua-bin gió chỉ có thể sinh điện vào những thời điểm có tốc độ gió thổi trong khoảng 4-25 m/s. Tốc độ gió phải tối thiểu 4 m/s thì các tua-bin gió mới bắt đầu chạy đều và phát điện, nhưng nếu vượt qua 25 m/s thì các tua-bin sẽ ngừng hoạt động để tránh hỏng hóc trong điều kiện gió mạnh. Năng lượng tái tạo khơng thể tồn trữ để sử dụng vào những thời điểm không thu nhận được chúng như vào ban đêm, ngày nhiều mây, ngày gió lặng. Do vậy khó cho các nhà quản lý trong việc hoạch định sản xuất và tiêu thụ.
Việc khai thác năng lƣợng tái tạo địi hỏi cơng nghệ tiên tiến nên chi phí đầu tƣ ban đầu rất cao, đẩy giá thành lên cao hơn, dẫn đến khó cạnh tranh hơn so với năng lƣợng không tái tạo: Các nguồn năng lượng tái tạo tuy phong phú và không mất tiền mua (trừ năng lượng sinh khối), nhưng lại phân tán. Việc tập trung và thu lấy chúng từ thiên nhiên để chuyển hóa thành các chất mang năng lượng khác nhau với hiệu suất chuyển hóa năng lượng cao địi hỏi chi phí đầu tư cho nghiên cứu, chi phí về kỹ thuật cơng nghệ, về vật liệu mới là rất lớn.
NLTT trong một số trƣờng hợp cũng có một số hạn chế ảnh hƣởng rất lớn đến phát triển kinh tế bền vững: Đó là chi phí xử lý các tấm pin mặt
trời khi hết hạn sử dụng, tác động về tiếng ồn và sóng siêu âm làm thiệt hại về khai thác hải sản gần các cơng trình điện gió, suy giảm sinh thái rừng khi lạm dụng phát triển năng lượng sinh khối từ rừng.
2.1.1.3. Điều kiện phát triển năng lượng tái tạo
NLTT là một ngành công nghiệp mới và đặc thù. Vì vậy việc phát triển NLTT phụ thuộc vào những điều kiện, bao gồm:
Vị trí địa lý: Tùy thuộc vào đặc điểm địa lý mà mỗi quốc gia có thể có những
Vốn đầu tƣ, tài chính quốc gia: Việc đầu tư vào các dự án NLTT có chi phí
đầu tư ban đầu là rất lớn, do đó địi hỏi một nguồn vốn đủ lớn và tài chính quốc gia đủ mạnh.
Hệ thống lƣới điện truyền tải: Hệ thống lưới điện trước đây được thiết kế chỉ
phù hợp với lĩnh vực năng lượng truyền thống. Vì vậy, cần nâng cấp và cải thiện để phù hợp với khả năng nối lưới của các dự án NLTT lên hệ thống điện quốc gia.
Kỹ thuật và công nghệ, nguồn nhân lực: Để phát triển NLTT hiệu quả, đòi hỏi
cần phải đầu tư mới về kỹ thuật và công nghệ hiện đại. Máy móc và thiết bị cho sản xuất NLTT đều là những công nghệ mới, hàm lượng kỹ thuật cao với thiết kế siêu trường, siêu trọng nên địi hỏi phải có đủ nguồn nhân lực trình độ cao và kỹ năng cần thiết để sản xuất, lắp đặt và vận hành các nhà máy hoặc cơ sở dựa trên một công nghệ năng lượng tái tạo.
Chính sách phát triển: Sự phát triển của NLTT cần có cơ chế chính sách ưu
tiên thúc đẩy phát triển NLTT và những hành động thực thi chính sách quyết liệt bao gồm việc thu hút vốn đầu tư, hỗ trợ về tài chính, thủ tục hành chính và quy trình thủ tục cấp phép dự án, giảm giá thành sản xuất do giá sản xuất điện như hiện nay vẫn rất khó cạnh tranh với các dạng năng lượng truyền thống như nhiệt điện than hay thủy điện, có giá thành chỉ bằng một nửa, nếu khơng có các cơ chế chính sách thích hợp thì cơ hội cạnh tranh của các nguồn NLTT là rất thấp. Các mục tiêu chiến lược được thực hiện đối với NLTT về cơ bản là tăng khả năng cạnh tranh, đảm bảo nguồn cung cấp, giảm tiêu hao tài ngun và bảo vệ mơi trường.
Nhận thức của Chính phủ và cộng đồng: Phát triển NLTT còn phụ thuộc vào
việc Chính Phủ và người dân nhận thấy được lợi ích của nó trong nền kinh tế như thế nào, đặc biệt là trong điều kiện cần ưu tiên thực hiện các cam kết quốc tế về giảm phát thải khí nhà kính. Chỉ khi có sự quan tâm, chỉ đạo của Nhà nước thơng qua một hệ thống chính sách, một chương trình
thống nhất và sự tài trợ thích đáng của ngân sách, cũng như các trợ giúp quốc tế về kỹ thuật, cơng nghệ, tài chính và sự lựa chọn tiêu dùng cao của người dân thì mới có thể đạt được những kết quả nhất định trong phát triển NLTT gắn với PTKTBV.