Chi phí lưu trữ cao và những vấn đề của điện Mặt Trời

Nếu nhìn qua, chúng ta sẽ chưa thể hiểu ngay tại sao việc chuyển đổi này lại làm phát sinh Chi phí Xanh. Các nhà máy điện sử dụng khí đốt tự nhiên luôn phải mua nhiên liệu trong quá trình hoạt động; các cánh đồng điện gió và điện Mặt Trời, cũng như đập thủy điện không phải tốn chi phí cho nhiên liệu. Ngoài ra, công nghệ sẽ rẻ hơn nếu nó được triển khai trên quy mô lớn. Vậy tại sao chúng ta lại phải tốn thêm chi phí để bảo vệ môi trường.

Vấn đề đầu tiên là nhiên liệu hóa thạch quá rẻ. Bởi vì giá của chúng không bao gồm cái giá thực sự của biến đổi khí hậu - thiệt hại kinh tế xuất hiện khi chúng làm hành tinh nóng lên - nên các nguồn năng lượng sạch khó cạnh tranh với chúng hơn. Chúng ta cũng đã dành nhiều thập niên để xây dựng một hệ thống khai thác nhiên liệu hóa thạch từ lòng đất, sản xuất và phân phối năng lượng từ chúng; tất cả quá trình đó đều rất rẻ.

Một lý do khác, như đã đề cập trước đó, là một số nơi trên thế giới chỉ đơn giản không có đủ tài nguyên tái tạo. Để tiến gần tới mức 100% điện sạch, chúng ta phải đưa rất nhiều năng lượng sạch từ nơi sản xuất (những địa điểm có nhiều nắng, lý tưởng nhất là gần đường xích đạo và/hoặc có nhiều gió) đến nơi cần (những địa điểm nhiều mây và không có gió).

Điều này đòi hỏi chúng ta phải xây dựng các đường dây truyền tải điện mới, một công việc tiêu tốn nhiều tiền và thời gian - đặc biệt nếu nó đi qua biên giới quốc gia - và lắp đặt càng nhiều đường dây truyền tải thì giá điện lại càng tăng. Trên thực tế, việc truyền tải và phân phối chiếm hơn một phần ba giá điện tiêu thụ. Thêm vào đó, nhiều quốc gia không muốn bị phụ thuộc vào nguồn điện của nước ngoài.

Nhưng giá dầu thô rẻ và đường truyền tải điện đắt đỏ lại không phải là nguyên nhân lớn nhất gây ra Chi phí Xanh. Thủ phạm chính là nhu cầu của chúng ta về tính ổn định và mối nguy của sự gián đoạn.

Nhà máy năng lượng Mặt Trời của Heliogen ở Lancaster, California Ảnh: Heliogen.

Mặt Trời và gió là những nguồn năng lượng không liên tục, điều này nghĩa là chúng không thể tạo ra điện 24 giờ một ngày, 365 ngày một năm. Nhưng nhu cầu điện của chúng ta lại liên tục; chúng ta muốn có điện vào mọi lúc. Vì vậy, nếu muốn để năng lượng Mặt Trời và gió chiếm phần lớn trong nguồn cung ứng điện và muốn tránh tình trạng mất điện diện rộng, chúng ta sẽ cần các lựa chọn thay thế cho những lúc Mặt Trời không chiếu sáng và gió không thổi. Hoặc chúng ta cần sử dụng pin để tích trữ lượng điện dư thừa (điều mà tôi sẽ chứng minh là quá đắt đỏ), hoặc chúng ta cần bổ sung các nguồn năng lượng khác sử dụng nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như các nhà máy điện sử dụng khí đốt tự nhiên chỉ hoạt động khi cần thiết.

Dù chọn cách nào đi chăng nữa, chúng ta đều sẽ gặp bất lợi. Khi chúng ta vươn đến mức 100% điện sạch, vấn đề gián đoạn sẽ ngày càng lớn hơn và tốn kém hơn.

Ví dụ rõ ràng nhất về sự gián đoạn là khi Mặt Trời lặn và cắt mất nguồn cung ứng điện từ ánh sáng. Giả sử chúng ta muốn giải quyết vấn đề bằng cách lưu trữ một kilowatt giờ điện dư thừa được tạo ra vào ban ngày để sử dụng vào buổi đêm. (Bạn sẽ cần nhiều điện hơn thế, nhưng tôi sử dụng một kilowatt giờ để đơn giản hóa phép toán.) Việc này sẽ làm hóa đơn điện của chúng ta tăng thêm bao nhiêu?

Đáp án phụ thuộc vào hai yếu tố: chi phí của pin và thời lượng sử dụng của pin trước khi chúng ta phải thay thế nó. Về chi phí, hãy giả định rằng chúng ta có thể mua loại pin một kilowatt giờ với giá thành là 100 đôla. (Đây là một ước tính thận trọng và tôi sẽ tạm thời bỏ qua trường hợp phải vay tiền để làm điều này.) Về thời lượng sử dụng của pin, hãy giả định nó có thể trải qua 1.000 chu kỳ nạp xả. Do đó, chi phí vốn đối với loại pin một kilowatt giờ này sẽ là 100 đôla trải dài trên 1.000 chu kỳ, tương đương với 10 cent cho mỗi kilowatt giờ. Đó là còn chưa kể đến chi phí của việc tạo ra điện, với năng lượng Mặt Trời là khoảng 5 cent cho mỗi kilowatt giờ.

Nói cách khác, lượng điện chúng ta lưu trữ để sử dụng vào ban đêm sẽ có giá gấp ba so với ban ngày - 5 cent để sản xuất và 10 cent để lưu trữ, tổng cộng là 15 cent. Tôi biết những nhà nghiên cứu cho rằng họ có thể tạo ra một loại pin có tuổi thọ cao hơn gấp năm lần so với loại mà tôi đã mô tả.

Họ vẫn chưa thành công, nhưng nếu việc này thành hiện thực, nó sẽ khiến mức chi phí tăng thêm giảm từ 10 cent xuống còn 2 cent, một mức gia tăng thấp hơn nhiều. Dù sao, vấn đề này có thể được giải quyết, nếu bạn sẵn sàng trả mức chi phí tăng thêm ở mức cao, và với những cải tiến mà tôi tin rằng có thể giúp hạ thấp giá thành.

Thật không may, sự gián đoạn vào khi Mặt Trời lặn không phải là vấn đề khó giải quyết nhất. Sự thay đổi giữa mùa hè và mùa đông thậm chí còn là một trở ngại lớn hơn. Chúng ta có nhiều cách để cố gắng đối phó - chẳng hạn bổ sung năng lượng bằng một nhà máy điện hạt nhân hoặc nhiệt điện khí được trang bị công nghệ thu hồi khí thải và bất cứ viễn cảnh thực tế nào cũng đều bao gồm những lựa - chọn này.

Tôi sẽ đề cập đến chúng ở phần sau của chương này, nhưng để đơn giản, hiện tại tôi sẽ chỉ sử dụng pin để minh họa vấn đề về sự thay đổi theo mùa. Giả sử chúng ta muốn lưu trữ một kilowatt giờ, nhưng không phải cho một ngày, mà là cho cả mùa. Chúng ta sẽ sản xuất điện trong mùa hè và tiêu thụ trong mùa đông để chạy máy sưởi trong nhà.

Lần này, vòng đời của pin không phải là vấn đề vì chúng ta chỉ sạc pin mỗi năm một lần. Nhưng giả sử chúng ta cần được cấp vốn để mua pin. Hãy cho rằng chúng ta cần 100 đôla tiền vốn. (Hiển nhiên là bạn sẽ không cần đến tài trợ đối với một viên pin 100 đôla, nhưng với số lượng pin để lưu trữ một vài gigawatt thì có. Và cách tính toán ở đây cũng giống như vậy).

Nếu viên pin có giá 100 đôla và chúng ta trả lãi suất 5% cho số vốn, vậy chúng ta sẽ tốn thêm 5 đôla để lưu trữ một kilowatt giờ. Và hãy nhớ về số tiền chúng ta trả cho năng lượng Mặt Trời vào ban ngày: chỉ 5 cent. Ai lại trả 5 đôla để lưu trữ lượng điện trị giá 5 cent? Sự gián đoạn theo mùa và chi phí lưu trữ cao còn gây ra một vấn đề khác, đặc biệt với những người sử dụng nhiều năng lượng Mặt Trời - đó là hiện tượng thừa điện vào mùa hè và thiếu điện vào mùa đông.

Vì trục Trái Đất nghiêng nên lượng cũng như cường độ ánh sáng chiếu xuống bất kỳ nơi nào đều sẽ thay đổi theo mùa. Mức độ khác biệt lớn đến đâu phụ thuộc vào khoảng cách từ nơi đó đến đường xích đạo. Tại Ecuador, dường như không có sự thay đổi nào. Ở khu vực Seattle, nơi tôi sống, lượng ánh sáng Mặt Trời vào ngày dài nhất nhiều gấp đôi so với ngày ngắn nhất. Một số vùng tại Canada và Nga có sự chênh lệch gấp khoảng 12 lần.

Bill Gates/Omega Plus và NXB Hà Nội