Dự báo bức tranh điện năng lượng tái tạo toàn cầu trong 25 năm tới

Theo tạp chí Năng lượng Việt Nam, tương lai của năng lượng tái tạo toàn cầu trong 25 năm tới dự kiến sẽ có những thay đổi mạnh mẽ, với các nguồn năng lượng sạch đóng vai trò chủ đạo trong cơ cấu sản xuất điện.

Tương lai rõ ràng sẽ dành cho điện sạch

Đến năm 2050, năng lượng gió và mặt trời sẽ chiếm 70% tổng sản lượng điện, trong khi các nguồn tái tạo khác như thủy điện, địa nhiệt và sinh khối cũng sẽ đóng góp lớn, giúp tổng tỷ lệ năng lượng tái tạo đạt 82%. Mặc dù năng lượng hạt nhân sẽ giảm dần về tỷ trọng, chỉ chiếm 6%, công suất của nó vẫn tăng đáng kể. Điều này thể hiện sự thay đổi rõ rệt trong cơ cấu sản xuất điện, với nguồn hóa thạch chỉ còn 12%, đánh dấu một sự đảo ngược lớn so với hiện tại nhưng chưa hoàn toàn đạt mục tiêu phát thải ròng bằng không.

Tăng trưởng và xanh hóa hệ thống điện của 3 thị trường điện lớn nhất khu vực: Trung Quốc, Bắc Mỹ và châu Âu. Ảnh: nangluongvietnam.vn

Tuy nhiên, sự thay đổi này không đồng nhất giữa các khu vực. Đông Bắc Á được dự báo sẽ vẫn phụ thuộc nhiều vào nguồn hóa thạch trong sản xuất điện vào năm 2050, trong khi các khu vực khác đã vượt mốc 50% về tỷ trọng năng lượng gió và mặt trời. Các chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng sạch và sự giảm giá của công nghệ đã và đang thúc đẩy quá trình này. Dự kiến, chi phí sản xuất điện mặt trời sẽ giảm một nửa vào năm 2050, khiến nó trở thành nguồn điện rẻ nhất thế giới, chỉ với khoảng 21 USD/MWh. Điện gió cũng giảm giá đáng kể, với mức giảm 44% cho các trang trại trên bờ, 36% cho ngoài khơi móng cố định, và 75% cho ngoài khơi móng nổi.

Sự tăng trưởng của các nguồn năng lượng sạch đồng nghĩa với việc điện sẽ trở thành một phần không thể thiếu của hầu hết các ngành công nghiệp và đời sống. Nhu cầu điện toàn cầu dự kiến sẽ tăng từ 33 PWh lên 68 PWh vào năm 2050, với phần lớn mức tăng này đến từ các ứng dụng mới như điện khí hóa giao thông, nơi 75% số lượng xe sẽ là xe điện, cùng với nhu cầu làm mát tăng do biến đổi khí hậu. Hệ thống điện phân sản xuất hydrogen xanh cũng sẽ tiêu thụ thêm 3,4 PWh điện mỗi năm, cung cấp một giải pháp sạch và bền vững cho các ngành công nghiệp nặng.

Điện sẽ dần thay thế các nguồn năng lượng khác trong các tòa nhà, khi tỷ lệ điện trong tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà tăng từ 34% năm 2022 lên 52% năm 2050. Trong sản xuất công nghiệp, sử dụng điện trong hệ thống bơm nhiệt và lò điện hồ quang trong sản xuất thép cũng sẽ tăng đáng kể, góp phần vào sự chuyển đổi toàn diện của ngành năng lượng.

Bức tranh phát triển ngành điện trong tương lai

Một trong những thách thức lớn nhất đối với hệ thống điện tương lai là khả năng điều chỉnh phụ tải để thích ứng với nguồn điện tái tạo biến đổi. Các mô hình phụ tải mới sẽ đòi hỏi sự linh hoạt trong việc tiêu thụ điện, để tận dụng các khoảng thời gian mà nguồn điện tái tạo như năng lượng mặt trời và gió đạt đỉnh. Điều này có thể giúp giảm phụ thuộc vào các giải pháp lưu trữ tốn kém và tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống lưới điện. Công tơ thông minh và biểu giá điện tiên tiến sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh phụ tải, giúp người tiêu dùng hưởng lợi từ việc tiêu thụ điện vào những thời điểm có giá rẻ hơn.

Thị trường cho dịch vụ linh hoạt và lưu trữ điện cũng sẽ phát triển mạnh, đặc biệt khi tỷ lệ năng lượng tái tạo biến đổi gia tăng. Pin lithium-ion dự kiến sẽ trở thành nguồn cung chính cho tính linh hoạt của hệ thống điện, với công suất tăng từ 1,2 TWh vào năm 2030 lên 27 TWh vào năm 2050. Xe điện cũng đóng vai trò ngày càng quan trọng, với dự báo rằng 10% số xe sẽ tham gia vào việc hỗ trợ lưới điện thông qua công nghệ kết nối xe vào lưới (V2G). Ngoài ra, các giải pháp lưu trữ dài hạn như thủy điện tích năng và pin hóa học cũng sẽ là chìa khóa để đảm bảo sự ổn định của lưới điện khi tỷ lệ năng lượng tái tạo tăng cao.

Sự mở rộng của lưới điện là yếu tố then chốt trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Đến năm 2050, tổng chiều dài lưới điện toàn cầu dự kiến sẽ tăng gấp đôi, từ 100 triệu km lên 200 triệu km, cùng với việc công suất lưới tăng gấp 2,5 lần. Lưới điện ngoài khơi đặc biệt sẽ phát triển mạnh mẽ, với tổng chiều dài tăng 14 lần. Điều này phản ánh sự gia tăng đầu tư vào các dự án hạ tầng lớn, được hỗ trợ bởi các chính sách mạnh mẽ ở Mỹ, Trung Quốc, châu Âu và nhiều khu vực khác.

Việc số hóa và áp dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong quản lý hệ thống điện cũng sẽ trở nên quan trọng hơn. AI sẽ giúp tối ưu hóa việc quản lý lưới điện, dự đoán chính xác mức phụ tải và giúp các nhà vận hành lưới điện xử lý các tình huống phức tạp do các nguồn năng lượng tái tạo biến đổi gây ra. Dù hiện tại, vai trò của AI còn bị đánh giá quá cao trong ngắn hạn, trong dài hạn, nó sẽ đóng góp to lớn vào quá trình khử cacbon và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện.

Tuy nhiên, một thách thức lớn trong tương lai là an ninh mạng. Với sự phát triển của lưới điện số hóa và tích hợp các công nghệ thông minh, nguy cơ tấn công mạng đối với hệ thống điện cũng tăng cao. Điều này đòi hỏi phải có các quy định nghiêm ngặt và chiến lược an ninh mạng phù hợp để bảo vệ hệ thống điện khỏi các mối đe dọa ngày càng phức tạp.

Trong 25 năm tới, tương lai của năng lượng tái tạo hứa hẹn sẽ là một hành trình chuyển đổi sâu sắc và toàn diện. Năng lượng gió, mặt trời cùng với các công nghệ lưu trữ và số hóa sẽ đóng vai trò trung tâm trong hệ thống điện toàn cầu, giúp giảm phát thải và cải thiện hiệu quả năng lượng. Tuy nhiên, sự chuyển đổi này cũng sẽ đối mặt với nhiều thách thức, từ việc mở rộng lưới điện đến đảm bảo an ninh và tính linh hoạt của hệ thống.