Quy hoạch nguồn điện: Nhìn lại cơ cấu điện của thế giới

Tổng quan cơ cấu điện thế giới

Lịch sử điện phát triển từ rất lâu đời và phức tạp, với vô số cột mốc công nghệ, khái niệm và kỹ thuật. Tiếp cận điện năng phổ cập là một mục tiêu phát triển quan trọng và là trọng tâm của một số sáng kiến ​​toàn cầu quan trọng của Liên hợp quốc (LHQ). Theo báo cáo của Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA), tổng sản lượng điện toàn cầu năm 2020 của thế giới là 26,8 triệu GWh, trong đó các quốc gia sản xuất điện lớn nhất thế giới lần lượt là Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Nga, Nhật Bản...

Ảnh minh họa

Về sản lượng điện bình quân đầu người năm 2020 (kWh/người): Của toàn thế giới là 3.424, giảm so với năm 2019 khoảng 2,0%. Trong đó, Bắc Mỹ: 10.500 (cao gấp gần 3,1 lần bình quân của thế giới); Nam và Trung Mỹ: 2.444; châu Âu: 5.701; các nước thuộc Cộng đồng các Quốc gia độc lập (CIS): 5.661; Trung Đông: 4.847; châu Phi: 631; châu Á-Thái Bình Dương: 3.040; các nước thuộc Tổ chức Hợp tác và phát triển kinh tế (OECD): 7.673; ngoài OECD: 2.479; EU: 6.223.

Trong số các nước đại diện, 10 nước có sản lượng điện bình quân đầu người cao nhất gồm (kWh/người): Na Uy 28.379, Kuwait 17.420, Qatar 17.378, Canada 16.988, Thụy Điển 16.705, UAE 13.929, Mỹ 12.913, Phần Lan 12.410, Hàn Quốc 11.193. Ngược lại, còn rất nhiều nước sản lượng điện bình quân đầu ngưới rất thấp (<1.000 kWh/người) như: Bangladesh 538, Pakistan 618, Sri Lanka 788, Philippines 923, v.v... và nhiều nước ở châu Phi thấp dưới 500 kWh/người, chính vì vậy, còn bình quân đầu người của châu Phi chỉ đạt 631 kWh/người.

Trong khi đó, theo báo cáo thường niên của Ember - tổ chức phi lợi nhuận và độc lập chuyên về tư vấn về khí hậu và năng lượng của Anh, năm 2021 chứng kiến ​​mức tăng hằng năm lớn nhất được ghi nhận là 1.414TWh trong nhu cầu điện toàn cầu, tăng 5,4% so với năm trước đó. Các nguồn phổ biến để sản xuất điện trên thế giới vẫn là nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên), năng lượng hạt nhân, năng lượng tái tạo (thủy điện, gió, mặt trời)...

Đặc biệt, Ember ghi nhận trong thập kỷ vừa qua, tổng sản lượng điện từ gió và mặt trời tăng trưởng trung bình 20%/năm, một kỷ lục khá ấn tượng. Năng lượng gió và mặt trời là những nguồn điện sạch phát triển nhanh nhất khi lần đầu tiên vào năm 2021 tạo ra hơn một phần mười (10,3%) điện năng toàn cầu, tăng từ 9,3% vào năm 2020 và gấp đôi so với năm 2015 khi Thỏa thuận khí hậu Paris được ký kết (4,6%).

Các nguồn điện sạch kết hợp đã tạo ra 38% điện năng trên thế giới vào năm 2021, nhiều hơn cả than đá (36%). Năm mươi quốc gia hiện đã vượt qua mốc 10% điện gió và mặt trời, với 7 quốc gia mới vào năm 2021: Trung Quốc, Nhật Bản, Mông Cổ, Việt Nam, Argentina, Hungary và El Salvador. Ba quốc gia Hà Lan, Australia và Việt Nam đã chuyển hơn 8% tổng nhu cầu điện từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng gió và mặt trời chỉ trong hai năm 2019-2020.

“Đã đến thời kỳ của điện gió và điện mặt trời. Quá trình cải cách hệ thống năng lượng hiện có đã bắt đầu. Trong thập kỷ này, tiến trình này cần được triển khai với tốc độ cực nhanh để đảo ngược sự gia tăng khí thải toàn cầu và giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu”, ông Dave Jones, lãnh đạo toàn cầu của Ember, nhấn mạnh.

Ngoài ra, nhu cầu điện đã phục hồi sau khi giảm đáng kể vì đại dịch Covid-19, khi tăng cao nhất từ ​​trước đến nay về mặt tuyệt đối là 1.414 TWh từ năm 2020 đến năm 2021. Nhiều nền kinh tế tiên tiến đã phục hồi trở lại mức trước đại dịch sau khi giảm vào năm 2020, nhưng tăng trưởng thực sự nhất phải kể đến châu Á, chủ yếu là do tăng trưởng kinh tế. Đơn cử, Trung Quốc chứng kiến ​​mức tăng lớn nhất, với nhu cầu điện năm 2021 cao hơn tới 13% so với năm 2019.

Thừa nhận vai trò quan trọng của điện trong việc chống đói nghèo toàn cầu nói chung, LHQ đặt mục tiêu đạt được khả năng tiếp cận năng lượng toàn dân vào năm 2030, thông qua sáng kiến ​​“Năng lượng bền vững cho tất cả mọi người”. Một số khu vực trên thế giới vẫn chưa đạt được khả năng tiếp cận điện năng phổ cập, đáng chú ý nhất là khu vực châu Phi cận Sahara.

Theo một số liệu của Ngân hàng Thế giới, chỉ có 15% nông thôn và 35% tổng dân số ở khu vực này được sử dụng điện. Hơn nữa, sự thiên vị thành thị trong điện khí hóa được đo bằng tỷ lệ giữa điện khí hóa nông thôn và thành thị ở châu Phi cận Sahara lớn hơn 3 lần so với bất kỳ nơi nào khác trên thế giới. Trong khi đó, Nam Á, khu vực có số liệu tiếp cận điện năng thấp thứ hai trên thế giới, có tỷ lệ điện khí hóa nông thôn cao gấp 4 lần khu vực cận Sahara của châu Phi.

Nhu cầu quy hoạch nguồn điện

Việc kiểm soát nguyên liệu thô và mua sắm năng lượng từ lâu đã trở thành yếu tố then chốt trong sự phát triển của các nền văn minh. Sự phát triển của than, khí đốt và xăng dầu làm nhiên liệu đã có tác động to lớn đến xã hội, trong đó có cả địa chính trị. Sự mở rộng đáng kể trong sản xuất, phân phối và sử dụng năng lượng đã làm dấy lên những lo ngại về môi trường như giới hạn dự trữ nhiên liệu hóa thạch, ô nhiễm và sự nóng lên toàn cầu liên quan đến sản xuất và sử dụng năng lượng, nhu cầu về các nguồn năng lượng bền vững hơn và tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng hiệu quả và giảm thiểu tác động đến môi trường.

Ngành điện đang trải qua quá trình chuyển đổi nhanh chóng trong tất cả các phân đoạn của chuỗi giá trị, nhưng đặc biệt là ở phần cuối của mạng lưới phân phối và phía khách hàng. Những tiến bộ công nghệ trong các tòa nhà năng lượng tự tạo, lưu trữ, microgrid và không có mạng lưới điện hứa hẹn sẽ biến nhiều người tiêu dùng thành những nhà tiêu dùng (người chế tạo và tiêu dùng sản phẩm).

Người ta thường cho rằng tiếp cận điện năng là điều kiện tiên quyết quan trọng để phát triển kinh tế - xã hội. Trong bối cảnh các nước đang phát triển, điều này đã được chứng minh là có liên quan đến tỷ lệ biết chữ cao hơn, cải thiện điều kiện chăm sóc sức khỏe, nâng cao cơ hội việc làm và nâng cao năng suất.

Quy hoạch điện, hay nói chung là quy hoạch năng lượng, đã được xác định ở nhiều mức độ toàn diện khác nhau. Lập kế hoạch năng lượng được coi là một quá trình chỉ hướng đến việc tìm kiếm một tổ hợp cung cấp tối ưu, thường là tối thiểu về chi phí cho một nhu cầu tập trung hoặc phi tập trung nhất định.

Tuy nhiên, có một thực tế là không có nước nào có cơ cấu nguồn điện giống nhau từ các nguồn nhiên liệu. Cơ cấu nguồn điện của từng nước tùy thuộc vào trình độ phát triển kinh tế và tiềm năng các nguồn tài nguyên năng lượng sẵn có trong nước cũng như khả năng tiếp cận các nguồn tài nguyên năng lượng ở nước ngoài của mỗi nước. Mỗi nước có một cơ cấu hợp lý phù hợp với hoàn cảnh, đặc điểm của mình trong từng giai đoạn theo hướng đảm bảo sao cho tối ưu về mặt kinh tế, sự ổn định, an toàn của hệ thống điện và bền vững về môi trường.

Ngay cả khi lượng phát thải than và điện đạt mức cao nhất mọi thời đại, thì vẫn có những dấu hiệu rõ ràng cho thấy quá trình chuyển đổi điện toàn cầu đang diễn ra tốt đẹp. Nhiều gió và năng lượng mặt trời đang được thêm vào lưới hơn bao giờ hết. Và không chỉ ở một vài quốc gia, mà trên toàn thế giới. Giúp thế giới nhận thấy vai trò của điện sạch là cần thiết để loại bỏ dần tất cả nhiên liệu hóa thạch, đồng thời giúp tăng cường an ninh năng lượng.

Nhưng với giá khí đốt cao liên tục trong bối cảnh xung đột giữa Nga với Ukraine, nên xuất hiện nguy cơ tái phát dùng than, đe dọa mục tiêu khí hậu toàn cầu. Điện sạch bây giờ cần phải được xây dựng ở quy mô hiện thực, khả thi và đã đến lúc thế giới cần cần nhanh chóng chuyển sang sử dụng điện sạch 100%. Nếu những xu hướng này có thể được nhân rộng trên toàn cầu và duy trì, ngành điện sẽ đi đúng hướng để đạt mục tiêu giữ mức tăng nhiệt ở ngưỡng 1,5 độ C.

Theo lộ trình phát thải ròng bằng 0 (Net Zero) của IEA, để có thể nắm trong tay mục tiêu này, điện gió và điện mặt trời cần đạt mốc 40% điện năng toàn cầu vào năm 2030, trong khi điện than cần giảm từ 36% xuống chỉ còn 8%.

Ngành điện trên toàn thế giới đang cố gắng giải quyết nhiều thách thức, bao gồm đa dạng hóa phát điện, triển khai tối ưu tài sản, đáp ứng nhu cầu, tiết kiệm năng lượng và giảm lượng khí thải carbon. Rõ ràng là những vấn đề quan trọng như vậy không thể được giải quyết trong giới hạn của mạng lưới điện hiện có. Lượng khí thải CO2 của ngành điện năm 2021 đã tăng lên mức kỷ lục mọi thời đại, xô đổ kỷ lục trước đó là năm 2018 với 3%.

Cụ thể, tăng 7% vào năm 2021 (778 triệu tấn) - mức tăng phần trăm lớn nhất kể từ năm 2010 và mức tăng tuyệt đối lớn nhất từ ​​trước đến nay. Mức tăng 7% sau khi giảm chỉ 3% vào năm 2020, khiến lượng khí thải tăng cao hơn so với trước khi đại dịch Covid-19 bùng phát. IEA cảnh báo rằng lượng khí thải từ điện sẽ cần phải giảm 55% vào năm 2030 nếu thế giới hy vọng hạn chế sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu và mong muốn thế giới “không carbon” vào năm 2050.