Năng lượng mặt trời và gió đang phát triển nhanh chóng tại Mỹ. Chúng chiếm khoảng 19 phần trăm sản lượng điện hiện nay và có thể đạt hơn 40% vào năm 2030. Năng lượng sạch này sẽ nhanh chóng thay thế than đá và nhiều người cho rằng nó cũng sẽ thay thế khí đốt tự nhiên. Nhưng đó là một sai lầm: Trên thực tế, năng lượng mặt trời và gió sẽ phụ thuộc vào khí đốt trong nhiều thập kỷ tới.

Ngày nay, năng lượng mặt trời và gió có chi phí tương đối thấp và giá cả có khả năng sẽ giảm hơn nữa. Nhưng chúng không giống như nhiên liệu hóa thạch—chúng được gọi là năng lượng tái tạo biến đổi (VRE)—có nghĩa là chúng chỉ sản xuất điện khi có nắng hoặc gió thổi.

Đôi khi sự thay đổi này có thể dự đoán được. Ví dụ, năng lượng mặt trời không tạo ra điện vào ban đêm và tạo ra ít điện hơn vào mùa đông. Nhưng một số biến động là không thể đoán trước; như mây che phủ hoặc gió thấp có thể kéo dài hàng tuần. Những "thiếu hụt VRE" này không phải là vấn đề miễn là gió và mặt trời chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong sản xuất điện. Nhưng khi chúng trở nên chiếm ưu thế, làm thế nào chúng ta có thể lấp khoảng trống khi nguồn cung VRE thấp?

Các công ty điện hiện đang bổ sung nhiều pin lithium-ion thời lượng ngắn (4 giờ) để giải quyết tình trạng biến động hàng ngày và hàng giờ, cung cấp đủ điện vào buổi tối khi nhu cầu cao. DOE dự kiến ​​xu hướng đó sẽ tăng tốc, nhưng mặc dù những loại pin này đáng tin cậy và có thể mở bằng cách bật công tắc, chúng chỉ giải quyết được tình trạng thiếu hụt VRE trong vài giờ tại một thời điểm.

Tình trạng thiếu hụt VRE kéo dài hơn là một vấn đề khác. Điều gì xảy ra khi tình trạng thiếu hụt kéo dài hàng tuần hoặc hàng tháng? Làm thế nào để chúng ta duy trì bóng đèn vẫn sáng? Các nghiên cứu chi tiết—ví dụ, từ Hội Hoàng gia ở Vương quốc Anh—cho thấy có thể có những giai đoạn thời tiết xấu kéo dài, dẫn đến tình trạng thiếu hụt hàng năm tất cả đều cao tới 20% tổng sản lượng lưới điện (trong một lưới điện hoàn toàn không phát thải carbon).

Hiện tại, khi nhu cầu tăng đột biến hoặc nguồn cung bị gián đoạn, chúng ta chủ yếu chuyển sang các nhà máy điện chạy bằng khí đốt chạy theo một chu kỳ duy nhất để cung cấp điện cho các tua-bin. Các nhà máy này kém hiệu quả hơn các nhà máy tua-bin khí chu trình kết hợp (CCGT) và điện của chúng đắt hơn, vì vậy chúng được giữ trong trạng thái dự trữ và được trả tiền để cung cấp công suất dự phòng, đảm bảo luôn có đủ điện khẩn cấp. Thông thường, các nhà điều hành lưới điện dùng khoảng 15% nhu cầu điện dưới dạng công suất dự phòng. Nếu ít hơn, có thể xảy ra tình trạng mất điện. Nếu nhiều hơn, tiền sẽ bị lãng phí. Mặc dù việc sử dụng VRE tương đối khiêm tốn, các nhà máy điện theo chu kỳ có thể bù đắp được thâm hụt VRE.

Nhưng khi VRE chiếm tỷ trọng ngày càng lớn trong toàn bộ lưới điện, tác động của thời tiết bất lợi sẽ trở nên cấp bách hơn và nguồn cung sẽ trở nên biến động hơn. Một lưới điện có 40% VRE sẽ cần nhiều bảo hiểm hơn để đảm bảo đèn vẫn sáng.

Có những giải pháp thay thế cho điện chạy bằng khí đốt, các công nghệ có thể lưu trữ năng lượng trong thời gian rất dài và cung cấp theo nhu cầu ở quy mô lớn—đặc biệt là hydro, thủy điện và khí nén. Thủy điện có chi phí vận hành rẻ, là công nghệ đã lâu năm và được thiết lập tốt, và máy phát điện của nó có thể sử dụng trong nhiều thập kỷ. Nhưng chúng ta đang phá bỏ nhiều đập hơn là xây dựng, và Mỹ không có nhu cầu đối với hàng chục đập mới khổng lồ cần thiết. Ngược lại, hydro xanh có hiệu suất rất thấp—cần 100KWh điện xanh để cung cấp 40KWh điện dự trữ có thể điều độ—và rất tốn kém để sản xuất và lưu trữ, trong khi vận chuyển cũng tốn kém và có thể gây ra lượng khí thải nghiêm trọng. Hơn nữa, hydro sẽ không đột nhiên trở nên rẻ hơn nhanh chóng, như gió và mặt trời. Khí nén hiện đang hoạt động ở hiệu suất khoảng 50%. Để cải thiện đáng kể, cần phải làm mát và sau đó làm nóng lại không khí, điều này rất tốn kém khi không khí được lưu trữ trong thời gian dài. Và các loại pin điện hóa hiện đang được bổ sung vào lưới điện sẽ không cung cấp sự kết hợp giữa thời gian dài, khả năng mở rộng quy mô lớn và chi phí thấp cần thiết.

Điều này khiến chúng ta chỉ còn khí đốt.

Để có thể tạo ra một lưới điện do VRE thống trị, khí đốt tự nhiên phải được sử dụng làm lớp đệm chống lại tình trạng thiếu hụt VRE. Đó là lý do tại sao DOE dự đoán rằng công suất nhà máy điện theo chu kỳ thực sự sẽ tăng trong quá trình chuyển đổi năng lượng sạch và tại sao họ cũng không dự đoán công suất CCGT sẽ giảm đáng kể.

Tuy nhiên, chức năng của điện khí sẽ thay đổi. Ngày nay, các nhà máy CCGT chủ yếu được sử dụng làm nguồn điện cơ sở cố định, một nguồn năng lượng được sử dụng 100% thời gian, với công suất bổ sung có sẵn thông qua các nhà máy theo chu kỳ. Khi quá trình chuyển đổi năng lượng xanh diễn ra hoàn toàn, các nhà máy CCGT sẽ chuyển từ sản xuất điện cơ sở sang cung cấp bảo hiểm chống lại tình trạng gián đoạn nguồn cung, giống như các nhà máy điện theo chu kỳ đang làm hiện nay.

Xét cho cùng, chúng ta có thể hy vọng xây dựng một lưới điện xanh không phát thải. Trong thế giới đó, khí thải cuối cùng sẽ bị loại bỏ hoàn toàn. Có lẽ khí đốt sẽ được thay thế bằng các nguồn nhiên liệu mới như địa nhiệt hoặc thậm chí là nhiệt hạch, thu giữ carbon có thể loại bỏ khí thải từ các nhà máy điện khí hoặc các công nghệ lưu trữ có thể mở rộng quy mô cuối cùng có thể hoàn thiện để chúng có thể trở thành bảo hiểm năng lượng của tương lai. Nhìn chung, rõ ràng là chúng ta không có tất cả công nghệ cần thiết và chúng ta cần phải nỗ lực hơn nữa để cải thiện những công nghệ quan trọng đó, nhiều công nghệ trong số đó vẫn chưa sẵn sàng để triển khai thương mại hoàn toàn.

Trong thời gian chờ đợi, chúng ta phải hiểu rằng tại Mỹ, khí đốt sẽ là yếu tố quan trọng thúc đẩy năng lượng gió và mặt trời, mang lại độ tin cậy cho lưới điện mà nếu chỉ có gió và mặt trời thì không thể làm được. Nếu chúng ta nghiêm túc về quá trình khử cacbon, thì đó chính là điều cần thiết: quan điểm thực tế về ngắn hạn và trung hạn, cam kết tài chính lớn để phát triển các công nghệ quan trọng sẽ cung cấp năng lượng giá rẻ và đáng tin cậy, và hiểu biết thực tế về vai trò thay đổi nhưng vẫn quan trọng của khí đốt trong lưới điện khử cacbon, nơi khí đốt vẫn sẽ cần thiết trong nhiều thập kỷ tới.

Robin Gaster là Giám đốc nghiên cứu của Quỹ đổi mới và công nghệ thông tin (ITIF).

Nguồn tin: xangdau.net/Zerohedge.com