Năng lượng tái tạo- Bài 5: Đức tiên phong chuyển đổi năng lượng xanh

Công viên năng lượng mặt trời Muehlhausen ở Đức. Ảnh: AFP

Thành công của chiến lược Energiewende đã giúp nước Đức thay đổi hoàn toàn "thực đơn năng lượng”: Tỷ lệ điện từ năng lượng tái tạo đang tiến dần đến ngưỡng 50% toàn bộ nguồn cung điện năng, trong đó điện từ năng lượng mặt trời chiếm vị trí số 1.

Nếu có dịp ngược xuôi, ngang dọc khắp nước Đức trên các cung đường cao tốc Autobahn, một trong những ấn tượng có thể đập vào mắt bất kỳ ai, là những cánh đồng điện gió với hàng trăm turbine mỗi cụm, hay các cánh đồng quang điện với các module quang điện xếp thành hàng dài, vươn dọc theo những sườn đồi.

Không dừng lại ở đó, khác với điện gió, điện từ năng lượng mặt trời còn len lỏi khắp mọi ngõ ngách từ nông thôn cho đến thành phố, với những tấm pin quang điện được lắp đặt trên từng mái nhà, kho bãi cho đến các cột đèn, biển báo giao thông.

Từ những năm 1980, nước Đức với tầm nhìn dài hạn đã đề ra chiến lược Energiewende (tạm dịch là Chuyển đổi năng lượng) khi cuộc khủng hoảng dầu mỏ xảy ra khiến giá thành sản xuất điện tăng cao, trong khi làn sóng phản đối xây dựng các nhà máy điện hạt nhân trở nên mạnh mẽ sau thảm họa Chernobyl ở Ukraine.

Quốc hội Đức đã thông qua đạo luật đóng cửa dần các nhà máy điện hạt nhân, ban hành các chính sách phát triển năng lượng sạch, xây dựng lại hệ thống cùng cấp năng lượng để đảm bảo nguồn cung mà không phụ thuộc vào điện sản xuất từ than đá - nguồn điện “bẩn” nhất với môi trường.

Theo số liệu của Hiệp hội Năng lượng Đức (BDEW), trong nửa đầu năm 2019, tỷ lệ năng lượng tái tạo (hay còn gọi là điện xanh) đã đạt đến mức cao kỷ lục 44% trên tổng sản lượng điện tại Đức, tăng 6% so với cùng kỳ năm ngoái.

Trong đó, các nhà máy điện mặt trời cho sản lượng 24 tỷ Kwh, tăng 1 tỷ Kwh so với nửa đầu năm 2018.

Đặc biệt, trong tháng 6/2019, điện từ năng lượng Mặt Trời đã đạt mức cao nhất từ trước đến nay, giữ vị trí số 1 trong các nguồn năng lượng tại Đức, với sản lượng 7,17 Twh, chiếm 19,2% tổng sản lượng điện, bên cạnh 18,7% từ điện than, 18,0% từ điện gió.

Vào lúc 13h00 ngày 29/6, sản lượng điện từ năng lượng mặt trời tại Đức chạm đỉnh cao nhất, với 33,4 Gwh, chiếm hơn một nửa sản lượng lưới điện vào thời điểm đó.

Sở dĩ việc phát triển điện từ năng lượng mặt trời tại Đức bùng nổ trong những năm qua là do chi phí giảm khi giá thành các module quang điện hạ xuống mức rất thấp, trong khi nhiều nhà máy lớn đầu tư hệ thống điện mặt trời riêng để giảm chi phí năng lượng cũng như đạt được các yêu cầu về mức độ phát thải carbon trong việc bảo vệ môi trường.

Theo quy định trong Luật Năng lượng tái tạo (Luật EEG) của Đức, chậm nhất đến năm 2025, khoảng 40 - 45% là điện tái tạo; vào năm 2035 đạt khoảng 55 - 60 % và đến năm 2050 ít nhất 80% điện năng và 60% tổng nhu cầu năng lượng sẽ phải được đáp ứng từ nguồn năng lượng tái tạo.

Với tình hình hiện nay, việc nước Đức đạt đến mốc 50% điện từ năng lượng tái tạo không còn là mục tiêu xa vời.

Hiện tại, Đức cũng đã đóng cửa một số cơ sở trong tổng số 17 nhà máy điện hạt nhân trên toàn liên bang.

Những nhà máy được xây dựng từ năm 2013 vẫn tiếp tục hoạt động cho đến năm 2022, nhằm đảm bảo an ninh năng lượng trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo ở Đức. Các nhà máy điện than cũng sẽ dần phải đóng cửa, do vấn đề ô nhiễm môi trường.

Tiềm năng phát triển điện gió đang có nguy cơ bị hạn chế, do các yêu cầu cao hơn trong việc bảo vệ môi trường, sự phản đối của các địa phương và nhiều rắc rối liên quan đến thủ tục pháp lý, nhất là đối với các nhà máy điện gió đặt trong đất liền.

Bên cạnh đó, nhu cầu thay mới các turbine đã có tuổi đời 20 năm cũng tốn kém rất nhiều thời gian và chi phí, ảnh hưởng đến công suất của các nhà máy lớn.

Điều này buộc Chính phủ Đức một mặt khuyến khích phát triển điện gió trên biển, mặt khác đẩy mạnh phát triển điện mặt trời.

Nhiều bang tại Đức quy định bắt buộc các căn nhà riêng xây mới phải lắp đặt hệ thống điện mặt trời trên mái với tối thiểu 8 tấm pin, đủ dùng cho nhu cầu đun nước nóng cơ bản sử dụng trong nhà.

Việc sản xuất điện từ năng lượng mặt trời phụ thuộc vào yếu tố nắng, bao gồm thời gian nắng và cường độ bức xạ. Thời gian nắng càng dài và mức độ bức xạ càng lớn, hiệu suất sản xuất điện càng tăng.

Tuy nhiên, khi thời tiết quá nóng và kéo dài, hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện của các tấm pin quang điện bị giảm, do nhiệt độ tăng.

Trong mùa Hè nắng nóng kỷ lục 2018, với nền nhiệt cao nhất trong vòng một thế kỷ qua, việc sản xuất điện từ năng lượng mặt trời ở Đức đã bị tác động đáng kể.

Nếu cái nắng 39 độ C của tháng 7/2018 mang lại công suất 27.000MW cho toàn bộ hệ thống quang điện ở Đức, thì cái nắng chỉ 23 độ C trong tháng 5/2018 lại cho công suất lên tới 32.000MW.

Nền nhiệt vừa phải mới thực sự mang lại công suất tối ưu cho các hệ thống quang điện, trong khi nếu trời quá nắng, công suất sản xuất điện mặt trời có thể mất đi 5%.

Cũng chính vì phụ thuộc vào yếu tố thời tiết nên việc sản xuất năng lượng mặt trời cũng đòi hỏi nhiều nỗ lực để giữ cho điện áp trên lưới luôn ổn định, thông qua việc vận hành hoặc tạm ngắt các nguồn điện khác cùng đấu vào lưới điện. 

Ở quy mô nhỏ hơn, việc lưu trữ điện mặt trời sản xuất tại các hộ gia đình gặp rất nhiều khó khăn, do hệ thống pin lưu điện đắt đỏ, công suất không lớn, vòng đời sử dụng ngắn và tạo ra nhiều hệ lụy về môi trường sau khi hết vòng đời sử dụng.

Bản thân ngành công nghiệp sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời ở Đức, dù được hưởng lợi từ sự phát triển nhanh chóng của các dự án điện mặt trời, cũng đang bị cạnh tranh gay gắt từ các nhà cung cấp ở châu Á.

Từ chỗ giải quyết cho hơn 100.000 việc làm, đến năm 2016, số nhân công trong lĩnh vực này ở Đức chỉ còn lại 32.000 người.

Song song với việc xây dựng các nhà máy điện mặt trời công suất lớn, vấn đề đảm bảo năng lực truyền tải điện luôn được người Đức chú trọng.

Cũng như các lĩnh vực khác, hạ tầng luôn được đầu tư một bước trước khi các dịch vụ có thể đưa vào sử dụng.

Lưới điện cũng vậy, trước khi dự án điện mặt trời, hay điện gió hoặc bất kỳ nguồn điện nào đóng điện, lưới điện đã sẵn sàng phục vụ ở công suất và sản lượng cao nhất. 

Bên cạnh đó, lưới điện của Đức cũng được kết nối với các nước xung quanh như Bỉ, Hà Lan, Áo…, để khi cần thì có thể “ứng cứu” lẫn nhau, chia sẻ và hỗ trợ nhau trong trường hợp cần thiết.

Lưới điện được thiết kế không chỉ dựa trên một trục duy nhất, mà theo nhiều hướng khác nhau để dễ dàng truyền tải cũng như phân tải, hỗ trợ lẫn nhau trong trường hợp quá tải hoặc gặp sự cố.

Đặc biệt hơn, một phần đáng kể trong nguồn điện mặt trời ở Đức là từ các nhà máy và hộ gia đình với công suất vừa phải, mang tính chất “tự cung, tự cấp” cho nhu cầu nội tại.

Vì vậy, mặc dù tổng công suất có thể rất lớn, song điện mặt trời ở Đức được phân tán ra nhiều nơi, không gây ra áp lực quá lớn lên lưới điện.

Đã xuất hiện những lo ngại từ các nhà hoạt động môi trường về hệ quả lâu dài mà điện mặt trời có thể gây ra, từ việc xử lý các tấm pin quang điện đã hết hạn sử dụng.

Thành phần các tấm pin năng lượng mặt trời này có những chất có nguy cơ gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và tác động xấu đến môi trường.

Vì thế, bài toán xử lý pin năng lượng mặt trời sau khi sử dụng cũng đang được nước Đức đầu tư nghiên cứu, tương tự vấn đề pin thải loại từ các xe ô-tô chạy điện, vốn đang được cho là giải pháp cứu vãn môi trường do xe chạy diesel hay xăng gây ô nhiễm quá mức.

 Điện từ năng lượng mặt trời không hoàn toàn là một bức tranh màu hồng, nhưng về cơ bản, đây là nguồn năng lượng tối ưu bậc nhất hiện nay, nhất là trong tương quan so sánh với điện hạt nhân hay điện than.

Với tầm nhìn chiến lược, cộng với trình độ khoa học kỹ thuật – công nghệ phát triển và năng lực tài chính mạnh mẽ, nước Đức đang là "lá cờ đầu" cho công cuộc chuyển đổi sang năng lượng xanh, không chỉ ở châu Âu mà còn cả trên bình diện thế giới./.