Năng lượng tái tạo là gì? Phân loại, ưu nhược điểm & ứng dụng

Năng lượng tái tạo là các nguồn năng lượng được tạo ra bằng các quá trình tự nhiên như gió, năng lượng mặt trời, nước, đất, sinh vật và nhiều nguồn năng lượng khác. Các nguồn năng lượng tái tạo đang dần thay thế nhiên liệu hóa thạch và giúp giảm thiểu lượng khí carbon và các chất gây ô nhiễm khác vào môi trường. Bài viết sau đây của vietnamsolar.vn sẽ giúp bạn đọc có cái nhìn tổng quát và cụ thể về dạng năng lượng đang được tập trung phát triển này.

Năng lượng tái tạo là gì?

Năng lượng tái tạo là những nguồn năng lượng được tạo ra bằng các quá trình tự nhiên như gió, mưa, năng lượng mặt trời, sóng biển, thuỷ triều, địa nhiệt… Đây là các nguồn năng lượng được hình thành liên tục và có thể coi là vô hạn. Năng lượng tái tạo còn được gọi là năng lượng sạch hoàn toàn hoặc năng lượng tái sinh.

Mặc dù khá mới nhưng năng lượng tái tạo đang mang đến những chuyển biến tích cực trong tương lai. Năng lượng sạch đang nhanh chóng lan rộng ở cả quy mô lớn và nhỏ, thay thế cho các nguồn nhiên liệu truyền thống trong bốn lĩnh vực quan trọng: nhiên liệu động cơ, làm mát, phát điện và hệ thống điện độc lập nông thôn.

 

Các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Có nhiều loại năng lượng tái tạo khác nhau, chúng đều có khả năng tái tạo trong thời gian ngắn và không lo bị cạn kiệt, có thể phục vụ nhu cầu của con người trong thời gian dài. Dưới đây là các loại năng lượng tái tạo được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời không phải là một khái niệm mới, nó đã được sử dụng từ rất lâu trước đây, chứ không chỉ xuất hiện trong thời gian gần đây. Trước đây, năng lượng mặt trời thường được sử dụng chủ yếu để sưởi ấm và trồng trọt. Tuy nhiên, hiện nay, năng lượng mặt trời được ứng dụng rộng rãi hơn, ví dụ như tạo nước nóng và sản xuất điện.

Điện mặt trời và nhiệt mặt trời là hai ứng dụng phổ biến nhất của năng lượng mặt trời.

– Điện mặt trời: Người ta sử dụng pin mặt trời để hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi thành dòng điện một chiều, sau đó dòng điện này được đi qua bộ chuyển đổi để tạo thành dòng điện xoay chiều phục vụ cho hoạt động của các thiết bị điện trong gia đình.

Ngoài ra, điện mặt trời tập trung cũng là một giải pháp rất hiệu quả để tạo ra dòng điện phục vụ cuộc sống.

– Nhiệt mặt trời: Nhiệt mặt trời là phương pháp sử dụng bức xạ nhiệt từ mặt trời để đun nóng nước, sưởi ấm hệ thống, xử lý nước, nấu ăn, làm mát và thông gió…

Năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là một loại năng lượng tái tạo được ưa chuộng, được tách ra từ nhiệt trong tâm của trái đất. Nó được tạo ra cùng với quá trình hình thành đầu tiên của trái đất, từ quá trình phân rã phóng xạ của các khoáng vật cũng như bức xạ mặt trời được hấp thu tại bề mặt của trái đất. Năng lượng này thường được ứng dụng để làm nóng nước, sưởi ấm cho các hộ gia đình, spa, lọc nước biển hoặc phát điện.

Ở khu vực càng sâu, nhiệt độ càng tăng, nguồn năng lượng để khai thác cũng dồi dào hơn. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề phải xử lý để tạo ra năng lượng từ địa nhiệt, ví dụ như một vài địa điểm khó khai thác, máy móc kỹ thuật còn hạn chế, không mang lại hiệu quả như mong muốn.

Năng lượng thủy triều

Thủy triều tạo ra lực để làm chuyển động máy phát điện và tạo ra dòng điện. Nguồn năng lượng thuỷ triều không gây những tác động xấu đến môi trường, tuy nhiên, hiện nay các nhà máy điện thuỷ triều vẫn còn hạn chế và chưa phổ biến.

Năng lượng thuỷ triều hiện nay vẫn được các nhà khoa học nghiên cứu thêm vì lo ngại vấn đề gây ra tiếng ồn và độ rung, làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển. Sau này, khi những lo ngại này được giải quyết và có cách khắc phục thì điện thuỷ triều sẽ được phát triển mạnh mẽ hơn.

Năng lượng sinh khối

Năng lượng sinh khối là một loại năng lượng tái tạo được ưa chuộng ở nhiều quốc gia trên thế giới, có nguồn gốc từ động vật, thực vật. Năng lượng sinh khối có thể chuyển đổi thành các dạng khác để sử dụng, ví dụ như chuyển đổi hóa học, chuyển đổi sinh học.

Có nhiều quan niệm cho rằng năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng sạch không gây ảnh hưởng đến môi trường, tuy nhiên, nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng việc thu gom, vận chuyển và lưu trữ chất thải từ sinh khối có thể gây ra một lượng khí carbon làm ảnh hưởng đến môi trường.

Bên cạnh đó, việc chặt phá rừng để tạo ra nguồn năng lượng sinh khối có thể gây ảnh hưởng đến thảm thực vật cũng như các loại động vật sinh sống ở đó. Ngoài ra, mùi của nhiên liệu được sử dụng cũng là một vấn đề nan giải, gây hôi thối và tạo điều kiện cho vi khuẩn xuất hiện.

Năng lượng gió

Năng lượng gió được sử dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới để làm quay turbine điện, từ đó tạo ra dòng điện. Bên cạnh đó, năng lượng gió cũng được sử dụng để tạo nên hệ thống bơm nước cho cây trồng.

Năng lượng gió có ưu điểm là rẻ và sẵn có, tuy nhiên, để tạo ra được điện gió thì các turbine phải được xây dựng cao, đường kính của cánh gió lớn, do đó cần phải lắp đặt ở những khu vực thông thoáng, sức gió lớn thì mới hiệu quả.

Năng lượng thủy điện

Năng lượng thuỷ điện tạo ra từ sức nước, làm quay turbine và tạo ra dòng điện. Nguồn năng lượng tái tạo này sử dụng sức nước với tốc độ nhanh tại các con sông hoặc nước chảy từ trên cao xuống từ dòng thác. Mặc dù năng lượng thuỷ điện được sử dụng rộng rãi, nhưng hiện nay số lượng các công trình thuỷ điện đang giảm dần do việc xây dựng đập thuỷ điện gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và người dân sống xung quanh.

Nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học được tạo ra từ các hợp chất có nguồn gốc từ động vật hoặc chất béo của động thực vật. Trước đây, nguồn nhiên liệu này có số lượng nhỏ nên chỉ được coi là nhiên liệu phụ. Tuy nhiên, sau khi xảy ra khuẩn hoảng nhiên liệu, loại nhiên liệu này lại được chú trọng phát triển hơn.

Một số loại nhiên liệu sinh học thường thấy nhất hiện nay có thể kể đến như:

• Chất béo của động thực vật: mỡ động vật, dầu dừa…
• Ngũ cốc: Lúa mì, đậu tương, ngô…
• Chất thải nông nghiệp: phân trâu, bò, lợn, rơm rạ…
• Chất thải công nghiệp: mùn cưa, gỗ thải….

Nhiên liệu Hydrogen và pin nhiên liệu hydro

Nhiên liệu Hydrogen là nguồn năng lượng dồi dào và không làm ô nhiễm môi trường. Hydrogen được sử dụng để đốt làm nhiên liệu, ví dụ điển hình nhất là sử dụng trong các loại xe chạy bằng hơi nước. Nhiên liệu Hydrogen còn được sử dụng để sản xuất pin nhiên liệu Hydro, là loại pin lưu trữ để cung cấp điện cho động cơ.

Hiện nay, trên thế giới chủ yếu sử dụng hydro từ ba nguồn chính dưới đây:

• Khí tự nhiên: Khi đốt khí metan trong tự nhiên, các phân tử sẽ bị tách thành khí CO và khí Hydro. Khi CO được xử lý bằng cách tạo ra khí nước, số khí còn sót lại chính là khí Hydro.
• Dầu: Dầu có thể tạo ra khí Hydro bằng một quá trình tương tự như khí tự nhiên. Tuy nhiên, với dầu nhiên liệu nặng thì việc chuyển thành hydro cần nhờ quá trình oxy hóa một phần bằng cách sử dụng áp suất cùng nhiệt độ cao để hóa dầu, tạo ra khí Hydro.
• Than: Trong quá trình xử lý than, các phân tử than được phân hủy thành khí CO và hydro. Sau khi xử lý, nếu khí thải của quá trình tạo hydro bị giữ lại dưới lòng đất thì nhiên liệu hydro vừa tạo ra sẽ được gọi là hydro xanh.

Các nguồn năng lượng tái tạo khác

Ngoài các nguồn năng lượng tái tạo chủ yếu như đã đề cập ở trên, còn có một số nguồn năng lượng tái khác như: năng lượng đại dương, phản ứng tổng hợp hydro nóng… Những nguồn năng lượng này hiện vẫn đang được nghiên cứu, thảo luận để phòng tránh nguy cơ xảy ra khủng hoảng năng lượng.

Lợi ích của năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo có nhiều lợi ích hơn rất nhiều so với năng lượng được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch. Các lợi ích đó bao gồm:

• Là nguồn năng lượng sạch hoàn toàn và thân thiện với môi trường.
• Là nguồn năng lượng hoàn toàn có thể tái tạo được.
• Năng lượng tái tạo rất phong phú và đa dạng như gió, mặt trời, thủy triều,…
• Là nguồn năng lượng được sử dụng miễn phí.
• Năng lượng tái tạo có độ bền cao, chi phí bảo trì và bảo dưỡng thấp.
• Sử dụng năng lượng tái tạo sẽ giúp tiết kiệm điện năng cho hộ gia đình, doanh nghiệp, nhà máy,…

Thực trạng năng lượng tái tạo ở Việt Nam

Ở Việt Nam, năng lượng tái tạo được xem là giải pháp hiệu quả giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tác động của hiệu ứng nhà kính. Bộ Công thương đặt mục tiêu và định hướng phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam đến năm 2030.

Hiện nay, Việt Nam đã thành công trong việc triển khai nhiều dự án năng lượng mặt trời ở các tỉnh phía Trung và phía Nam. Những dự án này mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí tiền điện hàng tháng, tạo việc làm cho một số lao động, tăng giá trị sản xuất công nghiệp, đóng góp phần thuế VAT cho ngân sách địa phương.

Ngoài năng lượng mặt trời, Việt Nam còn có tiềm năng để phát triển năng lượng gió với đường bờ biển dài 3.200km và tốc độ gió ở Biển Đông tính trung bình hàng năm là 6m/s. Tuy nhiên, việc phát triển điện gió đang gặp nhiều rào cản về pháp lý, kỹ thuật và kinh phí, dẫn đến sự chậm trễ trong tiến độ phát triển.

Xu hướng sử dụng năng lượng tái tạo

Các cam kết về sử dụng nguồn điện sạch và bền vững của các tổ chức thương mại, công nghiệp và tổ chức (C&I) đã tăng trưởng đáng kể trong những năm gần đây. Thị trường điện đã sẵn sàng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhóm người mua năng lượng tái tạo. Hiện tại, có 4 cách thông dụng để mua điện tái tạo cho tất cả những người mua năng lượng này.

Lựa chọn 1: Hợp đồng mua bán điện ngoại vi (ngoài công ty)

Các dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn thường không nằm sát cạnh với các cơ sở của người mua và được gọi là ngoại vi. Cách phổ biến nhất để mua điện tái tạo từ các dự án này là thông qua hợp đồng mua bán điện (PPA), trong đó có một mức giá cố định cho điện năng trong một thời hạn nhất định giữa người mua và chủ dự án.

PPA ngoại vi là một hợp đồng dài hạn trực tiếp giữa một nhà thầu và một nhà phát triển dự án. PPA cho phép nhà thầu đặt một mức giá cố định cho điện năng trong suốt thời gian của hợp đồng. Tuy nhiên, hợp đồng dài hạn này cũng có thể khiến nhà thầu chịu rủi ro tương đương.

Nhà phát triển có thể nhận được khoản tài trợ quan trọng cho phép dự án hình thành thông qua cam kết lâu dài từ một nhà thầu. Ngược lại, cam kết này cho phép nhà thầu đưa ra những tuyên bố quan trọng và đôi khi được gọi là tính bổ sung.

PPA đã nhận được sự quan tâm đáng kể trong vài năm qua từ những người mua C&I, nhưng đối với nhiều người mua C&I, PPA ngoại vi không phải là giải pháp lý tưởng. Vào năm 2020, Schneider Electric đã tư vấn về PPA của liên hiệp châu Âu đầu tiên, cho phép 4 công ty hợp lực để hỗ trợ phát triển năng lượng gió sạch.

Lựa chọn 2: Hợp đồng mua điện tại chỗ/ Phát điện phân tán

Có một hình thức mua điện tái tạo khác phổ biến là lắp đặt tại chỗ, thường là quang điện mặt trời (PV). Cơ chế này đặc biệt phù hợp với những người mua có nhiều trung tâm hoạt động phi tập trung hoặc có diện tích lớn trên tầng mái.

Hợp đồng mua bán điện tại chỗ (PPA) là hợp đồng giữa một công ty và nhà phát triển dự án. Nhà phát triển sẽ sở hữu, vận hành và duy trì một hệ thống tái tạo trong thời hạn từ 15-25 năm. Công ty thanh toán cho việc sản xuất hệ thống với một mức giá cố định trong suốt thời hạn của hợp đồng.

Mặc dù PPA năng lượng mặt trời tại chỗ là hình thức phổ biến nhất của việc tạo điện sạch tại chỗ, nhưng cũng có thể có cơ hội cho các công ty tham gia hợp đồng mua bán điện cho pin nhiên liệu và pin dự trữ.

Tuy nhiên, việc thực hiện các dự án tại chỗ không phù hợp với mọi người mua C&I. Có thể có những lo ngại về vị trí, hạn chế về phí tổn hoặc rủi ro hoạt động mà người mua có thể chọn bỏ qua. Ngoài ra, hầu hết những người mua C&I sẽ không thể sử dụng phương pháp phát điện tại chỗ để đáp ứng toàn bộ nhu cầu về điện của họ do quy mô nhỏ hơn của các dự án này.

Lựa chọn 3: Giấy chứng nhận chất lượng năng lượng

Quá trình sản xuất và phân phối điện tái tạo là rất phức tạp. Vì năng lượng tái tạo được bán trên thị trường lưới điện tại chỗ, nên gần như không thể truy xuất được nguồn gốc của chúng. Để giải quyết vấn đề này, vào năm 1999, các dự án tại bang California đã bắt đầu phát hành chứng chỉ phát điện để xác nhận nguồn điện tái tạo. Những “giấy khai sinh” này được gọi là chứng chỉ năng lượng tái tạo (REC) và đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn để theo dõi và giao dịch điện tái tạo trên toàn cầu.

REC được sử dụng trong cả thị trường tuân thủ (có quy định) và bởi những người mua tự nguyện để đạt được mục tiêu của họ. Chúng có thể được đóng gói với điện bán lẻ thông qua các chương trình mua tiện ích xanh hoặc được bán như một loại hàng hóa riêng biệt.

Theo thời gian, với sự phát triển của thị trường toàn cầu, nhiều loại chứng chỉ khác nhau đã được tạo ra. Thuật ngữ Giấy chứng nhận chất lượng năng lượng (EAC) đề cập đến loại hàng năng lượng xanh mới được thành lập và phát triển, bất kể quốc gia xuất xứ.

Đối với hầu hết những người mua C&I, việc sử dụng EAC có rào cản gia nhập tương đối thấp. Các EAC dễ dàng kiếm được, đại diện cho sản xuất điện không carbon và được cung cấp từ các nhà cung cấp uy tín, cũng như được bên thứ ba công nhận độ tin cậy cao. Hầu hết những người mua điện tái tạo tại một thời điểm nhất định sẽ sử dụng một số lượng EAC để đáp ứng các mục tiêu của họ.

Lựa chọn 4: Các chương trình Điện xanh Tiện ích

Với việc ngày càng tăng nhu cầu của các tổ chức và doanh nghiệp (C&I) về lựa chọn năng lượng lớn hơn và các nguồn năng lượng tái tạo, các công ty tiện ích tập trung đã bắt đầu cung cấp các lựa chọn năng lượng xanh dưới dạng biểu giá xanh và các chương trình thuê bao. Điều này phần lớn được xem là một phản ứng của ngành công nghiệp trước xu hướng của người tiêu dùng có ý thức về môi trường, thay thế nguồn cung cấp điện truyền thống bằng các phương án tái tạo có nguồn gốc trực tiếp.

Các tiện ích tập trung đang chuyển hướng từ việc chỉ cung cấp sản xuất năng lượng thông thường, quy mô lớn bằng cách cung cấp các giải pháp điện xanh để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Mặc dù việc cung cấp này bị giới hạn bởi vị trí địa lý của tiện ích, nhưng nỗ lực này đã thu hút được lượng khách hàng ngày càng tăng của những người mua năng lượng doanh nghiệp yêu cầu các lựa chọn tái tạo.

Tuy nhiên, các tổ chức có thể khó thực hiện đầy đủ mục tiêu của mình chỉ bằng cách sử dụng một giải pháp hoặc công nghệ. Vì vậy, một cách tiếp cận danh mục đầu tư được đề xuất để đạt được mục tiêu cuối cùng bằng cách sử dụng nhiều giải pháp công nghệ sạch khác nhau.

Lời kết

Xu hướng năng lượng tái tạo trong tương lai cũng đang dần chuyển đổi từ các nguồn năng lượng truyền thống sang các nguồn năng lượng sạch và tái tạo. Vì vậy, hiểu về năng lượng tái tạo không chỉ giúp bạn có cái nhìn rõ hơn về các nguồn năng lượng sạch, mà còn giúp bạn định hướng cho sự lựa chọn của mình về nguồn năng lượng trong tương lai.