Nhiều khóa học hơn trên

Bài 20. Lưới điện và chuyển đổi năng lượng an toàn

Lưới điện hiện đại, thông minh và mở rộng là điều cần thiết để chuyển đổi năng lượng thành công

Xương sống của các hệ thống điện ngày nay, lưới điện sẽ ngày càng trở nên quan trọng khi quá trình chuyển đổi năng lượng sạch tiến triển, nhưng hiện tại chúng lại nhận được quá ít sự quan tâm. Lưới điện đã cung cấp điện cho các hộ gia đình, doanh nghiệp và ngành công nghiệp trong hơn 100 năm qua. Quá trình chuyển đổi năng lượng sạch hiện đang thúc đẩy quá trình chuyển đổi hệ thống năng lượng của chúng ta và mở rộng vai trò của điện trên khắp các nền kinh tế. Do đó, quá trình chuyển đổi sang mức phát thải ròng bằng 0 của các quốc gia cần được củng cố bởi các lưới điện lớn hơn, mạnh hơn và thông minh hơn.

Để đạt được các mục tiêu về khí hậu và năng lượng quốc gia của các quốc gia, việc sử dụng điện trên thế giới cần tăng nhanh hơn 20% trong thập kỷ tới so với thập kỷ trước. Nhu cầu điện cần phải tăng nhanh hơn nữa trên con đường toàn cầu hướng tới mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, phù hợp với việc hạn chế sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu ở mức 1,5°C. Lưới điện mở rộng là rất quan trọng để tạo ra mức độ tăng trưởng như vậy khi thế giới triển khai nhiều phương tiện điện hơn, lắp đặt nhiều hệ thống sưởi và làm mát bằng điện hơn cũng như tăng quy mô sản xuất hydro bằng phương pháp điện phân.

Đạt được các mục tiêu quốc gia cũng có nghĩa là bổ sung hoặc tân trang tổng cộng hơn 80 triệu km lưới điện vào năm 2040, tương đương với toàn bộ lưới điện toàn cầu hiện có. Lưới điện rất cần thiết để khử cacbon trong nguồn cung cấp điện và tích hợp hiệu quả năng lượng tái tạo . Trong kịch bản mà các mục tiêu về khí hậu và năng lượng quốc gia của các quốc gia được đáp ứng kịp thời và đầy đủ, năng lượng gió và năng lượng mặt trời sẽ chiếm hơn 80% tổng mức tăng công suất điện toàn cầu trong hai thập kỷ tới, so với mức dưới 40% trong thời gian qua. hai thập kỷ qua. Trong Kịch bản phát thải ròng bằng 0 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) vào năm 2050, gió và mặt trời chiếm gần 90% mức tăng. Việc tăng tốc triển khai năng lượng tái tạo đòi hỏi phải hiện đại hóa lưới phân phối và thiết lập các hành lang truyền tải mới để kết nối các nguồn tài nguyên tái tạo – chẳng hạn như các dự án điện mặt trời trên sa mạc và các tua-bin gió ngoài khơi – ở xa các trung tâm nhu cầu như thành phố và khu công nghiệp.

Lưới điện hiện đại và kỹ thuật số rất quan trọng để bảo vệ an ninh điện trong quá trình chuyển đổi năng lượng sạch. Khi thị phần của các nguồn năng lượng tái tạo thay đổi như quang điện mặt trời và gió tăng lên, hệ thống điện cần trở nên linh hoạt hơn để thích ứng với những thay đổi về sản lượng. Trong một kịch bản phù hợp với việc đáp ứng các mục tiêu khí hậu quốc gia, nhu cầu về tính linh hoạt của hệ thống sẽ tăng gấp đôi trong khoảng thời gian từ năm 2022 đến năm 2030. Lưới điện cần phải vận hành theo những cách mới và tận dụng lợi ích của các nguồn tài nguyên được phân bổ, chẳng hạn như năng lượng mặt trời trên mái nhà và tất cả các nguồn linh hoạt. Điều này bao gồm việc triển khai các công nghệ tăng cường lưới điện và khai thác tiềm năng đáp ứng nhu cầu và lưu trữ năng lượng thông qua số hóa.

Lưới điện có nguy cơ trở thành mắt xích yếu của quá trình chuyển đổi năng lượng sạch

Ít nhất 3.000 gigawatt (GW) của các dự án điện tái tạo, trong đó 1.500 GW đang ở giai đoạn nâng cao, đang chờ kết nối lưới – tương đương gấp 5 lần lượng điện mặt trời và công suất gió được bổ sung vào năm 2022. Điều này cho thấy lưới điện đang trở thành nút thắt cổ chai cho quá trình chuyển đổi sang mức phát thải ròng bằng không. Số lượng dự án đang chờ kết nối trên toàn thế giới có thể còn cao hơn, vì dữ liệu về các hàng chờ như vậy có thể được truy cập ở các quốc gia chiếm một nửa công suất điện gió và mặt trời trên toàn cầu. Trong khi đầu tư vào năng lượng tái tạo đang tăng nhanh – gần gấp đôi kể từ năm 2010 – thì đầu tư toàn cầu vào lưới điện hầu như không thay đổi, vẫn giữ ở mức khoảng 300 tỷ USD mỗi năm.

Sự chậm trễ trong đầu tư và cải cách lưới điện sẽ làm tăng đáng kể lượng khí thải carbon dioxide (CO 2 ) toàn cầu, làm chậm quá trình chuyển đổi năng lượng và khiến mục tiêu 1,5°C trở nên ngoài tầm với. Đối với báo cáo này, chúng tôi đã phát triển Trường hợp độ trễ lưới điện để tìm hiểu tác động của những thay đổi về hoạt động, hiện đại hóa, số hóa và đầu tư hạn chế hơn so với những gì được hình dung trong các kịch bản tập trung vào khí hậu của IEA. Trường hợp độ trễ lưới điện cho thấy quá trình chuyển đổi đang bị đình trệ, với việc sử dụng năng lượng tái tạo chậm hơn và mức sử dụng nhiên liệu hóa thạch cao hơn. Lượng phát thải CO 2 tích lũy từ ngành điện đến năm 2050 trong Kịch bản trì hoãn lưới điện sẽ cao hơn 58 gigaton so với kịch bản phù hợp với các mục tiêu khí hậu quốc gia. Con số này tương đương với tổng lượng phát thải CO2 của ngành điện toàn cầu trong 4 năm qua. Điều đó cũng có nghĩa là mức tăng nhiệt độ toàn cầu trong dài hạn sẽ vượt quá 1,5°C, với 40% khả năng nhiệt độ sẽ vượt quá 2°C.

Vào thời điểm thị trường khí đốt tự nhiên mong manh và những lo ngại về an ninh cung cấp khí đốt, việc không xây dựng lưới điện làm tăng sự phụ thuộc của các quốc gia vào khí đốt. Trong Trường hợp trì hoãn lưới điện, nhập khẩu khí đốt toàn cầu cao hơn 80 tỷ mét khối (bcm) một năm sau năm 2030 so với kịch bản phù hợp với mục tiêu khí hậu quốc gia - và nhập khẩu than cao hơn gần 50 triệu tấn. Việc phát triển lưới điện bị trì hoãn cũng làm tăng nguy cơ mất điện gây thiệt hại về mặt kinh tế. Ngày nay, những lần mất điện như vậy đã gây thiệt hại khoảng 100 tỷ USD mỗi năm, tương đương 0,1% GDP toàn cầu.

Hành động hôm nay có thể đảm bảo lưới điện cho tương lai

Quy định cần được xem xét và cập nhật để hỗ trợ không chỉ việc triển khai lưới điện mới mà còn cải thiện việc sử dụng tài sản. Quy định về lưới điện cần khuyến khích các lưới điện theo kịp những thay đổi nhanh chóng về cung và cầu điện. Điều này đòi hỏi phải giải quyết các rào cản hành chính, khen thưởng hiệu suất và độ tin cậy cao cũng như thúc đẩy đổi mới. Đánh giá rủi ro pháp lý cũng cần được cải thiện để có thể đẩy nhanh quá trình xây dựng và sử dụng cơ sở hạ tầng hiệu quả.

Quy hoạch lưới điện truyền tải và phân phối cần phải được điều chỉnh và tích hợp hơn nữa với các quy trình lập kế hoạch dài hạn rộng rãi của chính phủ. Cơ sở hạ tầng lưới điện mới thường mất từ 5 đến 15 năm để lập kế hoạch, cấp phép và hoàn thành, so với 1 đến 5 năm đối với các dự án năng lượng tái tạo mới và chưa đến 2 năm đối với cơ sở hạ tầng sạc xe điện mới. Các quy hoạch lưới điện cần tích hợp đầu vào từ các kế hoạch chuyển đổi năng lượng dài hạn giữa các ngành, dự đoán và tạo điều kiện cho sự phát triển của các nguồn tài nguyên được phân bổ, kết nối các khu vực giàu tài nguyên bao gồm gió ngoài khơi và phản ánh liên kết với các lĩnh vực khác bao gồm giao thông, xây dựng và công nghiệp cũng như nhiên liệu như như hydro. Các bên liên quan mạnh mẽ và sự tham gia của công chúng là chìa khóa để cung cấp thông tin cho việc phát triển kịch bản. Công chúng cần nhận thức và thông báo về mối liên hệ giữa lưới điện và quá trình chuyển đổi năng lượng thành công.

Để đáp ứng các mục tiêu khí hậu quốc gia, đầu tư vào lưới điện cần tăng gần gấp đôi vào năm 2030 lên hơn 600 tỷ USD mỗi năm sau hơn một thập kỷ trì trệ ở cấp độ toàn cầu, tập trung vào số hóa và hiện đại hóa lưới phân phối. Điều đáng lo ngại là các nền kinh tế mới nổi và đang phát triển, ngoại trừ Trung Quốc, đã chứng kiến sự sụt giảm đầu tư vào lưới điện trong những năm gần đây, mặc dù nhu cầu điện và nhu cầu tiếp cận năng lượng tăng trưởng mạnh mẽ. Các nền kinh tế tiên tiến đã chứng kiến sự tăng trưởng ổn định trong đầu tư vào lưới điện, nhưng tốc độ cần phải tăng lên để tạo điều kiện cho quá trình chuyển đổi năng lượng sạch nhanh chóng. Đầu tư tiếp tục tăng ở tất cả các khu vực sau năm 2030.

Xây dựng lưới điện đòi hỏi chuỗi cung ứng an toàn và lực lượng lao động lành nghề. Các chính phủ có thể hỗ trợ việc mở rộng chuỗi cung ứng bằng cách tạo ra các quy trình dự án chắc chắn và minh bạch cũng như bằng cách tiêu chuẩn hóa việc mua sắm và lắp đặt kỹ thuật. Họ cũng cần xây dựng tính linh hoạt trong tương lai bằng cách đảm bảo khả năng tương tác của tất cả các yếu tố khác nhau của hệ thống. Ngoài ra còn có nhu cầu đáng kể về các chuyên gia lành nghề trong toàn bộ chuỗi cung ứng, cũng như tại các nhà điều hành và tổ chức quản lý. Điều cần thiết là phải xây dựng nguồn nhân tài, đảm bảo các kỹ năng kỹ thuật số được tích hợp vào chương trình giảng dạy của ngành điện và quản lý các tác động của quá trình chuyển đổi năng lượng và tăng cường tự động hóa đối với người lao động thông qua đào tạo lại kỹ năng và tại chỗ.

Các rào cản quan trọng nhất đối với việc phát triển lưới điện là khác nhau tùy theo khu vực. Tình trạng tài chính của các công ty tiện ích là thách thức chính ở một số quốc gia, bao gồm Ấn Độ, Indonesia và Hàn Quốc, trong khi khả năng tiếp cận tài chính và chi phí vốn cao là những rào cản chính ở nhiều thị trường mới nổi và các nền kinh tế đang phát triển, đặc biệt là ở châu Phi cận Sahara. Rào cản tài chính có thể được giải quyết bằng cách cải thiện cách trả thù lao cho các công ty lưới điện, thúc đẩy tài trợ cho lưới điện có mục tiêu và tăng tính minh bạch về chi phí. Đối với các khu vực pháp lý khác, chẳng hạn như Châu Âu, Hoa Kỳ, Chile và Nhật Bản, những rào cản mạnh nhất liên quan đến sự chấp nhận của công chúng đối với các dự án mới và nhu cầu cải cách quy định. Tại đây, các nhà hoạch định chính sách có thể đẩy nhanh tiến độ trên lưới điện bằng cách tăng cường lập kế hoạch, đảm bảo đánh giá rủi ro pháp lý cho phép đầu tư dự đoán và hợp lý hóa các quy trình hành chính.