Các loại năng lượng tái tạo chính: Đặc điểm và vai trò

Năng lượng tái tạo hiện diện phong phú và gần gũi trong cuộc sống hàng ngày của con người, từ ánh sáng mặt trời, sức gió đến sức nước, nhiệt độ trong lòng đất. Vậy các loại năng lượng tái tạo gồm những gì? Đặc điểm của các loại năng lượng này như thế nào? Mời bạn tìm hiểu trong bài viết sau đây của chúng tôi. 

Đặc điểm của các loại năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo sở hữu nhiều đặc điểm vượt trội cho thấy, đây chính là nguồn năng lượng tương lai của nhân loại. 

Tái sinh vô hạn

Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) định nghĩa năng lượng tái tạo (Renewable energy) là các nguồn năng lượng có nguồn gốc tự nhiên, với tốc độ tái sinh cao hơn tốc độ tiêu thụ. Điều này đồng nghĩa với việc tiềm năng sử dụng của các nguồn năng lượng tái tạo là vô hạn. Tính chất vô hạn của nguồn năng lượng này được thể hiện ở 2 khía cạnh: 

• Năng lượng tồn tại nhiều đến mức không thể cạn kiệt, ví dụ như năng lượng mặt trời, năng lượng gió. 
• Năng lượng có khả năng tái sinh liên tục trong thời gian ngắn, ví dụ năng lượng sinh khối. 

Như vậy, việc sử dụng năng lượng tái tạo thay cho nhiên liệu hóa thạch là giải pháp hữu hiệu để sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên tự nhiên dồi dào và miễn phí (tất nhiên quá trình chuyển đổi nguồn năng lượng nào cũng cần đầu tư chi phí xây dựng và vận hành). 

Rẻ

Trong khi nhiên liệu hóa thạch thường tập trung ở một số quốc gia nhất định thì năng lượng tái tạo sở hữu tiềm năng khai thác dồi dào và phân bổ rộng rãi khắp toàn cầu. Do đó, năng lượng tái tạo rẻ hơn nhiều so với năng lượng hóa thạch, thậm chí, điện mặt trời và điện gió còn rẻ hơn từ 41 - 53% so với điện từ than đá. 

Ưu thế này giúp các nước đang phát triển có cơ hội đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, người thu nhập thấp và trung bình có cơ hội tiếp cận với điện. Hơn nữa, tận dụng năng lượng tái tạo cũng giúp các quốc gia giảm sự phụ thuộc vào việc nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch, là cơ sở để điều chỉnh giá cả năng lượng phù hợp với thu nhập bình quân của người lao động. 

Thân thiện với môi trường

Khai thác nhiên liệu hóa thạch quá mức có thể dẫn đến tình trạng cạn kiệt tài nguyên, ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn cung cấp năng lượng tại nhiều quốc gia nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch, nhất là khi bất ổn địa chính trị nổ ra. Ngược lại, khai thác năng lượng tái tạo chính là tận dụng và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng có sẵn, phong phú và dồi dào. 

Đáng nói, hầu hết các nguồn năng lượng tái tạo đều tạo ra lượng khí thải carbon thấp hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch, qua đó giảm ô nhiễm không khí, hiệu ứng nhà kính, nóng chảy băng, hướng tới mục tiêu Netzero toàn cầu vào năm 2050. 

Không liên tục

Tuy sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội nhưng năng lượng tái tạo cũng có nhược điểm “chí mạng” là tính không liên tục. Ví dụ: năng lượng mặt trời thu được lý tưởng nhất vào ngày có nắng và trời không mây, sản lượng gió cũng có sự biến động theo từng ngày. Do đó, nếu không có phương án dự phòng, các hộ gia đình, doanh nghiệp rất có thể sẽ rơi vào tình trạng thiếu điện trong mùa mưa bão hoặc những ngày thiếu nắng, thiếu gió. 

Các nguồn năng lượng tái tạo chính

Năng lượng tái tạo là thuật ngữ dùng để chỉ nhiều nguồn năng lượng có tính tái sinh khác nhau, gồm: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy điện, năng lượng thủy triều, năng lượng sinh khối…

Năng lượng mặt trời (Solar energy)

Hàng ngàn năm trước, con người đã sử dụng tia nắng mặt trời để sưởi ấm và sấy khô thịt, cá, rau củ. Cho đến những năm 1830, nhà thiên văn học người Anh - John Herschel đã sử dụng lò năng lượng mặt trời để nấu ăn trong chuyến thám hiểm Châu Phi. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ từng nhấn mạnh, chỉ cần 90 phút tích trữ năng lượng mặt trời trên bề mặt Trái Đất là đủ phục vụ nhu cầu sử dụng năng lượng cho thế giới trong một năm, cho thấy năng lượng mặt trời chính là nguồn năng lượng tái tạo phổ biến và giàu tiềm năng nhất trên hành tinh. 

Thông qua hệ thống pin quang điện hoặc các tấm gương, thấu kính, các thiết bị này sẽ hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyển đổi thành nhiệt hoặc điện năng lưu trữ trong pin. Ngoài ra, các tấm pin mặt trời cũng có thể được lắp đặt trong các hồ chứa và hồ nước (pin quang điện nổi) nhằm tăng hiệu suất và tiết kiệm chi phí.  

Công nghệ năng lượng mặt trời có thể cung cấp nhiệt để sưởi ấm, làm mát hoặc tạo ra điện cho các hoạt động sinh hoạt, sản xuất hàng ngày, góp phần giảm đáng kể chi phí tiền điện, tiền gas.

Năng lượng gió (Wind power)

Năng lượng gió được định nghĩa là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển. Đây chính là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. 

Năng lượng tái tạo này vốn được con người khai thác từ ít nhất 3.500 năm trước Công nguyên. Ở thế kỷ XX, gió là nguồn năng lượng chính cấp cho tàu thuyền, cối xay gió và máy bơm nước. Ngày nay, năng lượng gió chủ yếu được sử dụng để tạo ra điện từ các tuabin gió có công suất định mức từ 600kW đến 9MW, với địa hình lắp đặt lý tưởng là ngoài khơi và khu vực trên cao. Các tuabin sẽ chuyển đổi động năng từ các cánh tuabin thành điện bằng cách quay trục truyền động và hộp số, được kết nối với máy phát điện. Sau đó máy biến áp tăng áp sẽ biến đổi sang điện áp cao hơn để hòa vào lưới điện quốc gia. 

Các chuyên gia nhận định, tiềm năng khai thác dài hạn của năng lượng gió có thể gấp 5 lần tổng sản lượng năng lượng hiện tại ở quy mô toàn cầu, hoặc gấp 40 lần nhu cầu điện hiện nay. Tính đến năm 2021, năng lượng gió chiếm 24% sản lượng điện toàn cầu. Trong đó tại Đan Mạch, năng lượng gió đáp ứng hơn 40% nhu cầu sử dụng điện toàn quốc gia, con số này ở Ireland, Bồ Đào Nha và Tây Ban Nha là 20%. 

Năng lượng thủy điện (Hydropower)

Thủy điện là một trong những hình thức sản xuất điện lâu đời và có tính phổ biến nhất toàn cầu. Do nước đặc hơn không khí khoảng 800 lần nên ngay cả một dòng nước chảy chậm cũng có thể tạo ra năng lượng đáng kể. Đặc biệt hiệu suất chuyển đổi từ nước thành điện có thể lên đến 90%, cao nhất trong số các nguồn năng lượng tái tạo.

Chưa kể, thủy điện còn sử dụng được đa dạng nguồn nước từ dòng sông, suối, biển, hồ, đập… để di chuyển các tuabin và tạo ra điện. Khi công nghệ năng lượng thủy điện phát triển hơn, Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) dự báo nguồn năng lượng này sẽ tăng công suất phát điện lên khoảng 17% vào năm 2030. 

Hiện nay, năng lượng thủy điện phần lớn đến từ việc xây dựng các đập thủy điện và hồ chứa lớn, lớn nhất là đập Tam Hiệp của Trung Quốc và đập Itaipu của Brazil và Paraguay. Trung Quốc cũng là quốc gia sản xuất thủy điện lớn nhất thế giới với hơn 45.000 công trình lớn nhỏ. Tuy nhiên, không ít chuyên gia cho rằng, các công trình thủy điện, nhất là các siêu đập không được xếp vào nhóm năng lượng tái tạo. Do quá trình xây dựng đập thủy điện không chỉ phải di dời dân cư, chặt bỏ lượng lớn rừng, làm thay đổi môi trường sống của động thực vật hoang dã mà còn có nguy cơ làm chuyển hướng và thay đổi dòng nước tự nhiên. Nhiều dự án nghiên cứu gần đây cũng cho thấy, thủy điện có khả năng phát thải khí nhà kính cao trong quá trình hoạt động. 

Ngược lại, hệ thống thủy điện nhỏ (công suất dưới 50MW) lại ít tác động đến đất canh tác, môi trường sống của con người và động vật, cũng như hệ sinh thái sông ngòi. Do đó, việc xây dựng các công trình thủy điện nhỏ được khuyến khích hơn là phát triển các hệ thống siêu đập. 

Năng lượng sinh khối (Bioenergy)

Năng lượng sinh khối được tạo ra từ các vật chất hữu cơ như gỗ, than củi, chất thải thực phẩm… có thể sản xuất nhiệt và điện dùng để sưởi ấm, nấu ăn, chiếu sáng hoặc sản xuất nhiên liệu sinh học dạng lỏng. 

Trong đó, gỗ là nguồn năng lượng sinh khối quan trọng nhất, chủ yếu phục vụ nhu cầu năng lượng vận tải. Các nhà sản xuất năng lượng sinh học từ gỗ lớn nhất có thể kể đến Phần Lan, Thụy Điển, Estonia, Áo… Ngoài gỗ, các nguồn năng lượng sinh học phổ biến khác gồm bioethanol được sản xuất bằng cách lên men thành phần đường của mía, ngô và biodiesel được tạo ra từ các loại dầu có nguồn gốc thực vật như đậu nành, ngô.

Thực tế, năng lượng sinh khối vẫn tạo ra phát thải khí nhà kính nhưng ở mức thấp hơn nhiều so với khai thác nhiên liệu hóa thạch. Hơn nữa, những nguồn nguyên liệu này có khả năng hấp thụ lượng carbon tương đương với lượng carbon thải ra trong suốt vòng đời nên vẫn được xếp vào nhóm năng lượng tái tạo. 

Vấn đề là năng lượng sinh khối có thể gây hại cho môi trường nếu gỗ bị khai thác trái phép tại các khu rừng nguyên sinh hoặc đất nông nghiệp bị chuyển đổi sang mục đích trồng cây lấy gỗ. Điển hình như tại Brazil và Indonesia, khi nhu cầu sử dụng dầu cọ để sản xuất nhiên liệu sinh học tăng cao đã đẩy nhanh nạn phá rừng mưa nhiệt đới. 

Năng lượng địa nhiệt (Geothermal energy)

Năng lượng địa nhiệt là năng lượng nhiệt khai thác từ lớp vỏ Trái Đất. Công nghệ năng lượng địa nhiệt sử dụng hơi nước từ sâu trong lòng đất để vận hành các tuabin tạo ra năng lượng, hiện phổ biến ở các quốc gia nằm trên rìa mảng kiến tạo, điển hình như Iceland, Indonesia và Philippines. Tính đến năm 2021 đã có khoảng 27 quốc gia trên thế giới đầu tư vào nhà máy địa nhiệt, trong đó Hoa Kỳ có công suất điện từ địa nhiệt lớn nhất với 2.7GW. 

Ở quy mô lớn, các hồ chứa địa nhiệt cần thiết cho sản xuất điện phải nằm sâu khoảng 2.5km dưới bề mặt Trái Đất. Ở quy mô nhỏ hơn, máy bơm địa nhiệt có thể sử dụng trực tiếp để sưởi ấm, làm mát và cung cấp nước nóng.

Khai thác năng lượng địa nhiệt ngày nay chưa có hiệu quả về kinh tế do chi phí lắp đặt và vận hành cao, hơn nữa bị giới hạn về vị trí địa lý. Tuy nhiên nếu công nghệ năng lượng địa nhiệt phát triển có thể giảm thiểu được sự nóng lên toàn cầu. 

Năng lượng đại dương (Marine energy)

Năng lượng đại dương có thể sử dụng động năng và nhiệt năng của nước biển để sản xuất điện hoặc nhiệt. Trong đó, thủy triều là một trong những nguồn năng lượng quan trọng để tạo ra điện phục vụ cho các vùng sâu, vùng xa, vùng hải đảo - nơi mà việc kết nối lưới điện quốc gia không khả thi hoặc quá đắt đỏ. Điện thủy triều cũng phù hợp để cấp cho các nhà máy gần biển nhằm tiết kiệm chi phí và giảm ô nhiễm môi trường. 

Công nghệ năng lượng đại dương ngày nay vẫn đang trong giai đoạn phát triển, với một số thiết bị nguyên mẫu sử dụng sóng và dòng thủy triều. Các chuyên gia nhận định, tiềm năng phát triển của năng lượng đại dương là rất lớn, thậm chí có thể vượt xa nhu cầu sử dụng năng lượng hiện tại của con người. 

Xu hướng phát triển của ngành năng lượng tái tạo

Xu hướng này được dự báo bởi Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) với các điểm chính như sau. 

Sự phát triển của năng lượng mặt trời

IEA dự đoán năng lượng mặt trời sẽ chiếm đến 60% mức tăng trưởng của ngành năng lượng tái tạo toàn cầu trong năm 2025 với sự dẫn đầu của một loạt cái tên như Trung Quốc, Bỉ, Hà Lan, Áo, Australia và Hoa Kỳ. 

Lý giải cho sự tăng trưởng của năng lượng mặt trời, IEA nhấn mạnh, việc chi phí lắp đặt các tấm pin mặt trời giảm đáng kể trong những năm gần đây đã khiến nguồn năng lượng này dễ dàng tiếp cận hơn, quan trọng là chính phủ cho phép năng lượng mặt trời được tự do lắp đặt hơn so với năng lượng gió và thủy điện. 

Cùng với việc điện mặt trời ngày càng phổ biến, ngành năng lượng này tập trung vào việc mở rộng khả năng lưu trữ và tinh chỉnh việc phân phối để các hộ gia đình, doanh nghiệp chủ động sử dụng trong mọi điều kiện thời tiết. 

Năng lượng gió có dấu hiệu tăng trưởng

Khi công suất năng lượng gió tăng lên ở quy mô toàn cầu, nhu cầu sử dụng năng lượng tái tạo này tất yếu cũng tăng theo. Hiện Trung Quốc là quốc gia dẫn đầu thế giới về sản lượng khai thác từ gió. Ở Nhật Bản, các nhà lập pháp đã tạo ra quy định để thúc đẩy việc xây dựng tuabin gió ở cảng, bến cảng và trang trại gió ngoài khơi. Quốc gia này thậm chí còn có ý tưởng thay thế các lò phản ứng hạt nhân bằng tuabin gió ngoài khơi. 

Sự chững lại của thủy điện 

Theo IEA, mặc dù thủy điện tiếp tục là nguồn năng lượng tái tạo chính trên thế giới trong tương lai gần, nhưng sự phát triển sẽ không thể so sánh với năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Nguyên nhân là do việc xây dựng thủy điện có thể ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và khu vực cư trú của người, động vật nên việc mở rộng sẽ bị phản đối. 

Ngược lại, năng lượng địa nhiệt được dự đoán sẽ còn tăng trưởng ở các quốc gia trong khu vực Vành đai Thái Bình Dương. 

Sự thay thế năng lượng hóa thạch

IEA cho rằng, các quốc gia Trung Đông và Ả rập Xê-út hoàn toàn có thể thoát ly khỏi dầu mỏ sang nguồn năng lượng dồi dào hơn như năng lượng mặt trời. Việc chuyển đổi này có thể dễ dàng thực hiện trước năm 2040 nếu công nghệ lưu trữ năng lượng phát triển hơn nữa và các cơ quan pháp lý thông qua luật sử dụng năng lượng phù hợp. 

Điều này cũng tương đồng với dự đoán của IEA rằng “năng lượng tái tạo sẽ vượt qua than đá để trở thành nguồn sản xuất điện lớn nhất trên toàn thế giới vào trước năm 2025”. 

Giải pháp thúc đẩy năng lượng tái tạo

Để năng lượng tái tạo trở thành xu hướng phát triển đồng loạt ở quy mô toàn cầu, cần đưa loại năng lượng này vào danh mục đầu tư của các doanh nghiệp dưới 2 hình thức tự nguyện và bắt buộc. 

Ở khía cạnh tự nguyện, chính phủ, nhà nước nên có chính sách khuyến khích, hỗ trợ việc lắp đặt hệ thống pin mặt trời hoặc tuabin gió tại chỗ để hộ gia đình, doanh nghiệp chủ động trong việc tạo ra điện, giảm thiểu sự phụ thuộc cũng như giảm bớt áp lực cho lưới điện quốc gia. Ngoài ra, cơ chế hỗ trợ giá (Feed-in Tariff - FiT) cho năng lượng tái tạo cũng cần thực hiện triệt để để đảm bảo bất kỳ ai sản xuất và cung cấp năng lượng tái tạo quy mô nhỏ đều có thể bán vào lưới điện quốc gia với mức giá cao hơn giá thị trường. 

Điển hình như ở Việt Nam, cơ chế FiT cho năng lượng tái tạo lần đầu được ban hành vào năm 2011 thông qua Quyết định 37/2011/ QĐ-TTg, áp dụng cho điện gió với mức giá 7,8 US cent/kWh. Đến năm 2017, Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg mở rộng cơ chế FiT cho điện mặt trời với mức giá bình quân được xác định là 9,35 US cent/kWh. Năm 2018, giá FiT cho điện gió tăng lên 8,5 US cent/kWh với dự án trên bờ và 9,8 US cent/kWh với dự án ngoài khơi.

Ngoài điện gió và điện mặt trời, Việt Nam cũng đã áp dụng cơ chế FiT cho hạng mục năng lượng sinh khối (theo Quyết định 08/2020/QĐ-TTg) và rác thải (theo Quyết định 31/2014/QĐ-TTg). 

Tuy nhiên đến năm 2023, Thông số số 01/2023/TT-BCT đã bãi bỏ cơ chế FiT cho tất cả hạng mục năng lượng tái tạo. Thay vào đó, một cơ chế mới đang được ban hành, trọng tâm là xây dựng giá cho các dự án năng lượng tái tạo theo cơ chế thị trường như đấu thầu, đấu giá. 

Ở khía cạnh bắt buộc, Chính phủ các nước có thể điều tiết và kiểm soát việc phát thải khí CO2 vào môi trường thông qua Thuế carbon. Bản chất của loại thuế này là để bù đắp cho những tổn thất xã hội từ việc phát thải carbon quá mức trong quá trình sản xuất hàng hóa và dịch vụ. Thuế carbon sau đó sẽ trở thành “công cụ kinh tế” để phát triển năng lượng sạch và giải quyết bài toán biến đổi khí hậu toàn cầu. Nhật Bản là một trong những quốc gia tiên phong ở Châu Á áp dụng mô hình này. 

Theo Ngân hàng Thế giới, tính đến năm 2024, đã có 39 quốc gia áp dụng thuế carbon như Nhật Bản, Ấn Độ, Singapore, Nauy, Phần Lan, Thụy Điển, Anh, Pháp…  Kết quả cho thấy, thuế carbon đã có tác động tích cực đến lượng khí thải ở các quốc gia này. 

Đặc biệt, tại Liên minh Châu Âu (EU), không chỉ hàng hóa sản xuất trong khu vực mà tất cả hàng hóa nhập khẩu đều bị đánh thuế carbon dựa vào cường độ phát thải khí nhà kính trong quy trình sản xuất. Điều này khiến nhiều quốc gia ở Châu Á phải đối mặt với thách thức lớn do EU là đối tác thương mại lớn trong khu vực. 

Câu hỏi thường gặp về các loại năng lượng tái tạo

Câu hỏi 1: Năng lượng hạt nhân có thể coi là tái tạo không?

Trả lời: Mặc dù năng lượng hạt nhân được coi là năng lượng sạch (lượng khí thải carbon rất thấp hoặc bằng 0) nhưng đây không phải năng lượng tái tạo. Nguyên nhân là do năng lượng hạt nhân cần có uranium - vốn là nhiên liệu hóa thạch được khai thác từ lòng đất và chỉ tồn tại ở một số khu vực nhất định. 

Câu hỏi 2: Nguồn năng lượng tái tạo được đánh giá hiệu quả nhất là gì?

Trả lời: Tính hiệu quả của năng lượng tái tạo được đánh giá ở tính tái sinh vô hạn. Xét ở khía cạnh này, gió, ánh nắng mặt trời và thủy triều đại dương là những nguồn năng lượng tái tạo hiệu quả nhất. 

Câu hỏi 3: Nguồn năng lượng tái tạo an toàn nhất là gì?

Trả lời: Năng lượng mặt trời có thể coi là nguồn tái tạo an toàn nhất vì không tạo ra khí thải gây ô nhiễm môi trường, cũng như không có tác động xấu đến môi trường.