Tác động của biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến năng lượng tái tạo như thế nào
Tác giả: Renée Cho, State of the Planet. Ngày 2 tháng 11 năm 2024
Các thành phần của lưới điện thông minh. Nguồn: Văn phòng Trách nhiệm giải trình của Chính phủ Hoa Kỳ
"Năng lực sản xuất điện tái tạo của thế giới đang tăng nhanh hơn bất kỳ thời điểm nào trong ba thập kỷ qua", Cơ quan Năng lượng Quốc tế cho biết trong một báo cáo được công bố vào đầu năm nay. Dấu hiệu tăng trưởng này mang lại "cơ hội thực sự để đạt được mục tiêu tăng gấp ba công suất toàn cầu vào năm 2030 mà các chính phủ đã đặt ra tại hội nghị về biến đổi khí hậu COP28".
Năm 2022, 29,1% điện năng của thế giới được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo và năm 2023, công suất tái tạo tăng thêm 50%. Năm đó, 21,4% tổng năng lượng của Hoa Kỳ được tạo ra từ năng lượng tái tạo và chỉ riêng trong tháng 4 năm nay, năng lượng mặt trời, gió, thủy điện và sinh khối đã cung cấp 31% điện năng của quốc gia.
Vì các nguồn năng lượng tái tạo phụ thuộc vào môi trường nên cả nguồn cung và nhu cầu năng lượng tái tạo đều bị ảnh hưởng bởi các tác động của khí hậu như nhiệt độ cao, hạn hán, thay đổi mô hình lượng mưa, lũ lụt, thời tiết khắc nghiệt và cháy rừng. Năng lượng địa nhiệt, phụ thuộc vào nhiệt từ bên trong Trái đất, là nguồn năng lượng tái tạo ít bị ảnh hưởng nhất bởi tác động của biến đổi khí hậu, nhưng nó chỉ cung cấp 0,4% điện năng của Hoa Kỳ.
Romany Webb, phó giám đốc Trung tâm Sabin về Luật Biến đổi Khí hậu tại Trường Khí hậu Columbia cho biết: "Khi có thể có tác động đến các cơ sở phát điện tái tạo, chúng ta cần lập kế hoạch và chuẩn bị cho điều đó". "Nhưng chúng ta cần suy nghĩ về cách biến đổi khí hậu sẽ tác động đến toàn bộ hệ thống năng lượng vì thật không may, không có hệ thống phát điện nào miễn nhiễm với tác động của biến đổi khí hậu".
Webb cho biết North American Electric Reliability Corporation và các tổ chức khác cho rằng các nguồn tài nguyên dựa trên nhiên liệu hóa thạch thực sự có nguy cơ cao hơn nhiều do tác động của khí hậu. Ví dụ, hầu hết các cơ sở nhiên liệu hóa thạch được thiết kế để hoạt động ở một nhiệt độ cụ thể và cần nước để làm mát.
Khi nhiệt độ không khí tăng và nhiệt độ nước tăng, các cơ sở nhiên liệu hóa thạch và hạt nhân đã phải đóng cửa vì các nguồn nước gần đó quá ấm để khai thác hoặc các nhà máy không thể thải nước đã qua sử dụng vào đó vì điều đó sẽ vượt quá giới hạn nhiệt của chúng.
Các nguồn năng lượng tái tạo bị ảnh hưởng như thế nào bởi biến đổi khí hậu?
Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời cung cấp từ 6% đến 8% điện ở Hoa Kỳ. Khi các đợt nắng nóng trở nên thường xuyên hơn, nhiệt độ cao khiến các tấm pin mặt trời kém hiệu quả hơn và những đêm ấm hơn sau đó không cho phép cơ sở hạ tầng của hệ thống năng lượng mặt trời nguội đi, gây căng thẳng và làm giảm hiệu quả. Các đợt nắng nóng cũng làm tăng nhu cầu làm mát, gây căng thẳng cho lưới điện và có thể ảnh hưởng đến khả năng tạo ra và truyền năng lượng của hệ thống.
Khói từ các đám cháy rừng và lớp mây che phủ trong các sự kiện thời tiết khắc nghiệt có thể làm giảm lượng bức xạ mặt trời chiếu tới các tấm pin và làm giảm sản lượng điện mặt trời. Người ta thấy rằng bão làm giảm sản lượng quang điện mặt trời từ 18% đến 60% so với những ngày quang đãng. Và các cơn bão nhiệt đới có thể làm giảm bức xạ mặt trời tới 80%, ngay cả trong nhiều ngày sau khi chúng đổ bộ. Bất kỳ thời tiết khắc nghiệt nào cũng có thể làm hỏng cơ sở hạ tầng năng lượng mặt trời, đặc biệt là nguy cơ gió.
Gió
Năng lượng gió, cung cấp 10,2% điện năng của Hoa Kỳ, đặc biệt bị ảnh hưởng bởi các sự kiện thời tiết khắc nghiệt. Ví dụ, lốc xoáy có thể thay đổi mô hình và cường độ gió, dẫn đến sự dao động trong việc tạo ra điện.
Các sự kiện gió mạnh có thể buộc các tuabin gió phải ngừng hoạt động hoàn toàn để ngăn ngừa thiệt hại khi tốc độ gió vượt quá ngưỡng nhất định, thường là 55 dặm/giờ. Ngay cả một cơn bão cấp một cũng có tốc độ gió từ 74 đến 95 dặm/giờ. Bão Maria đã khiến một trang trại gió ở Puerto Rico mất gần một nửa số cánh tuabin.
Theo một nghiên cứu, nhiệt độ lạnh và lớp băng đóng trên tuabin có thể làm giảm 10% sản lượng gió. Cơn bão mùa đông năm 2021 Uri ở Texas đã gây ra tình trạng mất điện trên diện rộng khi các tuabin gió bị đóng băng và các nhà cung cấp khí đốt tự nhiên và than đá ngừng hoạt động. Các tháp gió và nền móng ngoài khơi cũng có thể bị hư hại do bão và băng biển. Nhìn chung, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng 40% sản lượng năng lượng gió có thể bị mất ở một số khu vực do tác động của biến đổi khí hậu.
Thủy điện
Thủy điện, sản xuất 5,7% điện ở Hoa Kỳ và 44% tổng năng lượng tái tạo toàn cầu (nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất) dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao và hạn hán. Nhiệt độ cao hơn khiến các sông băng co lại và làm giảm lượng tuyết tan ở một số khu vực, trong khi lượng bốc hơi tăng và lượng mưa ít hơn làm giảm lượng nước trong các hồ chứa và công suất phát điện của thủy điện.
"Tôi nghĩ thủy điện là một thách thức rất lớn trong thế giới biến đổi khí hậu", Webb cho biết. "Chúng tôi đã thấy điều đó ở California, nơi theo truyền thống phụ thuộc rất nhiều vào thủy điện. Có sự thay đổi như vậy do hạn hán làm giảm trữ lượng ở đó".
Bà nói thêm rằng tuyết tan sớm cũng có tác động rất lớn. "Trước đây, lớp tuyết sẽ tan dần và cung cấp nguồn nước trong một thời gian dài. Bây giờ,
Khi nhiệt độ tăng nhanh, chúng ta thấy tuyết tan sớm hơn và nhanh hơn, điều này có thể làm cho hệ thống quá tải khiến bạn không thể tận dụng tối đa lợi ích của nó. Điều đó có nghĩa là bạn có những mùa hè khô hạn kéo dài."
Ví dụ, vào năm 2021, Hồ Oroville ở California chỉ đạt 35% công suất, buộc nhà máy thủy điện Hyatt, nơi cung cấp 60% điện năng của cả nước, phải đóng cửa.
Ở Zambia, mùa mưa ngắn hơn và hạn hán hiện đang ảnh hưởng đến thủy điện, nơi cung cấp 80% điện năng của cả nước, dẫn đến tình trạng mất điện và hạn chế điện. Ecuador hiện đang áp dụng tình trạng mất điện vào ban đêm và lệnh cấm làm việc từ xa vì hạn hán tồi tệ nhất trong nhiều thập kỷ đang ảnh hưởng đến các hồ chứa tạo ra thủy điện của nước này.
Lưu trữ năng lượng điện toàn cầu phụ thuộc gần như hoàn toàn (99%) vào lưu trữ thủy điện tích năng, cũng phụ thuộc vào lượng nước có sẵn trong các hồ chứa. Nó tạo ra điện bằng cách lưu trữ nước trong hồ chứa ở độ cao lớn hơn, sau đó giải phóng nước thông qua các tua-bin để tạo ra điện.
Những thay đổi về lượng mưa, dòng chảy và dòng chảy của sông cũng có thể ảnh hưởng đến thủy điện, và mưa lớn và lũ lụt có thể làm hỏng cơ sở hạ tầng đập. Trong khi lũ lụt và bão có thể làm tăng nguồn tài nguyên thủy điện, thì hạn hán và nắng nóng lại bù đắp cho những lợi ích này.
Sinh khối
Năng lượng sinh khối, cung cấp 1,1% điện năng của Hoa Kỳ, được sản xuất thông qua quá trình đốt cháy gỗ, chất thải nông nghiệp, chất thải thực vật và động vật và các vật liệu hữu cơ khác. Nó có thể tạo ra nhiệt hoặc điện trực tiếp hoặc được chuyển thành nhiên liệu sinh học.
Biến đổi khí hậu sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ, kiểu mưa và mức CO2, đồng thời làm tăng khả năng xảy ra hạn hán và cháy rừng, tất cả đều ảnh hưởng đến sản xuất sinh khối bằng cách gây hại cho cây trồng và rừng, thay đổi tốc độ tăng trưởng, mùa vụ, hóa học đất và vi khuẩn, và bằng cách gia tăng sâu bệnh trên cây trồng.
Thời tiết khắc nghiệt cũng có thể gây hại về mặt vật lý cho cây trồng cũng như cơ sở hạ tầng tạo ra năng lượng sinh khối. Một nghiên cứu cho thấy nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng từ 1°C đến 2°C sẽ dẫn đến sự suy giảm từ 14% đến 35% tất cả các loài còn lại, dẫn đến sự tuyệt chủng của nhiều loài. Sự suy giảm đa dạng sinh học này sẽ ảnh hưởng đến tiềm năng năng lượng của sinh khối.
Toàn bộ hệ thống năng lượng dễ bị tổn thương
Các nguồn năng lượng tái tạo của chúng ta, cũng như toàn bộ lưới điện và cơ sở hạ tầng năng lượng, cần phải sẵn sàng ứng phó với tác động của khí hậu—nhưng chúng lại không sẵn sàng. Vì phần lớn hệ thống đã cũ và phần lớn được xây dựng để chịu được nhiệt độ và điều kiện thời tiết trong quá khứ, nên hệ thống dễ bị ảnh hưởng bởi tác động của biến đổi khí hậu.
Nhiệt độ nóng hơn không chỉ có nghĩa là nhu cầu điện làm mát cao hơn, gây căng thẳng cho lưới điện, mà còn khiến đường dây điện bị võng xuống và làm giảm khả năng chịu tải và hiệu quả của chúng. Nhiệt độ cao cũng gây căng thẳng cho máy biến áp và các thiết bị khác, làm giảm tuổi thọ của chúng.
Nhiệt độ ban đêm nóng bức ngăn cản các đường dây truyền tải làm mát, làm tăng thêm căng thẳng cho chúng. Và các sự kiện thời tiết khắc nghiệt như bão và lũ lụt có thể gây nguy hiểm cho cơ sở hạ tầng phát điện và làm hỏng đường dây điện.
Ngoài ra, tác động của biến đổi khí hậu có thể gây ra sự mất cân bằng giữa cung và cầu ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là nơi hệ thống năng lượng phụ thuộc nhiều hơn vào năng lượng tái tạo, theo một nghiên cứu. Để hệ thống năng lượng hoạt động trơn tru và nhất quán, cung và cầu cần phải cân bằng. Khi không có, tình trạng mất điện và hàng loạt hậu quả, chẳng hạn như chậm trễ tiếp cận năng lượng và giá cả tăng cao, có thể xảy ra.
Các giải pháp cho khả năng phục hồi của hệ thống năng lượng
Các giải pháp cho những thách thức của hệ thống năng lượng đã được biết đến nhưng vẫn chưa được triển khai đầy đủ.
Năng lượng phân tán và đa dạng hóa
Các hệ thống năng lượng phân tán—nơi sản xuất và lưu trữ điện quy mô nhỏ được đặt gần người dùng hơn—có thể giúp tăng khả năng phục hồi và kết hợp năng lượng tái tạo. Ví dụ, lưới điện siêu nhỏ có thể tạo ra và phân phối năng lượng từ nhiều nguồn năng lượng tái tạo khác nhau như tấm pin mặt trời, tua bin gió và hệ thống lưu trữ năng lượng.
Vì ít phụ thuộc vào một nguồn điện nên chúng không dễ bị ảnh hưởng bởi các sự cố hỏng hóc đơn lẻ có thể xảy ra do thời tiết khắc nghiệt. Ngoài ra, chúng có thể hoạt động độc lập hoặc được kết nối với các đơn vị mô-đun khác hoặc lưới điện lớn hơn, do đó chúng có thể sử dụng các nguồn điện khác trong trường hợp khẩn cấp.
Việc kết hợp các nguồn năng lượng cũng rất quan trọng. Webb cho biết: "Mỗi cơ sở sản xuất năng lượng đều bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu và mỗi tác động đều khác nhau". "Điều đó có nghĩa là chúng ta thực sự có thể đạt được khá nhiều độ tin cậy và khả năng phục hồi chỉ bằng cách đa dạng hóa hỗn hợp năng lượng."
Cân bằng cung và cầu
Lưới điện thông minh, thường được tích hợp vào lưới điện siêu nhỏ, sử dụng cảm biến, đồng hồ đo thông minh và giám sát và kiểm soát thời gian thực để tối ưu hóa việc phát điện và truyền tải điện. Chúng có thể giúp quản lý các thách thức về cung và cầu của các nguồn năng lượng tái tạo và cân bằng sự biến động. Chúng cũng có thể kết hợp công nghệ lưu trữ năng lượng để nhanh chóng ứng phó với sự mất cân bằng giữa cung và cầu trong hệ thống và giúp ổn định lưới điện.
Lưới điện thông minh cũng cho phép quản lý nhu cầu, một chiến lược để thay đổi mô hình sử dụng năng lượng theo cung và cầu. Ví dụ, khi nhu cầu điện cao do đợt nắng nóng, bộ phận quản lý nhu cầu có thể có thỏa thuận với những người sử dụng năng lượng cao để tắt một số thiết bị hoặc sử dụng các ưu đãi như giá điện thấp hơn để khuyến khích người tiêu dùng sử dụng ít năng lượng hơn. Điều này có thể tăng khả năng phục hồi của hệ thống năng lượng bằng cách giúp cân bằng cung và cầu.
Làm cho cơ sở hạ tầng phục hồi hơn
Toàn bộ hệ thống năng lượng, bao gồm cả năng lượng tái tạo, cần phải được làm cho khả năng phục hồi tốt hơn trước các tác động của khí hậu. Điều này đòi hỏi phải gia cố và làm cứng tất cả các cấu trúc, dây dẫn và cột. Các công nghệ mới có thể làm cho các nguồn năng lượng tái tạo thích ứng hơn. Ví dụ, một số tua-bin gió có tốc độ thay đổi và một số được làm cao hơn để giảm khả năng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của gió. Các máy dò và cảm biến tốc độ gió trên tua-bin, cánh quạt hoặc tháp có thể giúp tua-bin dự đoán điều kiện gió.
Một số nacelle—bộ não của tua-bin—có bộ phận sưởi ấm để xử lý cái lạnh; một số tua-bin được trang bị các sản phẩm chống đóng băng trong rô-to của chúng để ngăn chặn sự tích tụ băng và một số tua-bin khác có thể phát hiện băng trên cánh quạt và tắt cho đến khi băng tan. Tua-bin gió cũng đang được thiết kế để chống chịu được bão bằng cách điều chỉnh độ cao hoặc độ cong của cánh quạt. Và một số tế bào quang điện đang được phát triển để chịu được nhiệt độ cao hơn.
Lên kế hoạch tốt hơn
Các nhà lập kế hoạch cần liên kết các mô hình khí hậu, dự báo thời tiết tiên tiến và hệ thống năng lượng của họ để có sự hiểu biết toàn diện về các rủi ro và khả năng phục hồi của toàn bộ hệ thống. Họ cũng cần cân nhắc đến vị trí, lựa chọn cẩn thận nơi đặt các cơ sở để giảm thiểu rủi ro do thiệt hại do bão hoặc các sự kiện cực đoan khác.
"Nhiều công ty tiện ích vẫn chưa thực sự lập kế hoạch cho các tác động của biến đổi khí hậu theo cách toàn diện, trên toàn hệ thống", Webb cho biết. "Họ không chỉ bỏ qua các rủi ro về khí hậu đối với năng lượng tái tạo mà chúng tôi thấy các công ty tiện ích bỏ qua các rủi ro về khí hậu trên diện rộng".
Trong khi biến đổi khí hậu gây ra rủi ro cho các cơ sở năng lượng tái tạo, các hệ thống nhiên liệu hóa thạch cũng bị đe dọa bởi những tác động tương tự, do đó, những điểm yếu của năng lượng tái tạo không nên là lý do để trì hoãn quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch, điều này sẽ làm giảm các rủi ro liên quan đến khí hậu bằng cách giảm phát thải khí nhà kính.
"Chúng ta thấy rất nhiều thông tin sai lệch về việc tạo ra năng lượng tái tạo và những tác động mà nó sẽ gây ra", Webb cho biết. "Có một rủi ro là khi chúng ta ngày càng nhận ra những điểm yếu của các hệ thống năng lượng tái tạo đối với biến đổi khí hậu, điều này chỉ làm tăng thêm lời đồn rằng chúng ta không nên chuyển đổi [sang năng lượng tái tạo]".
"Trên thực tế, điều ngược lại mới đúng", bà cho biết. "Nếu chúng ta không chuyển đổi, chúng ta sẽ có một hệ thống năng lượng kém tin cậy và bền vững hơn nhiều".
Được cung cấp bởi State of the Planet
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
