|
Turbine gió là một công nghệ phổ biến trong việc tạo ra điện từ năng lượng gió, trong khi pin mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi thành điện năng. Cả hai công nghệ này đều có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu khí thải carbon và hướng tới một tương lai năng lượng bền vững. |
Nguyên lý phát điện |
| Để có góc nhìn đầy đủ về thị trường của 2 loại công nghệ cơ bản làm ra năng lượng tái tạo, trước hết cần hiểu về nguyên lý hoạt động của chúng. Cơ chế hoạt động của turbine gió dựa trên việc chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng cơ học và sau đó thành năng lượng điện. Khi gió thổi, cánh quạt của turbine gió sẽ quay, truyền động qua trục chính đến hộp số, tăng tốc độ quay. Tốc độ quay nhanh này được truyền đến máy phát điện, tạo ra điện năng. Máy phát điện sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để tạo ra dòng điện khi trục quay trong một từ trường. Năng lượng điện được truyền đến lưới điện thông qua hệ thống điều khiển của turbine gió, giúp điều chỉnh góc cánh quạt và hướng của đầu turbine để tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng từ gió.
Khái niệm về turbine gió hiện đại không phải là sáng tạo của một cá nhân cụ thể, mà là kết quả của nhiều năm phát triển và cải tiến. Các loại turbine gió được sử dụng hiện nay dựa trên nguyên lý cơ bản đã được nghiên cứu và phát triển bởi nhiều kỹ sư và nhà khoa học khác nhau. Một trong những người đầu tiên được biết đến với việc xây dựng cấu trúc tương tự turbine gió hiện đại là Charles F. Brush, người Mỹ, vào cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên, ý tưởng sử dụng năng lượng gió để sản xuất điện đã được khám phá và phát triển qua nhiều giai đoạn, bởi nhiều cá nhân khác nhau trên toàn thế giới. Tấm pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng quang điện. Chúng chứa các tế bào quang điện, thường được làm từ silicon, có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào quang điện, năng lượng từ ánh sáng sẽ giải phóng các electron, tạo ra dòng điện. Các tế bào này được kết nối với nhau trong tấm pin để tăng cường khả năng sản xuất điện. Dòng điện DC (một chiều - Direct Current) sau đó có thể được chuyển đổi thành dòng AC (xoay chiều - Alternating Current) thông qua một thiết bị chuyển đổi để sử dụng trong các ứng dụng gia đình hoặc công nghiệp.
Tấm pin năng lượng mặt trời hiện đại, còn được gọi là tế bào quang điện, đã được phát minh vào năm 1941 bởi kỹ sư Russell Ohl tại Bell Laboratories. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất điện hiệu quả. Từ đó, công nghệ này đã phát triển với tốc độ nhanh chóng và dẫn đến sự ra đời của các tấm pin năng lượng mặt trời hiện đại ngày nay. |
|
Sôi động thị trường |
| Thị trường turbine gió và pin mặt trời đang có sự tăng trưởng mạnh mẽ do nhu cầu toàn cầu về năng lượng sạch và bền vững. Dự kiến thị trường toàn cầu cho cả hai công nghệ này sẽ tiếp tục tăng trưởng nhờ sự hỗ trợ từ các chính sách chính phủ và giá thành giảm của công nghệ. Đến hết năm 2023, thị trường turbine gió toàn cầu đã có sự phát triển đáng kể với sự tham gia của nhiều công ty tên tuổi. Các công ty hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất turbine gió như Vestas, Siemens Gamesa Renewable Energy và General Electric. Trong khi đó, các nhà sản xuất tấm pin mặt trời nổi tiếng có First Solar, Jinko Solar và Canadian Solar. Những công ty này đang dẫn đầu trong việc cung cấp các giải pháp năng lượng tái tạo trên toàn cầu. Không thể không nhắc đến sự góp mặt của nhiều “gương mặt đình đám” khác tham gia vào thị trường sản xuất turbine gió và pin mặt trời như: Enercon GmbH, Goldwind và Vestas Wind Systems A/S, Guodian United Power Technology, Ming Yang, Sinovel Wind Group, Suzlon Energy, Nordex SE, Senvion, Northern Power Systems, Clipper, Bergey, Impsa, Hitachi, Vergnet, Xinjiang Goldwind Science And Technology, Eaton Corporation PLC, Windey, Dongfang Electric, Bilfinger Offshore Wind Energy, ZF Wind Power Antwerpen, Leitwind, Wobben và LM Windpower…
Trung Quốc là một “người chơi” quan trọng trong thị trường turbine gió và tấm pin mặt trời, với các công ty như LONGi Green Energy Technology và Trina Solar trong lĩnh vực pin mặt trời, cũng như Goldwind trong lĩnh vực turbine gió. Những công ty này không chỉ phục vụ thị trường trong nước mà còn có mặt rộng rãi trên toàn cầu, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng tái tạo trên thế giới. Thị trường này đã tăng trưởng từ 79,13 tỷ USD vào năm 2022 lên 78,43 tỷ USD vào năm 2023 với tỷ lệ tăng trưởng là 9%. Dự kiến, thị trường sẽ tiếp tục tăng trưởng lên 104,50 tỷ USD vào năm 2027 với tỷ lệ tăng trưởng hàng năm là 7.4%. Mingyang Smart Energy là một công ty nổi tiếng của Trung Quốc trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, đặc biệt là trong việc sản xuất turbine gió. Công ty này đã phát triển nhanh chóng và trở thành một trong những nhà sản xuất turbine gió hàng đầu ở Trung Quốc và trên thế giới. Mingyang Smart Energy không chỉ cung cấp các sản phẩm turbine gió cho thị trường trong nước mà còn xuất khẩu ra nhiều quốc gia khác, góp phần vào sự phát triển của năng lượng tái tạo toàn cầu. Vào tháng 12 năm 2022, Mingyang đã sản xuất thành công cánh tuabin gió ngoài khơi MySE 16-260 đầu tiên và tuyên bố đây là cánh tuabin gió chống bão lớn nhất thế giới. Với đường kính cánh quạt 260 mét, MySE 16-260 có diện tích quét là 53.902 mét vuông và có khả năng tạo ra 67 GWh điện mỗi năm. Tuabin gió ngoài khơi này đã được lắp đặt tại trang trại gió ngoài khơi Zhangpu Liuao 400 MW tại Pingtan, tỉnh Phúc Kiến. |
Phân chia thị phần |
| Chiếm thị phần lớn nhất chính là Trung Quốc. Trung Quốc đang giữ vị trí dẫn đầu trong chuỗi cung ứng pin mặt trời trên thế giới, kiểm soát ít nhất 75% quá trình sản xuất và xử lý các tấm quang điện. Từ khâu sản xuất polysilicon (silicon đa tinh thể, nguyên liệu cho ngành công nghiệp quang điện mặt trời) cho đến hoàn thiện tấm pin, Trung Quốc vẫn chiếm tỷ trọng lớn nhất. Từ năm 2010, quốc gia này đã chiếm thị phần lớn nhất và trong 13 năm qua, tỷ lệ này đã tăng từ 55% lên 84%. Bốn trong số năm nhà sản xuất polysilicon lớn nhất thế giới đều có trụ sở tại Trung Quốc, cho thấy sự thống trị của quốc gia này trong ngành công nghiệp này. Ngoài ra, Trung Quốc cũng là nơi dẫn đầu trong việc khai thác và xử lý đất hiếm - một nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp điện tái tạo, bao gồm cả nam châm cung cấp năng lượng cho các máy phát điện trong turbine. |
|
| Quốc gia đứng thứ hai là Ấn Độ, nhưng chỉ chiếm 3% tỷ trọng sản xuất module và 1% đối với sản xuất cell pin (hay còn gọi là tế bào quang điện). Để đạt được mục tiêu công suất điện mặt trời lên tới 280 GW vào năm 2030 (hiện tại mới đạt 57,9 GW), Ấn Độ đã phân bổ thêm 2,6 tỷ USD trong năm 2022 để hỗ trợ cho các hoạt động sản xuất tấm pin trong nước. Khu vực Châu Á - Thái Bình Dương chiếm tỷ trọng lớn trong việc sản xuất tấm pin mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất module và cell pin, lần lượt chiếm tỷ trọng 15.4% và 12.4%.
Châu Âu và Bắc Mỹ chiếm 1/3 nhu cầu pin mặt trời trên thế giới, nhưng cả hai khu vực này chỉ chiếm dưới 3% tỷ trọng ở mọi khâu sản xuất. Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) về tình hình sản xuất pin mặt trời toàn cầu, việc phân bổ đều năng lực sản xuất là rất quan trọng. Theo IEA, thế giới sẽ hoàn toàn phụ thuộc vào Trung Quốc trong việc cung cấp nguyên liệu quan trọng cho sản xuất tấm pin mặt trời cho đến năm 2025. Tại Mỹ, chính quyền Tổng thống Joe Biden đang cố gắng xây dựng một chuỗi cung ứng trong nước cho tấm pin mặt trời. Nhật Bản cũng đang tìm kiếm các giải pháp mới với tấm pin mặt trời perovskite không sử dụng silicon. Được phát minh bởi nhà khoa học Nhật Bản Tsutomu Miyasaka, các tế bào sử dụng khoáng chất tạo thành cấu trúc tinh thể gọi là perovskite - có thể được sử dụng để biến ánh sáng mặt trời thành điện năng. Thủ tướng Nhật Bản đã cam kết sẽ biến công nghệ này thành hiện thực trong vòng hai năm tới. Điều này là cần thiết đối với Nhật Bản khi họ nhập khẩu gần 90% năng lượng kể từ khi đóng cửa hầu hết các nhà máy điện hạt nhân sau thảm họa Fukushima năm 2011. |
Dự báo xu hướng |
| Xung quanh thị trường phát triển và ứng dụng, sản xuất và kinh doanh turbine gió và tấm pin năng lượng mặt trời có những ý tưởng mới đang thu hút sự quan tâm của các công ty.
Vật liệu composite là một trong những công nghệ tiên tiến được áp dụng trong sản xuất turbine gió hiện nay. Thay vì sử dụng thép như trước đây, các nhà sản xuất turbine gió đã chuyển sang sử dụng composite để tạo ra các cánh quạt. Vật liệu này có độ bền cao, đồng thời cũng giúp giảm thiểu trọng lượng của cánh quạt, giúp cho turbine gió hoạt động hiệu quả hơn. Ngoài ra, sử dụng composite còn giúp giảm thiểu chi phí sản xuất và lắp đặt, vì nó có thể được tạo hình theo ý muốn và dễ dàng lắp ráp. Điều này đã giúp cho việc sản xuất turbine gió trở nên hiệu quả hơn và giá thành của chúng cũng giảm đi đáng kể. Công nghệ Internet of Things (IoT) cũng đã được áp dụng trong sản xuất turbine gió để giúp quản lý và vận hành hiệu quả hơn. Các cảm biến được lắp đặt trên turbine gió có thể thu thập dữ liệu về tình trạng hoạt động của máy, từ đó giúp các nhà sản xuất dự đoán và phòng tránh các sự cố có thể xảy ra. Ngoài ra, IoT còn cho phép các nhà sản xuất theo dõi và điều khiển từ xa các turbine gió, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho việc bảo trì và sửa chữa. Điều này cũng giúp tăng độ tin cậy và hiệu suất hoạt động của turbine gió. Một trong những ý tưởng đột phá trong sản xuất turbine gió là sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng để giải quyết vấn đề về khả năng cung cấp điện liên tục. Với việc tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng, các turbine gió có thể sản xuất và lưu trữ năng lượng khi gió đủ mạnh, từ đó cung cấp điện cho mạng lưới vào những thời điểm không có gió. Điều này giúp giảm thiểu tình trạng mất điện và tăng tính ổn định của hệ thống điện. Ngoài ra, việc sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng cũng giúp tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời hay năng lượng thủy điện.
Hiện nay, thay vì lắp đặt trên đất liền, các nhà sản xuất đã chuyển sang phát triển turbine gió trên biển. Điều này giúp tận dụng được nguồn gió mạnh và ổn định hơn trên biển, từ đó tăng hiệu suất hoạt động của turbine gió. Ngoài ra, việc sử dụng turbine gió ngoài khơi còn giúp giảm thiểu tác động đến môi trường và không gian đất liền. Tuy nhiên, việc xây dựng và bảo trì turbine gió ngoài khơi cũng đòi hỏi chi phí cao hơn so với việc xây dựng trên đất liền. Một trong những thử thách lớn nhất trong sản xuất turbine gió là vấn đề vận chuyển và lắp đặt. Các cánh quạt và các bộ phận của turbine gió có kích thước lớn và cồng kềnh, khiến cho việc vận chuyển và lắp đặt trở nên khó khăn và tốn kém. Các ý tưởng mới trong sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời đang dồn về phát minh của Nhật Bản với Perovskite - loại vật liệu mới, hứa hẹn hiệu suất cao và chi phí thấp so với silicon truyền thống. Hiện nay việc nâng cao hiệu quả hoạt động, giảm chi phí sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời cũng đang được các công ty quan tâm đầu tư, trong đó đáng chú ý là vấn đề sản xuất các tấm pin linh hoạt có thể được lắp đặt trên các bề mặt không phẳng, mở rộng khả năng sử dụng. Sử dụng công nghệ nano để phát triển tấm pin có thể tự làm sạch, giảm thiểu bảo dưỡng. Kết hợp các lớp vật liệu khác nhau để tăng hiệu suất hấp thụ ánh sáng. Tích hợp IoT để tối ưu hóa hoạt động và bảo dưỡng của tấm pin. Dự báo thị trường turbine gió và tấm pin năng lượng mặt trời từ nay đến năm 2025 sẽ chứng kiến sự tăng trưởng đáng kể. Đối với turbine gió, sự chú trọng vào năng lượng tái tạo và cải tiến công nghệ sẽ thúc đẩy nhu cầu. Trong khi đó, thị trường tấm pin năng lượng mặt trời dự kiến sẽ tiếp tục mở rộng với công nghệ mới và giảm chi phí sản xuất. Cả hai lĩnh vực này sẽ hưởng lợi từ chính sách hỗ trợ năng lượng sạch và nhu cầu ngày càng tăng về giảm phát thải carbon. |
| Hải Minh Đồ họa: Hải Minh |