Trung Quốc và bài toán chuyển dịch năng lượng (Kỳ IV)

Trung tâm công nghệ sạch toàn cầu

Trung Quốc đã trở thành mắt xíc quan trọng trong việc sản xuất và phát triển các công nghệ then chốt cho quá trình chuyển đổi năng lượng. Không thể tách Trung Quốc ra khỏi sự tăng trưởng mạnh mẽ về sản xuất và việc giảm chi phí liên quan đến công nghệ năng lượng sạch. Năm 2022, Trung Quốc chiếm hơn 80% xuất khẩu pin mặt trời toàn cầu, hơn 50% pin lithium-ion và hơn 20% xe điện EV (You, 2023). Trung Quốc cũng đang nổi lên như một quốc gia thống trị trong lĩnh vực sản xuất điện gió toàn cầu, với các nhà sản xuất của nước này cung cấp gần 60% công suất lắp đặt trên toàn thế giới (2022). Sự phát triển trong các ngành công nghệ sạch cũng được hỗ trợ bởi tình trạng dư cung lao động lành nghề bị thu hút bởi sự bùng nổ của xe điện EV và năng lượng mặt trời thường xuyên được xếp hạng trong số những ngành hấp dẫn nhất đối với sinh viên mới tốt nghiệp.

Khi nói đến ngành công nghiệp bán dẫn, Trung Quốc vẫn phải đối mặt với những thách thức trong việc đạt được khả năng tự cung tự cấp. Bởi vì các quy trình chế tạo chất bán dẫn đòi hỏi hoạt động R&D chuyên sâu nên việc đi đầu đòi hỏi sự đầu tư đáng kể và lực lượng lao động có tay nghề cao. Nhiều công nghệ bán dẫn tiên tiến đã được các tập đoàn đa quốc gia cấp bằng sáng chế và bảo hộ, khiến việc tiếp cận những công nghệ này trở thành một nỗ lực phức tạp đối với các công ty Trung Quốc. Ngoài ra, một số vật liệu và thiết bị quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn là rất cần thiết và thường có nguồn gốc từ các nhà cung cấp nước ngoài (Vyrian, 2023).

Hoa Kỳ đã áp đặt các biện pháp kiểm soát xuất khẩu và trừng phạt đối với các công ty liên quan đến chất bán dẫn của Trung Quốc, hạn chế khả năng tiếp cận của họ với một số công nghệ và linh kiện nhất định. Tương tự, Bắc Kinh đã sửa đổi hướng dẫn xuất/nhập khẩu để hạn chế xuất khẩu thiết bị pin mặt trời (mặc dù không phải bản thân các tấm pin) (Lee, 2023). Tuy nhiên, sự thống trị của Trung Quốc trong một số bước đáng kể trong chuỗi cung ứng công nghệ sạch và tiến độ tăng sản xuất chậm ở các khu vực khác (IEA, 2023a) có nghĩa là Trung Quốc sẽ vẫn là nước đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực này trong thập kỷ tới.

Nhu cầu phi năng lượng

Trung Quốc là nước sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm hóa chất lớn nhất, dẫn đến ảnh hưởng toàn cầu ngày càng tăng trong lĩnh vực này. Nhu cầu về hóa chất ngày càng tăng và dự kiến ​​sẽ tiếp tục tăng cho đến năm 2050, cũng do quá trình chuyển đổi năng lượng. Tương tự như các lĩnh vực công nghiệp còn lại, Trung Quốc đã và đang phát triển lĩnh vực công nghiệp hóa chất với tốc độ ấn tượng.

Nguồn cung trong nước thông qua hóa chất gốc than: Sự khác biệt lớn nhất là việc sử dụng than sớm và rộng rãi làm nguyên liệu chính vì nó dồi dào, rẻ và sẵn có trong nước. Than, cùng với petcoke (sản phẩm phụ của quá trình lọc dầu), chủ yếu được sử dụng để sản xuất các hóa chất cơ bản như ammonia và methanol mà Trung Quốc đã trở thành nhà sản xuất lớn nhất thế giới. Tính ưu việt của than được thể hiện rõ trong sản xuất methanol, nơi hơn 75% methanol sản xuất ở Trung Quốc có nguồn gốc từ than, so với mức trung bình toàn cầu là 8% (Li và cộng sự, 2022).

Nhu cầu về ammonia làm nguyên liệu (phân bón hoặc hóa chất) được dự báo sẽ duy trì tương đối ổn định ở mức khoảng 55 Mt NH₃/năm từ nay đến năm 2050. Nhu cầu về ammonia nông nghiệp giảm do cải thiện việc sử dụng phân bón có thể sẽ được bù đắp bằng việc tăng sử dụng ammonia trong lĩnh vực công nghiệp hóa chất.

Mặc dù Trung Quốc ngày càng sử dụng nhiều khí tự nhiên hơn để thay thế và các quá trình sản xuất dựa trên than thải ra nhiều khí thải hơn so với các quá trình sản xuất dựa trên khí đốt tự nhiên song các quá trình sản xuất hóa chất dựa trên than sẽ vẫn mạnh mẽ. Đây thường được các cơ quan chức năng coi là giải pháp thay thế hiệu quả hơn và ít phát thải hơn so với việc sử dụng than để sản xuất điện với dự báo việc tiếp tục sử dụng than trong những thập kỷ tới, chỉ giảm sau năm 2030 xuống còn 60% mức hiện nay (2050). Nhiều tài sản sản xuất hiện có còn non trẻ, vì vậy, trang bị thêm CCS cho các cơ sở là con đường tiết kiệm chi phí để sản xuất carbon thấp. CO₂ đậm đặc từ quá trình khí hóa than giúp việc thu giữ dễ dàng hơn và khi chi phí quy dẫn đều hội tụ, dự báo của DNV cho thấy CCS sẽ tăng đáng kể, chiếm 30% sản lượng hydrogen cho nguyên liệu ammonia và methanol (2050).

Lĩnh vực công nghiệp dựa trên dầu mỏ đang phát triển: Hầu hết sự tăng trưởng về nhu cầu phi năng lượng sẽ tiếp tục đến từ việc sản xuất nhựa và các hóa chất khác. Nhu cầu đối với các sản phẩm này đang gia tăng, trước hết là để hỗ trợ nhu cầu trong nước. Nguyên liệu thô phụ thuộc vào nguồn cung và giá cả tại địa phương song naphtha gốc dầu hiện đang chiếm ưu thế và sẽ hỗ trợ tăng trưởng tương lai. Hiện sản xuất hóa dầu từ dầu chủ yếu tập trung ở hai tỉnh ven biển Sơn Đông và Chiết Giang với những đặc điểm khác nhau.

Mặc dù không có mục tiêu tự cung tự cấp song mục đích là phát triển lĩnh vực này và củng cố chuỗi cung ứng trong nước, vốn vẫn phụ thuộc vào nhập khẩu. Ví dụ như Trung Quốc là nước nhập khẩu ethylene đầu tiên và các chất dẫn xuất của nó (2022), đây là những khối xây dựng thiết yếu cho hầu hết các loại nhựa và hóa chất (WITS, 2023). Lĩnh vực công nghiệp hóa chất của Trung Quốc hiện cũng đang phải vật lộn với tình trạng dư thừa công suất đối với các sản phẩm cấp thấp và thiếu nguồn cung đối với các sản phẩm cao cấp (RMI, 2022).

Kết quả là, trong khi nhu cầu dầu cho mục đích năng lượng sẽ đạt đỉnh trước năm 2030 thì nhu cầu sử dụng cho các mục đích phi năng lượng sẽ tiếp tục tăng trong thập kỷ tới. Tỷ trọng sử dụng phi năng lượng sẽ tăng gấp đôi, chiếm khoảng 40% nhu cầu dầu (2050). Ngược lại, tỷ lệ sử dụng dầu phi năng lượng ở phần còn lại của thế giới sẽ tăng chậm lên 18% (2050), chưa bằng một nửa tỷ lệ đó ở Trung Quốc. Tổng nhu cầu về dầu trong mục đích sử dụng phi năng lượng được dự báo sẽ giảm từ mức đỉnh 8 EJ/năm vào những năm 2030 xuống còn khoảng 6 EJ/năm (2050). Sự sụt giảm này không phải vì nhu cầu về nhựa nói riêng sẽ giảm mà do tỷ lệ tái chế, bắt đầu từ mức thấp 20% ngày hôm nay, sẽ tăng đều đặn. Cùng với nhau, tái chế cơ học và hóa học sẽ phát triển để chiếm khoảng 70% dòng chất thải (2050).

Điện và hydrogen

Điện và hydrogen rất cần thiết cho tham vọng loại bỏ carbon của Trung Quốc, đồng thời củng cố vị trí dẫn đầu thị trường về công nghệ sạch. Điện, hydrogen và các chất dẫn xuất hydrogen sẽ chiếm 53% nhu cầu năng lượng cuối của Trung Quốc vào giữa thế kỷ này. Riêng tỷ lệ điện trong nhu cầu cuối sẽ tăng từ 25% hiện nay lên 47% (2050), đưa Trung Quốc trở thành khu vực có nhiều điện khí hóa thứ hai trên thế giới vào giữa thế kỷ này với hơn 90% điện năng được cung cấp (2050) sẽ đến từ các nguồn không hóa thạch, giúp đóng một vai trò quan trọng trong hành trình loại bỏ carbon của Trung Quốc.

Vào giữa thế kỷ này, Trung Quốc sẽ đạt được tiến bộ lớn trong việc điện khí hóa tất cả các phân khúc nhu cầu chính của mình: Tòa nhà, sản xuất và vận tải. Trung Quốc sẽ sử dụng hydrogen và các dẫn xuất của nó trong các phân khúc khó điện khí hóa, chẳng hạn như vận tải hàng hải và hàng không cũng như các quy trình sản xuất hydrogen ở nhiệt độ cao với tỷ trọng của điện trong nhu cầu năng lượng cuối cùng sẽ tăng từ 25% (2022) lên 47% (2050), nhờ việc xây dựng rộng rãi lưới điện khu vực, phần lớn sẽ đến từ sự gia tăng nhanh chóng của năng lượng tái tạo, đặc biệt là quang điện mặt trời PV và năng lượng gió trên bờ và ngoài khơi. Sự tăng trưởng này được hỗ trợ bởi vị trí dẫn đầu về công nghệ sạch và cường quốc sản xuất của Trung Quốc.

Hydrogen và các chất dẫn xuất của nó sẽ đóng vai trò tương đối nhỏ hơn, mặc dù quan trọng, trong hệ thống năng lượng của Trung Quốc. Tham vọng sản xuất máy điện phân của Trung Quốc, cùng với nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời và năng lượng gió dồi dào, có nghĩa là phần lớn lượng hydrogen được sản xuất sẽ dựa trên quá trình điện phân. Đến năm 2050, tỷ lệ hydrogen và các dẫn xuất như nhiên liệu điện tử và ammonia trong nhu cầu năng lượng cuối cùng của Trung Quốc sẽ đạt 6%, cao hơn một chút so với mức trung bình toàn cầu là 5%, song lại đứng sau châu Âu, nơi hydrogen và các chất dẫn xuất của nó sẽ đáp ứng 13% nhu cầu năng lượng ở khu vực đó vào giữa thế kỷ này.

Lưu trữ và tính linh hoạt

Khuôn khổ chính sách mạnh mẽ của chính phủ trung ương, đầu tư vào nhiều công nghệ và nhấn mạnh vào khả năng cạnh tranh trên thị trường trong nước và quốc tế là đặc điểm của cách tiếp cận lưu trữ năng lượng của Trung Quốc. Các chính sách này không chỉ tập trung vào phát triển công nghệ mà còn tích hợp việc lưu trữ năng lượng vào các chiến lược công nghiệp và năng lượng rộng hơn.

Bối cảnh linh hoạt và lưu trữ năng lượng của Trung Quốc được định hình bởi một loạt chính sách và sáng kiến ​​đầy tham vọng nhằm định hình lại lĩnh vực điện của nước này. Trọng tâm của chương trình nghị sự mang tính chuyển đổi này là Chính sách lưu trữ năng lượng quốc gia, trong đó nhấn mạnh đến việc phát triển các công nghệ lưu trữ tiên tiến để nâng cao độ tin cậy của lưới điện và tích hợp năng lượng tái tạo. Điều này phù hợp với các mục tiêu rộng hơn được nêu trong các kế hoạch 5 năm của quốc gia, trong đó luôn ưu tiên đổi mới và bền vững năng lượng. Một phần quan trọng của chiến lược này là sáng kiến ​​Made in China 2025, nhằm tìm cách sản xuất trong nước các bộ phận lưu trữ năng lượng quan trọng, giảm sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài và thúc đẩy khả năng tự cung tự cấp.

Nhu cầu linh hoạt: DNV dự báo ​​nhu cầu về tính linh hoạt sẽ tăng gấp ba lần từ nay đến giữa thế kỷ này. Hiện tại, nhu cầu hàng giờ dao động khoảng 200 GW so với mức trung bình hàng ngày, chiếm 18% mức trung bình đó. Sự thay đổi này là kết quả của chu kỳ nhu cầu hàng ngày, với các nguồn năng lượng truyền thống như than, khí đốt và thủy điện điều chỉnh sản lượng để đáp ứng những thay đổi này. Sự khác biệt trong việc sử dụng điện giữa các ngày trong tuần và cuối tuần chủ yếu gây ra sự biến động hàng ngày, với mức chênh lệch hàng ngày chỉ bằng một nửa so với mức thay đổi trong ngày. Trên cơ sở hàng năm, nhu cầu điện ở Trung Quốc có tính chất mùa vụ nhẹ, cân bằng nhu cầu sưởi ấm vào mùa đông và làm mát vào mùa hè, với nhu cầu cao nhất là vào mùa hè.

Trong hai thập kỷ tới, DNV dự báo sẽ có sự gia tăng đáng kể về yêu cầu về tính linh hoạt. Sự gia tăng này bắt nguồn từ sự thay đổi trong việc sử dụng điện từ nhu cầu điện công nghiệp sang nhu cầu dân cư biến động hơn, bao gồm sưởi ấm, làm mát và sạc xe điện. Sự thay đổi như vậy sẽ không chỉ làm tăng nhu cầu linh hoạt trong ngắn hạn mà còn tăng cường các yêu cầu theo mùa, đặc biệt với nhu cầu làm mát dự kiến ​​sẽ tăng gấp 5 lần vào năm 2040. Hơn nữa, sự biến đổi trong sản xuất năng lượng mặt trời và năng lượng gió sẽ làm tăng thêm những biến động hàng ngày và hàng tuần. Năng lượng mặt trời và năng lượng năng lượng gió sẽ làm tăng thêm sự biến đổi hàng ngày. Trong suốt cả năm, năng lượng mặt trời chuyển từ tạo ra sự thay đổi sang tăng cường tính linh hoạt, phù hợp với nhu cầu làm mát theo mùa. Mặt khác, năng lượng năng lượng gió đạt đỉnh điểm vào mùa đông sẽ trở thành yếu tố chính gây ra sự biến đổi theo mùa.

Máy điện phân, khai thác năng lượng mặt trời và năng lượng gió dư thừa, cũng sẵn sàng trở thành một phần không thể thiếu trong tính linh hoạt của năng lượng. Tuy nhiên, hiệu quả của chúng phụ thuộc vào tính nhất quán của nguồn năng lượng dư thừa, vì việc vận hành lẻ tẻ trong suốt cả năm là không khả thi.

Nhà cung cấp linh hoạt: Các nguồn năng lượng truyền thống như khí đốt và than đá sẽ duy trì tầm quan trọng trong danh mục năng lượng của Trung Quốc cho đến năm 2040, mặc dù việc mở rộng các nguồn năng lượng này sẽ không theo kịp nhu cầu ngày càng tăng về các giải pháp năng lượng thích ứng. Để thu hẹp khoảng cách này, một loạt các lựa chọn lưu trữ, bao gồm bơm thủy điện và pin, sẽ trở nên nổi bật hơn. Các hệ thống này, có khả năng hoạt động độc lập và song song với năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, sẽ đóng một vai trò then chốt.

Sau năm 2040, với việc dần dần loại bỏ các nhà máy điện than và gia tăng các nguồn năng lượng thay thế, các chiến lược như cắt giảm sản xuất năng lượng dư thừa sẽ có hiệu lực. Việc cắt điện sẽ đóng vai trò như một biện pháp khẩn cấp để cân bằng lưới điện khi công suất của hệ thống lưu trữ hoặc hệ thống điện phân được sử dụng hết. Chức năng của các hệ thống lưu trữ sẽ phát triển, chuyển từ việc chỉ tích lũy năng lượng dư thừa sang giải phóng nó trong thời gian sản lượng năng lượng mặt trời và năng lượng gió giảm. Sự thay đổi này đặc biệt quan trọng khi việc sản xuất năng lượng thông thường gặp phải những hạn chế. Hơn thế nữa, sự tham gia của người tiêu dùng vào các sáng kiến ​​đáp ứng nhu cầu dự kiến ​​sẽ ngày càng góp phần quản lý tiêu thụ năng lượng trong thời gian cao điểm. Sau năm 2040, khi các nhà máy điện than ngừng hoạt động, năng lượng mặt trời kết hợp với lưu trữ dự kiến ​​sẽ trở thành nền tảng trong phương pháp tiếp cận năng lượng linh hoạt của Trung Quốc, do chi phí pin và công nghệ năng lượng mặt trời giảm.

Khả năng kết nối trong lưới điện của Trung Quốc nổi lên như một khía cạnh quan trọng khác. Các quy định mới nhằm tối ưu hóa việc phân bổ nguồn lực và hiệu quả sử dụng năng lượng sẽ cho phép các tỉnh có nguồn năng lượng tái tạo dồi dào có thể cung cấp cho những nơi đang gặp phải tình trạng thiếu hụt, từ đó giảm thiểu lãng phí và cải thiện độ ổn định của lưới điện. Đồng thời, Trung Quốc đang cải cách cách tiếp cận để đáp ứng nhu cầu (demand-side response-DSR). Không chỉ yêu cầu người sử dụng công nghiệp cắt giảm mức tiêu thụ trong thời gian có nhu cầu cao điểm, trọng tâm hiện nay là sử dụng các biện pháp khuyến khích tài chính để thúc đẩy việc sử dụng năng lượng linh hoạt hơn. Ảnh hưởng của điện khí hóa nông thôn là rất lớn, việc mở rộng phạm vi của lưới điện và tăng nhu cầu năng lượng tổng thể đòi hỏi các chiến lược DSR phức tạp hơn. Hiện các sáng kiến ​​thành phố thông minh đang thúc đẩy sự tiến bộ của các hệ thống năng lượng thông minh và phản ứng nhanh hơn. Việc tích hợp các công nghệ như internet vạn vật (IoT) và trí tuệ nhân tạo (AI) đang nâng cao hiệu quả quản lý, dự báo và phân phối năng lượng, củng cố hơn nữa khuôn khổ DSR của Trung Quốc. Nhu cầu về tính linh hoạt của hệ thống điện sẽ tăng gấp ba lần từ nay đến năm 2050 do sự thay đổi trong việc sử dụng điện từ nhu cầu công nghiệp sang nhu cầu dân cư nhiều biến động hơn, bao gồm sưởi ấm, làm mát và sạc xe điện EV.

Sự phát triển thị trường: Giữ vị trí là quốc gia hàng đầu thế giới về thủy điện tích năng là nhà máy thủy điện kiểu bơm tích lũy, sử dụng điện năng của các nhà máy điện phát non tải trong hệ thống điện vào những giờ thấp điểm phụ tải đêm để bơm nước từ bể nước thấp lên bể cao, Trung Quốc tự hào có công suất vượt 50 GW, chiếm gần 1/3 tổng công suất toàn cầu, đồng thời tích cực phát triển thêm các cơ sở thủy điện tích năng với kế hoạch chiến lược nhằm tăng cường đáng kể công suất. Hiện các dự báo cho thấy vào giữa những năm 2030, công suất này có thể vượt 200 GW và 2 TWh, và có khả năng đạt khoảng 250 GW và 2,7 TWh (2050). So với các phương pháp lưu trữ khác như pin, hệ thống lưu trữ bằng bơm đem lại những lợi ích đáng chú ý, bao gồm tuổi thọ, chi phí vận hành và bảo trì thấp cũng như khả năng lưu trữ năng lượng trên quy mô lớn trong thời gian dài. Mặc dù có những ưu điểm này song chúng không phải là không có nhược điểm. Đầu tư ban đầu cho xây dựng là rất lớn và những dự án này có thể có tác động đến môi trường và sinh thái. Ngoài ra, việc xây dựng nhà máy thủy điện tích năng bị hạn chế bởi những hạn chế về địa lý và nguồn nước.

Do chi phí giảm, các ưu đãi tài chính của chính phủ trung ương, giá điện cho hoạt động lưu trữ thấp hơn và môi trường chính sách hỗ trợ, pin lithium-ion (li-ion) quy mô tiện ích độc lập đã sẵn sàng để mở rộng nhanh chóng trong thập kỷ tới. Dự báo công suất của chúng sẽ đạt 100 GW và 250 GWh trước năm 2030, tăng lên 220 GW và 675 GWh (2040). Đồng thời, việc tích hợp năng lượng mặt trời với bộ lưu trữ sẽ thúc đẩy sự phát triển của pin li-ion được sử dụng kết hợp với các hệ thống năng lượng mặt trời. Đến năm 2050, sự kết hợp này dự kiến ​​sẽ trở thành hình thức lưu trữ quy mô tiện ích chiếm ưu thế ở Trung Quốc, vượt công suất 1 TW và 3,7 TWh.

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về tính linh hoạt, người ta ngày càng quan tâm đến các công nghệ lưu trữ thay thế, lâu dài có khả năng lưu trữ năng lượng trong khoảng thời gian từ 5 giờ đến 24 giờ với danh mục bao gồm các công nghệ như pin dòng, pin kẽm và hệ thống lưu trữ dựa trên trọng lực. Dự kiến ​​sẽ được chấp nhận rộng rãi vào những năm 2030, các giải pháp lưu trữ dài hạn này đang hướng tới công suất 40 GW và 345 GWh (2040).

Sự phát triển nhanh chóng của xe điện EV, kết hợp với đầu tư vào công nghệ lưới điện thông minh và các ưu đãi kinh tế từ cả chính phủ Trung Quốc và chính quyền địa phương, đang tạo tiền đề cho các hệ thống phương tiện nối lưới (V2G) trở thành một thành phần quan trọng trong việc ổn định mạng lưới điện quốc gia. Trung Quốc gần đây đã vạch ra một kế hoạch chiến lược để tích hợp V2G (Industrial News, 2024). Các yếu tố chính của kế hoạch này bao gồm việc thiết lập khuôn khổ kỹ thuật toàn diện cho tương tác V2G (2025), thực hiện đầy đủ việc tính phí điện vào giờ cao điểm và định giá điện theo thời gian, đồng thời nhấn mạnh vào việc thúc đẩy các công nghệ V2G cốt lõi. Ngoài ra, những hướng dẫn này nhằm mục đích phát triển các tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn lĩnh vực cụ thể cho tương tác V2G, đồng thời cải tiến các chiến lược thị trường và giá điện để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp V2G. Khi nhu cầu về tính linh hoạt của lưới điện tăng lên, người ta dự báorằng các động lực tài chính sẽ ngày càng hỗ trợ việc mở rộng hệ thống V2G trên khắp Trung Quốc. DNV dự báo đến năm 2050, hệ thống V2G sẽ đóng góp thêm 380 GW dung lượng lưu trữ.

Link nguồn:

https://safety4sea.com/wp-content/uploads/2024/04/DNV-Energy_Transition_Outlook_China_2024_04.pdf