Tại sao năng lượng tái tạo lại trở nên rẻ

Thế giới trong dữ liệu của chúng tôi trình bày dữ liệu và nghiên cứu để đạt được tiến bộ đối với các vấn đề lớn nhất của thế giới.

Bài đăng trên blog này dựa trên dữ liệu và nghiên cứu được thảo luận trong các mục của chúng tôi về Năng lượng , Nhiên liệu hóa thạchNăng lượng tái tạo .

Mục Lục

Tóm lược

Để thế giới chuyển đổi sang điện các-bon thấp, năng lượng từ các nguồn này cần phải rẻ hơn điện từ nhiên liệu hóa thạch.

Nhiên liệu hóa thạch chiếm ưu thế trong nguồn cung điện toàn cầu vì cho đến gần đây, điện từ nhiên liệu hóa thạch rẻ hơn nhiều so với điện từ năng lượng tái tạo. Điều này đã thay đổi đáng kể trong vòng một thập kỷ qua. Ở hầu hết các nơi trên thế giới, điện từ năng lượng tái tạo mới hiện nay rẻ hơn điện từ nhiên liệu hóa thạch mới.

Động lực cơ bản của sự thay đổi này là các công nghệ năng lượng tái tạo tuân theo các đường cong học tập , có nghĩa là với mỗi lần tăng gấp đôi công suất lắp đặt tích lũy, giá của chúng sẽ giảm đi một phần nhỏ. Tuy nhiên, giá điện từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch không tuân theo các đường cong học tập, do đó chúng ta nên kỳ vọng rằng sự chênh lệch giá giữa nhiên liệu hóa thạch đắt tiền và năng lượng tái tạo rẻ sẽ còn lớn hơn nữa trong tương lai.

Đây là một lập luận cho các khoản đầu tư lớn vào việc mở rộng quy mô công nghệ tái tạo hiện nay. Việc tăng công suất lắp đặt có tác động tích cực cực kỳ quan trọng là nó làm giảm giá và do đó làm cho các nguồn năng lượng tái tạo trở nên hấp dẫn hơn, sớm hơn. Trong những năm tới, hầu hết nhu cầu bổ sung về điện mới sẽ đến từ các nước có thu nhập thấp và trung bình; bây giờ chúng tôi có cơ hội để đảm bảo rằng phần lớn nguồn điện mới sẽ được cung cấp bởi các nguồn carbon thấp.

Giá năng lượng giảm cũng đồng nghĩa với việc thu nhập thực tế của người dân tăng lên. Do đó, đầu tư để mở rộng quy mô sản xuất năng lượng với nguồn điện giá rẻ từ các nguồn tái tạo không chỉ là cơ hội để giảm lượng khí thải mà còn để đạt được tăng trưởng kinh tế – đặc biệt là đối với những nơi nghèo nhất trên thế giới.

Nguồn cung cấp năng lượng của thế giới ngày nay không an toàn và bền vững. Chúng ta có thể làm gì để thay đổi điều này và đạt được tiến bộ đối với vấn đề song sinh này của hiện trạng?

Để nhìn thấy con đường phía trước, chúng ta phải hiểu hiện tại. Ngày nay nhiên liệu hóa thạch – than, dầu và khí đốt – chiếm 79% sản lượng năng lượng của thế giới và như biểu đồ dưới đây cho thấy chúng có những tác dụng phụ tiêu cực rất lớn. Các thanh bên trái hiển thị số người chết và các thanh bên phải so sánh lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Đồng nghiệp của tôi, Hannah Ritchie, giải thích chi tiết dữ liệu trong biểu đồ này trong bài đăng ‘Đâu là nguồn năng lượng an toàn nhất?’.

Điều này làm cho hai điều rất rõ ràng. Do việc đốt nhiên liệu hóa thạch chiếm tới 87% lượng khí thải CO 2 của thế giới , một thế giới chạy bằng nhiên liệu hóa thạch sẽ không bền vững, chúng gây nguy hiểm cho cuộc sống và sinh kế của các thế hệ tương lai và sinh quyển xung quanh chúng ta. Và chính những nguồn năng lượng dẫn đến cái chết của nhiều người hiện nay – ô nhiễm không khí do đốt nhiên liệu hóa thạch giết chết 3,6 triệu người ở các nước trên thế giới mỗi năm; con số này cao gấp 6 lần số người chết hàng năm của tất cả các vụ giết người, chết vì chiến tranh và các vụ tấn công khủng bố cộng lại. 1

Điều quan trọng cần ghi nhớ là năng lượng điện chỉ là một trong một số dạng năng lượng mà nhân loại dựa vào; Do đó, quá trình chuyển đổi sang năng lượng các-bon thấp là một nhiệm vụ lớn hơn quá trình chuyển đổi sang điện các-bon thấp. 2

Biểu đồ cho thấy rõ ràng rằng các lựa chọn thay thế cho nhiên liệu hóa thạch – các nguồn năng lượng tái tạo và năng lượng hạt nhân – là những thứ an toàn hơn và sạch hơn so với nhiên liệu hóa thạch.

Tại sao thế giới lại phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch?

Nhiên liệu hóa thạch chiếm ưu thế trong nguồn cung cấp năng lượng của thế giới vì trước đây chúng rẻ hơn tất cả các nguồn năng lượng khác. Nếu chúng ta muốn thế giới được cung cấp năng lượng từ các lựa chọn thay thế an toàn và sạch hơn, chúng ta phải đảm bảo rằng các lựa chọn thay thế đó rẻ hơn nhiên liệu hóa thạch.

Biểu đồ 5 thanh - dạng năng lượng an toàn nhất là gì
Biểu đồ 5 thanh – dạng năng lượng an toàn nhất là gì

Giá điện từ các nguồn lâu đời: nhiên liệu hóa thạch và điện hạt nhân

Nguồn cung cấp điện của thế giới chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch. Cho đến nay, than là nguồn lớn nhất, cung cấp 37% điện năng; khí đốt đứng thứ hai và cung cấp 24%. Đốt các nhiên liệu hóa thạch này để lấy điện và nhiệt là nguồn khí nhà kính lớn nhất toàn cầu, gây ra 30% lượng khí thải toàn cầu. 3

Biểu đồ ở đây cho thấy giá điện từ các nguồn năng lượng lâu đời – nhiên liệu hóa thạch và hạt nhân – đã thay đổi như thế nào trong thập kỷ qua. Dữ liệu được xuất bản bởi Lazard. 4

Để so sánh một cách nhất quán, giá năng lượng được biểu thị bằng ‘chi phí năng lượng được bình đẳng hóa’ (LCOE). Bạn có thể nghĩ về LCOE từ góc độ của một người đang xem xét xây dựng một nhà máy điện. Nếu bạn ở trong tình huống đó thì LCOE là câu trả lời cho câu hỏi sau: Mức giá tối thiểu mà khách hàng của tôi cần phải trả để nhà máy điện có thể hòa vốn trong suốt thời gian hoạt động của nó?

LCOE nắm bắt chi phí xây dựng nhà máy điện cũng như chi phí liên tục cho nhiên liệu và vận hành nhà máy điện trong suốt thời gian hoạt động của nó. Tuy nhiên, nó không tính đến chi phí và lợi ích ở cấp độ hệ thống năng lượng: chẳng hạn như giảm giá do tạo ra các-bon thấp và chi phí hệ thống cao hơn khi cần lưu trữ hoặc điện dự phòng do sản lượng thay đổi của các nguồn tái tạo – chúng tôi sẽ quay trở lại khía cạnh của chi phí lưu trữ sau này. 5

Điều này làm rõ rằng nó là một số liệu rất quan trọng. Nếu bạn là người xây dựng nhà máy điện chọn một nguồn năng lượng có LCOE cao hơn giá của các lựa chọn thay thế, bạn sẽ phải vật lộn để tìm một người sẵn sàng mua điện đắt tiền của bạn.

Những gì bạn thấy trong biểu đồ là trong vòng 10 năm qua, giá điện hạt nhân trở nên đắt hơn, điện khí trở nên ít đắt hơn và giá điện than – nguồn điện lớn nhất thế giới – gần như giữ nguyên. Sau đó, chúng ta sẽ xem những gì đằng sau những thay đổi giá này.

Giá điện hạt nhân và hóa thạch mới
Giá điện hạt nhân và hóa thạch mới

Sự sụt giảm giá điện từ các nguồn tái tạo

Nếu chúng ta muốn chuyển đổi sang năng lượng tái tạo, thì vấn đề quan trọng là giá của chúng so với nhiên liệu hóa thạch. 6 Biểu đồ này giống với biểu đồ trước, nhưng bây giờ cũng bao gồm giá điện từ các nguồn tái tạo.

Tất cả những mức giá này – năng lượng tái tạo cũng như nhiên liệu hóa thạch – đều không có trợ cấp.

Nhìn vào sự thay đổi của năng lượng mặt trời và năng lượng gió trong những năm gần đây. Chỉ 10 năm trước, nó thậm chí còn chưa thành công: xây dựng một nhà máy điện mới đốt nhiên liệu hóa thạch rẻ hơn nhiều so với việc xây dựng một nhà máy quang điện mặt trời (PV) hoặc gió mới. Gió là 22% và năng lượng mặt trời đắt hơn 223% so với than.

Nhưng trong vài năm gần đây, điều này đã thay đổi hoàn toàn.

Điện từ quang điện mặt trời quy mô tiện ích có giá 359 USD / MWh vào năm 2009. Chỉ trong vòng một thập kỷ, giá đã giảm 89% và giá tương đối tăng vọt: giá điện mà bạn cần tính để hòa vốn với nhà máy than trung bình mới hiện nay là nhiều cao hơn những gì bạn có thể cung cấp cho khách hàng khi bạn xây dựng một nhà máy năng lượng gió hoặc năng lượng mặt trời.

Thật khó để nói quá về thành tích hiếm có mà những thay đổi giá nhanh chóng này đại diện cho điều gì. Hãy tưởng tượng nếu một số mặt hàng khác giảm giá nhanh chóng như điện tái tạo: Hãy tưởng tượng bạn đã tìm thấy một nơi tuyệt vời để sống vào năm 2009 và vào thời điểm đó bạn nghĩ rằng đáng để trả 3590 đô la tiền thuê cho nó. Nếu nhà ở sau đó chứng kiến ​​sự sụt giảm giá mà chúng tôi đã thấy đối với năng lượng mặt trời, điều đó có nghĩa là vào năm 2019, bạn chỉ phải trả 400 đô la cho cùng một nơi. 7

Tôi nhấn mạnh rằng giá cả tương đối quan trọng đối với việc quyết định loại nhà máy điện nào được xây dựng. Việc giảm giá năng lượng tái tạo có ảnh hưởng gì đến quyết định của các nhà xây dựng nhà máy điện thực tế trong những năm gần đây không? Vâng, nó đã làm. Như bạn thấy trong Trình khám phá năng lượng của chúng tôi, năng lượng gió và năng lượng mặt trời đã được mở rộng nhanh chóng trong những năm gần đây; vào năm 2019, năng lượng tái tạo chiếm 72% tổng công suất bổ sung mới trên toàn thế giới.

Giá điện năng lượng tái tạo mới so với hóa thạch mới không có địa lý
Giá điện năng lượng tái tạo mới so với hóa thạch mới không có địa lý

Tại sao chuyện này đang xảy ra? Đường cong học tập và giá của mô-đun quang điện mặt trời

Làm sao có thể? Tại sao chúng ta thấy chi phí năng lượng tái tạo giảm rất nhanh?

Chi phí cho nhiên liệu hóa thạch và năng lượng hạt nhân phụ thuộc phần lớn vào hai yếu tố, giá nhiên liệu đốt và chi phí vận hành của nhà máy điện. 9 Các nhà máy năng lượng tái tạo thì khác: chi phí vận hành của chúng tương đối thấp và họ không phải trả bất kỳ loại nhiên liệu nào; nhiên liệu của họ không cần phải đào lên khỏi mặt đất, nhiên liệu của họ – gió và ánh sáng mặt trời – đến với họ. Điều xác định chi phí của năng lượng tái tạo là chi phí của nhà máy điện, chi phí của chính công nghệ .

Để hiểu tại sao năng lượng mặt trời năng lượng có giá rẻ như vậy chúng ta phải hiểu lý do tại sao năng lượng mặt trời công nghệ có giá rẻ. Đối với điều này, chúng ta hãy quay ngược thời gian một chút.

Điểm giá đầu tiên cho công nghệ năng lượng mặt trời có thể sử dụng được mà tôi có thể tìm thấy là từ năm 1956. Vào thời điểm đó, chi phí chỉ một watt của công suất quang điện mặt trời là 1,865 đô la (đã điều chỉnh theo lạm phát và theo giá năm 2019). 10 Một watt không nhiều. Ngày nay, một bảng điều khiển năng lượng mặt trời duy nhất thuộc loại mà các chủ nhà đặt trên mái nhà của họ tạo ra khoảng 320 watt điện. 11 Điều này có nghĩa là vào thời điểm năm 1956, một trong những mô-đun năng lượng mặt trời ngày nay sẽ có giá 596.800 đô la. 12

Ở mức giá này – hơn nửa triệu đô la cho một tấm pin – năng lượng mặt trời rõ ràng là không thể cạnh tranh được với nhiên liệu hóa thạch.

Vậy tại sao lịch sử của công nghệ năng lượng mặt trời không kết thúc ngay tại đó?

Có hai lý do tại sao thay vì chết, năng lượng mặt trời đã phát triển để trở thành nguồn điện rẻ nhất thế giới hiện nay.

Ngay cả ở mức giá rất cao, công nghệ năng lượng mặt trời đã tìm thấy một công dụng. Đó là một công nghệ đến từ ngoài không gian theo đúng nghĩa đen. Việc sử dụng thực tế đầu tiên của năng lượng mặt trời là cung cấp điện cho một vệ tinh, vệ tinh Vanguard I vào năm 1958. Chính trong lĩnh vực công nghệ cao này, nơi ai đó sẵn sàng trả tiền cho công nghệ năng lượng mặt trời ngay cả với mức giá cực kỳ cao đó.

Lý do quan trọng thứ hai là giá của các mô-đun năng lượng mặt trời giảm khi nhiều mô-đun trong số chúng được sản xuất. Việc sản xuất nhiều hơn đã cho chúng tôi cơ hội học cách cải thiện quy trình sản xuất: một trường hợp kinh điển của việc vừa học vừa làm. Nhu cầu ban đầu trong lĩnh vực công nghệ cao có nghĩa là một số công nghệ năng lượng mặt trời đã được sản xuất và việc sản xuất ban đầu này bắt đầu một chu kỳ đạo đức là nhu cầu ngày càng tăng và giá giảm.

 

Hình dung cho thấy cơ chế này. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, nhiều mô-đun năng lượng mặt trời được triển khai, dẫn đến giá giảm; với mức giá thấp hơn, công nghệ trở nên hiệu quả về mặt chi phí trong các ứng dụng mới, do đó có nghĩa là nhu cầu tăng lên. Trong vòng phản hồi tích cực này, công nghệ năng lượng mặt trời đã tự cung cấp năng lượng cho chính nó kể từ những ngày đầu của nó trong không gian vũ trụ.

Công nghệ
Công nghệ

Lịch sử ngắn của năng lượng mặt trời: Từ không gian vũ trụ đến nguồn năng lượng rẻ nhất trên trái đất

Trong những năm 1960, ứng dụng chính của năng lượng mặt trời vẫn còn trong các vệ tinh. Nhưng chu kỳ đạo đức đã được thiết lập trong chuyển động và điều này có nghĩa là giá của các mô-đun năng lượng mặt trời giảm một cách từ từ nhưng đều đặn.

Với việc giá cả giảm xuống, công nghệ đã đi xuống từ không gian đến hành tinh của chúng ta. Các ứng dụng trên mặt đất đầu tiên vào những năm 1970 là ở những nơi xa xôi nơi mà việc kết nối với mạng lưới điện rộng lớn hơn là tốn kém – những ngọn hải đăng, những giao lộ đường sắt xa xôi, hoặc làm lạnh vắc xin. 13

Điểm dữ liệu cho năm 1976 ở góc trên cùng bên trái của biểu đồ cho thấy tình trạng của công nghệ năng lượng mặt trời vào thời điểm đó.

Hồi đó, giá của một mô-đun năng lượng mặt trời, được điều chỉnh theo lạm phát, là 106 đô la Mỹ cho mỗi watt. Và như bạn thấy ở trục dưới cùng, công suất điện mặt trời được lắp đặt trên toàn cầu chỉ là 0,3 megawatt. So với năm 1956, mức giá này đã giảm 94%, nhưng so với nhu cầu năng lượng của thế giới, năng lượng mặt trời vẫn rất đắt và do đó rất nhỏ: công suất 0,3 megawatt đủ để cung cấp điện cho khoảng 20 người mỗi năm. 14

Chuỗi thời gian trong biểu đồ cho thấy giá của các mô-đun năng lượng mặt trời đã thay đổi như thế nào từ đó đến nay. Cái gọi là ‘hiệu ứng học tập’ trong công nghệ năng lượng mặt trời cực kỳ mạnh mẽ: trong khi công suất lắp đặt tăng theo cấp số nhân, giá của các mô-đun năng lượng mặt trời lại giảm theo cấp số nhân . Thực tế là cả hai chỉ số đều thay đổi theo cấp số nhân có thể được nhìn thấy rõ ràng trong biểu đồ này vì cả hai trục đều là logarit. Trên trục logarit, một số đo giảm theo cấp số nhân sau một đường thẳng.

Đường thẳng biểu thị mối quan hệ giữa kinh nghiệm – được đo bằng công suất lắp đặt tích lũy của công nghệ – và giá của công nghệ đó được gọi là đường cong học tập của công nghệ đó. Mức giảm giá tương đối liên quan đến mỗi lần tăng gấp đôi trải nghiệm là tốc độ học hỏi của một công nghệ.

Đây là chu trình nhân đức trong hành động. Triển khai nhiều hơn có nghĩa là giá giảm, có nghĩa là triển khai nhiều hơn. Với công nghệ năng lượng mặt trời, trong một thời gian dài, việc tăng cường triển khai nó được thực hiện thông qua các khoản trợ cấp và ủy nhiệm của chính phủ – được cho là tác động tích cực nhất của các chính sách này là chúng cũng làm giảm giá các công nghệ mới này theo đường cong học tập. Thanh toán năng lượng tái tạo ở mức giá cao sớm hơn cho phép mọi người trả ít hơn cho chúng sau này.

Việc sản xuất nhiều hơn dẫn đến giá giảm không có gì đáng ngạc nhiên – ‘tính kinh tế theo quy mô’ như vậy được tìm thấy ở nhiều góc của ngành sản xuất. Nếu bạn đã làm một chiếc bánh pizza, thì việc làm một chiếc thứ hai không phải là quá nhiều.

Điều thực sự khiến người ta kinh ngạc về công nghệ năng lượng mặt trời là hiệu ứng này rất mạnh mẽ như thế nào: Trong hơn bốn thập kỷ, mỗi lần tăng gấp đôi công suất tích lũy toàn cầu đều đi kèm với sự sụt giảm tương đối về giá cả.

Những tiến bộ giúp việc giảm giá này có thể kéo dài trong toàn bộ quy trình sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời: 15 nhà máy lớn hơn, hiệu quả hơn đang sản xuất các mô-đun; Nỗ lực R&D tăng lên; tiến bộ công nghệ làm tăng hiệu quả của các tấm pin; những tiến bộ kỹ thuật cải thiện quy trình sản xuất thỏi và tấm silicon; việc khai thác và chế biến nguyên liệu thô tăng quy mô và trở nên rẻ hơn; tích lũy kinh nghiệm hoạt động; các mô-đun bền hơn và sống lâu hơn; cạnh tranh thị trường đảm bảo rằng lợi nhuận thấp; và chi phí vốn cho sự suy giảm sản xuất. Chính vô số những cải tiến nhỏ trong một quy trình tập thể lớn đã thúc đẩy sự sụt giảm giá liên tục này.

Tỷ lệ học tập của các mô-đun PV năng lượng mặt trời là 20,2%. 16 Với mỗi lần tăng gấp đôi công suất tích lũy đã lắp đặt, giá của các mô-đun năng lượng mặt trời giảm 20,2%. 17 Tỷ lệ học tập cao có nghĩa là công nghệ cốt lõi của điện mặt trời suy giảm nhanh chóng. Giá của các mô-đun năng lượng mặt trời giảm từ $ 106 xuống còn $ 0,38 cho mỗi watt. Giảm 99,6%.

Để đạt được những kỳ vọng của chúng ta cho tương lai đúng đắn, chúng ta phải chú ý nhiều đến những công nghệ tuân theo các đường cong học tập. Ban đầu chúng ta có thể chỉ tìm thấy chúng trên một vệ tinh công nghệ cao ngoài không gian, nhưng tương lai thuộc về chúng. Các nguồn năng lượng tái tạo không phải là trường hợp duy nhất; trường hợp nổi tiếng nhất là máy tính và sự phát triển lịch sử tương ứng ở đó là ‘Định luật Moore’. Nếu bạn quan tâm đến việc thực hiện đúng kỳ vọng của mình về tương lai, bạn quan tâm đến cách Định luật Moore giúp chúng ta nhìn thấy tương lai của sự phát triển công nghệ và bạn muốn biết liệu có thực sự là trường hợp sản xuất mở rộng quy mô khiến giá giảm không bạn có thể đọc hộp thông tin sau để có cái nhìn sâu hơn về nó.

Giá pv năng lượng mặt trời so với công suất tích lũy
Giá pv năng lượng mặt trời so với công suất tích lũy

Làm thế nào để Định luật Moore và Định luật Wright có thể giúp chúng ta đạt được những kỳ vọng cho tương lai một cách đúng đắn

Dự đoán tương lai: Định luật của Gordon Moore và Theodore Paul Wright

Mô-đun năng lượng mặt trời không phải là công nghệ duy nhất mà chúng ta thấy sự tiến bộ theo cấp số nhân. Trường hợp thay đổi công nghệ theo cấp số nhân mà ai cũng biết là định luật Moore – quan sát của đồng sáng lập Intel Gordon Moore, người đã nhận thấy rằng số lượng bóng bán dẫn trên bộ vi xử lý tăng gấp đôi sau mỗi hai năm. Ông thực hiện quan sát này lần đầu tiên vào năm 1965 và cho đến ngày nay tốc độ tiến bộ công nghệ phi thường nhanh chóng này vẫn được áp dụng.

Các mạch tích hợp là công nghệ cơ bản của máy tính và định luật Moore là điều đã thúc đẩy sự phát triển theo cấp số nhân của máy tính trong những thập kỷ gần đây – máy tính ngày càng rẻ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và nhanh hơn.

As you might have noticed Moore’s law is not stated in the same way that I’ve been looking at solar module prices. Moore’s law describes technological change as a function of time; for solar, I am looking at price changes as a function of experience – measured as the total amount of solar modules that were ever installed. This relationship, that each doubling in experience leads to the same relative decline in prices, was discovered much earlier than Moore’s law, by aerospace engineer Theodore Paul Wright in 1936.18 After him it is called Wright’s Law. Moore’s observation for the progress in computing technology can be seen as a special case of Wright’s Law.19

Solar panels and computer chips are not the only technologies that follow his law. Have a look at our visualization of the price declines of 66 different technologies and the research referenced in the footnote20

How do we know that increasing experience is causing lower prices? After all it could be the other way around – production only increases after costs have fallen. In most settings this is difficult to disentangle empirically, but researchers François Lafond, Diana Greenwald, and Doyne Farmer found an instance where this question can be answered. In their paper ‘Can Stimulating Demand Drive Costs Down?’, they study the price changes at a time when reverse causality can be ruled out, when demand was clearly not the consequence of lower prices: the demand for military technology in the Second World War.21 Their finding is that for technologies for which Wright’s Law applies, it is mostly the cumulative experience that determines the price. As demand for weapons grew production experience increased sharply and prices declined. When the war was over and demand shrank, the price decline reverted back to a slower rate. This is suggesting that it is really the cumulative experience that is driving the price decline that we are interested in.

Wright’s Law helps us to get our expectations for the future right

If you want to know what the future looks like one of the most useful questions to ask is which technologies follow Wright’s Law and which do not.

Most technologies obviously do not follow Wright’s Law – the prices of bicycles, fridges, or coal power plants do not decline exponentially as we produce more of them. But those which do follow Wright’s Law – like computers, solar PV, and batteries – are the ones to look out for. They might initially only be found in very niche applications, but a few decades later they are everywhere.

If you are unaware that technology follows Wright’s Law you can get your predictions very wrong. At the dawn of the computer age in 1943 IBM president Thomas Watson famously said “I think there is a world market for maybe five computers.”22 At the price point of computers at the time that was perhaps perfectly true, but what he didn’t foresee was how rapidly the price of computers would fall. From its initial niche when there was perhaps truly only demand for five computers they expanded to more and more applications and the virtuous cycle meant that the price of computers declined further and further. The exponential progress of computers expanded their use from a tiny niche to the defining technology of our time.

Solar modules are on the same trajectory, as we’ve seen before. At the price of solar modules in the 1950s it would have sounded quite reasonable to say, “I think there is a world market for maybe five solar modules.” But as a prediction for the future this statement too would have been ridiculously wrong.

To get our expectations about the future right we are well advised to take the exponential change of Wright’s Law seriously. My colleagues Doyne Farmer, François Lafond, Penny Mealy, Rupert Way, Matt Ives, Linus Mattauch, Cameron Hepburn and others have done important pioneering work in this field. A central paper of their work is Farmer’s and Lafond’s ‘How predictable is technological progress?’ from 2016.23 The focus of this research paper is the price of solar modules so that we avoid repeating Watson’s mistake for solar technology. They lay out in detail what I discussed here: how solar modules decline in price, how demand is driving this change, and how we can learn about the future by relying on these insights.

Để có được những kỳ vọng đúng đắn trong tương lai, chúng ta phải chú ý đến những công nghệ tuân theo định luật Wright. Ban đầu chúng ta có thể chỉ tìm thấy chúng trên một vệ tinh công nghệ cao ngoài không gian, nhưng tương lai thuộc về chúng.

Giá điện có tuân theo đường cong học tập không?

Các mô-đun PV năng lượng mặt trời rất có thể tuân theo một đường cong học tập suy giảm nhanh chóng, nhưng bản thân các mô-đun năng lượng mặt trời không phải là những gì chúng ta muốn. Chúng tôi muốn điện mà họ sản xuất. Giá điện mặt trời có tuân theo một đường cong học tập không?

Hình ảnh hiển thị các dữ liệu có liên quan. 24 Trên trục tung, bạn nhìn thấy lại giá LCOE cho điện và trên trục hoành, bây giờ bạn tìm thấy công suất lắp đặt tích lũy. 25 Như trong biểu đồ mô-đun năng lượng mặt trời, cả hai biến được vẽ trên thang đo logarit để đường thẳng trên biểu đồ thể hiện tốc độ học tập cho các công nghệ này.

Với màu cam sáng, bạn có thể thấy sự phát triển về giá điện từ điện mặt trời trong thập kỷ qua. Mối quan hệ đường cong học tập mà chúng ta đã thấy đối với giá của các mô-đun năng lượng mặt trời cũng phù hợp với giá điện . Tỷ lệ học tập thực sự thậm chí còn nhanh hơn: Ở mỗi lần tăng gấp đôi công suất mặt trời được lắp đặt, giá điện mặt trời giảm 36% – so với 20% đối với mô-đun năng lượng mặt trời.

Năng lượng gió – được hiển thị bằng màu xanh lam – cũng tuân theo một đường cong học tập. Ngành công nghiệp gió trên đất liền đạt tỷ lệ học tập là 23%. Mỗi lần tăng gấp đôi công suất đều kéo theo sự sụt giảm giá gần một phần tư.

Gió ngoài khơi có tỷ lệ học là 10% và vẫn còn tương đối đắt – chỉ rẻ hơn 25% so với hạt nhân và đắt hơn một chút so với than đá. Nhưng vì hai lý do mà các chuyên gia kỳ vọng năng lượng từ gió ngoài khơi sẽ trở nên rất rẻ trong những năm tới, kích thước tuabin gió lớn hơn và thực tế là gió ngoài khơi phù hợp cho phép hệ số tải cao hơn. 26 Sự giống nhau rõ ràng của gió trên bờ và ngoài khơi cũng có nghĩa là hiệu ứng học tập trong ngành này có thể được chuyển sang ngành khác.

Nhiên liệu hóa thạch và hạt nhân không tuân theo đường cong học tập

Sản xuất điện từ năng lượng tái tạo đang ngày càng rẻ hơn. Còn đối thủ cạnh tranh của nó thì sao? Đầu tiên chúng ta hãy nhìn vào than đá.

Tại sao điện từ than không rẻ hơn?

Than, nguồn điện lớn nhất thế giới, cũng có tên trong bảng xếp hạng. Giá điện toàn cầu từ than mới (LCOE) giảm từ 111 đô la xuống còn 109 đô la. Trong khi năng lượng mặt trời rẻ hơn 89% và gió 70%, giá điện từ than chỉ giảm 2%.

Giá điện than trì trệ trong thập kỷ qua không phải là điều bất thường. Sự phát triển lịch sử của giá điện than không gần bằng với những gì chúng ta đã thấy đối với năng lượng tái tạo. Cả giá than và giá của các nhà máy than đều không tuân theo một đường cong học tập, giá thậm chí không giảm trong thời gian dài. 27

Điện từ than trước đây vẫn rẻ và vẫn vậy, nhưng không thể rẻ hơn. Có hai lý do mà chúng ta không nên mong đợi điều này sẽ thay đổi nhiều trong tương lai:

Thứ nhất, có rất ít cơ hội để nâng cao hiệu quả của các nhà máy điện than về cơ bản. Các nhà máy điển hình có hiệu suất khoảng 33%, trong khi những nhà máy hiệu quả nhất hiện nay đạt 47%. 28 Ngay cả một sự cải tiến mạnh mẽ, chưa từng có từ hiệu suất một phần ba đến hai phần ba cũng sẽ chỉ tương ứng với sự tiến bộ mà các mô-đun PV năng lượng mặt trời thực hiện cứ sau 7,5 năm. 29

Thứ hai, giá điện từ tất cả nhiên liệu hóa thạch không chỉ được xác định bởi công nghệ mà ở một mức độ đáng kể chi phí của chính nhiên liệu. Chi phí than mà nhà máy đốt cháy chiếm khoảng 40% tổng chi phí. 30 Điều này có nghĩa là đối với tất cả các nhà máy điện không tái tạo có chi phí nhiên liệu này, sẽ có một giới hạn thấp hơn khó có thể giảm giá thành điện năng của họ. Ngay cả khi giá xây dựng nhà máy điện sẽ giảm, giá nhiên liệu có nghĩa là có một mức giá thấp hơn mà giá điện không thể vượt qua.

Vì những lý do này, không có gì ngạc nhiên khi điện than không tuân theo một đường cong học tập.

Điện từ gas: Chúng ta có nên kỳ vọng giá tiếp tục giảm?

Điện từ khí đốt, nguồn nhiên liệu hóa thạch lớn thứ hai, đã trở nên rẻ hơn trong thập kỷ qua. 31 Như chúng ta đã thấy ở trên, điện từ các nhà máy khí chu trình hỗn hợp đã giảm 32% xuống mức chi phí trung bình toàn cầu là 56 USD / MWh. 32

Chi phí xây dựng một nhà máy khí đốt đã giảm trong một số giai đoạn trong 70 năm qua, như Rubin và cộng sự (2015) cho thấy. 33 Nhưng nguyên nhân chính khiến giá điện khí giảm trong thập kỷ qua là do bản thân giá khí đã giảm trong giai đoạn cụ thể này. Sau khi đạt đỉnh vào năm 2008, giá xăng đã giảm mạnh. Nguồn cung tăng lên từ quá trình khai thác là một lý do chính. Tuy nhiên, sự sụt giảm giá gas này không phải là một phần của sự phát triển lâu dài. Giá xăng ngày nay cao hơn hai, ba thập kỷ trước.

Vì những lý do tương tự như đã thảo luận về than đá – hạn chế về chi phí học tập và nhiên liệu làm sàn – do đó, chúng ta không nên kỳ vọng giá điện từ khí đốt sẽ giảm đáng kể trong những thập kỷ tới và chắc chắn chúng ta không nên mong đợi một hiệu ứng đường cong học tập tương tự như những gì chúng ta đang tìm kiếm năng lượng tái tạo.

Tại sao điện hạt nhân trở nên đắt hơn? Điều gì có thể đảo ngược xu hướng đó?

Đối với năng lượng hạt nhân, bạn xem dữ liệu từ năm 2009 trong biểu đồ. Điện hạt nhân đã tăng giá.

Sự gia tăng này là một phần của xu hướng dài hạn. Ở nhiều nơi, việc xây dựng một nhà máy điện đã trở nên tốn kém hơn như các nghiên cứu được xem xét trong tài liệu của Rubin và cộng sự (2015). 34 Điều này tất nhiên là rất đáng tiếc, vì hạt nhân vừa là nguồn điện carbon thấp vừa là một trong những nguồn điện an toàn nhất như chúng ta đã thấy trong biểu đồ đầu tiên.

Một lý do khiến giá điện tăng là do quy định về điện hạt nhân tăng lên, vốn có lợi ích quan trọng là tăng cường an toàn. Nguyên nhân thứ hai là thế giới đã không còn xây dựng nhiều nhà máy điện hạt nhân trong những năm gần đây, do đó các chuỗi cung ứng nhỏ lẻ, không có tính cạnh tranh và không được hưởng lợi từ quy mô kinh tế. 35

Cả hai lý do này đều giải thích tại sao giá LCOE trung bình toàn cầu lại tăng. Nhưng đối với hạt nhân, có sự khác biệt lớn về xu hướng giá giữa các quốc gia: Giá cả và thời gian xây dựng đã tăng đáng kể ở Mỹ và Anh, trong khi Pháp và Hàn Quốc ít nhất có thể giữ nguyên giá và thời gian xây dựng. 36

Michel Berthélemy và Lina Escobar Rangel (2015) giải thích rằng những quốc gia có thể tránh tăng giá là những quốc gia không nổi bật trong việc điều tiết năng lượng hạt nhân ít hơn, nhưng trong việc tiêu chuẩn hóa việc xây dựng các lò phản ứng nhiều hơn. 37 Rốt cuộc, học tập có nghĩa là chuyển giao kiến ​​thức thu thập được trong trường hợp này sang trường hợp khác. Không lặp lại, không học hỏi.

Điều này hoàn toàn trái ngược với năng lượng tái tạo nói riêng. Trong khi công nghệ hạt nhân không được tiêu chuẩn hóa cho lắm và rất hiếm khi được xây dựng, các mô-đun điện mặt trời và nhà máy gió thì hoàn toàn ngược lại, rất được tiêu chuẩn hóa và cực kỳ thường xuyên được xây dựng. 38

Một hy vọng là sự bùng nổ mới về năng lượng hạt nhân và việc tăng cường tiêu chuẩn hóa các lò phản ứng sẽ dẫn đến giảm chi phí điện hạt nhân.

Nhưng không có sự sụt giảm giá mạnh ở bất kỳ đâu, và chắc chắn không có gì có thể được đặc trưng bởi một đường cong học tập dốc.

Nhưng hạt nhân vẫn có thể trở nên quan trọng hơn trong tương lai vì nó có thể bổ sung cho năng lượng tái tạo nơi các nguồn năng lượng này có những điểm yếu: Thứ nhất, khả năng gián đoạn điện từ năng lượng tái tạo vẫn là một thách thức và một hỗn hợp năng lượng khả thi của thế giới hậu carbon trong tương lai có thể sẽ bao gồm tất cả các mức thấp -các nguồn cacbon, năng lượng tái tạo cũng như năng lượng hạt nhân. Và thứ hai, việc sử dụng đất cho năng lượng tái tạo là lớn và lợi ích môi trường lớn của điện hạt nhân là nó sử dụng rất ít đất. 39

Và ngoài các lò phản ứng phân hạch hạt nhân hiện có, có một số nhóm làm việc hướng tới các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, có khả năng thay đổi hoàn toàn nguồn cung cấp năng lượng của thế giới. 40

Để làm cho các lò phản ứng hạt nhân cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch một lần nữa là một lý lẽ cho thuế carbon. Các lò phản ứng hạt nhân giết người ít hơn 350 lần trên một đơn vị năng lượng so với các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch và là một công nghệ carbon thấp, chúng có thể là chìa khóa trong việc chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch.

Pin và bộ lưu trữ điện cũng tuân theo các đường cong học tập

Một trong những nhược điểm của các nguồn tái tạo là chu kỳ cung cấp không liên tục của chúng. Không phải lúc nào mặt trời cũng tỏa sáng và gió không phải lúc nào cũng thổi. Các công nghệ như pin lưu trữ năng lượng điện là chìa khóa để cân bằng nguồn cung thay đổi từ năng lượng tái tạo với nhu cầu không linh hoạt về điện.

May mắn thay, các công nghệ lưu trữ điện cũng nằm trong số ít công nghệ đang đi theo các đường cong học tập đang giảm dần. 41

Với mức giá hiện tại của họ, có thể chỉ có nhu cầu đối với năm hệ thống lưu trữ năng lượng lớn trên thế giới, nhưng như một dự đoán cho tương lai, một ngày nào đó điều này nghe có vẻ ngu ngốc (nếu bạn không biết tôi đang ám chỉ điều gì, bạn đã bỏ qua việc đọc văn bản trong hộp gấp ở trên).

3 đường cong học tập về giá điện
3 đường cong học tập về giá điện

Mở rộng quy mô các nguồn carbon thấp dẫn đến giảm giá; chúng ta đừng lãng phí cơ hội này cho hành tinh và nền kinh tế của chúng ta

Kết quả của cuộc thảo luận trước đó là năng lượng tái tạo tuân theo các đường cong học tập dốc và nhiên liệu hóa thạch thì không. Một lý do chính là năng lượng tái tạo không có chi phí nhiên liệu và chi phí vận hành và bảo trì tương đối nhỏ, có nghĩa là LCOE của năng lượng tái tạo cân bằng với chi phí công nghệ của chúng. Và các công nghệ quan trọng của hệ thống năng lượng tái tạo – năng lượng mặt trời, gió và pin – tự chúng tuân theo một đường cong học tập: mỗi công suất lắp đặt tăng gấp đôi dẫn đến chi phí giảm như nhau.

Nếu chúng ta thực sự nghiêm túc về việc chuyển đổi sang hệ thống năng lượng toàn cầu carbon thấp, chúng ta có một cơ hội tuyệt vời ở phía trước. Mở rộng quy mô các hệ thống năng lượng tái tạo không chỉ mang lại lợi ích trực tiếp của năng lượng carbon thấp hơn mà còn có tác dụng phụ gián tiếp quan trọng hơn : năng lượng rẻ hơn .

Tốc độ học tập đối với PV năng lượng mặt trời và gió đặc biệt nhanh. Rất hiếm để tìm thấy những công nghệ như thế này.

Năng lượng mặt trời và gió có một lợi thế lớn hơn nữa. Mặc dù thường có rất ít thỏa thuận về cách giảm phát thải khí nhà kính, nhưng việc mở rộng năng lượng mặt trời và năng lượng gió là hai lựa chọn cực kỳ phổ biến với đa số người dân. Ngay cả ở Hoa Kỳ thường bị phân cực, năng lượng tái tạo được sự ủng hộ của đa số đảng viên Đảng Dân chủ và Cộng hòa. 85% người Mỹ ủng hộ việc mở rộng điện gió và 92% ủng hộ việc mở rộng điện mặt trời, và ở các nước khác, sự ủng hộ thường thậm chí còn cao hơn. 42

Ngày nay, vào thời điểm nền kinh tế toàn cầu – và người lao động trên toàn thế giới – chịu nhiều ảnh hưởng từ cuộc suy thoái COVID-19 và khi lãi suất thấp (hoặc thậm chí âm), việc mở rộng các hệ thống năng lượng tái tạo mang lại cho chúng ta cơ hội lớn để tiến lên phía trước. Hiếm có một lựa chọn chính sách nào dẫn đến nhiều việc làm hơn, giá cả rẻ hơn cho người tiêu dùng và một hành tinh xanh hơn, an toàn hơn. 43

Chúng ta càng triển khai nhiều công nghệ năng lượng tái tạo thì chi phí của chúng càng giảm. Tăng trưởng nhiều hơn sẽ có nghĩa là tăng trưởng nhiều hơn.

Tạo ra năng lượng tái tạo không thể cưỡng lại: Tiến bộ công nghệ ở đâu đó biến thành tiến bộ ở mọi nơi

Một lập luận cuối cùng về lý do tại sao giá thấp hơn do thay đổi công nghệ lại rất quan trọng để thực hiện quá trình chuyển đổi sang thế giới hậu carbon. Nếu các nước giàu đầu tư vào công nghệ tái tạo để giảm giá theo đường cong học tập, thì họ không chỉ hướng tới việc chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo cho chính họ mà còn cho toàn thế giới.

Giá tương đối của nhiên liệu hóa thạch và năng lượng tái tạo là chìa khóa cho quyết định xây dựng nhà máy điện nào của bất kỳ ai. Làm cho công nghệ carbon thấp trở nên rẻ tiền là một mục tiêu chính sách không chỉ giảm lượng khí thải ở nước bạn mà còn trên toàn thế giới, mãi mãi.

Giảm giá năng lượng các-bon thấp nên được coi là một trong những mục tiêu (và thành tựu) quan trọng nhất của chính sách năng lượng sạch, vì nó quan trọng vượt ra ngoài biên giới của quốc gia đang áp dụng chính sách đó. Đây là điều tuyệt vời của công nghệ: một khi nó được phát minh ở đâu đó, nó có thể giúp ích cho mọi nơi.

Nhu cầu điện tăng trưởng lớn nhất trong những năm tới sẽ không đến từ các nước giàu, mà là các nước nghèo hơn, nhưng đang phát triển nhanh chóng ở Châu Phi và Châu Á. 44 Sự suy giảm mạnh của điện mặt trời là một sự phát triển đặc biệt may mắn đối với nhiều quốc gia thường có khí hậu nắng ấm này.

Các hệ thống năng lượng có sự phụ thuộc vào đường đi rất dài, vì rất tốn kém để xây dựng một nhà máy điện hoặc quyết định đóng cửa một nhà máy điện. Do đó, các khoản đầu tư vào công nghệ tái tạo hiện nay sẽ mang lại lợi ích rất lâu dài. Mỗi trường hợp khi một quốc gia hoặc một công ty điện lực quyết định xây dựng một nhà máy điện carbon thấp thay vì một nhà máy than đều là một chiến thắng trong nhiều thập kỷ. Giá thấp là lý lẽ chính để thuyết phục thế giới – đặc biệt là những nơi có ít tiền nhất – xây dựng các hệ thống điện carbon thấp cho một tương lai bền vững.

Phần kết luận

Một trong những quan niệm sai lầm tồi tệ nhất về thách thức của biến đổi khí hậu là cho rằng đây là một vấn đề không dễ giải quyết. Không phải vậy.

Chính sách khí hậu cực kỳ khó khăn 45 và những thách thức về công nghệ lớn hơn nhiều so với riêng ngành điện vì đây chỉ là một trong một số ngành lớn cần được khử cacbon. Chúng ta cần sự thay đổi và đổi mới công nghệ trên tất cả các lĩnh vực này ở quy mô phù hợp với vấn đề và vấn đề lớn.

Nhưng điều mà việc xem xét thay đổi giá điện đã cho thấy rằng chúng ta có một lựa chọn rõ ràng ở phía trước, nơi chúng ta có thể đạt được những tiến bộ rất quan trọng. Các công nghệ carbon thấp cách đây chỉ vài thập kỷ đắt đến nỗi chúng chỉ phù hợp với các vệ tinh đã giảm giá ổn định và hiện cung cấp nguồn điện rẻ nhất trên hành tinh (có nghĩa rằng chúng hiện là nguồn năng lượng rẻ nhất mà nhân loại từng có. đã truy cập vào).

Giảm chi phí năng lượng tái tạo là chìa khóa cho một tương lai xanh, ít carbon, nhưng nó cũng mang lại lợi ích lớn cho con người ngày nay: Thu nhập thực tế của bạn là tỷ lệ giữa số tiền bạn được trả và giá hàng hóa và dịch vụ bạn phải trả. – đó là lý do tại sao giá năng lượng giảm đồng nghĩa với việc thu nhập thực tế của người dân đang tăng lên. Giá năng lượng giảm đồng nghĩa với tăng trưởng kinh tế và bớt đói nghèo.

Lý do chúng ta có thể hy vọng vào một tương lai trong đó năng lượng tái tạo được triển khai nhanh chóng và nơi các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng trở nên không có lãi là năng lượng tái tạo đi theo các đường cong học tập dốc, còn nhiên liệu hóa thạch thì không. Chúng tôi đang hướng tới một tương lai mà sự bất lợi của nhiên liệu hóa thạch sẽ ngày càng gia tăng.

Nhưng hạn chế biến đổi khí hậu là một cuộc chạy đua với thời gian và chúng ta còn cả một chặng đường dài phía trước. Có nhiều khả năng thế giới đã đạt đến đỉnh điểm phát thải khí nhà kính vào năm ngoái. Một cột mốc lớn, nhưng đỉnh cao không phải là mục tiêu; chúng ta cần phải đạt được mức net-zero.

Lập luận để mở rộng quy mô các công nghệ này sớm hơn là muộn hơn là chúng ta đang tiến tới tương lai carbon thấp, chi phí thấp nhanh hơn . Điều này đảm bảo rằng các nhà máy điện sẽ được xây dựng trong những năm tới không phải là nhà máy nhiên liệu hóa thạch mà là năng lượng tái tạo.

Đây là chìa khóa để giảm nhanh phát thải khí nhà kính. Và nó có tác dụng phụ là nó giúp con người tránh khỏi ô nhiễm không khí và giảm giá năng lượng – đồng nghĩa với việc tăng thu nhập và giảm nghèo.

Trong bài tiếp theo của tôi, tôi sẽ xem xét giá năng lượng tái tạo mới so với giá điện từ các nhà máy điện hiện tại như thế nào.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *