Ashui.com

Một cơ cấu cung cầu điện năng nhiều lớp, đa dạng và linh hoạt, trong đó năng lượng tái tạo và năng lượng hạt nhân là hai thành tố quan trọng, sẽ mang lời giải cho bài toán năng lượng đến năm 2030 và tầm nhìn 2050 của Nhật Bản.  

Cùng với điện gió, điện mặt trời đang được khuyến khích phát triển ở Nhật Bản. (Nguồn: Bloomberg) 

Câu chuyện về năng lượng của Nhật Bản đầu thế kỷ 21 gắn liền với tai nạn nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi năm 2011, sau khi nhà máy phải hứng chịu thảm họa kép động đất và sóng thần. Sau sự cố này, Chính phủ Nhật Bản đã quyết định chuyển hướng cơ cấu điện năng: dừng vận hành tất cả các nhà máy điện hạt nhân – nơi đóng góp tới 30% sản lượng điện quốc gia, để tập trung vào nhiệt điện và năng lượng tái tạo. 

Vậy điều gì xảy ra? Việc cho dừng hoạt động các lò phản ứng đã tác động mạnh đến Nhật Bản nhiều hơn dự kiến. Năm 2016, Keidanren – Liên đoàn thương mại Nhật Bản đã ước tính, giá điện tăng lên 30% trong vòng ba năm sau Fukushima, đặt thêm một gánh nặng cho ngành công nghiệp trong khi nó đang căng sức đưa nền kinh tế đất nước trở lại như cũ. “Tác động rất lớn, một phần bởi vì không còn điện hạt nhân, một phần vì đồng Yên mất giá. Chúng tôi không rõ mỗi thứ chiếm bao nhiêu phần trăm trong giá điện tăng nhưng rõ ràng là khi các nhà máy điện hạt nhân tiếp tục dừng vận hành, các công ty điện phải tăng giá điện… và hằng ngày, khách hàng sẽ phải trả thật nhiều chi phí”, ông Masami Hasegawa – người quản lý Ban Chính sách môi trường của Keidanren, nhận xét.

Cũng theo ông Hasegawa, chi phí cao làm tăng giá các sản phẩm của Nhật Bản, ảnh hưởng đến khách hàng trong nước và đặt áp lực lên hàng hóa xuất khẩu, vốn đang phải đối mặt với cạnh tranh trên thị trường quốc tế. Năm 2013, thâm hụt thương mại của Nhật Bản tăng hơn 10 nghìn tỷ Yên (103 tỷ USD) trong đó giá điện cao là thủ phạm chính.Không chỉ ngành công nghiệp mà cả khoa học cũng bị ảnh hưởng, ví dụ một nhóm nghiên cứu về cấu trúc hạt nhân ở Viện RIKEN đã phải tạm hoãn dự án của mình một vài năm vì chi phí cho điện đã vượt quá dự toán ban đầu. 

Về bản chất, chính sách phát triển điện năng mới không đủ giải quyết được vấn đề. Để sản xuất điện từ nhiên liệu hóa thạch, Nhật Bản phải nhập khẩu tới 90% nhiên liệu như khí, than, dầu..., chủ yếu từ Qatar - nơi có dấu hiệu bất ổn về địa chính trị vài năm qua. Vào tháng 4/2015, Viện Nghiên cứu kinh tế năng lượng Nhật Bản (IEEJ) cho biết, chính sách phát triển điện hạt nhân trong quá khứ đã giúp Nhật Bản tiết kiệm được 33 nghìn tỉ Yên (tương đương 276 tỷ USD) tiền mua nhiên liệu hóa thạch và “chúng ta đang sống dựa vào khoản tiết kiệm này nhưng đến năm 2020, chúng ta có thể mất đi 2/3 số đó” bởi mỗi năm tốn tới 3,6 nghìn tỉ Yên (30 tỉ USD) chỉ để nhập khẩu nhiên liệu. Trong khi đó, việc phụ thuộc vào năng lượng tái tạo cũng khiến hóa đơn tiền điện gia đình tăng lên 13,7%/năm. Vào tháng 3/2017, Bộ Kinh tế, thương mại và công nghiệp Nhật Bản (METI) loan báo, mỗi gia đình sẽ phải trả thêm mỗi năm 9504 Yên (tương đương 83 USD) để hỗ trợ năng lượng tái tạo. Như vậy, trên toàn quốc, các hộ gia đình sẽ “đóng góp” thêm 2140 tỷ Yên (18,77 tỷ USD).

Điều này đã được các nhà nghiên cứu về chính sách năng lượng cảnh báo sớm. Năm 2013, trên tạp chí Energy Policy của nhà xuất bản Elservier, nhóm tác giả trường Đại học Adelaide, Úc đã xuất bản công trình “Đánh giá các lựa chọn cho sự kết hợp năng lượng tương lai của Nhật Bản sau thảm họa hạt nhân Fukushima” (Evaluating options for the future energy mix of Japan after the Fukushima nuclear crisis) và phân tích những bất lợi về nhiều mặt như chi phí điện năng, an ninh năng lượng, khí thải nhà kính, ô nhiễm không khí… mà Nhật Bản gặp phải khi phát triển năng lượng theo lộ trình phi hạt nhân (nuclear-free pathway).

Chính sách năng lượng mới đa dạng và đa lớp

Cơ cấu điện năng của Nhật Bản đến năm 2030. (Nguồn: meti.go.jp) 

Mùa hè 2018, khi nắng nóng và nhiệt độ tăng lên bất thường ở Đông Á, nhu cầu về điện của Nhật Bản lại càng tăng lên. Trong bối cảnh đó, Kế hoạch năng lượng chiến lược lần thứ 5 tầm nhìn 2030 và đến 2050 được nội các Nhật Bản thông qua vào tháng 7/2018 đã đưa ra một cái nhìn mới về tương lai năng lượng Nhật Bản: phát triển năng lượng dựa trên triết lí 3 E +S, viết tắt của các từ an toàn (safety), an ninh năng lượng (energy sercurity), môi trường (environment), hiệu quả kinh tế (economic effeciency). Có thể thấy, Nhật Bản đang hướng đến việc thiết lập một cấu trúc cung cầu năng lượng bền vững, ít đem lại gánh nặng kinh tế và thân thiện với môi trường.

Để làm được điều này, các nhà hoạch định chính sách đã nhận diện được chính xác đặc tính của từng nguồn năng lượng trong cả chuỗi cung ứng, phân loại vị trí và nêu ra các hướng chính sách phát triển phù hợp với các mặt mạnh, yếu của chúng. Họ đã xác định mức đóng góp của chúng trong cấu trúc năng lượng quốc gia:

1. Địa nhiệt, thủy điện, điện hạt nhân, điện than là nguồn điện phụ tải nền (base-load power source), có thể hoạt động một cách ổn định và chi phí thấp bất kể vào thời gian ban ngày hay ban đêm.

2. Nhiệt điện từ khí hóa lỏng là nguồn điện phụ tải trung gian (intermediate power source), có chi phí thấp, có khả năng đáp ứng một cách linh hoạt và nhanh chóng với nhu cầu điện năng.

3. Thủy điện tích năng như nguồn điện phụ tải đỉnh (peaking power source) có công suất phát điện lớn, có thể kiểm soát việc phát điện theo nhu cầu điện năng dù chi phí sản xuất cao vào các thời điểm phụ tải cao (thủy điện tích năng cần các nguồn điện lớn để bơm nước ngược lên hồ khi phụ tải thấp).

Chính phủ Nhật Bản cũng đang đề xuất nhiều biện pháp để thiết lập nền tảng cho năng lượng tái tạo phát triển và trở thành một trong những nguồn cấp điện chính, đạt tỷ lệ 21% vào năm 2020.

Trên cơ sở đó, Nhật Bản đã có được một cấu trúc cung cầu năng lượng đa lớp, đa dạng và linh hoạt (multilayered and diversified flexible energy supply-demand structure), không chỉ tránh sự phụ thuộc quá nhiều vào một loại hình năng lượng mà còn tận dụng được thế mạnh của các nguồn năng lượng khác nhau. Trong cấu trúc mới này, điện hạt nhân “là nguồn điện phụ tải nền quan trọng đóng góp vào sự ổn định dài hạn” và “là sự lựa chọn khả thi để Nhật Bản cắt giảm khí thải carbon”, do đó cần phải có những biện pháp cần thiết để điện hạt nhân đạt được mức 20 đến 22% tổng sản lượng điện năng đến năm 2030. Để đạt được mục tiêu này, Nhật Bản đã và sẽ tiếp tục khởi động lại các nhà máy điện hạt nhân, đồng thời tiếp tục xây dựng thêm một số lò hạt nhân mới trong các dự án xây dựng bị dừng lại sau Fukushima.

Thông qua việc cải cách cấu trúc điện năng, Bộ Kinh tế, thương mại và công nghiệp Nhật Bản còn mong muốn khuyến khích sự đa dạng của các bên tham gia vào thị trường điện nước này cũng như sự tương tác giữa các bên với nhau. Việc gia nhập thị trường của các nhà cung cấp mới, kể cả từ lĩnh vực phi năng lượng, cũng như của các chính quyền địa phương, các tổ chức phi lợi nhuận tham gia vào những dịch vụ quản lý cung cầu điện năng không chỉ làm gia tăng đầu tư vào năng lượng mà còn thúc đẩy việc sử dụng điện năng tiết kiệm, hiệu quả và những đổi mới sáng tạo về công nghệ như sử dụng AI, IoT. Điều này thậm chí còn được chờ đợi sẽ góp phần phục hồi sự phát triển của từng khu vực, ví dụ như tạo ra một ngành công nghiệp mới ở địa phương.

Nhận định về mô hình phát triển mới của năng lượng Nhật Bản, giáo sư Takamitsu Sawa (trường Đại học Shiga) đã viết trên Japan Times là kế hoạch lần thứ 5 đã nhấn mạnh đến ba điểm cơ bản mà theo ông là không người Nhật nào có thể quên: các kinh nghiệm và bài học an toàn từ tai nạn nhà máy điện hạt nhân Fukushima năm 2011; tinh thần tự lực (self-sufficiency) là nguyên tắc hướng dẫn nước Nhật thời kỳ sau Chiến tranh Thế giới thứ hai khi lựa chọn phát triển các nguồn năng lượng; và Nhật Bản phải theo sát xu hướng toàn cầu về cắt giảm khí thải nhằm đáp ứng các tiêu chí của Thỏa thuận chống biến đổi khí hậu Paris 2015 (Nhật Bản hiện đứng thứ 5 thế giới về phát thải carbon).

Khuyến khích đổi mới sáng tạo trong năng lượng tái tạo và hạt nhân

Điện hạt nhân là sự lựa chọn khả thi để Nhật Bản cắt giảm khí thải carbon. Ảnh: Nhà máy điện hạt nhân Sendai. (Nguồn: Enformable) 

Là hai trong số các nguồn cung cấp điện năng đảm bảo được yêu cầu không phát thải khí nhà kính và đạt hiệu quả bền vững, Chính phủ Nhật Bản mong muốn năng lượng tái tạo và năng lượng hạt nhân đi đầu về đổi mới công nghệ.

Lĩnh vực năng lượng tái tạo. Trong bối cảnh các quốc gia đều thúc đẩy đầu tư vào năng lượng tái tạo, giáo sư Takamitsu Sawa cho rằng, Nhật Bản cần tập trung kinh phí R&D ở một số vấn đề nhất định. Để đạt được mục tiêu của chính phủ đề ra là năm 2030, năng lượng tái tạo chiếm 20% sản lượng điện quốc gia thì phải giải quyết vấn đề cốt yếu là phát triển thiết bị lưu trữ điện năng giá rẻ và tăng cường khả năng tự cung cấp năng lượng tái tạo theo vùng.

Theo nhận định của Bộ Kinh tế, thương mại và công nghiệp, có một thực tế là các công ty của Trung Quốc đang chiếm ưu thế trên thị trường công nghệ với các thiết bị lưu trữ điện năng và pin mặt trời giá rẻ. Vài năm trở lại đây, số lượng các công ty Nhật Bản cung cấp các tấm pin mặt trời ở thị trường nội địa đang sụt giảm một cách đều đặn. Do đó, kế hoạch năng lượng chiến lược nêu “phải tái khẳng định tầm quan trọng của khái niệm ‘tự lực công nghệ’ để đảm bảo Nhật Bản giữ được các công nghệ lõi trong chuỗi cung ứng năng lượng trên thị trường nội địa”.

Đây cũng là những mục tiêu mà một số kế hoạch phát triển năng lượng tái tạo do nội các Nhật Bản thông qua thời gian gần đây như Chiến lược Môi trường và năng lượng quốc gia cho đổi mới công nghệ đến năm 2050 (NESTI 2050), Chương trình Đổi mới sáng tạo cho công nghệ năng lượng môi trường hướng đến. Trong các chương trình này, vấn đề đổi mới công nghệ tập trung vào việc tạo các thiết bị lưu trữ điện tiên tiến có phạm vi ứng dụng rộng như cung cấp điện năng cho xe ô tô điện trên đoạn đường trên 700km, công nghệ chế tạo, lưu trữ và sử dụng nhiên liệu hydrogen không phát thải CO2, hệ thống điện mặt trời gấp đôi hiệu suất của các hệ thống hiện hành... Họ cũng thống kê và lập bản đồ 37 công nghệ liên quan chặt chẽ đến năng lượng tái tạo – tuy không trực tiếp tạo ra điện năng nhưng giúp quá trình sử dụng điện năng hiệu quả và an toàn hơn. Nhờ vậy, Nhật Bản không chỉ đạt được mục tiêu cắt giảm khí thải mà còn có cơ hội vươn lên dẫn đầu thế giới về đổi mới sáng tạo các công nghệ liên quan đó. Ví dụ việc phát triển ứng dụng IoT, phân tích Big Data sẽ giúp tối ưu được sự cân bằng giữa dự báo và nhu cầu thực tế hoặc cho phép lựa chọn được nguồn cung hợp lý trong số các nguồn điện dự trữ…

Lĩnh vực điện hạt nhân. Sau tai nạn Fukushima 2011, vấn đề lớn nhất của điện hạt nhân Nhật Bản là nâng cao sự an toàn của công nghệ và thiết kế điện hạt nhân. Về bản chất, tuy phát triển điện hạt nhân nhưng Nhật Bản vẫn là quốc gia nhập khẩu công nghệ nên thiếu thiết kế, công nghệ an toàn. Trong một cuộc trao đổi với Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam vào tháng 8/2018, giáo sư Jerome Isaac Friedman – người đoạt giải Nobel Vật lý 1990, cho biết, một trong những sai lầm của Nhật Bản thời kỳ xây dựng Fukushima (những năm 1970) là sử dụng nguyên thiết kế nhà máy điện hạt nhân của Mỹ ở vùng đất khô và cao cho vùng có địa hình thấp sát biển. Khi sóng thần ập đến, động cơ diesel phát điện và hệ thống cấp điện đã bị tê liệt. Do đó, khi áp dụng công nghệ chuyển giao, cần đánh giá vấn đề đặc thù của đất nước để đảm bảo tính hiệu quả và an toàn.

Để nâng cao tính an toàn của công nghệ, về phương pháp tiếp cận, Nhật Bản đặt lại vấn đề kết nối giữa ngành công nghiệp và trường đại học, viện nghiên cứu để thiết lập một nền tảng hợp tác, trao đổi thông tin, ghi nhận những hiểu biết mới, đồng thời góp phần làm minh bạch và công khai hóa thông tin về năng lượng hạt nhân – yếu tố quan trọng trong việc xây dựng lòng tin của công chúng. Quá trình này cũng sẽ góp phần thúc đẩy việc đào tạo cho Nhật Bản những chuyên gia giỏi về công nghệ hạt nhân.

Báo cáo “R&D Năng lượng hạt nhân” của Bộ Giáo dục, Văn hóa, Thể thao và KHCN Nhật Bản (MEXT) vào năm 2016 cũng nêu quan điểm: việc hợp tác giữa các bên sẽ khai thác được thế mạnh về nghiên cứu cơ bản của các trường đại học, viện nghiên cứu. Việc tiến hành song song những nghiên cứu cơ bản và đổi mới công nghệ sẽ góp phần củng cố sự an toàn của hạt nhân, ví dụ nghiên cứu về vật lý hạt nhân, vật lý hạt, cơ học lượng tử, vũ trụ học, cơ học dòng chảy… cũng liên quan mật thiết với các hoạt động của lò phản ứng năng lượng.

Bên cạnh đó, những nội dung Nhật Bản tập trung vào nghiên cứu là chu trình nhiên liệu và mở rộng thêm R&D về các loại lò phản ứng neutron nhanh. Họ đã lựa chọn cách giải quyết mở: bất kỳ hoạt động R&D nào về lò phản ứng nhanh và xử lý chất thải hạt nhân đều phải thông qua hợp tác quốc tế. Chủ trương này đem lại cho Nhật Bản cơ hội tiếp cận với những vấn đề mới của công nghệ hạt nhân, mặt khác họ cũng rất cần sự hỗ trợ của quốc tế trong việc tháo dỡ các lò phản ứng ở Fukushima. Vào tháng 8/2013, Viện nghiên cứu quốc tế về tháo dỡ nhà máy điện hạt nhân (IRID) đã được thành lập ở Nhật Bản với nhiệm vụ định hướng R&D về các phương pháp đánh giá tính toàn vẹn lâu dài của các vật liệu trong thanh nhiên liệu hạt nhân; tháo dỡ nhiên liệu đã qua sử dụng khỏi bể; các phương pháp loại bỏ nhiên liệu bị hư hại; xử lý chất thải phóng xạ…

Ngoài sự đầu tư của chính phủ, các công ty như TEPCO, Toshiba, Hitachi-GE… cũng đều đầu tư kinh phí vào R&D – một trong những ví dụ đó là sự ra đời của Trung tâm kỹ thuật điện hạt nhân, nơi phát triển lò nước sôi và nước áp lực công suất 1700 đến 1800MW. Các thiết kế cơ bản đã được hoàn thành vào năm 2015, dự kiến sẽ triển khai xây dựng vào năm 2030. 

Như vậy, trải qua những khó khăn sau 2011, hiện nay Nhật Bản đã tái khởi động và vận hành nhiều nhà máy điện hạt nhân nhằm đáp ứng nhu cầu điện năng cho đất nước. Chiến lược phát triển điện năng của Nhật Bản cho thấy cấu trúc điện năng tương lai chủ yếu sẽ là nhiệt điện khí hóa lỏng, điện tái tạo và điện hạt nhân. Đây là cơ cấu phù hợp cho phát triển bền vững, vừa đáp ứng nhu cầu, vừa thúc đẩy KHCN và đổi mới sáng tạo, chống biến đổi khí hậu. Quy hoạch phát triển điện năng luôn luôn là nhiệm vụ tối quan trọng và cần có tầm nhìn, quy hoạch sớm, đi trước để hỗ trợ cho phát triển kinh tế xã hội của đất nước. 

Thanh Nhàn tổng hợp 
TS. Trần Chí Thành (Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam) hiệu đính 

Tài liệu tham khảo chính: 

1. Chương trình năng lượng lần thứ 5 của Nhật Bản: http://www.meti.go.jp/english/press/2018/pdf/0703_002c.pdf
2. Tổng quan về năng lượng hạt nhân Nhật Bản: http://www.world-nuclear.org/information-library/country-profiles/countries-g-n/japan-nuclear-power.aspx | http://www.world-nuclear.org/information-library/country-profiles/countries-g-n/japan-nuclear-fuel-cycle.aspx
3. Chương trình R&D về năng lượng: https://www.japanfs.org/en/news/archives/news_id035624.html
4. http://vinatom.gov.vn/giao-su-jerome-isaac-friedman-nha-vat-ly-hoa-ky-dat-giai-nobel-nam-1990-den-tham-vien-nang-luong-nguyen-tu-viet-nam

(Tia Sáng)