Phương hướng phát triển hợp lý ngành năng lượng Mọi người đều biết rằng công suất bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất là 1,75.1017 W, tức là tương đương 5,4.1024 J năng lượng trong một năm, gấp mười lần tổng trữ lượng nhiên liệu hữu cơ (ước tính bằng 6,9.1023 J), hoặc gấp 1000 lần tổng mức tiêu thụ năng lượng may bien tan gia re được dự báo vào cuối thế kỷ này (15,3.1020 J). Bức xạ mặt trời là yếu tố chủ yếu về mặt năng lượng tạo ra khí hậu trên hành tinh chúng ta, nhưng tại sao chúng ta chưa có cách nào tích lũy một phần năng lượng đó, kiểm soát khí hậu trên Trái đất, nhất là những công nghệ chủ yếu để kiểm soát khí hậu đã được nghiên cứu triển khai về mặt lý thuyết và phần lớn đã được thực nghiệm khẳng định. Vả lại, trên hành tinh mỗi giây xảy ra 2000 cơn dông với tổng năng lượng lên tới 5,3.1023 J một năm, vậy tại sao chúng ta vẫn chưa học được cách sử dụng năng lượng đó? Cũng từ năng lượng bức xạ mặt trời, một phần trong tổng năng lượng tạo ra khí hậu hành tinh là gió thích hợp cho việc khai thác, được ước tính bằng 1,3.1024 J, và năng lượng chuyển khối của sông và dòng biển là 6,7.1023 J. Do đó, chỉ cần sử dụng 0,1% tổng tiềm năng năng lượng bức xạ mặt trời cũng đủ thỏa mãn hoàn toàn các nhu cầu năng lượng của toàn nhân loại cho tới cuối thế kỷ XXI. Đáng tiếc là niềm tin vào tương lai năng lượng nguyên tử vô hạn đã gạt sang một bên những công trình nghiên cứu kịp thời về những công nghệ trên sang thiên niên kỷ thứ ba. Chúng ta hãy xem xét những phương hướng phát triển hợp lý ngành năng lượng thế giới dựa trên những công nghệ năng lượng hiện có và cả những công nghệ mới trong tương lai gần. Nếu chú ý đến sự phân bố lại các nguồn năng lượng trình bày trên Hình 2 do sự cạn kiệt của chúng thì việc đầu tư vào ngành năng lượng truyền thống trong tương lai sẽ không có căn cứ do trữ lượng các chất mang năng lượng hữu cơ sẽ cạn kiệt. Kinh nghiệm thế giới cho thấy giải pháp hợp lý nhất cho nhiệm vụ nâng cao hiệu quả năng lượng của nền kinh tế thế giới là nghiên cứu triển khai các phương pháp luận phù hợp để đánh giá tổng hợp khả năng cạnh tranh của các công nghệ năng lượng không truyền thống và các nguồn năng lượng tái tạo, kể cả việc hình thành cơ chế hữu hiệu khuyến khích áp dụng thực tế những nguồn năng lượng đó. Rõ ràng triển vọng nhất là tiếp tục phát triển năng lượng gió do hiệu suất năng lượng cao, giá thành sản xuất điện năng thấp (0,03 - 0,08 USD/kWh), ảnh hưởng tối thiểu đến môi trường xung quanh, đồng thời với sự hiện hữu của những công nghệ và thiết bị đã được hoàn thiện. Những đặc tuyến đạt được của những thiết bị năng lượng gió được bố trí ở vị trí địa lý thuận lợi sẽ cho phép cạnh tranh được với các nhà máy nhiệt điện cổ điển và trong tương lai sẽ vượt chúng về giá thành điện năng rẻ. Thí dụ, giá 1 kWh điện năng từ các thiết bị năng lượng gió đã giảm từ 0,17 (năm 1970) xuống còn 0,03 USD. Những chương trình này đang được đẩy mạnh ở Đức, Tây Ban Nha, Mỹ, Trung Quốc và đặc biệt ở Đan Mạch, là nước dự kiến đến giữa thế kỷ XXI sẽ đảm bảo 50% mức tiêu thụ năng lượng toàn quốc nhờ ngành năng lượng gió. Ngành năng lượng mặt trời cũng hoàn toàn được đảm bảo bởi cơ sở công nghệ hiện hữu, tuy nhiên về hiệu quả năng lượng giá thành điện năng (0,27 0,47 USD/kWh) và ảnh hưởng sinh thái đều thua ngành năng lượng gió. Hiệu suất năng lượng của những bộ biến đổi quang điện silic phổ biến nhất là 18%, loại arsenit-gali là 37%, của các mẫu mới nhất - tới 42% tức là vượt các chỉ tiêu của ngành nhiệt điện truyền thống. Chúng ta thấy rằng từ năm 1970 tới nay giá điện năng từ các trạm quang điện đã giảm gần 10 lần, từ 2,5 xuống còn 0,27 USD/kWh. Cần lưu ý rằng sản xuất và vận hành các trạm quang điện mặt trời đi đôi với việc sử dụng các thành phần hoá học nguy hiểm về sinh thái, tuy nhiên tổng ảnh hưởng sinh thái của chúng thấp hơn một bậc so với ngành năng lượng truyền thống. Một số nước trên thế giới, ngay cả ở xa đường xích đạo như Pháp, Thụy Điển, Hà Lan đang nỗ lực phát triển theo hướng đó, còn thị trường tiềm năng thế giới về những công nghệ quang điện được đánh giá là 100 tỷ USD. Nhật Bản là nước không có nguồn năng lượng hữu cơ đang có kế hoạch đến giữa thế kỷ này đảm bảo 50% nhu cầu điện năng toàn quốc nhờ quang điện. Ngày nay hợp lý nhất là xây dựng và vận hành các NMNĐ lớn đốt khí. Những NMNĐ đốt than trung bình đắt hơn 1,5-2 lần, tuy nhiên so sánh được về giá điện năng với các NMNĐ đốt khí. Theo như dự báo đến giữa năm 2050 do tăng giá khí, giá điện năng của các NMNĐ đốt khí sẽ gấp đôi so với các NMNĐ đốt than. Tuy nhiên định hướng về sử dụng than trong các công nghệ năng lượng có những hậu quả nghiêm trọng về sinh thái và xã hội. Theo các phương pháp luận mới nhất về đánh giá tổng hợp khả năng cạnh tranh của những công nghệ được khẳng định ở các nước châu Âu, Mỹ, Nga, v.v., suất thiệt hại đến sức khoẻ của người dân do các phát thải SO2, NOX, bụi do các xí nghiệp thuộc tổ hợp nhiên liệu-năng lượng là từ 12.000 euro/t (đối với nước Nga) tới 40.000 - 70.000 euro/t đối với các nước châu Âu. Những công trình nghiên cứu đã tiến hành ở Mỹ về các kết quả thực thi Luật không khí sạch (Clean Air Act) được trình bày trong báo cáo của cơ quan Liên bang về Bảo vệ môi trường xung quanh lên Nghị viện Mỹ đã chỉ ra rằng sự thiệt hại đã được ngăn chặn đối với sức khoẻ người dân do giảm các chất phát thải độc hại của công nghiệp và ngành năng lượng từ 1970 tới 1990 là 14,3 nghìn tỷ USD. Ngành năng lượng hạt nhân cổ điển do có hàng loạt vấn đề sinh thái hiện vẫn chưa được giải quyết rõ ràng sẽ không thể chiếm các vị trí dẫn đầu, tuy nhiên tỷ lệ của nó trong tổng sản lượng điện năng toàn thế giới sẽ không giảm đáng kể. Tổng hợp nhiệt hạch có điều khiển tới cuối thế kỷ này chắc có lẽ sẽ thực hiện được, nhưng sự đóng góp của nó vào sản xuất điện là không đáng kể. Hơn nữa, ngành năng lượng hyđro trong sản xuất điện quy mô công nghiệp sẽ là phương hướng khả dĩ duy nhất trong phát triển ngành năng lượng thế giới. Trữ lượng đơtêri trong nước biển như một loại nhiên liệu nhiệt hạch được đánh giá bằng 4.1013 t tức là tương đương 1017 MW.năm điện năng. Triển vọng hơn cả là công trình nghiên cứu triển khai và ứng dụng công nghiệp các lò stellarator xung lượng cải tiến - đó là những lò phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân không điều khiển - phát nhiệt năng cho các NMNĐ. Do những đặc điểm về kết cấu và công nghệ, công suất tối thiểu của những thiết bị đó cần phải ít nhất là 12 - 15 GW, điều đó về kinh tế là hợp lý đối với những nước với các hệ thống điện phát triển liên quốc gia hoặc liên lục địa. Ngoài ra, hyđro do thiết bị điện phân sản xuất trên cơ sở năng lượng mặt trời là an toàn nhất về sinh thái sẽ được sử dụng có hiệu quả cho các thiết bị điện năng tại chỗ bằng pin nhiên liệu, các thiết bị nhiệt hoặc làm nhiên liệu cho ôtô, tàu thuỷ, máy bay và cả vũ trụ mà sự phát triển các phương tiện đó có nền móng từ nhiều năm nay. Nếu như đối với vận tải hàng không và đường bộ, các công nghệ sử dụng nhiên liệu hyđro đã khá thành công thì đối với ngành năng lượng địa phương hoặc vận tải thuỷ hiện chưa có cả những khái niệm về lý thuyết được khẳng định vì vậy công việc nghiên cứu triển khai và sử dụng với quy mô công nghiệp các công nghệ năng lượng hyđro là nhiệm vụ ưu tiên của nền khoa học thế giới. Xét đến tương lai cạn kiệt các nguồn nhiên liệu khoáng và sự tăng giá của chúng với tốc độ chóng mặt nên các nước dẫn đầu thế giới đang ra sức phát triển theo hướng đó. Trong cuộc gặp thượng đỉnh Nga - Mỹ tại Saint-Peterburg tháng 9/2003, các bộ trưởng năng lượng của hai nước đã tuyên bố về hợp tác Nga - Mỹ trong các công trình phát triển ngành năng lượng hyđro. Theo chương trình Sáng kiến Nguyên tử-Hyđro Mỹ dự định chi trong 5 năm 1,7 tỷ USD để nghiên cứu triển khai động cơ hyđro, còn Liên minh châu Âu trích ra 2 tỷ USD để tạo ra các công nghệ sản xuất nhiên liệu hyđro ở qui mô công nghiệp, nhằm mục tiêu trong 15-20 năm tới trước hết chuyển toàn bộ phương tiện vận tải ôtô sang nhiên liệu hyđro. Tổng sản lượng năng lượng toàn thế giới năm 2005 là 4,96.1020 J, còn tổng sản lượng của các công nghệ thay thế là 8,13.1019 J, tức là 16,4%. Theo tính toán của Hội đồng Năng lượng Thế giới, tổng sản lượng năng lượng đến giữa thế kỷ XXI theo dự báo lạc quan tối thiểu sẽ đạt 6,3.1020 J (theo dự báo bi quan 10,3.1020 J), phần đóng góp của năng lượng không truyền thống là 3,1.1020 J, tức là 49%. Dự báo động thái cơ cấu năng lượng không truyền thống và sự đóng góp của nó vào cân bằng năng lượng thế giới tới năm 2050 được trình bày trên Hình 5. Vì vậy năng lượng truyền thống dựa vào các nguồn năng lượng khoáng là không kinh tế về mặt công nghệ và không xác đáng về mặt sinh thái trong việc đảm bảo những nhu cầu tăng mạnh về năng lượng trên thế giới. Ngày nay thực tế đang tồn tại những khó khăn nhất định về khoa học, kỹ thuật, kinh tế và cả chính trị cho sự phát triển kịp thời cơ sở công nghệ và sử dụng rộng rãi năng lượng hyđro, mặt trời và gió, và nếu tỷ lệ của chúng trong tổng sản lượng năng lượng thế giới trong thời gian tới không đạt được mức cần thiết thì ngay từ những năm 2060-2080 khi hầu như không còn dầu mỏ và khí đốt thì việc áp dụng khẩn cấp năng lượng không truyền thống sẽ không xác đáng về mặt kinh tế ngay cả đối với những quốc gia phát triển nhất.
