Báo cáo Triển vọng Công nghệ Năng lượng của IEA

Công nghệ năng lượng sạch và đổi mới sáng tạo là hai yếu tố rất quan trọng để đáp ứng các mục tiêu chính sách về an ninh năng lượng, phát triển kinh tế đi đôi với môi trường bền vững. Việc hoạch định chính sách môi trường và tiết kiệm chi phí năng lượng phải dựa trên sự hiểu biết rõ ràng về tiềm năng triển khai ứng dụng các công nghệ năng lượng sạch.

Nhằm cung cấp những thông tin, kiến thức quan trọng về các giai đoạn phát triển các công nghệ chính trong ngành năng lượng, từ năm 2006 Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đã phát hành ấn phẩm hàng năm: Báo cáo Triển vọng Công nghệ Năng lượng - Energy Technology  Perspectives (ETP).

Ấn bản mới nhất của ETP ra mắt vào tháng 01 năm 2023. Thông qua lăng kính an ninh năng lượng, khả năng phục hồi và tính bền vững, ETP đưa ra những phân tích quan trọng về các công nghệ năng lượng sạch mà thế giới cần để đáp ứng các mục tiêu không phát thải ròng, bao gồm cả những lĩnh vực chưa đạt được nhiều tiến bộ công nghệ như vận tải đường dài và công nghiệp nặng. Báo cáo cũng trình bày về lượng giảm phát thải cacbon đạt được từ quá trình điện khí hóa, hydro, năng lượng sinh học và công nghệ thu hồi, sử dụng và lưu trữ cacbon.

Đi kèm và bổ trợ cho ấn phẩm ETP, IEA đã xây dựng cơ sở dữ liệu trực tuyến Hướng dẫn Công nghệ Năng lượng Sạch nhằm liên tục cập nhật và so sánh mức độ sẵn sàng thương mại hóa của hơn 500 công nghệ, có thể giúp nhân loại đạt được mức phát thải ròng bằng không thông qua Thang đo mức độ sẵn sàng của công nghệ (Technology Readiness Levels).

Thang đo mức độ sẵn sàng của công nghệ - TRLs

Thang đo này ban đầu được phát triển bởi Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Hoa Kỳ (NASA) vào những năm 1970 và được sử dụng trong nhiều cơ quan chính phủ Hoa Kỳ cũng như các tổ chức nghiên cứu và các nhà phát triển công nghệ trên khắp thế giới để thiết lập các ưu tiên nghiên cứu và thiết kế các chương trình hỗ trợ đổi mới từ những năm 1990 cho đến nay. TRLs cung cấp thông tin tức thời về mức độ hoàn thiện của một công nghệ nhất định trên hành trình từ ý tưởng ban đầu đến khi hoàn thiện và được vận hành thương mại.

Hình 1. Thang đo mức độ sẵn sàng của công nghệ TRLs (Nguồn: Energy Technology Perspectives 2020)

Thang đo TRLs được sử dụng bởi IEA bao gồm 11 mức độ sẵn sàng công nghệ được chia thành 6 nhóm giai đoạn phát triển công nghệ như trình bày tại Hình 1. Hành trình phát triển công nghệ bắt đầu từ việc xác định các nguyên tắc cơ bản (TRL 1). Tiếp theo đó, công nghệ chuyển sang TRL 2 và đạt TRL 3 khi một thử nghiệm được thực hiện để kiểm chứng. Công nghệ sẽ tiếp tục bước vào giai đoạn xác thực, bắt đầu từ nguyên mẫu được phát triển trong môi trường phòng thí nghiệm (TRL 4), cho đến thử nghiệm trong các điều kiện mà nó sẽ được triển khai thực tế (TRL 6). Sau đó, công nghệ chuyển sang giai đoạn trình diễn, nơi nó được trình diễn giải pháp với các điều kiện hoạt động kỳ vọng (TRL 7) và đạt đến mẫu thương mại đầu tiên (TRL 8) trên đường hướng tới hoạt động thương mại đầy đủ trong môi trường liên quan (TRL 9).

Một công nghệ đạt được mức được xem là thương mại hóa (TRL 9) vẫn chưa đủ “độ chín” để đáp ứng các mục tiêu chính sách năng lượng. Vì vậy, IEA đã mở rộng thang TRLs để kết hợp thêm hai cấp độ sẵn sàng: một cấp độ khi công nghệ có tính thương mại và cạnh tranh nhưng cần nỗ lực đổi mới hơn nữa để công nghệ được tích hợp vào các hệ thống năng lượng và chuỗi giá trị khi được triển khai ở quy mô lớn (TRL 10) và quy mô cuối cùng là công nghệ đã đạt được mức tăng trưởng có thể dự đoán được (TRL 11).

Khi các công nghệ đi qua từng giai đoạn, mức độ rủi ro liên quan đến hiệu quả công nghệ sẽ giảm đi nhưng mức độ rủi ro tổng thể tăng lên khi các yêu cầu chi tiêu vốn tăng lên. Tuy nhiên, đổi mới hiếm khi là một tiến trình tuyến tính. Không phải tất cả các thiết kế công nghệ đều được tung ra thị trường hoặc được triển khai trên quy mô lớn. Các giai đoạn phát triển có thể tăng tốc hoặc chậm lại tùy thuộc vào các yếu tố kỹ thuật hoặc chi phí. Khi sự phát triển của một công nghệ tạo ra những ý tưởng cải tiến mới, các thiết kế thay thế và các thành phần tiềm năng tốt hơn có thể xuất hiện ngay cả khi một cấu hình công nghệ nhất định đã trở nên cạnh tranh ở các giai đoạn thích nghi và hoàn thiện.

Hướng dẫn Công nghệ Năng lượng Sạch

IEA đã phân tích mức độ phát triển của hơn 500 công nghệ năng lượng sạch và các thành phần của chúng, đồng thời sắp xếp theo thứ bậc cùng với những thiết kế và thành phần khác cung cấp cùng dịch vụ trong Hướng dẫn Công nghệ Năng lượng Sạch (ETP Clean Energy Technology Guide). Đây là một cơ sở dữ liệu tương tác trực tuyến bao gồm thông tin về mức độ hoàn thiện của các thiết kế và thành phần công nghệ khác nhau, tổng hợp các mục tiêu cải thiện hiệu suất và chi phí cũng như các dự án, quốc gia đi đầu trong công nghệ đó.

Hình 2. Bản poster danh mục các lĩnh vực công nghệ trong Hướng dẫn Công nghệ Năng lượng Sạch của IEA (nguồn: ETP Clean Energy Technology Guide) (đưa con trỏ chuột vào hình để phóng to)

Cơ sở dữ liệu của Hướng dẫn Công nghệ Năng lượng Sạch có thể được truy cập tại website ETP Clean Energy Technology Guide. Tại đây người dùng có thể truy cập danh mục hơn 500 công nghệ được liệt kê theo các ngành: dân dụng, chuyển đổi năng lượng, vận tải, quản lý phát thải cacbon, công nghiệp. Các công nghệ sẽ được phân chia theo 5 ngành kể trên và người dùng có thể tìm kiếm công nghệ theo các lĩnh vực, mức độ sẵn sàng của công nghệ (TRLs), công nghệ đang được giới thiệu ở giai đoạn nào trong chuỗi giá trị và mức độ quan trọng của nó trong việc đạt được mức phát thải bằng không. Từ đó IEA sẽ đưa ra các thông tin chi tiết về khái niệm của công nghệ, chủ đề xuyên suốt, các sáng kiến hoặc dự án chủ chốt và các quốc gia đang đi đầu trong phát triển ứng dụng công nghệ đó.

Hình 3. Giao diện tra cứu cơ sở dữ liệu Hướng dẫn Công nghệ Năng lượng Sạch của IEA (nguồn: iea.org)

Phần lớn các công nghệ chính mà ngành năng lượng cần để đạt được mức phát thải ròng bằng không đã được biết đến, tuy nhiên không phải tất cả chúng đều sẵn sàng để vận hành thương mại. Khoảng một nửa lượng giảm phát thải tích lũy sẽ giúp thế giới phát triển bền vững theo bốn phương pháp tiếp cận công nghệ chính là điện khí hóa các lĩnh vực sử dụng cuối như sưởi ấm và vận tải; ứng dụng thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon; sử dụng nhiên liệu hydro và hydro xanh; và sử dụng năng lượng sinh học. Tuy nhiên, mỗi lĩnh vực này đều phải đối mặt với những thách thức làm sao cho tất cả các thành phần của chuỗi giá trị công nghệ có tính khả thi về mặt thương mại.

Theo thống kê của Hướng dẫn Công nghệ Năng lượng Sạch, 60% thiết kế công nghệ và thành phần được phân tích hiện chưa được thương mại hóa và 35% đang ở giai đoạn áp dụng sớm, nghĩa là chúng vẫn phụ thuộc đáng kể vào sự đổi mới để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí. Trong số các thiết kế công nghệ đã hoàn thiện được đánh giá, 65% liên quan đến lĩnh vực dân dụng và phát điện: tỷ lệ lớn các công nghệ ứng dụng trong công nghiệp, giao thông vận tải và chuyển đổi nhiên liệu hiện đang có mức độ sẵn sàng công nghệ thấp hơn.

Hình 4. Số lượng công nghệ năng lượng sạch được thống kê trong Hướng dẫn Công nghệ Năng lượng Sạch (Nguồn: Energy Technology Perspectives 2020)

Hy vọng các kỹ sư, chuyên viên, nhân sự quản lý trong PECC2 tìm thấy các thông tin hữu ích và khai thác hiệu quả cơ sở dữ liệu trực tuyến này.

Thực hiện: Phạm Đức Trung

Tài liệu tham khảo:

1. ETP Clean Energy Technology Guide - https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tools/etp-clean-energy-technology-guide?selectedSector=Power

2. IEA Energy Technology Perspectives 2020 - https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020

3. IEA Clean Energy Innovation - https://www.iea.org/reports/clean-energy-innovation

4. IEA Energy Technology Perspectives 2023 - https://www.iea.org/events/energy-technology-perspectives-2023

5. Đổi mới sáng tạo công nghệ và hàm ý cho ngành Điện Việt Nam trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng - http://bantin.pecc2.com/Detail.aspx?isMonthlyNew=1&newsID=101526&MonthlyCatID=2031&year=2022