Năng Lượng Mặt Trời: Nguồn Năng Lượng Bền Vững Cho Nền Kinh Tế năm 2025

Tin vui hiếm hoi trong thập kỷ qua, nên đây là một số tin vui: Từ năm 2010, chi phí sản xuất điện từ năng lượng mặt trời đã giảm 80%, và các nhà máy điện phô tô voltaic khổng lồ, một số có diện tích rộng hàng nghìn mẫu Anh, đang biến đổi kinh tế năng lượng xanh. “Ngay cả so với năm ngoái, đây là một câu chuyện thực sự khác biệt so với hiện tại,” như Gregory Nemet, một học giả đã xuất bản sách Tại Sao Năng Lượng Mặt Trời Trở Nên Rẻ năm ngoái. “Điều này không chỉ là rẻ. Nó rẻ đến không tưởng. Ở những nơi nắng nóng, đây là cách rẻ nhất mà con người đã từng phát minh để sản xuất điện.”

Nếu sụp đổ về chi phí này xảy ra trong một năm duy nhất, có thể đã được tôn vinh như là đột phá của thế kỷ. Nhưng nó diễn ra từ từ, và những cải tiến gia tăng trong sản xuất silic pha mảnh không tạo ra sự chú ý. Đầu thập kỷ 2010, năng lượng mặt trời chỉ là một dự án nghiên cứu, chiếm dưới 1% công suất điện đã lắp đặt trên thế giới. Bây giờ con số đó là 9% và đang tăng nhanh chóng. Hơn 1 nghìn tỷ đô la đã được đầu tư vào các cài đặt năng lượng mặt trời mới trong khoảng thời gian đó. Năng lượng mặt trời thường thắng trong các cuộc đấu thầu điện năng, với giá thầu chỉ 4 xu mỗi kilowatt-giờ. Ở mức giá đó, một nhà máy điện mặt trời không chỉ rẻ hơn một nhà máy than; nó còn rẻ hơn than chính nó. “Chúng ta đang tiến vào một giai đoạn, nơi xây dựng một nhà máy điện năng lượng mặt trời mới rẻ hơn là vận hành một nhà máy than hiện tại,” như nhà đầu tư năng lượng Ramez Naam nói.

Câu chuyện về năng lượng mặt trời giá rẻ bắt đầu tại Đức vào đầu những năm 2000, khi Đảng Xanh đẩy qua một khoản phụ phí trên hóa đơn điện để tài trợ cho việc phát triển năng lượng sạch. Điều đó làm tăng gấp bốn kích thước thị trường năng lượng tái tạo tại Đức, và các nhà cung cấp thiết bị bắt đầu xây dựng cơ sở hạ tầng quy mô lớn.

Vào thời điểm đó, các nhà sản xuất tấm pin mặt trời cắt silic bằng tay, sử dụng thiết bị tái chế từ ngành công nghiệp vi mạch. Sau đó, vào năm 2003, quy trình đầy công phu và tốn kém này được bỏ qua, nhờ vào Meyer Burger diamond wire saw, một máy cắt tự động cho wafer phô tô voltaic. (Công ty Meyer Burger nằm trong hàng ngũ của Otto Rohwedder, người đã áp dụng kỹ thuật tương tự cho bánh mì, trong đại dương của việc cắt lát.) Các cải tiến tương tự trong các lĩnh vực con nhỏ của năng lượng mặt trời như wafer-pulling và chemical vapor deposition cũng có nguồn gốc từ các khoản trợ cấp của Đảng Xanh. “Người đóng góp của Đức đã trả khoảng 220 tỷ đô la để tài trợ cho năng lượng mặt trời,” Nemet nói. “Nếu bạn hỏi họ tại sao, họ nói, ‘Đó là món quà của chúng tôi cho thế giới.’”

Đến giữa những năm 2000, các nhà cung cấp châu Âu đang bán các dây chuyền lắp ráp đóng gói biến silic nguyên liệu thành tấm pin mặt trời hoàn thiện. Khi các khoản trợ cấp Đức giảm bớt, các công ty công nghiệp Trung Quốc bắt đầu đặt hàng những nhà máy này ở quy mô lớn. “Trung Quốc có tầm nhìn đúng,” nói Eicke Weber, một doanh nhân năng lượng mặt trời người Đức, trong một cuộc phỏng vấn với Nemet vào năm 2017. “Khi thế giới nói về 100 megawatts, người Trung Quốc nói về 1 gigawatt.” Đến năm 2010, 90% thiết bị lắp ráp tấm pin mặt trời được bán cho Trung Quốc, và bạn có thể cảm ơn Đảng Cộng sản đã bảo lãnh sản xuất hàng loạt và khuyến khích các nhà sản xuất bán dưới giá thành. Năm 2018, Tổng thống Donald Trump đáp trả bằng thuế quan, nhưng vào thời điểm đó, các nhà đầu tư tư bản sẽ chú ý. Thậm chí sự thù địch của Tổng thống đối với năng lượng tái tạo cũng không thể ngăn chặn đầu tư vào một thiết bị biến ánh sáng mặt trời thành tiền.

Ah, nhưng đó là một cuộc cách mạng tẻ nhạt! Không có gì đáng nhớ về một trang trại năng lượng mặt trời hiện đại. Tháng 12 năm trước, tôi thăm Great Valley Solar, một cài đặt có công suất 200 megawatt ở Thung lũng Trung California hoàn thành vào năm 2018 với giá 190 triệu đô la. Những tấm pin màu xanh nhạt, nằm yên giữa một lưới hình ô vuông của vườn hạt hạt và trang trại chăn nuôi bò, không hô vang với vẻ uy quyền như một nhà máy thủy điện lớn hay làm kinh hoàng với chiều cao đáng sợ như một tháp làm mát hạt nhân. Tôi dành nửa giờ đứng trong bùn với một cuốn sổ tay, nhìn qua hàng rào mắt xích khi tôi cố gắng tìm thuật ngữ mô tả hứng thú. Ghi chú cuối cùng của tôi nói, “Mùi như phân.”

Hoàn thành công việc báo cáo đó, tôi lái xe đến trung tâm của 1,600 mẫu Anh của Thung lũng Trung California để tìm một container chuyển đổi được sơn màu Vàng Cơ Quan, nơi Jadine Woo, người phối hợp cơ sở, theo dõi sản lượng của nhà máy và phối nó với điện áp của lưới điện. Vào một chiều thứ Năm, không hẹn trước, tôi bước vào văn phòng của cô ấy như là một quán cà phê. Woo, một phụ nữ thân thiện trong khoảng năm mươi, chào đón tôi với sự hứng thú. Nếu tôi đã thử nghiệm màn ảo này ở một nhà máy hạt nhân, tôi đã bị bắn chết bởi một người xác lập tinh tế.

“Điều không thể tin được là những ô tô nhỏ này có thể làm gì,” cô ấy nói với tôi. Woo thoải mái gọi nhà máy này là “nông trại,” và giống như một người làm nho ngắm nhìn một trái nho tốt, cô ấy trở nên hứng khởi khi nói về hiệu suất của các tấm pin. Great Valley nên duy trì hoạt động ít nhất trong 20 năm tiếp theo, với chi phí bảo trì tối thiểu. Trong một ngày hè nắng, nhà máy này có thể cung cấp khoảng một phần trăm nhu cầu năng lượng tổng cộng của California. Không phải là một con số ấn tượng khi đứng một mình, nhưng có ít nhất một trăm trạm ở California, với tên như Topaz Solar Farm và Antelope Valley Solar Ranch. Great Valley không tạo ra rác thải, không có bộ phận chuyển động, và có thể nâng cấp theo yêu cầu. Nói chuyện với Woo, tôi nhận ra rằng sự bình dị của trang trại năng lượng mặt trời có lẽ là đặc điểm tốt nhất của nó.

Người nghi ngờ có thể trỏ vào lịch sử các lời tuyên bố về sự phát triển của năng lượng mặt trời. Năm 1979, Jimmy Carter lắp đặt các tấm pin mặt trời (để sưởi nước) tại Nhà Trắng và tuyên bố rằng năng lượng tái tạo sẽ cung cấp 25% điện của Mỹ vào năm 2000. Sau đó, Reagan rút ra các tấm pin và ngừng tài trợ chương trình tái tạo của Carter. Năng lượng mặt trời quy mô lớn luôn dường như cách đây 20 năm; các chuyên gia ngành công nghiệp đề cập đến những “bình minh giả mạo” này với sự máy móc nhạt nhòa dành cho một lời trêu cũ mòn.

Mặt trời có lẽ sẽ mọc lên lần này? Trông có vẻ như vậy. Một số lượng lớn các nhà máy năng lượng mặt trời, một số trong số chúng lớn gấp 10 lần Great Valley, được lên kế hoạch sẽ đi vào hoạt động trong thập kỷ tới. Việt Nam không có cài đặt năng lượng mặt trời quy mô lớn nào vào năm 2017. Ngày nay, với công suất 5 gigawatts, nó tạo ra nhiều năng lượng mặt trời hơn Australia. Mục tiêu của Ấn Độ là lắp đặt 20 gigawatts vào năm 2022—nhưng sau đó, giá năng lượng mặt trời giảm xuống dưới giá than, và nó đạt được mục tiêu bốn năm sớm. Trung Quốc, với công suất lắp đặt 175 gigawatts, có hạ tầng năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới.

Mặc dù có sự tăng đầu tư, năng lượng mặt trời tại Hoa Kỳ vẫn chỉ chiếm hơn 2% nguồn cung cấp điện hiện tại. Nhưng các chuyên gia dự đoán sự tăng trưởng nhanh chóng tiếp tục cho năng lượng mặt trời trong những năm sắp tới chỉ bằng cách sử dụng công nghệ hiện tại. “Giờ đây, việc bảo vệ thế giới có lợi nhuận hơn là phá hủy nó,” như Hal Harvey, một chuyên gia chính sách chuyên về năng lượng tái tạo, nói.

Để thực hiện những lợi nhuận giữa cả thế giới đó, chúng ta phải lắp đặt một số lượng tấm pin mặt trời không tưởng. Một tweet gần đây của Elon Musk đề xuất rằng 10,000 dặm vuông đất trống, được chuyển đổi thành một siêu nhà máy năng lượng mặt trời, có thể cung cấp điện cho toàn bộ Hoa Kỳ. Trong thực tế, bạn không sẽ làm như vậy—một cơn bão có thể làm tắt điện toàn bộ quốc gia—nhưng nếu không, tính toán của Musk vẫn đúng. Câu trả lời thực sự là 10,000 dặm vuông của năng lượng mặt trời phân tán trong các khu vực xử lý nước thải, các đồng cát mặn trơ trụi, các khu vực thử nghiệm hạt nhân bị bỏ hoang, và bất kỳ bất động sản nơi nào nắng nóng bạn có thể tìm thấy. (Một trong những điều tốt là về năng lượng mặt trời là nó có thể sử dụng đất mà không ai muốn.)

Vẫn còn một vấn đề khó chịu. Như bạn có thể đã nhận thấy, mặt trời chỉ sáng vào ban ngày. Vào ban đêm và mùa đông, sản lượng của Great Valley giảm. Ngược lại, vào một buổi chiều hè, lưới điện không thể chấp nhận tất cả điện mà Great Valley sản xuất, và số lượng dư thừa bị “cắt giảm,” nghĩa là lãng phí. Do đó, nhà máy năng lượng mặt trời điển hình chỉ hoạt động ở mức 20 đến 30% của công suất lý thuyết của nó. Để tận dụng hơn năng lượng có thể được tạo ra trong một ngày nắng đẹp, cần có lưu trữ giá cả phải chăng (xem trang 86). Nếu chi phí lưu trữ có thể giảm xuống 150 đô la cho mỗi kilowatt-giờ, lưới có thể chuyển sang 95% năng lượng tái tạo, theo phân tích từ MIT.

Năng lượng mặt trời sẽ không bao giờ cung cấp đủ nhu cầu năng lượng của toàn nhân loại. Nhưng thậm chí người lạc quan cũng không dự đoán rằng chi phí của năng lượng mặt trời sẽ rẻ đến mức này trước năm 2030 ít nhất. Hãy tưởng tượng nếu lần đáp xuất trên mặt trăng đã diễn ra vào năm 1959, hoặc nếu điện thoại thông minh đã ra mắt vào năm 1997—đó là nơi chúng ta đang đứng với năng lượng mặt trời ngày nay. Đồng bằng Thung lũng Trung cần có thảm lụa phô tô voltaic, cũng như sa mạc Arizona và Tây Texas, và có lẽ đồng bằng thấp Alabama và Georgia nữa. Bên cạnh mơ và hạt điều, hành lang này còn có một cơ hội lớn cho một hàng hóa mới: electron.

Cập nhật 8/6/2020 5:55 chiều ET: Một phiên bản trước đây của câu chuyện này đã không chính xác khi nói rằng các tấm pin phô tô voltaic đã được lắp đặt trên đỉnh Nhà Trắng vào năm 1979. Chúng là tấm pin mặt trời để sưởi nước.

Khi bạn mua sắm sử dụng các liên kết bán lẻ trong câu chuyện của chúng tôi, chúng tôi có thể kiếm được một khoản hoa hồng liên kết nhỏ. Đọc thêm về cách điều này hoạt động.

STEPHEN WITT (@stephenwitt) sống tại Los Angeles. Anh ấy là tác giả của How Music Got Free.

Bài viết này xuất hiện trong số tháng 4. Đăng ký ngay bây giờ.

Hãy cho chúng tôi biết ý kiến của bạn về bài viết này. Gửi thư đến biên tập viên tại [email protected].

Vấn đề Khí hậu | Làm thế nào chúng ta sẽ đẩy năng lượng hóa thạch đến sự tuyệt chủng

• Wyoming Đối mặt với Số phận được Điều khiển bằng Gió
• Một Lưới Điện Xanh Thực sự Sẽ Cần Có Pin Rất Lớn
• Trí tuệ Nhân tạo Tiết kiệm Năng lượng Đang Đến với Điều khiển Nhiệt độ Văn phòng Của Bạn
• Điều chế Khí hậu Là Một Lựa chọn. Chỉ cần Đọc Kỹ Lưỡng
• Năng lượng Mặt trời Bền vững Cho Nền kinh tế, Quá
• Tấm Pin Mặt trời Có Thể Là Cây Xanh Hay Nhất Mọi Kỳ