Cái chết yểu của nhà máy điện mặt trời 2.2 tỷ USD và bài học cho ngành năng lượng xanh

Cái chết yểu của nhà máy điện mặt trời 2.2 tỷ USD và bài học cho ngành năng lượng xanh

Được ví như kỳ quan công nghệ với 170,000 tấm gương lấp lánh giữa sa mạc Mojave, nhà máy điện mặt trời Ivanpah là niềm kiêu hãnh một thời của nước Mỹ và được kỳ vọng cung cấp điện trong 30-40 năm. Nhưng chỉ sau hơn một thập kỷ, siêu dự án 2.2 tỷ USD này đã bị khai tử.

Các tấm gương ở Ivanpah hội tụ năng lượng mặt trời để làm nóng nước trong 3 tháp cao 140m để phát điện. Ảnh: Craig Dietrich/Flickr

Giữa sa mạc Mojave rộng lớn thuộc bang California, ba tòa tháp cao 140 mét sừng sững được bao quanh bởi một biển gương khổng lồ gồm 173,000 tấm. Đó là Hệ thống Phát điện Mặt trời Ivanpah, nhà máy điện mặt trời tập trung (CSP) lớn nhất thế giới khi nó được khánh thành vào năm 2014. Với tổng vốn đầu tư 2.2 tỷ USD, bao gồm khoản vay được bảo lãnh 1.6 tỷ USD từ Bộ Năng lượng Mỹ và sự tham gia góp vốn của Google, Ivanpah từng được kỳ vọng là ngọn hải đăng dẫn lối cho tương lai năng lượng sạch.

Nhưng ngọn hải đăng ấy sắp tắt. Mới đây, Pacific Gas & Electric (PG&E), khách hàng lớn nhất mua điện từ Ivanpah, đã đệ trình kế hoạch chấm dứt hợp đồng mua bán điện sớm đối với hai trong số ba tổ máy của nhà máy. Theo lộ trình, phần lớn tổ hợp này sẽ ngừng hoạt động và bị tháo dỡ vào khoảng năm 2026 hoặc 2027.

Một dự án hạ tầng năng lượng được thiết kế để vận hành bền bỉ trong 30 – 40 năm lại “chết yểu” khi mới đi được một phần ba chặng đường. Điều gì đã biến một giấc mơ công nghệ thành một cơn ác mộng kinh tế?

Hai ngã rẽ của điện mặt trời và sai lầm của Ivanpah

Để hiểu được thất bại của Ivanpah, cần biết rằng thế giới điện mặt trời được chia thành hai nhánh công nghệ chính. Phổ biến nhất là Quang điện (Photovoltaic – PV), sử dụng các tấm pin bán dẫn để chuyển đổi trực tiếp ánh sáng thành điện năng, giống như những tấm pin trên mái nhà hay máy tính bỏ túi trước đây. Nhánh còn lại, phức tạp hơn, là Điện mặt trời tập trung (Concentrated Solar Power – CSP), hoạt động dựa trên nguyên lý nhiệt năng.

Công nghệ CSP của Ivanpah sử dụng hàng trăm nghìn tấm gương (heliostats) tự động điều chỉnh hướng để hội tụ ánh sáng mặt trời vào một nồi hơi đặt trên đỉnh tháp cao 140 mét. Nhiệt lượng khủng khiếp sẽ đun sôi nước, tạo ra hơi nước áp suất cao để quay tua-bin phát điện giống như một nhà máy nhiệt điện truyền thống.

Về lý thuyết, công nghệ CSP có một lợi thế vượt trội so với điện mặt trời PV: khả năng lưu trữ nhiệt. Nếu sử dụng môi trường truyền nhiệt là muối nóng chảy, nhà máy có thể giữ nhiệt ban ngày lại để tiếp tục phát điện vào ban đêm, giải quyết bài toán gián đoạn của năng lượng tái tạo.

Nhưng Ivanpah đã mắc một sai lầm chiến lược ngay từ khâu thiết kế: họ chọn sử dụng công nghệ hơi nước trực tiếp (direct steam) thay vì muối nóng chảy. Quyết định này đã tước đi ưu điểm mạnh nhất của CSP, khiến cho Ivanpah không có khả năng lưu trữ nhiệt hiệu quả. Khi mặt trời lặn hoặc một đám mây lớn bay qua, sản lượng điện lập tức sụt giảm. Ivanpah trở thành một nhà máy điện “thời vụ”, hoạt động không khác gì các tấm pin mặt trời thông thường nhưng với chi phí vận hành cao hơn gấp bội.

Trớ trêu hơn, để khắc phục nhược sự gián đoạn này và đảm bảo tua-bin có thể khởi động nhanh vào mỗi buổi sáng, Ivanpah buộc phải đốt một lượng lớn khí tự nhiên (gas) để làm nóng nồi hơi. Thực tế vận hành cho thấy, Ivanpah không phải là biểu tượng của năng lượng xanh như nhiều người lầm tưởng, mà thực chất lại là một nhà máy lai (hybrid) “xanh vỏ đỏ lòng” dùng cả năng lượng tái tạo lẫn nhiên liệu hóa thạch.

Cuộc đua không cân sức với quang điện

Nguyên nhân trực tiếp dẫn đến cái chết của Ivanpah không phải là kỹ thuật, mà là kinh tế. Nó đã bị đánh bại bởi chính sự tiến bộ thần tốc của người anh em quang điện (PV).

Vào thời điểm Ivanpah được phê duyệt (khoảng năm 2010), các tấm pin mặt trời còn rất đắt đỏ, và CSP dường như là một lựa chọn cạnh tranh. Nhưng trong thập kỷ qua, nhờ quy mô sản xuất khổng lồ từ Trung Quốc, giá tấm pin PV đã giảm hơn 90%.

Sự chênh lệch về chi phí là quá rõ ràng. Hợp đồng bán điện (PPA) dài hạn mà Ivanpah ký với PG&E có mức giá lên tới khoảng 200 USD cho mỗi megawatt-giờ (MWh). Trong khi đó, các dự án điện mặt trời PV quy mô lớn hiện nay, ngay cả khi kết hợp với hệ thống pin lưu trữ (BESS) để phát điện ban đêm, cũng chỉ có chi phí khoảng 54 USD/MWh.

Nói cách khác, giá điện từ Ivanpah đắt gấp gần 4 lần so với giá thị trường hiện tại. Đối với PG&E và các cơ quan quản lý, việc tiếp tục duy trì hợp đồng với Ivanpah là một sự lãng phí tài chính, tạo gánh nặng không cần thiết lên vai người tiêu dùng điện. Quyết định đóng cửa nhà máy, dù đau đớn cho các nhà đầu tư, được PG&E giải thích đơn giản là để “tiết kiệm tiền cho người trả tiền điện”.

Bên cạnh đó, chi phí vận hành của Ivanpah cũng là một gánh nặng. Việc duy trì 173,000 tấm gương luôn sạch sẽ và hoạt động chính xác giữa môi trường sa mạc đầy gió cát đòi hỏi nhân lực và chi phí bảo dưỡng khổng lồ. Nhiều tấm gương quay lệch hướng do các khớp chuyển động bị kẹt do cát lọt vào, gây ra cháy ở nơi không mong muốn thay vì làm nóng tháp nước.

Ngược lại, các trang trại điện mặt trời PV gần như không có bộ phận chuyển động, chi phí vận hành thấp hơn rất nhiều.

Cái giá của môi trường

Không chỉ thất bại về kinh tế, Ivanpah còn vấp phải những tranh cãi gay gắt về môi trường.

Ngoài việc sử dụng lượng lớn khí đốt, dự án còn chiếm dụng tới 1,400 ha đất sa mạc hoang sơ, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của loài rùa sa mạc quý hiếm. Các chủ đầu tư đã phải chi tới 55 triệu USD chỉ cho các biện pháp di dời và bảo vệ loài rùa này.

Các loài chim trong vùng cũng bị tổn hại nghiêm trọng. Ánh sáng hội tụ tại đỉnh tháp tạo ra nhiệt độ lên tới hơn 500 độ C. Bất kỳ con chim nào bay qua vùng không khí này đều bị các tấm gương hội tụ ánh nắng thiêu cháy tức thì, biến Ivanpah trở thành một “lò nướng chim” khổng lồ. Hiệp hội Bác sĩ Thú y các loài chim (AAV) ước tính có khoảng 6,000 con chim thiệt mạng mỗi năm tại Ivanpah.

Ivanpah chiếm hơn 1,400 ha đất sa mạc, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các loài sinh vật bản địa. (Ảnh: solarpaces.org).

Bài học cho ngành năng lượng xanh

Sự sụp đổ của Ivanpah để lại những bài học đau đớn cho ngành năng lượng và các nhà hoạch định chính sách.

Thứ nhất là rủi ro của việc “đặt cược” vào công nghệ trong các dự án hạ tầng dài hạn. Trong một ngành công nghiệp đang phát triển vũ bão như năng lượng tái tạo, công nghệ tiên tiến của ngày hôm nay có thể trở thành đồ cổ chỉ sau vài năm. Các dự án tỷ đô với vòng đời 30 năm rất dễ bị mắc kẹt với những công nghệ lỗi thời và chi phí cao.

Thứ hai là vai trò của nhà nước. Ivanpah chỉ có thể ra đời nhờ khoản vay bảo lãnh khổng lồ từ chính phủ Mỹ. Đây là bài học về sự rủi ro khi chính phủ cố gắng “chọn người thắng cuộc” (picking winners) trong cuộc đua công nghệ. Đôi khi, sự hỗ trợ của nhà nước lại tạo ra những công ty “zombie” – những dự án không có khả năng cạnh tranh tự nhiên và chỉ tồn tại nhờ bầu sữa bao cấp.

Tuy nhiên, thất bại của Ivanpah không phải là dấu chấm hết cho công nghệ Điện mặt trời tập trung (CSP), mà chỉ là bản án tử cho thế hệ CSP cũ kỹ không có khả năng lưu trữ năng lượng. Trên thế giới, các dự án CSP mới tại Dubai, Trung Quốc hay Chile vẫn đang được xây dựng, nhưng tất cả đều bắt buộc phải tích hợp hệ thống lưu trữ nhiệt bằng muối nóng chảy, cho phép phát điện liên tục 24/7. Đó mới là lợi thế cạnh tranh rõ rệt nhất giúp CSP tồn tại trước sự thống trị của quang điện giá rẻ.

Sự ra đi của Ivanpah là bằng chứng cho quá trình đào thải và tiến hóa tất yếu để tìm ra những giải pháp tối ưu và hiệu quả hơn cho hành tinh.

Đức Quyền