Các công nghệ phát điện từ năng lượng tái tạo phát triển không đồng đều: Công nghệ thủy điện giờ đã hết sức tinh vi hiện đại. Công nghệ phát điện gió trên đất liền và phát điện bằng một số loại sinh khối đã giành chỗ đứng vững chắc trên toàn cầu. Các công nghệ phát điện gió ngoài khơi, bằng tập trung nhiệt năng mặt trời và bằng pin mặt trời, bằng địa nhiệt và năng lượng biển đang dần chín muồi và được triển khai rộng rãi, giá thành vì thế cũng hạ hơn nhiều. Tiếp bước theo thủy điện, phát điện bằng sức gió và sinh khối, tất cả các công nghệ năng lượng tái tạo đang ngày một trở nên cạnh tranh so với các công nghệ cacbon thấp khác trong lĩnh vực phát điện.
Theo dự báo, đến năm 2050, một phần đáng kể tiềm năng kỹ thuật (để trở thành tiềm năng về kinh tế) trên toàn cầu về phát điện từ các nguồn năng lượng tái tạo sẽ có thể khai thác để phát điện với chi phí trong khoảng từ 0,05 đến 0,10 USD/kWh. Tiềm năng phát điện từ các nhà máy năng lượng tái tạo với giá thành dưới 10 cent/kWh sẽ có thể lên tới 600 TWh (tỉ kWh) mỗi năm. Tiềm năng lớn nhất thuộc về các công nghệ mặt trời: Điện năng phát ra hằng năm từ các nhà máy điện tập trung nhiệt mặt trời (concentrating solar thermal power – CSP) và pin mặt trời (photovoltaic – PV) cộng lại có thể lên tới 450 TWh.
 |
|
Ảnh minh họa |
Khoảng 100 GWh (triệu kWh) trong số điện năng tái tạo trên có thể sản xuất với giá thành dưới 0,05 USD/kWh, chủ yếu là từ các nhà máy điện gió trên đất liền, sinh khối, và CSP ở những vị trí thuận lợi, giống như thủy điện và thậm chí một số công nghệ địa nhiệt.
Ngoài ra vẫn còn một số tiềm năng thủy điện với giá thành tương đối thấp chưa được khai thác. Khoảng một phần ba tiềm năng gió trên đất liền cũng có giá thành sản xuất thấp. Theo dự kiến, có thể sản xuất điện từ các trạm gió ngoài khơi tại một số địa điểm cụ thể với giá thành dưới 0,10 USD/kWh. Về phát điện bằng địa nhiệt, đa số tiềm năng nằm tại vùng hoạt động địa nhiệt, giá thành dự kiến dưới 0,10 USD/kWh. Địa nhiệt có hệ số sử dụng công suất cao (khoảng 90%) thường khiến nó trở thành phương án hấp dẫn.
Điện mặt trời là công nghệ năng lượng tái tạo đang chín muồi nhanh chóng. Dự kiến giá thành có thể giảm hơn 50% so với các dự án trình diễn hiện nay. Tuy nhiên sản xuất sẽ tập trung vào những nơi có bức xạ mặt trời rất cao. Tới năm 2050, một phần lớn tiềm năng phong phú về phát điện bằng pin mặt trời sẽ được khai thác với giá thành dưới 0,10 USD/kWh, ngay cả ở những vùng có cường độ ánh sáng mặt trời ở mức trung bình.
Phần lớn các công nghệ hứa hẹn về năng lượng đại dương mới ở giai đoạn phát triển ban đầu nên chưa thể xác định rõ ràng giá thành. Theo kỳ vọng, giá thành sản xuất điện theo một số công nghệ sẽ thấp hơn 0,15 USD/kWh, thậm chí có thể còn thấp hơn tại những địa điểm có thủy triều mạnh, sóng thường xuyên cao.
Các nguồn sinh khối hiện đại có tiềm năng kỹ thuật cao cho phép phát điện với chi phí thấp. Phần lớn tiềm năng sinh khối từ cây trồng có thể biến đổi thành điện năng với giá thành thấp với giả định chi phí vật liệu là rất thấp. Phế liệu cũng tạo cơ hội để phát điện với chi phí thấp. Trong giá ước tính trình bày ở đây, phần lớn các nguồn sinh khối sơ cấp từ cây trồng và phế liệu sẽ được sử dụng để phát điện. Tuy nhiên nếu như một phần đáng kể tiềm năng sinh khối được dành cho nhiên liệu vận tải thì tiềm năng để phát điện sẽ thấp hơn nhiều.
Giá thành sản xuất nhiên liệu vận tải từ sinh khối có thể cạnh tranh với nhiên liệu từ dầu thô. Giá thành ethanol (cồn) từ sinh khối sẽ nằm trong khoảng từ 0,25 đến 0,35 USD (sản xuất từ mía) và 0,40 đến 0,60 USD (từ một số loại xelulô gỗ - công nghệ thế hệ tiếp theo) cho một lít xăng qui đổi. Giá thành sản xuất dự kiến diesel sinh học sẽ nằm trong khoảng từ 0,40 USD (mỡ động vật, dầu thực vật) đến 0,65 USD khi sản xuất từ phế liệu hoặc cây rừng trồng có thời gian quay vòng ngắn. Các nhiên liệu sinh khối này ngày càng trở nên cạnh tranh so với xăng và dầu diesel khi giá dầu vượt quá ngưỡng 45 USD một thùng dầu.
Chi phí sản xuất không chỉ tùy thuộc vào công nghệ sản xuất mà còn vào chi phí vận chuyển nguyên liệu. Do vậy chi phí thu gom nguyên liệu sinh khối để sản xuất nhiên liệu ở qui mô công nghiệp ngày càng cao hơn. Như vậy, ngoài việc sử dụng nguyên liệu cho nhiệt và điện sao cho có sức cạnh tranh, cân nhắc quan hệ giá thành - nhiên liệu sẽ xác định nhiên liệu sinh học.
Sinh khối có thể dùng để cấp nhiệt với giá 5 USD/GJ (nếu sử dụng phế liệu) đến 30 USD/GJ (nếu sử dụng viên nén sinh khối) và đây là công nghệ năng lượng tái tạo có sức cạnh nhanh nhất trong các ứng dụng cấp nhiệt (GJ: đọc là gigajun, bằng một triệu kilôjun, là nhiệt lượng cần thiết để đun nóng một triệu kilôgam nước lên 1oC).
Bơm nhiệt địa nhiệt trên cơ sở các hệ thống địa nhiệt nông áp dụng để sưởi ấm vào mùa đông và làm mát trong mùa hè, có thể cạnh tranh về chi phí ở mức xấp xỉ 25 USD/GJ. Năng lượng địa nhiệt sâu, nếu tiếp cận được dễ dàng, sẽ có thể là nguồn điện rẻ nhất. Năm 2005, chi phí trung bình để đun nóng nước và sưởi ấm không gian ở các nước công nghiệp là 60 USD/GJ, ở Trung Quốc còn thấp hơn nhiều. Dự kiến đến năm 2030, chi phí này ở các nước công nghiệp sẽ giảm 40%. Chi phí làm mát có sử dụng năng lượng mặt trời hiện lên tới 400 USD/GJ, tuy nhiên theo dự kiến sẽ giảm xuống còn một nửa vào năm 2030.