Mặc dù có vĩ độ cao, quốc gia Bắc Âu này dự kiến sẽ lắp đặt gần 70 GW công suất năng lượng mặt trời vào năm 2050, vượt trội so với hạt nhân mới và hình thành xương sống tổng hợp với năng lượng gió.
HELSINKI- Khi các chuyên gia năng lượng nghĩ về Phần Lan, họ thường hình dung ra mùa đông đầy tuyết, những khu rừng rộng lớn và sự phụ thuộc nặng nề vào năng lượng hạt nhân và năng lượng sinh học. Quang điện mặt trời (PV) hiếm khi được coi là nền tảng trong chiến lược năng lượng của một quốc gia Bắc Âu. Nhưng ngày càng có nhiều nghiên cứu về hệ thống năng lượng từ Đại học LUT đang thách thức giả định đó-và những phát hiện này thật đáng kinh ngạc.
Không còn là một đối thủ ngoài lề, quang điện mặt trời được dự đoán sẽ trở thành công nghệ thống trị nhờ công suất lắp đặt trong hệ thống năng lượng tương lai của Phần Lan. Trong nhiều kịch bản, công suất điện mặt trời của quốc gia này dự kiến sẽ tăng từ gần 2 gigawatt (GW) hiện nay lên68 GW vào năm 2050-chiếm 62% tổng công suất điện lắp đặt toàn quốc và 30% lượng điện được tạo ra.
Lợi thế 'Đêm không đêm'
Một trong những lầm tưởng dai dẳng nhất trong lĩnh vực năng lượng là các vùng{0}vĩ độ cao không thể dựa vào năng lượng mặt trời. Nghiên cứu đã lật ngược giả định này bằng cách nêu bật hiện tượng "Đêm không đêm". Ở những khu vực như Lapland của Phần Lan, nằm chủ yếu trong Vòng Bắc Cực, bức xạ mặt trời trong những tháng mùa hè có thể được cung cấp suốt ngày đêm.
Mặt trời lúc nửa đêm này tạo ra sự bổ sung mạnh mẽ theo mùa với nguồn năng lượng gió dồi dào của Phần Lan. Trong khi năng lượng gió trên đất liền chiếm ưu thế trong những tháng mùa đông-khi tốc độ gió cao nhất-PV mặt trời tăng mạnh vào mùa xuân và mùa hè, lấp đầy khoảng trống sản xuất điện ngay khi tốc độ gió giảm. Các nghiên cứu về tối ưu hóa không gian của công suất năng lượng mặt trời và gió đã làm nổi bật tính chất bổ sung này, với các mô hình theo mùa và hàng ngày hỗ trợ tiềm năng tổng hợp của chúng để ổn định lưới điện.
Các nhà nghiên cứu lưu ý: “Bài học ở đây rất rõ ràng: giá trị của điện mặt trời không chỉ ở sản lượng hàng năm mà còn ở thời điểm theo mùa”. Bằng cách chiếm ưu thế trong mùa hè, quang điện cho phép hệ thống thu hoạch năng lượng gió từ mùa thu đến mùa xuân và sử dụng năng lượng sinh học như một nhà cung cấp linh hoạt-tạo ra nguồn cung cấp cơ sở tái tạo mạnh mẽ-quanh năm. Trên thực tế, các nhà máy điện mặt trời nằm dọc bờ biển Phần Lan đã tạo ra năng lượng nhiều hơn 10–15% so với các nhà máy được xây dựng trong đất liền nhờ có ít ngày mây hơn.
Năng lượng mặt trời vượt trội hơn hạt nhân mới
Nghiên cứu này đưa ra một thông điệp đặc biệt rõ ràng về tham vọng hạt nhân của Phần Lan. Trong khi Phần Lan cam kết tăng gấp ba công suất hạt nhân toàn cầu vào năm 2050 tại hội nghị thượng đỉnh về khí hậu COP28, thực tế kinh tế lại kể một câu chuyện khác. Khi đọ sức với năng lượng mặt trời và năng lượng gió trong việc tối ưu hóa-chi phí thị trường miễn phí,điện hạt nhân mới không thể cạnh tranh-bao gồm cả lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR).
Theo nghiên cứu, kịch bản "tăng gấp ba lần hạt nhân" dẫn đến chi phí hệ thống hàng năm tăng lênCao hơn 71% đến 84%hơn là một hệ thống được điều khiển bằng năng lượng tái tạo. Ngay cả khi áp dụng các giả định tài chính cực kỳ lạc quan với chi phí vốn thuận lợi cho năng lượng hạt nhân, hệ thống dựa trên năng lượng mặt trời- và gió-năng lượng mặt trời chủ yếu vẫn tồn tạiRẻ hơn 37%.
Nhờ chi phí vốn cho năng lượng mặt trời PV giảm mạnh, chi phí điện quy dẫn (LCOE) trong các kịch bản năng lượng tái tạo gần 100% của Phần Lan giảm mạnh xuống mức gần như€33 mỗi megawatt-giờ vào năm 2050. Đối với các nhà hoạch định chính sách và các nhà đầu tư năng lượng, chi phí cơ hội rất rõ ràng: việc ưu tiên các SMR đắt tiền sẽ chuyển nguồn vốn quan trọng ra khỏi các dự án điện mặt trời có thể triển khai nhanh chóng, mang lại lộ trình khử cacbon nhanh hơn và rẻ hơn đáng kể.
Khớp nối ngành sâu: Người thay đổi trò chơi công nghiệp-
Nền kinh tế Phần Lan bị chi phối bởi các ngành công nghiệp nặng, sử dụng nhiều năng lượng-như bột giấy và giấy, xi măng, thép và hóa chất- vốn nổi tiếng là khó điện khí hóa. Chỉ riêng ở Đông Nam Phần Lan, ngành công nghiệp chiếm 80% nhu cầu năng lượng cuối cùng.
Câu trả lời nằm ởkhớp nối khu vực sâuVàCấp nguồn-đến-Xcông nghệ. Trong những tháng mùa hè, khi việc sản xuất điện mặt trời đạt đỉnh điểm và giá điện gần bằng 0, nguồn năng lượng dồi dào có thể được chuyển vào các máy điện phân để sản xuất một lượng lớn hydro xanh. Hydro này có thể được đưa trực tiếp vào quá trình sản xuất thép xanh hoặc được lưu trữ trong các hang động dưới lòng đất để vận hành các nhà máy tổng hợp nhiên liệu điện tử và hóa chất điện tử liên tục trong suốt cả năm.
Phần Lan cũng nắm giữ một lợi thế đặc biệt: các nhà máy giấy và bột giấy lớn thải ra hàng triệu tấn CO₂ sinh học. Việc thu giữ nguồn điểm{1}}của CO₂ này mang lại lợi thế kinh tế lớn so với việc chiết xuất CO₂ trực tiếp từ không khí. Nghiên cứu cho thấy rằng khi sử dụng tính năng thu thập nguồn điểm-, các nhà máy điện-chạy bằng nhiên liệu sinh khối và nhà máy giấy và bột giấy trở thành nhà cung cấp CO₂ chính, góp phần93,8% tổng lượng CO₂cần thiết cho quá trình tổng hợp nhiên liệu điện tử và hóa chất điện tử.
Bằng cách kết hợp quang điện mặt trời giá rẻ và điện gió với CO₂ sinh học thu được, Phần Lan được định vị để trở thành trung tâm lớn của Châu Âu về e-metanol, e-amoniac và Fischer-chất lỏng Tropsch bền vững. Năng lượng mặt trời và năng lượng gió về cơ bản đóng vai trò là động cơ chính chuyển đổi CO₂ thải công nghiệp thành nhiên liệu xanh có giá trị cao, có thể xuất khẩu.
Sưởi ấm trong khí hậu lạnh giá
Ở một quốc gia nơi sưởi ấm là vấn đề sống còn, nghiên cứu cho thấy một sức mạnh tổng hợp bất ngờ khác. Khi quang điện mặt trời đẩy giá điện về 0 trong thời gian nắng, nồi hơi điện có thể chuyển đổi điện thành nhiệt, được lưu trữ trong các bể chứa năng lượng nhiệt sưởi ấm của khu vực. Điều thú vị là các mô hình này thường chọn-máy sưởi điện trở kháng đơn giản, chi phí thấp thay vì máy bơm nhiệt hiệu suất cao để sưởi ấm khu công nghiệp và khu vực-vì năng lượng mặt trời cung cấp nguồn điện dồi dào và rẻ vào mùa hè đến mức chi phí trả trước thấp của nồi hơi điện vượt xa hiệu quả đạt được của máy bơm nhiệt đắt tiền hơn.
Bài học toàn cầu
Nghiên cứu này đưa ra một số bài học cho ngành công nghiệp năng lượng mặt trời toàn cầu. Đầu tiên,vĩ độ không phải là giới hạn: nếu quang điện mặt trời có thể trở thành xương sống của hệ thống năng lượng của một quốc gia Bắc Âu thì khả năng tồn tại của nó ở các vùng ôn đới và xích đạo là không thể nghi ngờ. Thứ hai, "Đêm không đêm" chứng minh rằng thế hệ năng lượng mùa hè khắc nghiệt có thể bù đắp những thiếu hụt trong mùa đông khi kết hợp với năng lượng gió. Thứ ba, điện mặt trời làcông cụ hỗ trợ kết nối ngành với chi phí-thấp-giá trị thực sự của nó vượt xa lưới điện, đóng vai trò là chất xúc tác cho nền kinh tế Power-to{2}}X. Bằng cách tăng công suất PV để chạy máy điện phân và nồi hơi điện trong thời gian nắng cao điểm, các ngành công nghiệp có thể lưu trữ năng lượng dưới dạng phân tử và năng lượng nhiệt, thu hẹp khoảng cách giữa nhu cầu nắng mùa hè và nhu cầu mùa đông.
Quá trình chuyển đổi tổng thể ở Phần Lan đòi hỏi phải đầu tư460 tỷ euro cho đến năm 2050, với 100 GW công suất năng lượng tái tạo, 19 GW công suất điện-đến-X và điện khí hóa nguồn cung cấp nhiệt cho ngành công nghiệp-dẫn đến một hệ thống công nghiệp năng lượng-với chi phí hàng năm thấp hơn hiện nay.
Với hơn300 dự án năng lượng mặt trời quy mô tiện ích{1}}đã được lên kế hoạch ở Phần Lan, với tổng công suất 26 GW, nền tảng đang được đặt ra cho một quá trình chuyển đổi có thể xác định lại khả năng của năng lượng tái tạo ở các vùng có vĩ độ-cao. Mặt trời lúc nửa đêm hóa ra có thể là nguồn năng lượng bị đánh giá thấp nhất ở Phần Lan.
