1. TÓM TẮT

Ngành công nghiệp chiếm 30% tổng tiêu thụ năng lượng toàn cầu, phần lớn được cung cấp bởi nhiên liệu hóa thạch. Trọng tâm của quá trình khử carbon trong công nghiệp từ trước đến nay chủ yếu tập trung vào các ngành thép và xi măng, nhưng tiềm năng đáng kể cũng tồn tại ở các ngành có cường độ năng lượng thấp hơn như thực phẩm và đồ uống, dệt may, hóa chất, giấy và các hoạt động sản xuất khác. Các ngành này mang lại một số cơ hội tức thời và hiệu quả về chi phí nhất cho việc khử carbon công nghiệp và đa dạng hóa nguồn năng lượng. Các công nghệ điện có sẵn trên thị trường - bao gồm bơm nhiệt, lò hơi điện và thiết bị gia nhiệt bằng điện trở - có thể đáp ứng phần lớn nhu cầu nhiệt của các phân ngành này.

Việc điện khí hóa trên diện rộng đối với nhiệt và hơi nước nhiệt độ thấp trong công nghiệp, kết hợp với việc gia tăng triển khai nguồn cung điện tái tạo, có thể mang lại nhiều lợi ích. Bên cạnh việc giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch và phát thải liên quan, giải pháp này còn có thể cải thiện an ninh năng lượng bằng cách giảm mức độ phơi nhiễm trước biến động giá khí đốt và dầu mỏ; đồng thời, khi được tích hợp với hệ thống lưu trữ nhiệt, giải pháp này còn tạo ra tính linh hoạt về phía nhu cầu, giúp đảm bảo tỷ trọng cao hơn của nguồn phát điện tái tạo biến đổi.

Báo cáo này tìm hiểu cách thức mở rộng vai trò của năng lượng tái tạo trong cơ cấu năng lượng công nghiệp thông qua điện khí hóa nhiệt và hơi nước nhiệt độ thấp. Báo cáo tập trung vào Liên minh châu Âu (EU), Trung Quốc và Hiệp hội các quốc gia Đông Nam Á (ASEAN), xem xét tiềm năng kỹ thuật - kinh tế cũng như môi trường chính sách hiện hành tại các khu vực này. Cuối cùng, báo cáo đề xuất các lĩnh vực hành động ưu tiên nhằm thúc đẩy điện khí hóa nhiệt công nghiệp.

2. TÓM TẮT TỔNG QUAN

2.1 Điện khí hóa nhiệt có thể cải thiện hiệu suất, giúp đa dạng hóa năng lượng công nghiệp và tăng cường an ninh năng lượng

Một phạm vi rộng lớn các ngành công nghiệp chủ yếu phụ thuộc vào các quá trình sử dụng nhiệt và hơi nước nhiệt độ thấp chiếm khoảng 70% tổng tiêu thụ năng lượng công nghiệp toàn cầu. Các ngành này trải rộng trên nhiều hoạt động sản xuất khác nhau - từ thực phẩm và đồ uống đến dệt may, hóa chất, thiết bị vận tải, sản phẩm gỗ và giấy. Năm 2023, các ngành này đã phát thải gần 3 Gt CO2 trực tiếp liên quan đến năng lượng, chiếm một nửa tổng lượng phát thải công nghiệp trực tiếp, mặc dù lượng phát thải đã giảm khoảng 8% kể từ năm 2013.

Năng lượng sử dụng trong công nghiệp chủ yếu tồn tại dưới dạng nhiệt và ngày càng được cung cấp từ điện năng. Trong thập kỷ qua, việc sử dụng điện cho nhiệt công nghiệp trên toàn cầu đã tăng tốc, trong đó Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa (sau đây gọi là "Trung Quốc"), Ấn Độ và Hiệp hội các quốc gia Đông Nam Á (ASEAN) ghi nhận mức tăng lớn nhất. Mặc dù có cơ cấu công nghiệp khác nhau, tất cả các nền kinh tế lớn đều đang hội tụ về tỷ trọng điện năng cho nhiệt công nghiệp tương đương nhau, khoảng 4-5%. Mức độ áp dụng gia tăng được thúc đẩy bởi khả năng cạnh tranh về chi phí ngày càng cải thiện, sự sẵn có của công nghệ ngày càng mở rộng và các tín hiệu chính sách mạnh mẽ hơn, cùng với lợi ích giảm mức độ phơi nhiễm trước biến động giá nhiên liệu hóa thạch.

Năng lượng tái tạo đang nhanh chóng làm thay đổi hệ thống điện trên toàn thế giới, dẫn đến tỷ trọng năng lượng tái tạo trong cơ cấu công nghiệp tăng lên thông qua điện khí hóa nhiệt. Mối liên kết giữa nhu cầu điện công nghiệp và sự tăng trưởng của nguồn phát điện tái tạo đang trở thành một động lực quan trọng cho quá trình khử carbon trên các ngành công nghiệp. Điều này góp phần tăng tính linh hoạt của hệ thống điện, tăng cường an ninh năng lượng thông qua giảm phụ thuộc vào nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch, đồng thời thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, công nghiệp hóa và tạo việc làm.

2.2 Nhiệt và hơi nước công nghiệp nhiệt độ thấp đã sẵn sàng cho điện khí hóa, nhưng điều kiện thị trường vẫn chưa hội đủ

Cải thiện hiệu suất năng lượng là bước nền tảng trong quá trình chuẩn bị cho điện khí hóa nhiệt và hơi nước nhiệt độ thấp. Các biện pháp hiệu suất năng lượng giúp giảm tổng nhu cầu nhiệt, giảm tổn thất, qua đó cho phép áp dụng các giải pháp điện khí hóa với quy mô nhỏ hơn và hiệu quả chi phí cao hơn. Tại nhiều cơ sở công nghiệp, các biện pháp tối ưu hóa cơ bản như thu hồi và sử dụng hiệu quả nhiệt thải, cải thiện cách nhiệt, nâng cao kiểm soát quy trình và tối ưu hóa nhiệt ở cấp độ nhà máy có thể mang lại mức giảm tiêu thụ nhiên liệu ngay lập tức với chi phí tương đối thấp. Các biện pháp này không chỉ giúp cắt giảm phát thải mà còn giảm quy mô vốn đầu tư cần thiết cho các công nghệ gia nhiệt bằng điện. Do đó, việc ưu tiên hiệu suất năng lượng sẽ tối đa hóa tác động của các nỗ lực điện khí hóa tiếp theo và củng cố luận cứ kinh tế cho việc chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch.

Bơm nhiệt công nghiệp và lò hơi điện là các công nghệ đã có sẵn trên thị trường phục vụ điện khí hóa nhiệt, nhưng vẫn đang đối mặt với một số rào cản mang tính cấu trúc. Các bơm nhiệt công nghiệp quy mô lớn đã được ứng dụng phổ biến để cung cấp nhiệt lên đến 150°C, trong khi lò hơi điện có thể tạo hơi nước lên đến 350°C với áp suất khoảng 70 bar. Tuy nhiên, việc triển khai công nghệ vẫn còn hạn chế do tỷ lệ giá điện trên giá khí đốt chưa thuận lợi, thời gian chờ đấu nối lưới điện kéo dài và thiếu các khung chính sách rõ ràng. Các chính sách hỗ trợ hiện mới chỉ bắt đầu có đà phát triển, nhưng vẫn cần các tín hiệu mạnh mẽ hơn.

Lưu trữ nhiệt là công nghệ then chốt có thể kết nối nguồn cung điện tái tạo biến đổi với chi phí thấp với nhu cầu nhiệt liên tục của công nghiệp. Các hệ thống lưu trữ nhiệt có thể được xây dựng từ những vật liệu đơn giản, chi phí thấp như cát, xi măng và gạch, và có khả năng lưu trữ nhiệt lên đến 1.000°C. Với chi phí khoảng 15-20 USD/kWh, các hệ thống này rẻ hơn đáng kể so với pin hóa học và không phụ thuộc vào chuỗi cung ứng khoáng sản thiết yếu toàn cầu. Mặc dù thị trường lưu trữ năng lượng nhiệt cho ứng dụng công nghiệp vẫn đang trong giai đoạn phát triển, các dự án đang dần xuất hiện tại nhiều khu vực.

2.3 Một tập hợp các động lực đang tạo đà phát triển trên khắp các khu vực trên thế giới

Điện khí hóa nhiệt công nghiệp bằng năng lượng tái tạo có thể tăng cường an ninh năng lượng tại Liên minh châu Âu (EU). Việc điện khí hóa các quy trình công nghiệp thông qua bơm nhiệt và lò hơi điện (e-boiler) có tiềm năng kỹ thuật giúp giảm gần 3.000 PJ nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong công nghiệp của EU. Lượng khí tự nhiên sử dụng trực tiếp cho nhiệt công nghiệp có thể giảm 35 tỷ m³/năm, qua đó đa dạng hóa việc sử dụng năng lượng và cải thiện an ninh năng lượng của châu lục. Tuy nhiên, việc thay thế khí tự nhiên và các nhiên liệu hóa thạch khác bằng điện ở quy mô này sẽ kéo theo nhu cầu điện bổ sung khoảng 600 TWh/năm, tương đương với tổng mức tiêu thụ điện hằng năm của Đức và Hà Lan cộng lại.

Bơm nhiệt công nghiệp có sức hấp dẫn về mặt kinh tế so với các lò hơi khí đốt hiện có tại một số quốc gia thành viên EU. Tuy nhiên, khoảng chênh lệch chi phí khá rộng, từ 41-74 EUR/MWh, phản ánh sự khác biệt về giá điện cũng như cách tiếp cận về thuế năng lượng và phân bổ chi phí lưới điện giữa các quốc gia được khảo sát. Lò hơi điện vẫn có chi phí cao hơn do hiệu suất thấp hơn, mặc dù chúng đang ngày càng tìm được thị trường tại Bắc Âu nhờ tỷ lệ giá điện trên giá khí đốt thấp và chính sách thuế thuận lợi cho điện khí hóa tại khu vực này. Việc bổ sung hệ thống lưu trữ nhiệt sẽ nâng cao khả năng cạnh tranh về chi phí của lò hơi điện thông qua việc giảm mức độ phơi nhiễm trước giá điện giờ cao điểm, đồng thời cải thiện tính linh hoạt vận hành và hiệu suất năng lượng tổng thể. Đà chính sách cho điện khí hóa nhiệt công nghiệp tại EU đang hình thành dưới dạng các mục tiêu về nhiệt tái tạo và các công cụ tài trợ, nhưng vẫn còn ở giai đoạn đầu.

Trung Quốc đang đẩy nhanh quá trình điện khí hóa việc sử dụng nhiệt công nghiệp thông qua một loạt chính sách. Điện khí hóa nhiệt và hơi nước nhiệt độ thấp có tiềm năng kỹ thuật giúp giảm gần 9.000 PJ nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong công nghiệp của Trung Quốc. Lượng khí tự nhiên sử dụng trực tiếp có thể giảm 48 tỷ m³, qua đó giảm mức độ phụ thuộc nhập khẩu vốn đang rất lớn của quốc gia này. Đồng thời, việc hiện thực hóa tiềm năng kỹ thuật này sẽ làm tăng nhu cầu điện thêm 1.700 TWh, tương đương với mức tăng trưởng dự báo của sản lượng điện mặt trời (solar PV) tại Trung Quốc từ nay đến năm 2030.

Việc sử dụng trực tiếp điện mặt trời và điện gió, kết hợp với lưu trữ nhiệt, đang tạo ra các cơ hội mới cho điện khí hóa nhiệt tại Trung Quốc. Việc kết nối trực tiếp các hộ tiêu thụ công nghiệp với các nguồn phát điện tái tạo chuyên dụng (điện mặt trời, điện gió trên bờ hoặc mô hình lai) có thể giúp giảm gần một nửa chi phí điện khí hóa nhiệt cho hơi nước, từ mức 70-100 USD/MWh (khi đấu nối lưới điện) xuống còn khoảng 50 USD/MWh tại các tỉnh được khảo sát. Bơm nhiệt công nghiệp đấu nối lưới điện hiện đang có sức hấp dẫn so với lò hơi khí đốt tự nhiên, nhưng vẫn gặp khó khăn cạnh tranh khi than nội địa giá rẻ vẫn còn sẵn có như một nguồn nhiệt.

Trung Quốc đang đẩy nhanh điện khí hóa nhiệt công nghiệp thông qua các mục tiêu trung hòa carbon và thông qua việc phối hợp chính sách giữa cấp quốc gia và cấp tỉnh. Kế hoạch 5 năm lần thứ 14, các kế hoạch hiệu suất năng lượng theo ngành, kế hoạch hành động về bơm nhiệt và lò hơi điện, các chương trình hỗ trợ tài chính, cùng với cải cách lưới điện đã tạo ra sự hỗ trợ mạnh mẽ cho việc triển khai. Tuy nhiên, nhiều chính sách mục tiêu vẫn chỉ tập trung vào các ngành công nghiệp có cường độ năng lượng cao, để ngỏ cơ hội mở rộng phạm vi áp dụng sang tất cả các ngành công nghiệp.

Các khu công nghiệp đóng vai trò trung tâm trong bức tranh công nghiệp của ASEAN và có thể trở thành động lực cho điện khí hóa nhiệt trong khu vực. Các tầm nhìn và kế hoạch khu vực đều ủng hộ năng lượng tái tạo, hiệu suất năng lượng và các trung tâm công nghiệp xanh, nhưng vẫn chủ yếu tập trung vào các ngành có cường độ năng lượng cao. Chi phí vốn đầu tư, hạn chế về lưới điện và khả năng tiếp cận tài chính còn hạn chế đang cản trở việc triển khai, đặc biệt tại các trung tâm sản xuất như Indonesia, Malaysia, Thái Lan và Việt Nam. Việc mở rộng hỗ trợ chính sách và tài chính cho tất cả các ngành công nghiệp, cùng với các dự án trình diễn có mục tiêu và cải cách thị trường điện, có thể thúc đẩy việc triển khai bơm nhiệt, lò hơi điện và hệ thống lưu trữ nhiệt.

2.4 Các lĩnh vực chính sách ưu tiên nhằm thúc đẩy triển khai

Mặc dù đã có nhiều động lực thúc đẩy, đà chính sách toàn cầu đang gia tăng nhưng vẫn còn ở giai đoạn đầu. Để góp phần thúc đẩy điện khí hóa nhiệt và hơi nước nhiệt độ thấp trong công nghiệp, IEA khuyến nghị sáu hành động ưu tiên sau đây:

1. Đưa điện khí hóa nhiệt vào chương trình nghị sự chính sách và tích hợp nội dung này vào lộ trình cũng như mục tiêu công nghiệp trong khuôn khổ các mục tiêu năng lượng rộng hơn, đồng thời duy trì cách tiếp cận mở về công nghệ nhằm thúc đẩy một danh mục đa dạng các hướng đi khả thi.
   
   
2. Dự báo trước nhu cầu điện khí hóa nhiệt trong quy hoạch lưới điện dài hạn và ưu tiên các yêu cầu đấu nối có tính linh hoạt phía nhu cầu, nhằm ngăn ngừa tình trạng thiếu hụt công suất và giảm thiểu chậm trễ dự án.
   
   
3. Cải cách thuế và phí điện năng nhằm tạo sân chơi bình đẳng so với nhiên liệu hóa thạch và khuyến khích nhu cầu công nghiệp linh hoạt, có thể thông qua việc giảm biểu giá lưới điện.
   
   
4. Cung cấp hỗ trợ sớm và có mục tiêu cho chi phí đầu tư và chi phí vận hành, đồng thời tạo điều kiện cho các mô hình kinh doanh sáng tạo nhằm đẩy nhanh việc triển khai các công nghệ điện khí hóa nhiệt.
   
   
5. Nâng cao kỹ năng và phát triển nguồn nhân lực thông qua việc mở rộng các chương trình giáo dục, đào tạo và các hệ thống chứng chỉ nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về chuyên môn trong lĩnh vực điện khí hóa công nghiệp.
   
   
6. Thúc đẩy hợp tác quốc tế về các khung tiêu chuẩn kỹ thuật nhằm tạo điều kiện cho khả năng tương thích thiết bị, mở rộng việc áp dụng tiêu chuẩn và đạt được lợi thế kinh tế theo quy mô.

Download the full report at: 1774799122125 

Source: IEA