Phát triển nhanh, mạnh năng lượng tái tạo sẽ tiết kiệm hàng nghìn tỷ chi phí năng lượng

Trong tháng này chính quyền Biden đã đặt ra một kế hoạch đột phá để tăng năng lượng mặt trời lên 45% tổng điện năng của Hoa Kỳ, từ mức 4% hiện tại, vào năm 2050. Thông báo được đưa ra trong bối cảnh đất nước bị tàn phá từ cơn bão Ida ở miền Đông và cháy rừng lan rộng ở miền Tây đất nước. Mục tiêu là một bước tiến cần thiết hướng tới đạt được mức phát thải các-bon ròng bằng 0 (net-zero carbon) vào năm 2050 và ngăn những thảm họa khí hậu tương tự ngày càng trở nên tồi tệ hơn.

Nhưng bên cạnh những lợi ích về khí hậu, việc chuyển đổi nhanh chóng, dứt khoát sang sử dụng năng lượng mặt trời và các công nghệ không phát thải khác sẽ mang lại lợi ích kinh tế đáng kể, có khả năng tiết kiệm hàng nghìn tỷ chi phí năng lượng. Trong nhiều thập kỷ kiến thức chung cho rằng một tương lai dùng năng lượng sạch sẽ tốn kém hơn so với quá khứ dùng năng lượng hóa thạch, nhưng đáng làm vì toàn bộ ích lợi của việc tránh được những thiệt hại do khí hậu gây ra trong tương lai. Lối suy nghĩ này (được tiên phong bởi nhà kinh tế học William Nordhaus) đã kết luận rằng đi chậm hơn sẽ kéo giãn chi phí và giảm thiểu nỗi đau của quá trình chuyển đổi.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới và dữ liệu hàng thập kỷ về chi phí thực tế của các công nghệ năng lượng mặt trời, gió và các công nghệ năng lượng khác đã làm suy yếu logic này – phát triển nhanh hơn sẽ rẻ hơn. Lý do là đây: Vào năm 1975, nhà tiên phong về bán dẫn Gordon Moore đã quan sát thấy rằng mật độ các con chip máy tính đang tăng gấp đôi mỗi năm, làm tăng đáng kể sức mạnh tính toán trên mỗi đô la và giảm chi phí theo cấp số nhân theo thời gian. Nghiên cứu của nhóm chúng tôi tại Oxford và của những người khác cho thấy nhiều công nghệ, bao gồm cả công nghệ zero-carbon (không phát thải các-bon), tuân theo các đường cong phát triển tương tự, được biết đến như Định luật Moore.

Các công nghệ zero-carbon như quang điện mặt trời, gió, pin và điện phân nước đã đi theo đường cong như Moore mô tả trong nhiều thập kỷ, với chi phí giảm khoảng 10% mỗi năm. Năng lượng mặt trời nằm trên đường cong này lâu nhất, trở nên rẻ hơn 2.000 lần kể từ lần đầu tiên nó được sử dụng thương mại vào năm 1958. Trợ cấp của chính phủ cũng giúp phần nào, nhưng chính những cải tiến cơ bản trong công nghệ và sản xuất đã thúc đẩy phần lớn sự sụt giảm này.

Điều thú vị là nhiên liệu hóa thạch không tuân theo các đường cong cải thiện chi phí như vậy (mặc dù nhận được nhiều trợ cấp hơn - 447 tỷ đô la trên toàn thế giới cho nhiên liệu hóa thạch so với 128 tỷ đô la cho năng lượng tái tạo, theo số liệu mới nhất). Chúng tôi đã phân tích dữ liệu hơn 140 năm về dầu mỏ, than đá và khí đốt tự nhiên và nhận thấy rằng chi phí được điều chỉnh theo lạm phát của chúng gần như tương tự với chi phí vào cuối thế kỷ 19 (dựa trên "chi phí năng lượng có ích", một biện pháp cho phép so sánh các công nghệ năng lượng khác biệt nhưng vẫn có điểm tương đồng theo cách gần tương đương với những gì người tiêu dùng trải nghiệm). Mặc dù chi phí nhiên liệu hóa thạch tăng và giảm rất nhiều, nhưng không có xu hướng dài hạn.

Không giống như điện toán hoặc năng lượng mặt trời, những cải tiến công nghệ trong nhiên liệu hóa thạch không giúp giảm chi phí cho người tiêu dùng trong thời gian dài. Sự đổi mới chủ yếu cho phép ngành công nghiệp thay thế các nguồn lực hữu hạn khi chúng đã được tiêu thụ và bắt kịp với nhu cầu gia tăng, thay vì tiết kiệm chi phí cơ bản, dài hạn. Và mặc dù các lý do vẫn đang được tranh luận, dữ liệu cũng cho thấy chi phí hạt nhân đã thực sự tăng lên kể từ khi công nghệ này được thương mại hóa lần đầu tiên vào những năm 1950.

Đáng chú ý, các mô hình năng lượng được các nhà hoạch định chính sách, nhà đầu tư và hầu hết các nhà nghiên cứu sử dụng không tính toán đúng đến hiệu ứng của Định luật Moore. Dẫn đến việc các cơ quan chức năng hàng đầu như Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đã đánh giá thấp một cách có hệ thống sự suy giảm chi phí của năng lượng tái tạo hàng năm trong 20 năm. Chúng tôi đã phân tích các dự báo của 2.905 mô hình năng lượng lớn và nhận thấy chi phí năng lượng mặt trời trung bình giảm với tốc độ nhanh hơn gần sáu lần so với dự báo. Vì vậy, không có gì đáng ngạc nhiên khi tồn tại quan niệm sai lầm rằng zero-carbon sẽ tốn kém hơn.

Thế kỷ 20 đã sản sinh ra một quy tắc công nghiệp khác được gọi là Định luật Wright. Về cơ bản, đó là ý tưởng về đường cong học tập - chúng ta càng tạo ra nhiều thứ, nó càng rẻ vì kinh nghiệm và sự đổi mới tạo ra tiết kiệm. Phân tích của chúng tôi cho thấy rằng chi phí năng lượng tái tạo giảm theo cấp số nhân rất phù hợp với hiệu ứng học tập của Định luật Wright. Tuy nhiên, nó không phải là một hiệu ứng phổ biến, và một lần nữa, nhiên liệu hóa thạch không tuân theo hiệu ứng này vì những lý do mà chúng tôi đã trích dẫn ở trên.

Tuy nhiên, sự cải thiện trong quá khứ là dấu hiệu mạnh mẽ cho sự cải thiện trong tương lai. Bằng chứng cho thấy một khi các công nghệ như năng lượng mặt trời và gió được thiết lập trên các đường cong của Định luật Wright, việc chúng giảm chi phí là rất dễ đoán.

Ý nghĩa của điều này rất sâu sắc. Chúng ta có thể tự tin nói rằng ta càng tiến xa trong việc chuyển đổi sang năng lượng mặt trời, gió, pin, điện phân nước và các công nghệ không các-bon khác, thì những công nghệ này sẽ càng rẻ. Và có bằng chứng mạnh mẽ cho thấy hiệu ứng giảm chi phí trong Định luật Wright có thể được đẩy nhanh bằng chính sách. Ví dụ, chính sách đầu tư và thương mại ở Đức và Trung Quốc đã làm tăng đáng kể sản lượng tích lũy, đẩy nhanh hiệu ứng học tập và đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm chi phí đáng kể của năng lượng mặt trời trong thời gian gần đây.

Mô hình của chúng tôi cho thấy cái mà chúng tôi gọi là “quá trình chuyển đổi quyết định” của việc tăng tốc triển khai zero-carbon sẽ tiết kiệm cho thế giới 26 nghìn tỷ đô la chi phí năng lượng trong những thập kỷ tới so với việc tiếp tục hệ thống năng lượng ngày nay, đồng thời đáp ứng các mục tiêu của Paris. Ước tính này, đã tính đến chi phí để thích ứng với lưới điện, là thận trọng. Khoản tiền tiết kiệm được thậm chí có thể còn lớn hơn nếu sự cạnh tranh từ năng lượng tái tạo giá rẻ làm cho nhu cầu và giá nhiên liệu hóa thạch giảm mạnh (mặc dù điều này phụ thuộc vào các chính sách thúc đẩy lượng phát thải nhiên liệu hóa thạch về 0 vào năm 2050, điều này sẽ ngăn chặn tình trạng quay lại sử dụng nhiên liệu hóa thạch do giá rẻ hơn).

Kế hoạch năng lượng mặt trời của Tổng thống Joe Biden đại diện cho một quá trình chuyển đổi quyết định như thế. Và ông ấy có thể đi nhanh hơn nữa - sản xuất năng lượng mặt trời toàn cầu đã phát triển với tốc độ trung bình 44% một năm trong 30 năm qua; nếu xu hướng đó tiếp tục, Biden sẽ đạt được mục tiêu của mình vào những năm 2030, chứ không phải 2050.

Cần có các chính sách mới để thúc đẩy việc triển khai các công nghệ zero-carbon, mở rộng thị trường, đẩy nhanh tiến độ theo các đường cong của Định luật Wright và xây dựng cơ sở hạ tầng sạc điện cho xe điện và lưới điện thông minh cần thiết cho một quá trình chuyển đổi như vậy. Quốc hội bắt buộc phải hành động theo kế hoạch của Biden - làm như vậy sẽ tiết kiệm cho người tiêu dùng Hoa Kỳ hàng nghìn tỷ chi phí năng lượng, tạo ra hàng triệu việc làm mới, giảm tác hại do biến đổi khí hậu và đảm bảo Hoa Kỳ dẫn đầu trong công nghệ năng lượng của tương lai.