Xây dựng mô hình tính toán phát thải khí nhà kính cho ngành Năng lượng Việt Nam

1. Giới thiệu
Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế cũng như dân số, vấn đề môi trường càng trở nên quan trọng. Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng đặc biệt đối với nhiên liệu hóa thạch đã khiến Việt Nam phải đối diện với các vấn đề về chất thải rắn, lỏng và khí. Bên cạnh đó, sự thay đổi mục đích sử dụng đất phục vụ cho các nhu cầu kinh tế và xã hội đã có tác động không nhỏ đến môi trường.
Trong thế kỷ này, ảnh hưởng của các khí nhà kính (KNK) càng trở nên trầm trọng hơn với những dự báo về nhiệt độ bề mặt trái đất tăng khoảng 2,9 độ, mức nước biển tăng từ 39 đến 54 cm vào cuối thế kỷ này. Vì vậy, các hậu quả do nó gây nên rất lớn, trong đó Việt Nam là một trong 5 quốc gia chịu tác động lớn nhất của biến đổi khí hậu. Theo dự báo, Việt Nam có thể chịu thiệt hại khoảng 10 tỷ đô la do sự phá hủy các công trình, hệ thống cơ sở vật chất ven biển [7]. Hiên tại, tuy rằng mức phát thải của các nước đang phát triển còn thấp so với các nước phát triển, nhưng mức tăng của các nước đang phát triển được dự báo sẽ tăng rất nhanh trong tương lai. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng này. Theo số liệu về kiểm kê khí nhà kính tại Việt Nam, năm 1994, Việt Nam phát thải 103 triệu tấn CO₂ tương đương; đến năm 1998 đã tăng lên 121 triệu tấn CO₂ tương đương và tăng gấp đôi 247 triệu tấn CO₂ tương đương vào năm 2010 [1], [2]. Rõ ràng các nước đang phát triển như Việt Nam mặc dù cường độ phát thải KNK thấp so với các nước đang phát triển nhưng lại là những quốc gia chịu ảnh hưởng lớn từ biến đổi khí hậu. Do vậy, chúng ta cần có những hành động để giảm bớt việc gia tăng nhanh chóng lượng KNK phát thải toàn cầu để giảm thiểu các hậu quả do biến đổi khí hậu. Nhận thức được điều này, Việt Nam đã sớm ký Hiệp ước khung về biến đổi khí hậu, cho đến gần đây tham gia các cam kết trong Hội nghị Thượng đỉnh khí hậu thế giới COP21. Trong Hội nghị này, Việt Nam cũng đã cam kết giảm 8% lượng phát thải khí nhà kính vào năm 2030 và có thể tới 25% nếu có sự hỗ trợ về tài chính từ quốc tế [3].
2. Giới thiệu mô hình tính toán giảm phát thải khí nhà kính trong ngành Năng lượng
MARKAL sử dụng trong nghiên cứu nhằm thiết lập mô hình mô phỏng hệ thống năng lượng tối ưu, được tạo dựng trên mô hình quy hoạch tuyến tính [8] (Hình 1). Cách tiếp cận sử dụng trong mô hình là cách tiếp cận từ dưới lên (bottom-up).

Phần tối ưu được chạy thông qua GAMS và trả kết quả về ANSWER. Dữ liệu có thể được xuất ra dưới dạng file excel để phục vụ cho mục đích xử lý kết quả.
Đầu ra của mô hình là các số liệu về cơ cấu năng lượng, cơ cấu công nghệ sử dụng năng lượng, phát thải và chi phí hệ thống. (Hình 1)

Sơ đồ mô hình khung được mô tả trong Hình 2.
Nhóm Nguồn năng lượng: Bao gồm tất cả các công nghệ khai thác năng lượng sơ cấp như công nghệ khai thác than, dầu, khí; nhập khẩu than, dầu, khí; các nguồn năng lượng mới và tái tạo.
Nhóm Biến đổi năng lượng: Bao gồm các công nghệ biến đổi năng lượng sơ cấp sang thứ cấp (không bao gồm biến đổi sang dạng điện và nhiệt) như công nghệ lọc dầu, công nghệ sản xuất hydro.
Nhóm Sản xuất điện và nhiệt: Bao gồm các công nghệ sản xuất điện và nhiệt như nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử,...
Nhóm Vận chuyển năng lượng: Các đường ống dẫn dầu, khí, mạng lưới truyền tải và phân phối điện năng.
Nhóm Tiêu thụ năng lượng cuối cùng: Gồm các công nghệ tiêu thụ năng lượng trong từng ngành tiêu thụ năng lượng cuối cùng (ví dụ: dân dụng, công nghiệp, giao thông vận tải...).
Mô hình tối ưu bao gồm hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc liên quan.
Hàm mục tiêu: Cực tiểu hóa chi phí hệ thống năng lượng. Chi phí này bao gồm chi phí đầu tư công nghệ, chi phí vận hành và bảo dưỡng, chi phí khai thác các nguồn tài nguyên, chi phí nhập khẩu tài nguyên, chí phí vận chuyển nhiên liệu và nguyên liệu, thuế và các trợ cấp liên quan, thiệt hại do không đáp ứng được nhu cầu. Các chi phí này được quy về hiện tại thông qua hệ số chiết khấu. (Hình 2, 3)

Các điều kiện ràng buộc trong mô hình bao gồm: Ràng buộc về thỏa mãn nhu cầu năng lượng hữu ích, ràng buộc về năng lực thiết bị, ràng buộc về cân bằng năng lượng, cân bằng điện và nhiệt, ràng buộc về dự trữ đối với điện và nhiệt, ràng buộc về chạy nền (trong sản xuất điện), hệ số khả dụng (đối với điện và nhiệt), ràng buộc về phát thải.
3. Xây dựng mô hình cho Việt Nam giai đoạn 2010 - 2030
3.1. Các kịch bản sử dụng trong nghiên cứu
Kịch bản gốc
Kịch bản gốc mô tả hệ thống năng lượng theo phương án phát triển bình thường, được ký hiệu là BASE. Trong kịch bản này không xét đến ràng buộc về phát thải KNK.
Các số liệu đặc biệt trong ngành Năng lượng thường được điều chỉnh sau khi thống kê, do vậy để có số liệu đầy đủ nhất có thể sử dụng trong việc hiệu chỉnh mô hình, năm cơ sở được lựa chọn là 2010. Thời kỳ nghiên cứu 2010 - 2030 được chia thành các thời đoạn với độ dài bằng nhau, mỗi thời đoạn là 5 năm.
Trong kịch bản gốc, giả thiết không có bất cứ sự can thiệp (chính sách) mới nào trong lĩnh vực năng lượng liên quan đến giảm phát thải KNK. Sự thay đổi các công nghệ sẽ vẫn như trong quá khứ. Về nhu cầu năng lượng hữu ích được dự báo dựa trên tốc độ tăng trưởng của các ngành sử dụng năng lượng tương ứng.
Kịch bản ngưỡng phát thải trong ngành Năng lượng ENRC
Kịch bản này xem xét khả năng giảm phát thải trong ngành Năng lượng với mức giảm phát thải được cho trong Bảng 1. Việc giảm phát thải hay đặt ngưỡng phát thải được bắt đầu từ năm 2020. Bên cạnh các phân tích về thay đổi cơ cấu ngành Năng lượng, kết quả tính toán về chi phí từ kịch bản này sẽ cho phép so sánh chi phí giảm phát thải một tấn CO₂ tương đương khi áp dụng các biện pháp giảm phát thải trong ngành Năng lượng. (Bảng 1)

Các số liệu đầu vào của mô hình là số liệu về năng lượng từ Viện Năng lượng [5], [6], Quy hoạch Phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam [4].
3.2. Kết quả và bàn luận
3.2.1. Phân tích về cơ cấu ngành Năng lượng
So sánh kịch bản ENRC với kịch bản gốc cho thấy ràng buộc về giảm phát thải KNK trong ngành Năng lượng dẫn tới sự giảm tiêu thụ năng lượng sơ cấp trong giai đoạn 2020 - 2030. Tổng tiêu thụ năng lượng sơ cấp giảm 72PJ, 77PJ và 88PJ vào các năm 2020, 2025 và 2030 từ mức 5185 PJ, 7961PJ, 12332PJ trong kịch bản gốc BASE. Trong các loại năng lượng tiêu thụ, loại năng lượng có hệ số phát thải cao như than có xu hướng giảm, thay vào đó là loại năng lượng phát thải ít các bon như thủy điện, điện nguyên tử và năng lượng tái tạo. Tiêu thụ than trong kịch bản ENRC giảm 225PJ vào năm 2030 từ mức tiêu thụ 5972 PJ trong kịch bản gốc. Thủy điện và năng lượng tái tạo tăng thêm 167PJ, 71PJ và 56PJ vào các năm 2020, 2025 và 2030. (Bảng 2)

Về cơ cấu tiêu thụ năng lượng sơ cấp, mặc dù có sự giảm sử dụng than và dầu về con số tuyệt đối nhưng xét về cơ cấu các loại năng lượng, tỉ trọng sử dụng than vẫn là lớn nhất, chiếm đến 47% vào năm 2030. Tỉ trọng NLTT có xu hướng giảm từ 17% năm 2020 xuống 12% năm 2030. Sự giới hạn khả năng khai thác tối đa của các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và mặt trời chính là nguyên nhân khiến cho tỉ trọng của năng lượng tái tạo có xu thế giảm trong tương lai. Tuy nhiên có thể thấy sự giảm của tỉ trọng sử dụng than trong kịch bản ENRC so với kịch bản gốc BASE, từ 34.36% xuống 29.99% năm 2020, 40.97% xuống 38.39% năm 2025 và 48.42% xuống 46.94% năm 2030. Tỉ trọng thủy điện và năng lượng tái tạo tăng khi so sánh kịch bản ENRC với kịch bản gốc (Bảng 3).

3.2.2. Phân tích về phát thải KNK
Lượng phát thải KNK từ ngành Năng lượng trong kịch bản ENRC là 8561 triệu tấn CO₂ tương đương, giảm 685 triệu tấn CO₂ tương đương (7.4%) so với lượng phát thải 9246 triệu tấn CO₂ tương đương trong kịch bản gốc. Lượng phát thải KNK hàng năm bằng ngưỡng phát thải đưa ra trong kịch bản ENRC (Bảng 4).

3.2.3. Phân tích về chi phí
Tổng chi phí gia tăng trong kịch bản ENRC là 1.479 triệu USD từ mức 994.887 triệu USD lên 996.366 triệu USD. Chi phí giảm phát thải trung bình là 2.16 USD/tấn CO₂ tương đương. Mức giảm này nằm trong khoảng chi phí giảm phát thải trong ngành Năng lượng được đề cập đến trong báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường (từ -10.9 USD/tấn CO₂ tương đương đến 41.1 USD/tấn CO₂ tương đương) [2].
Để giảm phát thải 685 triệu tấn CO₂ tương đương trong ngành Năng lượng cần phải có sự chuyển dịch trong cơ cấu ngành Năng lượng từ dạng năng lượng có hệ số phát thải KNK cao sang dạng năng lượng có hệ số phát thải thấp hơn, tức dịch chuyển từ năng lượng hóa thạch như than dầu sang năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, thủy điện. Bên cạnh đó, việc giảm tiêu thụ năng lượng sơ cấp cũng là một giải pháp giúp giảm tổng lượng phát thải KNK. Như vậy nếu có các chính sách khuyến khích sử dụng năng lượng tái tạo, hạn chế sử dụng năng lượng hóa thạch; thúc đẩy sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao thì Việt Nam có thể đạt được các mục tiêu về giảm phát thải KNK hướng tới xã hội các bon thấp cho giai đoạn 2010 - 2030. Chi phí để giảm phát thải khi áp dụng ngưỡng phát thải trong ngành Năng lượng là 2.16 USD/tấn CO₂ tương đương. Tuy mức chi phí không cao khi so sánh với dải chi phí của các biện pháp giảm thải đề cập đến trong báo cáo về Biến đổi khí hậu của Việt Nam nhưng rõ ràng muốn giảm phát thải phải có sự đầu tư về tài chính.
4. Kết luận
Việc xây dựng một mô hình để có thể định lượng được lượng phát thải, hấp thụ khí nhà kính cho ngành Năng lượng là hết sức cần thiết trong bối cảnh các quốc gia đều hướng về bảo vệ môi trường và giảm biến đổi khí hậu do phát thải khí nhà kính. Mô hình cho phép tính toán và xác định chi phí để đạt được mức giảm phát thải KNK mong muốn giai đoạn 2010 - 2030. Khi đặt ngưỡng phát thải cho ngành Năng lượng, tiêu thụ năng lượng sơ cấp giảm và cơ cấu năng lượng có sự chuyển dịch sang sử dụng năng lượng tái tạo có mức phát thải thấp hơn. Chi phí để giảm phát thải là 2.16 USD/tấn CO₂ tương đương.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2010), Thông báo quốc gia lần thứ hai của Việt Nam trong khuôn khổ Công ước khung của Liên Hiệp Quốc về biến đổi khí hậu.
2. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2014), Báo cáo cập nhật hai năm một lần. Lần thứ nhất của Việt Nam cho Công ước khung của Liên Hợp Quốc về biến đổi khí hậu. Nhà xuất bản Tài nguyên - Môi trường và bản đồ Việt Nam.
3. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2016), Thành công của Hội nghị COP21 - Cam kết mạnh mẽ của Việt Nam trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Tải từ trang tin của Bộ Tài nguyên và Môi trường http://chuyentrang.monre.gov.vn/cop21/thong-bao/trang-chu vào ngày 20 tháng 3 năm 2016.
4. Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN (2016), Quy hoạch Phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 - điều chỉnh. Việt Nam.
5. Viện Năng lượng (2013), Thống kê Năng lượng Việt Nam.
6. Viện Năng lượng (2016), Các số liệu về giá, cân bằng năng lượng.
7. Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC (2001), Climate change 2001: Impacts, adaptation and vulnerability.
8. International Energy Agency - IEA (2014), The Energy Technology System Anlysis Program, Thông tin tải về ngày 10 tháng 4 năm 2014 từ địa chỉ http://www.iea-etsap.org/web/Markal.asp.