Công nghiệp điện năng

Công nghiệp điện năng bao gồm một loạt các ngành công nghiệp khác nhau, từ khai thác các nguồn năng lượng (như than, dầu mỏ, khí đốt...) cho đến sản xuất điện. Nó có thể được chia thành hai nhóm ngành: khai thác nguồn năng lượng và sản xuất điện năng.

Vai trò

Công nghiệp điện năng là một trong những ngành kinh tế quan trọng và cơ bản của một quốc gia. Nền sản xuất hiện đại chỉ có thể phát triển nhờ sự tồn tại của ngành năng lượng. Là động lực cho các ngành kinh tế, công nghiệp điện năng được coi như một phần quan trọng nhất trong hệ thống cơ sở hạ tầng sản xuất. Việc phát triển ngành công nghiệp này kéo theo một loạt các ngành công nghiệp khác như công nghiệp cơ khí, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng. Công nghiệp điện năng cũng thu hút các ngành công nghiệp sử dụng nhiều điện năng như luyện kim màu, chế biến kim loại, chế biến thực phẩm, hoá chất, dệt... Vì vậy, công nghiệp điện năng có khả năng tạo ra vùng lãnh thổ rất lớn nếu nó nằm ở vị trí địa lý thuận lợi. Thông qua chỉ số tiêu thụ năng lượng bình quân theo đầu người, có thể đánh giá trình độ phát triển kinh tế, kỹ thuật và văn hóa của một quốc gia.

Trong nhiều thế kỷ qua, mức tiêu thụ than, dầu mỏ, khí đốt của nhân loại đã tăng lên nhanh chóng. Từ năm 1990 đến nay, mỗi năm bình quân một người tiêu thụ khoảng 1,6 tấn dầu quy đổi, tức là gấp khoảng 25 lần trọng lượng của bản thân. Nhìn chung, mức tiêu thụ năng lượng bình quân theo đầu người trong vòng 20 năm qua đã tăng lên rõ rệt trên phạm vi toàn cầu, nhưng có sự khác biệt đáng kể giữa các quốc gia. Các nước kinh tế phát triển ở châu Âu, Bắc Mỹ và những nước có thu nhập cao có mức tiêu thụ năng lượng bình quân theo đầu người lớn nhất; trong khi đó, những nước nghèo ở châu Phi và Nam Á có mức tiêu thụ thấp nhất. Sự chênh lệch giữa các nước có mức tiêu thụ năng lượng cao nhất và thấp nhất có thể lên tới 45 lần.

Cấu trúc sử dụng năng lượng

Công nghiệp năng lượng hiện đại là một hệ thống phức tạp bao gồm nhiều ngành, cần thiết cho mọi hoạt động sản xuất và cuộc sống. Trong thời đại cách mạng khoa học kỹ thuật, sự phát triển của ngành công nghiệp này có ảnh hưởng rất lớn đến cơ cấu và phân phối nền kinh tế. Tài nguyên năng lượng của thế giới rất phong phú và đa dạng. Ngoài các nguồn năng lượng truyền thống như củi, gỗ, than, dầu mỏ, khí đốt, đá cháy, con người đã khám phá và áp dụng các nguồn năng lượng mới hiệu quả cao như năng lượng thủy triều, năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng sinh khối... Các tác động môi trường và các tiến bộ trong khoa học công nghệ đã làm tăng sử dụng các nguồn năng lượng mới. Dựa trên điều này, cấu trúc sử dụng năng lượng của thế giới đã thay đổi nhiều theo thời gian.

• Năng lượng truyền thống (củi, gỗ) là nguồn năng lượng đã được con người sử dụng từ xa xưa với xu hướng tỷ lệ ngày càng giảm nhanh chóng, từ 80% năm 1860 xuống còn 25% năm 1920 và sau một thế kỉ nữa thì vai trò của chúng hầu như không đáng kể (2%). Đây là xu hướng tiến bộ vì củi, gỗ là nguồn tài nguyên có thể phục hồi nhưng rất chậm. Nếu con người tiếp tục sử dụng củi và gỗ, rừng Trái Đất có thể biến mất, đất đai bị xói mòn, khí hậu nóng lên và ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của loài người.
• Than đá là nguồn năng lượng hoá thạch, có thể phục hồi nhưng rất chậm. Than đá được biết đến từ rất sớm và vẫn tiếp tục được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và cuộc sống cho đến ngày nay. Tỷ lệ sử dụng than trong cấu trúc sử dụng năng lượng tăng nhanh vào những năm cuối thế kỉ XIX (44% năm 1880 lên 58% năm 1900), đạt mức tối đa vào đầu thế kỉ XX (68% năm 1920) liên quan chặt chẽ đến sự thay đổi trong quy trình sản xuất kim loại (thay thế than củi bằng than cốc), sự xuất hiện của máy hơi nước và sự sử dụng than làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa học. Từ nửa sau thế kỉ XX, tỷ lệ sử dụng than trong cấu trúc năng lượng bắt đầu giảm nhanh một phần do việc khai thác và sử dụng than gây ra suy thoái và ô nhiễm môi trường (đất, nước, không khí), nhưng quan trọng hơn là do đã có các nguồn năng lượng mới và hiệu quả hơn để thay thế.
• Dầu mỏ, khí đốt là các nguồn năng lượng mới, chỉ thực sự được sử dụng nhiều vào nửa sau thế kỉ XX, từ 2% năm 1860 lên 4% năm 1900, 26% năm 1940 và 44% năm 1960 rồi đạt mức cao nhất vào thập kỉ 80 liên quan chặt chẽ đến sự phát triển của ngành giao thông, công nghiệp hóa chất, đặc biệt là công nghiệp chế biến dầu. Đi vào đầu thế kỉ XXI, vai trò của dầu mỏ đã bắt đầu giảm do nhiều nguyên nhân: xung đột và khủng hoảng về dầu lửa giữa các nước sản xuất và tiêu thụ, ô nhiễm môi trường do khai thác, sử dụng và vận chuyển dầu gây ra, việc khai thác quá mức dẫn đến cạn kiệt nguồn năng lượng này và quan trọng hơn là do đã tìm thấy các nguồn năng lượng mới để thay thế.

Năng lượng hạt nhân có nhiều lợi thế, mang lại hiệu suất cao, tạo ra nguồn điện độc lập với các nguồn nhiên liệu như than, dầu, khí đốt, ít phụ thuộc vào vị trí địa lý. Tuy nhiên, việc vận hành yêu cầu điều kiện chuyên môn nghiêm ngặt, đòi hỏi đội ngũ chuyên gia có trình độ cao và phải giải quyết các vấn đề rủi ro và xử lý chất thải phức tạp.

• Năng lượng thủy điện là một nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng lớn. Tuy nhiên, việc xây dựng các nhà máy thủy điện đòi hỏi vốn đầu tư lớn, thời gian dài để thu hồi vốn và có thể dẫn đến tình trạng di dân đắt đỏ và ảnh hưởng đến môi trường do hình thành các hồ chứa lớn.
• Các nguồn năng lượng sạch như khí sinh học, gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời, thủy triều... dù mới bắt đầu được sử dụng từ cuối thế kỷ XX, nhưng sẽ là nguồn năng lượng tiềm năng của loài người trong tương lai. Với việc dần cạn kiệt các nguồn tài nguyên năng lượng không tái tạo, các nguồn năng lượng mới sẽ trở thành nguồn cung cấp năng lượng chính cho cả các nước phát triển và đang phát triển trong nửa sau của thế kỷ XXI.
  • Năng lượng sinh khối là khí sinh học được sản xuất từ việc lên men các phế thải hữu cơ từ nông nghiệp và sinh hoạt, phục vụ nhu cầu nấu nướng và chiếu sáng cho cư dân nông thôn và đồng thời giúp bảo vệ môi trường nông thôn.
  • Năng lượng mặt trời được sử dụng dưới hai hình thức năng lượng điện và nhiệt. Đây là nguồn năng lượng vô tận để sử dụng cho việc đun nước, sưởi ấm, sấy khô nông sản, pin năng lượng mặt trời... phục vụ cho các ngành kinh tế và đời sống.
  • Năng lượng gió tự nhiên có tiềm năng rất lớn. Việc khai thác và sản xuất điện từ năng lượng gió đã và đang được triển khai ở nhiều nơi như Tây Âu, Bắc Âu, Hoa Kỳ, Ấn Độ...
  • Năng lượng địa nhiệt được khai thác từ sâu trong lòng đất và được sử dụng dưới dạng nhiệt và điện. Tiềm năng của năng lượng địa nhiệt ở một số quốc gia như Ireland, Hy Lạp, Pháp, Italia, Hoa Kỳ, Nhật Bản... rất lớn và đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác rộng rãi nguồn năng lượng này.

Cơ cấu tiêu thụ năng lượng

Cơ cấu tiêu thụ năng lượng trên thế giới khác nhau đáng kể giữa các nhóm quốc gia. Mức tiêu thụ năng lượng được xem là một trong những chỉ số đánh giá trình độ phát triển kinh tế của một quốc gia. Các quốc gia có nền kinh tế phát triển đã tiêu thụ hơn nửa tổng sản lượng năng lượng toàn cầu. Trong khi đó, các quốc gia đang phát triển với diện tích rộng, dân số đông, nhưng chỉ tiêu thụ khoảng 1/3 tổng sản lượng. Trong thời gian tới, cơ cấu tiêu thụ năng lượng giữa các nhóm quốc gia có thể sẽ có sự thay đổi.