Phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam: Điều kiện cần và đủ

Vì sao năng lượng tái tạo chưa thể thay thế nhiệt điện than?
Tích hợp nguồn NLTT với hệ thống điện: Những thách thức phải đối mặt

TS. NGUYỄN THÀNH SƠN (*)

“Nút cổ chai” kỹ thuật

Nhược điểm thứ nhất liên quan đến công nghệ:

Về mặt kỹ thuật, việc chuyển đổi quang năng (ánh sáng mặt trời) thành điện năng, hiện có 2 công nghệ chủ yếu là chuyển đổi trực tiếp (từ quang năng sang điện năng) bằng các tấm pin mặt trời (công nghệ PV), và chuyển đổi gián tiếp từ quang năng sang nhiệt năng rồi chuyển đổi tiếp từ nhiệt năng sang điện năng (công nghệ CSP). Trong đó, ở Việt Nam (và cả trên thế giới) công nghệ CSP ít được áp dụng vì kém hiệu quả hơn so với công nghệ chuyển đổi trực tiếp và so với các nhà máy nhiệt điện thông thường dùng nhiên liệu hóa thạch.

Công nghệ chuyển đổi trực tiếp (phát điện) bằng các tấm pin mặt trời (PV) trên thế giới hiện tại cũng có những giới hạn nhất định về kỹ thuật. Cụ thể, các PV đang được chế tạo hàng loạt ở quy mô công nghiệp hiện nay chỉ đạt công suất thiết kế trong trường hợp đủ nắng và có hệ số chuyển đổi năng lượng tối đa ở nhiệt độ dưới 25 độ C. Với điều khiện nhiệt độ như Việt Nam (bình quân cao hơn 25 độ C) các PV khó đạt được công suất cực đại và sẽ có thời gian làm việc (tuổi thọ) ngắn hơn.

Nhược điểm thứ hai liên quan đến hệ thống:

Hệ thống điện là một hệ thống kỹ thuật phức tạp, sản xuất gắn trực tiếp với tiêu dùng (ở Việt Nam, sản phẩm điện chưa thể “lưu kho”). Công suất phát điện luôn phải tương ứng với nhu cầu (phụ tải) dùng điện.

Hiện nay, về mặt kỹ thuật, biểu đồ thay đổi phụ tải (sử dụng) điện của Việt Nam có mức chênh lệch trong ngày rất lớn (giữa giờ cao điểm và thấp điểm trong ngày). Điều này đòi hỏi ngành điện phải được đầu tư bổ sung công suất (theo mức phụ tải thay đổi lớn nhất, thay vì chỉ cần đầu tư theo mức phụ tải trung bình ổn định). Nếu các dự án điện mặt trời được phát triển ồ ạt, và được sử dụng chủ yếu trong thời gian có nắng trong ngày và trong các tháng mùa hè, thì biểu đồ phụ tải (theo ngày) trong hệ thống điện sẽ có mức dao động lớn hơn và nhu cầu đầu tư bổ sung công suất của ngành điện sẽ phải tăng lên (gần như tỷ lệ thuận với công suất điện mặt trời được bổ sung).

Nhược điểm thứ ba liên quan đến kỹ thuật đấu nối:

Các nhà máy phát điện truyền thống (nhiệt điện, hay thủy điện) đều dựa trên nguyên tắc chuyển đổi năng lượng trực tiếp (từ nhiệt năng và từ thế năng thành điện năng) thông qua hệ thống tua bin - máy phát để tạo ra dòng điện xoay chiều. Các tua bin - máy phát được thiết kế cùng tần số với tần số của hệ thống điện là 50Hz như ở Việt Nam (hoặc 60Hz ở một số nước). Các nhà máy điện gió và điện mặt trời không phát điện xoay chiều ở tần số cố định 50Hz. Vì vậy, để đấu nối các dự án điện mặt trời, hay điện gió vào hệ thống quốc gia đòi hỏi phải có các giải pháp kỹ thuật. Để đổi dòng điện từ 1 chiều sang xoay chiều, phải sử dụng các bộ chỉnh lưu và nghịch lưu. Để đạt được tần số 50Hz, phải dùng bộ điều khiển PLL (phase lock loop), đo góc pha điện áp để chặt dòng 1 chiều thành dòng hình sin cùng pha với điện áp tại điểm đấu nối.

Một hệ thống điện quốc gia có quá nhiều điểm đấu nối với các dự án điện mặt trời và điện gió, sẽ có nguy cơ bị “loạn” khi xẩy ra những thay đổi nhỏ trong hệ thống làm cho điện áp và góc pha điện áp tại các điểm đấu nối dao động liên tục (làm cho các bộ PLL sẽ bị “loạn”).

Vì vậy, trên thực tế, trong đấu nối các dự án điện mặt trời và điện gió với lưới điện quốc gia, người ta phải quản lý rất chặt tỷ số ngắn mạch (Short circuit ratio- SCR). Tỷ số SCR được tính bằng công suất ngắn mạch tại điểm đấu nối chia cho công suất của nhà máy mặt trời, hoặc gió và tỷ số này phải lớn hơn 1,5. Nếu SCR<1,5 người ta đã phải ngắt các dự án này ra khỏi lưới. Khi SCR<3 đòi hỏi hệ thống điện phải có rất nhiều nguồn phát điện dự phòng.

Vì vậy, trong một hệ thống điện, nếu tỷ trọng điện mặt trời và điện gió lớn (trên 10-15%) thì tần số của hệ thống sẽ bị thay đổi liên tục, có thể dẫn đến sụp đổ tần số (sụp đổ hệ thống điện). Để đảm bảo ổn định trong cung cấp điện đòi hỏi phải xây dựng thêm rất nhiều các nhà máy phát điện truyền thống (như nhiệt điện chạy than, hay điện hạt nhân) để duy trì tần số của hệ thống.

Đây là lý do tại sao tỷ trọng điện mặt trời và điện gió ở các nước chưa cao.

“Nút cổ chai” kinh tế

Những người “cưỡi ngựa xem hoa” thường đánh giá rất cao tiềm năng phát triển các nguồn năng lượng sạch tái tạo mới (quang điện và phong điện) ở Việt Nam. Những người lập quy hoạch (hay tổng sơ đồ phát triển điện) chưa bao giờ quên tiềm năng của các nguồn năng lượng tái tạo mới này. Những người vận hành hệ thống điện, kinh doanh bán điện luôn “toát mồ hôi hột” mỗi khi nhắc đến tiềm năng này.

Nói cho vui và nói theo cảm tính thì dễ, ai cũng nói được, nhưng không nên nói theo kiểu núp danh khoa học (ngụy khoa học) và càng không thể chấp nhận những cái gọi là “đề xuất” hay “kiến nghị” của các tổ chức “sạch” hay “xanh” được viết ra bằng nguồn tài trợ của những kẻ đang muốn bán thiết bị cho những người thiếu hiểu biết. Việc kiến nghị về việc phải “đẩy mạnh” “phát triển” hay “ưu tiên” sử dụng điện mặt trời, hay điện gió ở Việt Nam hiện nay cũng tương tự như kiến nghị nhà nghèo phải vào ăn trong nhà hàng 5 sao để tăng thu nhập cho những kẻ đang thừa tiền.

Nên nhớ rằng, 10 quốc gia đang dẫn đầu về phát triển điện mặt trời hiện nay (lần lượt từ thấp đến cao) gồm: Hàn Quốc (tổng công suất đặt 2.398MW), Bỉ (3.156), Úc (4.130), Tây Ba Nha (5.376), Pháp (5.678), Mỹ (18.317), Ý (18.622), Nhật (23.409), Trung Quốc (28.330), Đức (38.250). Trong đó, theo số liệu của Quỹ tiền tệ Quốc tế (IMF) thì 9 nước có thu nhập bình quân đầu người năm 2017từ 28.212 U$/năm (Tây Ba Nha) đến 59.495 U$/năm (Mỹ), tức cao hơn của Việt Nam (2.306U$/năm) từ 12,2 lần đến 22,8 lần.

Riêng Trung Quốc, có mức thu nhập bình quân đầu người là 8.583 U$/năm cũng cao hơn của Việt Nam 3,7 lần.

Tương tự, 10 quốc gia đang dẫn đầu về sử dụng điện gió (lần lượt từ cao đến thấp) gồm: Đan Mạch, Tây Ba Nha, Bồ Đào Nha, Thụy Điển, Đức, Ireland, Mỹ, Canada, Áo, Hy Lạp. Trong đó, nước có thu nhập bình quân đầu người cao nhất là Ireland (68.604 U$/năm) cao hơn của Việt Nam 29,7 lần, nước có thu nhập bình quân đầu người thấp nhất là Hy Lạp (18.945U$/năm) cũng cao hơn của Việt Nam 8,2 lần.

Nói nôm na, để “sánh vai với các cường quốc năm châu”, Việt Nam chỉ nên phát triển điện mặt trời, hay điện gió với quy mô lớn khi thu nhập bình quân đầu người tăng gấp 4-8 lần so với hiện nay.

Hay nói cách khác, nếu GDP của Việt Nam sẽ tăng trưởng bình quân 6%/năm (và dân số sẽ không tăng), thì sau năm 2039, chúng ta mới có điều kiện đủ để phát triển điện mặt trời, và sau năm 2053 mới có điều kiện đủ để phát triển điện gió với quy mô “sánh vai”.

Tóm lại, hệ thống điện của Việt Nam chưa có điều kiện “cần” và nền kinh tế chưa có điều kiện “đủ” để ưu tiên phát triển điện mặt trời và điện gió với tốc độ cao. Việc quy định EVN phải mua điện mặt trời và điện gió cao hơn mức giá EVN đang bán điện lẻ là một “kiến tạo” rất đáng ghi nhận của Chính phủ. Nhưng (việc bù lỗ này) không phải là vô hạn và càng không nên bị lợi dụng để tuyên truyền cho việc bán vào Việt Nam các công nghệ sạch đắt tiền, nhưng đang ngày càng giảm giá (do cung lớn hơn cầu) trên thế giới.

(*) - Hội đồng Phản biện Tạp chí Năng lượng Việt Nam

     - Nguyên Trưởng ban Chiến lược & KHCN TKV