Bàn giải pháp vận hành tối ưu các nguồn năng lượng phân tán ở Việt Nam

Năng lượng tái tạo + pin lưu trữ cho Việt Nam trước rủi ro thị trường và địa chính trị quốc tế Trong bối cảnh các xung đột địa chính trị ngày càng phức tạp, từ Đông Âu đến Trung Đông, thị trường năng lượng toàn cầu liên tục biến động mạnh, kéo theo rủi ro về giá cả và nguồn cung. Thực tiễn cho thấy, những quốc gia phụ thuộc lớn vào năng lượng nhập khẩu dễ rơi vào trạng thái bị động trước các cú sốc từ bên ngoài, trong khi các quốc gia chủ động phát triển năng lượng trong nước, đặc biệt là năng lượng tái tạo kết hợp với hệ thống lưu trữ điện năng, có khả năng duy trì ổn định tốt hơn. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết đối với Việt Nam: Phải tái cấu trúc hệ thống năng lượng theo hướng tự chủ, linh hoạt và có khả năng chống chịu cao. (Phân tích, nhận định của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam).

Điện mặt trời mái nhà kết hợp pin lưu trữ - Giải pháp giảm phụ tải đỉnh hệ thống điện Việt Nam Nhu cầu điện của Việt Nam đang tăng nhanh, nhưng thách thức lớn nhất của hệ thống điện không chỉ là thiếu nguồn, mà còn là phụ tải đỉnh tăng vọt trong vài giờ buổi tối. Tiếp tục xây thêm các nhà máy điện chạy đỉnh là một giải pháp tốn kém và kém hiệu quả. Trong khi đó, sự kết hợp giữa điện mặt trời mái nhà và pin lưu trữ đang mở ra một cách tiếp cận khác: Biến hàng triệu mái nhà thành những nhà máy điện nhỏ, có thể góp phần cắt giảm phụ tải giờ cao điểm và giúp hệ thống điện vận hành linh hoạt hơn. (Phân tích của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam).

Hội thảo quy tụ đại diện của NSMO, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), các tổng công ty điện lực và các công ty điện lực trực thuộc cùng nhiều chuyên gia trong và ngoài nước, nhằm trao đổi kinh nghiệm, cập nhật xu hướng, đề xuất giải pháp tích hợp hiệu quả các nguồn điện phân tán vào hệ thống điện quốc gia.

Hội thảo trao đổi kỹ thuật về phối hợp giữa các cấp điều độ hệ thống điện truyền tải và phân phối trong vận hành tối ưu các nguồn năng lượng phân tán.

Gia tăng thách thức từ nguồn phân tán và phụ tải mới:

Theo các chuyên gia, sự phát triển nhanh của điện mặt trời mái nhà, hệ thống lưu trữ năng lượng và xe điện đang làm thay đổi cấu trúc và đặc tính phụ tải, đặt ra yêu cầu cao hơn đối với công tác dự báo, điều độ và vận hành hệ thống điện.

Đặc biệt, sự gia tăng nhanh của xe điện và các phụ tải lớn như trung tâm dữ liệu, nhà máy sản xuất chip bán dẫn đang tạo áp lực mới lên hệ thống điện, đòi hỏi khả năng vận hành linh hoạt, chính xác và thích ứng cao hơn.

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng mạnh mẽ tại Việt Nam, cùng với sự gia tăng của năng lượng tái tạo, BESS và các ứng dụng công nghệ mới, yêu cầu phối hợp chặt chẽ giữa các cấp điều độ lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối được đánh giá là yếu tố then chốt để bảo đảm vận hành hệ thống điện an toàn và tối ưu.

Gợi mở nhiều giải pháp vận hành hệ thống điện:

Tại hội thảo, các đại biểu tập trung thảo luận các nội dung như: Công nghệ BESS; cơ chế thị trường điện, vận hành hệ thống và hạ tầng tích hợp BESS; cũng như xu hướng gia tăng phụ tải mới từ xe điện và các ngành công nghiệp công nghệ cao.

Trên cơ sở trao đổi đa chiều, hội thảo đã gợi mở nhiều nhóm giải pháp trọng tâm, bao gồm: Tăng cường phối hợp và chia sẻ dữ liệu giữa TSO và DSO; hoàn thiện công tác dự báo phụ tải và nguồn; thúc đẩy đầu tư, ứng dụng BESS; xây dựng cơ chế vận hành phù hợp với hệ thống điện có tỷ trọng cao nguồn phân tán.

BESS được đánh giá là một trong những giải pháp quan trọng giúp cân bằng hệ thống, nâng cao độ ổn định và tối ưu hóa vận hành lưới điện, đặc biệt trong điều kiện nguồn năng lượng tái tạo biến động mạnh.

Công nghệ mới nâng cao tính linh hoạt hệ thống điện:

Các chuyên gia của GIZ cũng giới thiệu nhiều giải pháp công nghệ nhằm tăng cường khả năng vận hành linh hoạt của hệ thống điện, như:

1. Công nghệ “Grid-forming” BESS: Hỗ trợ hiệu quả vận hành hệ thống có tích hợp tỷ lệ cao nguồn điện dựa trên biến tần (inverter-base resources-IBRs), đặc biệt các lưới yếu (có tỷ lệ dòng ngắn mạch SCR thấp).

Khác với Grid-following, Grid-forming có khả năng tự thiết lập chuẩn điện áp và tần số, làm việc ổn định hơn trong lưới yếu và đặc biệt có thể đóng vài trò black start. Trên cơ sở đó, Grid-forming BESS được đặt vào đúng vị trí của nó: Đây không chỉ là một hệ thống lưu trữ điện năng có chức năng nạp và xả, mà là một phần tử có thể bổ sung đặc tính “tạo lưới” cho hệ thống đang ngày càng mất dần đặc tính này. Giá trị lớn nhất của công nghệ này nằm ở khả năng nâng cao hosting capacity cho lưới có mật độ nguồn inverter cao, giảm tỷ lệ cắt giảm công suất của các nguồn lân cận, cải thiện ổn định động và giảm nhu cầu nâng cấp lưới trong một số trường hợp.

Các chứng minh kỹ thuật cho thấy Grid-forming BESS có thể chuyển thành công từ trạng thái nối lưới sang tách đảo cho hệ thống có tỷ lệ IBRs rất cao, duy trì ổn định khi có bước thay đổi tải lớn, làm việc hiệu quả trong lưới yếu với tỷ lệ dòng ngắn mạch (SCR) thấp; đồng thời vẫn vận hành ổn định trong các cấu hình lưới mạnh mà không cân tinh chỉnh lại sâu.

Ở cấp độ Microgrid, công nghệ này đã đạt độ chín rõ rệt, đặc biệt trong chức năng islanding, black start và phối hợp nhiều nguồn điện phân tán (DERs). Đối với hệ thống điện quy mô lớn, triển vọng kỹ thuật là rất rõ, nhưng mức độ trưởng thành triển khai vẫn còn hạn chế do số lượng thí điểm chưa nhiều, mô hình hóa cho nghiên cứu quy hoạch và vận hành còn cần được hoàn thiện thêm và tiêu chuẩn hóa cho Grid-forming vẫn chưa đầy đủ để rút ngắn quá trình đấu nối.

Mấu chốt của việc áp dụng Grid-forming BESS là lựa chọn đúng vị trí, đúng tình huống và đúng mục tiêu ứng dụng.

2. Công nghệ điều chỉnh điện áp dưới tải cho máy biến áp phân phối (VRDT/OLTC) giúp ổn định điện áp lưới điện phân phối khi tích hợp tỷ trọng lớn các nguồn điện phân tán dựa trên biến tần như hệ thống điện mặt trời mái nhà (RTS), xe điện (EV) và BESS.

Đại diện Công ty Maschinenfabrik Reinhausen GmbH (CHLB Đức) trình bày về công nghệ OLTC/VRDT cho MBA phân phối.

Khi tỷ trọng nguồn điện mặt trời mái nhà, nguồn điện sau công tơ và các dạng nguồn điện phần tán (DERs) tăng nhanh, giới hạn phát triển của lưới phân phối không còn chủ yếu nằm ở khả năng mang tải nhiệt của dây dẫn hay máy biến áp như trong cách nhìn truyền thống, mà chuyển dịch mạnh sang ràng buộc điện áp tại các khu vực phụ tải và nguồn điện phân tán đan xen dày đặc. Vào các thời điểm bức xạ cao giữa trưa, công suất từ các hệ thống điện mặt trời phân tán có thể đẩy điện áp cục bộ tăng vượt ngưỡng cho phép, làm inverter tác động bảo vệ, làm phát sinh vấn để chất lượng điện năng và làm giảm khả năng tiếp nhận thêm DERs của lưới phần phối. Trong bối cảnh công suất đổi chiều trong ngày ngày càng phổ biến do ảnh hưởng của năng lượng tái tạo phân tán, việc giữ điện áp trong giới hạn cho phép trở thành điều kiện tiên quyết để vừa bảo đảm vận hành an toàn, vừa không triệt tiêu các mục tiêu phát triển phụ tải và nguồn điện phân tán.

Chính vì vậy, máy biến áp phân phối có trang bị bộ điều áp dưới tải (VRDT) trở thành một giải pháp rất đáng chú ý, nó cho phép điều chỉnh điện áp cục bộ một cách linh hoạt ngay tại nơi xuất hiện vấn đề, thay vì phải trông chờ hoàn toàn vào các biện pháp nâng cấp lưới điện quy mô lớn, tổn thời gian và chi phí cao.

Hiệu quả của giải pháp không dừng ở việc kéo điện áp về dải cho phép vào giữa trưa, mà còn mở rộng sang kiểm soát tốt hơn dòng công suất ngược, tránh đẩy lưới trung áp vào trạng thái điện áp bất lợi, giảm ứng xuất nhiệt và cơ lên máy biến áp nhờ đặt mục tiêu điện áp và chuyển nấc hợp lý; đồng thời tăng độ tin cậy vận hành và khả năng tiếp nhận thêm nguồn mới. Để làm được điều đó, bài toán không chỉ là lắp thiết bị, mà còn là xây dựng triết lý điều khiển phù hợp: Phải xác định mục tiêu điện áp trong các chế độ vận hành khác nhau, thiết lập deadband và time delay để hạn chế số lần chuyển nấc không cần thiết, phối hợp hài hòa với các chức năng Volt/Var của inverter và các thiết bị điều áp khác trên lưới, đồng thời bảo đảm hạ tầng SCADA, ghi sự kiện, an ninh mạng và quy trình khai thức đủ tin cậy.

3. Hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối (DAS): Điểm nổi bật là khả năng cô lập nhanh phần tử sự cố và khôi phục cấp điện cho khu vực “không bị sự cố” chỉ trong vài chục giây ở chế độ tự động, rút ngắn rất lớn thời gian gian mất điện so với xử lý thủ công, từ đó giảm SAIDI, SAIFI, MAIFI và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng.

Công ty ATS (Việt Nam) trình bày kết quả thử nghiệm công nghệ ADLC, Microgrid, DAS trên lưới điện Việt Nam.

4. Hệ thống Microgrid giúp vận hành tối ưu hệ thống điện cục bộ có tích hợp điện mặt trời mái nhà và BESS: Hệ thống có thể vận hành thông minh cả khi nối lưới lẫn tách lưới:

- Trong trạng thái bình thường, BESS hấp thụ phần điện mặt trời dư thừa, thực hiện zero-export, dịch chuyển điện năng theo biểu giá thời gian (TOU) và cắt công suất đỉnh để giảm tiền điện.

- Khi sự cố lưới xảy ra, bộ điều khiển phát hiện mất lưới, tách microgrid, chuyển BESS sang vai trò Grid-forming, giữa điện áp và tần số trong giới hạn cho phép, duy trì cấp điện cho tải mà không gây blackout.

- Khi lưới phục hồi hệ thống có thể đồng bộ pha, điện áp và tần số để tái hòa lưới an toàn.

Các quan sát cả trong mô phỏng lẫn vận hành trên thực địa cho thấy những tình huống chuyển trạng thái hệ thống điện như planned islanding, unplanned islanding, black start và grid reconnection đều có thể thực hiện hiệu quả, không gây gián đoạn tải đáng kể; đồng thời tạo ra các lợi ích kinh tế - môi trường rõ ràng. Cụ thể là tăng tỷ lệ tự tiêu thụ năng lượng tái tạo, tránh cắt giảm công suất điện mặt trời mái nhà, giảm sản lượng điện lấy từ lưới vào giờ cao điểm, tránh chi phí demand charge, tăng khả năng chống chịu trước các sự cố mất điện và giảm phát thải. Ở khía cạnh xã hội và tổ chức vận hành, sự chuyển dịch sang các hệ thống điều khiển số hóa, tự động hóa cao còn giúp giảm thao tác điện nguy hiểm, tạo môi trường kỹ thuật an toàn hơn và mở rộng cơ hội tiếp cận công việc kỹ thuật an toàn cho lực lượng lao động đa dạng hơn.

5. Công nghệ điều chỉnh phụ tải trực tiếp tự động (ADLC): Cho phép khả năng điều khiển tải công nghiệp một cách tự động, có mức đáp ứng nhanh và tin cậy đủ để không chỉ tham gia các chương trình tiết giảm phụ tải thông thường mà còn có thể xử lý các tình huống cần phản ứng rất nhanh, kể các các chế độ giảm tải khẩn cấp hoặc điều chỉnh nhiều cấp theo trạng thái hệ thống; mở ra khả năng xem DR như một nguồn linh hoạt thực thụ chứ không chỉ là công cụ hành chính kêu gọi khác hàng hợp tác.

Có thể khảng định: Các công nghệ này đều đã đi qua ngưỡng của một ý tưởng thử nghiệm đơn lẻ để trờ thành các công cụ có thể đưa vào danh mục giải pháp linh hoạt của hệ thống điện trên cơ sở xem xét lựa chọn đúng mô hình triển khai, tinh chỉnh các tham số vận hành theo phụ tải từng thời điểm, hoàn thiện hạ tầng thông tin - điều khiển, và xây dựng cơ chế thể chế hóa các công nghệ này được sử dụng như các tài nguyên vận hành chính thống trong hệ thống điện hiện đại

Những giải pháp này được kỳ vọng sẽ góp phần nâng cao khả năng điều khiển, ổn định điện áp và tối ưu vận hành lưới điện trong bối cảnh tỷ trọng nguồn điện phân tán ngày càng gia tăng.

Hướng tới hệ thống điện linh hoạt, hiện đại:

Đại diện NSMO cho biết: Trong thời gian tới sẽ tiếp tục phối hợp với các đối tác trong và ngoài nước nghiên cứu, áp dụng các mô hình vận hành tiên tiến, hướng tới mục tiêu vận hành hệ thống điện an toàn, ổn định, tin cậy và kinh tế.

Hội thảo được đánh giá là bước đi quan trọng trong việc tăng cường phối hợp giữa các cấp điều độ hệ thống điện, đặc biệt trong bối cảnh hệ thống điện Việt Nam đang chuyển dịch theo hướng tích hợp ngày càng nhiều nguồn năng lượng tái tạo và phân tán, đòi hỏi mô hình vận hành linh hoạt, hiện đại và hiệu quả hơn./.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM