Cách cân bằng năng lượng tái tạo, mở rộng lưới điện của người Mỹ - Nhìn về Việt Nam

Tỷ lệ năng lượng tái tạo và số giờ vận hành HTĐ một số nước trong năm 2021 Năm 2021 chứng kiến sự hồi phục nhanh chóng của kinh tế toàn cầu, kéo theo mức tăng trưởng sử dụng điện của cả thế giới tới 6% (IEA Electricity market report). Trung Quốc đương nhiên đóng góp phần lớn mức tăng đó do tăng trưởng sản lượng điện quốc gia này lên tới 8,1% so với 2020. Thế giới cũng phân cực mạnh giữa những nước có tỷ lệ năng lượng tái tạo (NLTT) cao như Đức và tỷ lệ NLTT thấp như Nga... Tổng hợp, phân tích của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Lưu trữ điện năng - Xu thế tất yếu khi Việt Nam phát triển năng lượng tái tạo Việc phát triển hệ thống tích trữ năng lượng ở Việt Nam khi nguồn điện từ năng lượng tái tạo tăng cao là xu thế tất yếu nhằm đảm bảo vận hành hệ thống điện ổn định, an toàn. Nhưng vấn đề đặt ra là cơ chế đầu tư, vận hành BESS và giá mua điện từ hệ thống (trong chế độ nạp điện), cũng như giá bán điện từ BESS như thế nào? Phân tích của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Năng lượng tái tạo (NLTT) phát triển, lưới điện cần được phát triển tương ứng:

Theo tạp chí trực tuyến Năng lượng Tương lai Anh (FPT) số tháng 4/2022, tiểu bang Colorado của Mỹ hiện đang đi đầu trong việc đầu tư cơ sở hạ tầng điện trị giá 1,7 tỷ USD để thỏa mãn chương trình chuyển đổi năng lượng xanh. Cụ thể, Colorado hiện đang thực hiện dự án Power Pathway với mức đầu tư 1,7 tỷ đến 2 tỷ USD cho công ty năng lượng nhà nước Xcel Energy nâng cấp cơ sở hạ tầng điện trong khu vực. Power Pathway đã được các cơ quan có thẩm quyền phê duyệt hồi tháng 2/2022, đủ công suất để truyền tải 5.500 MW năng lượng gió và mặt trời vào lưới điện thông qua các đường truyền tải điện hai mạch mới. Tuyến hạ tầng mới hiện chưa được xác định cụ thể, nhưng dự kiến ​​sẽ kéo dài qua hơn chục quận trong bang theo một chu trình dài khoảng 650 dặm (trên 1.000 km) ở phía đông Colorado.

Theo thông báo của Xcel Energy, dự án Power Pathway sẽ giúp tiểu bang đáp ứng kế hoạch năng lượng sạch, tăng cường các nguồn năng lượng gió và năng lượng mặt trời mới đến năm 2030. Dự án đi trước đón đầu hay cách giải quyết mục tiêu “con gà và quả trứng” được thảo luận kỹ càng trong thời gian gần đây, xây dựng công suất lưới điện trước khi các dự án NLTT tăng tốc, để tránh tắc nghẽn trong hệ thống truyền tải điện.

Thách thức của dự án Power Pathway:

Cơ sở hạ tầng lưới điện kế thừa ban đầu được xây dựng để vận chuyển năng lượng từ các nhà máy điện than và khí đốt tập trung cho cư dân gần đó, nay được dùng cho các trang trại năng lượng mặt trời và gió ngoài khơi, rải rác xung quanh, thường ở các địa điểm xa xôi. Chúng đòi hỏi một cách tiếp cận hoàn toàn khác. Vì vậy xuất hiện những hạn chế mới. Những hạn chế về lưới điện đồng nghĩa với việc các dự án bị đình trệ hoặc thất bại trong giai đoạn lập kế hoạch nâng cao do những thách thức về kết nối. Dữ liệu từ Berkeley Labs cho thấy, khả năng phát điện mới và lưu trữ năng lượng trong các xếp hàng đợi kết nối truyền tải trên khắp nước Mỹ đang tăng nhanh, đạt kỷ lục mới với hơn 750 GW phát điện và ước tính khoảng 200 GW dung lượng lưu trữ vào cuối năm 2020.

Tính đến tháng 5/2021, khoảng 680 GW công suất điện không carbon hiện đang tìm cách tiếp cận đường truyền tải. Để vượt qua thách thức này, các nhà nghiên cứu của Đại học Princeton ước tính, công suất truyền tải điện cao áp của Mỹ cần phải tăng 60% vào năm 2030 nếu muốn đáp ứng các mục tiêu năng lượng sạch. Xcel Energy cho biết, các đường dây tải điện mới được xây dựng thông qua dự án đường truyền tải điện sẽ khuyến khích việc xây dựng các trang trại năng lượng mặt trời và gió để có thêm nguồn điện chi phí thấp, giúp đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của bang. Colorado được cho là một trong những khu vực tốt nhất của quốc gia về gió và năng lượng mặt trời nên Xcel Energy đưa ra đề xuất riêng để xây dựng khoảng 5.500 MW điện gió và năng lượng mặt trời mới, cùng với bộ lưu trữ pin bổ sung.

Giai đoạn đầu của dự án dự kiến ​​sẽ được đưa vào sử dụng năm 2025, và các giai đoạn khác sẽ hoàn thành vào năm 2026 và 2027. Dự án nhận được sự ủng hộ rộng rãi của các nhóm môi trường, tổ chức lao động, cơ quan nhà nước và các công ty năng lượng mặt trời. Nhưng Văn phòng Bênh vực Người tiêu dùng (OCA) và những người khác lập luận, Xcel Energy đã không chứng minh được nhu cầu đối với tất cả các phân đoạn của dự án và nó có nguy cơ “đội” chi phí vượt quá khả năng của khách hàng. Tuy vậy Xcel Energy thấy vui mừng khi dư luận đã xác nhận các lợi ích và giá trị mà dự án sẽ mang lại cho cộng đồng. Mặc dù còn nhiều thách thức dự án mở rộng lưới điện thường phải đối mặt, Xcel Energy sẽ phải làm việc với hơn 700 chủ đất để giải phóng mặt bằng và các vấn đề môi trường khác.

Công nghệ hạ tầng lưới điện của châu Âu được Mỹ cân nhắc:

Trong ngành điện toàn cầu, có nhiều công việc đang diễn ra để giảm tác động môi trường của cơ sở hạ tầng lưới điện. Một số nhà vận hành mạng lưới truyền tải châu Âu (TSO) tại các quốc gia dẫn đầu về công nghệ và sản xuất điện gió đã tiến hành nghiên cứu các cách giảm chi phí và tác động đến môi trường của cơ sở hạ tầng lưới điện mới.

Đó là các công ty như National Grid ESO của Anh và TeneT của Đức, đây là những TSO lớn nhất ở châu Âu cho biết việc xây dựng điện gió ngoài khơi hiện tại là không hiệu quả. Khi các tài sản gió ngoài khơi quy mô lớn được xây dựng, các kết nối đơn lẻ, điểm đến điểm từ các trang trại gió đến lưới điện trên bờ bằng công nghệ dòng điện xoay chiều ba pha cao áp truyền thống sẽ không hiệu quả, tốn kém và có khả năng kém thân thiện với môi trường.

Thay vào đó, nhiều TSO xem xét áp dụng công nghệ lưới điện truyền tải điện một chiều siêu cao áp (HVDC), cho phép chuyển tải mức năng lượng cao hơn nhiều với ít tổn thất hơn, và cuối cùng kết nối chúng với quốc tế, trên khắp Vương quốc Anh, Bỉ, Hà Lan, Đức và Đan Mạch.

National Grid ESO đã lưu ý trong một báo cáo tháng 9/2020 rằng việc áp dụng “cách tiếp cận tích hợp” như vậy cho tất cả các dự án ngoài khơi sẽ được thực hiện từ năm 2025 có thể tiết kiệm cho người tiêu dùng khoảng 7,9 tỷ USD vốn và chi phí hoạt động từ nay đến năm 2050. Số lượng cáp và điểm hạ cánh cần thiết trên bờ cũng có thể giảm một nửa, giảm đáng kể tác động đến môi trường.

Chương trình 2 GW mới của TeneT nhằm mục đích đưa quan niệm này vào hành động. Chương trình được tạo ra để tích hợp tốt hơn lưới điện của Hà Lan và Đức và sẽ xây dựng sáu hệ thống kết nối lưới điện ngoài khơi, bao gồm các trạm trên biển và đất liền mới có công suất truyền tải gấp đôi so với các hệ thống 900 MW trước đây.

Hệ thống cáp 525 kV mới cũng yêu cầu ít cáp hơn để vận chuyển năng lượng trên bờ với ít tác động về không gian và môi trường hơn. Trở lại Colorado, Xcel Energy cho biết họ không xem xét công nghệ lưới điện HVDC cho dự án đường truyền dẫn điện vì nó sẽ không phải là “công nghệ hiệu quả về chi phí cho nhu cầu tổng thể về kết nối với các nguồn năng lượng tái tạo trên một khu vực địa lý rộng lớn, công ty sẽ thiết kế dự án bằng cách sử dụng công nghệ truyền tải bổ sung cho cơ sở hạ tầng hiện tại”.

Điều này sẽ bao gồm các đường truyền mạch kép cho phép truyền nhiều năng lượng hơn trên một khoảng cách dài. Trong quá trình tham vấn, một số người đã đề xuất việc sử dụng các công nghệ truyền dẫn tiên tiến, cụ thể là các ống dẫn lõi carbon, có thể loại bỏ tối đa 500 tháp truyền tải. “Công nghệ mới có thể mang lại lợi ích cho khách hàng của chúng tôi trong tương lai, nhưng chúng tôi tự tin, các kế hoạch của chúng tôi sẽ tạo ra lựa chọn tốt nhất cho khách hàng khi theo đuổi mục tiêu giảm thiểu carbon” - Người phát ngôn của Xcel Energy cho hay.

Triển vọng của dự án Power Pathway:

Theo Xcel Energy, những kinh nghiệm của châu Âu có thể có tác động, thay vào đó, Xcel Energy sẽ thiết kế dự án bằng cách sử dụng công nghệ truyền tải bổ sung cho cơ sở hạ tầng hiện tại nhằm "đảm bảo việc vận hành và bảo trì các đường dây mới cùng với hệ thống hiện có để mang tính hiệu quả hơn". Điều này cần cân bằng giữa đổi mới công nghệ với tính khả thi trong thực tế là trọng tâm của dự án đường dẫn. Xcel Energy còn cho hay, dự án hiện đang chờ xem xét, dự kiến ​​sẽ nhận được phản hồi trong vài tuần tới. Nếu suôn sẻ, nhiều dự án năng lượng mặt trời và gió mới ra đời, có thể tăng gấp đôi vào năm 2030 so với năm 2005.

Xcel Energy hy vọng sẽ bắt đầu xây dựng giai đoạn đầu của dự án đường vào cuối năm 2023. Chi phí cho việc mở rộng lưới điện để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của năng lượng tái tạo là rất cao. Nghiên cứu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế xác định, các khoản đầu tư hàng năm cho cơ sở hạ tầng và công nghệ ngành năng lượng cần tăng như hiện nay, từ khoảng 1 triệu lên 4 triệu USD vào năm 2030 để đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.

Tuy nhiên, ngành công nghiệp NLTT dự kiến​​, ngoài những lợi ích mà năng lượng tái tạo mang lại là Net Zero, nó còn rất nhiều lợi ích khác làm giảm tác động môi trường vật lý tổng thể từ hạ tầng lưới điện và các dự án năng lượng tái tạo mới mang lại.

Theo nghiên cứu từ Ủy ban Kinh tế LHQ về châu Âu, năng lượng gió và mặt trời có tổng tác động môi trường thấp nhất, đặc biệt gió được đánh giá cao về ít tác động sử dụng đất. Do đó các chính phủ cần sớm nhận ra điều này để phát triển các cách tiếp cận và tạo ra các công nghệ mới nhằm thu lại lợi ích cao nhất. Ngoài ra, phát triển và xây dựng cơ sở hạ tầng sạch là rất cần thiết để đáp ứng các mục tiêu khí hậu, chính phủ cần tạo ra hành lang pháp lý để giúp các doanh nghiệp đẩy nhanh tiến độ xây dựng và phát triển.

Hướng đi cân bằng NLTT và mở rộng lưới điện của Việt Nam:

Cuối tháng 8/2021, Cục Điều tiết Điện lực (Bộ Công Thương) và Tổ chức Hợp tác phát triển Đức (GIZ) phối hợp tổ chức hội thảo trực tuyến có tên “Tổng kết các giải pháp quản lý lưới điện nhằm hỗ trợ vận hành tối ưu nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống điện”. Tại hội thảo, các nhóm tư vấn và chuyên gia năng lượng phân tích hiện trạng và trình bày những giải pháp nhằm tận dụng và vận hành tối ưu nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống điện Việt Nam.

Cụ thể, Việt Nam cần ban hành cơ chế giá FIT thay đổi theo vùng/theo thời gian/theo nhu cầu phụ tải. Cơ chế giá FIT cho toàn quốc hiện nay đang khuyến khích các nhà đầu tư tập trung vào các khu vực thuận lợi về điều kiện tự nhiên, dẫn tới tình trạng nghẽn lưới cục bộ tại một vài khu vực nhất định.

Mô hình nhà máy điện ảo hiện đang được khuyến cáo áp dùng cho Việt Nam trong kỷ nguyên NLTT (Nguồn:Utilities).

Ngoài ra, khuyến khích nhà đầu tư trang bị các hệ thống tích trữ năng lượng; khuyến khích các giải pháp tự động hóa/số hóa lưới điện; đầu tư lưới điện truyền tải HVDC; nâng cấp và mở rộng năng lực truyền tải của lưới điện hiện tại... Đồng thời, cần ban hành quy định về nguyên tắc thứ tự ưu tiên vận hành nguồn điện năng lượng tái tạo. Hiện nay, các nguồn điện NLTT ở Việt Nam đang được ưu tiên vận hành. Thứ tự ưu tiên này có thể được thay thế bằng các phương pháp hiệu quả hơn, ví dụ như ưu tiên theo chi phí quy dẫn.

Giới chuyên gia cũng kiến nghị Việt Nam triển khai mô hình nhà máy điện ảo (Virtual Power Plant - VPP): Cho phép một nhóm các nhà máy điện phân tán có quy mô nhỏ (bao gồm cả năng lượng tái tạo và năng lượng truyền thống) kết hợp với các phụ tải và hệ thống lưu trữ năng lượng hoạt động thống nhất như một nhà máy điện. Nhà máy điện ảo có thể lưu trữ điện năng khi công suất phát NLTT lớn, qua đó hạn chế cắt giảm nguồn NLTT. Ngược lại, nhà máy điện ảo có thể phát điện năng được lưu trữ để bù cho lưới điện khi đang thiếu nguồn./.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM (THEO: FPT/EVN - 4/2022)

Link tham khảo:

1/ https://power.nridigital.com/future_power_technology_apr22/colorado_renewable_grid

2/ https://www.evn.com.vn/d6/news/Tong-ket-cac-giai-phap-quan-ly-luoi-dien-nham-ho-tro-van-hanh-toi-uu-nguon-nang-luong-tai-tao-trong-he-thong-dien-0-17-28872.aspx