Lưu trữ điện năng - Xu thế tất yếu khi Việt Nam phát triển năng lượng tái tạo

Lưu trữ điện và công nghệ nâng cao hiệu suất nguồn năng lượng tái tạo Việt Nam Với cam kết mạnh mẽ của Thủ tướng Chính phủ Việt Nam tại Hội nghị COP26: “Việt Nam sẽ đưa phát thải khí nhà kính về “0” ròng vào năm 2050”, việc tăng tỷ lệ điện gió và mặt trời trong hệ thống nguồn điện cần được hết sức ưu tiên. Tuy là nguồn năng lượng sạch nhưng tính không ổn định của hai loại điện này đang gây khó khăn và làm tăng chi phí vận hành hệ thống điện Việt Nam. Việc ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng/điện trở nên cần thiết, quan trọng, cả hiện tại và trong tương lai. Hội thảo khoa học “Ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng và Công nghệ nâng cao hiệu suất cho các dự án năng lượng tái tạo của Việt Nam” vừa được Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam tổ chức tại Hà Nội. Hội thảo là cơ hội để các bên liên quan chia sẻ về nhu cầu, các thách thức và kinh nghiệm trong việc áp dụng các hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) tại Việt Nam.

Hiện nay, việc phát triển nguồn điện từ các dạng năng lượng tái tạo (NLTT) để loại bỏ carbon trong hệ thống năng lượng nhằm hiện thực hóa mục tiêu Net zero (giảm khí thải về 0) là xu thế của ngành năng lượng thế giới. Tuy nhiên, việc tăng tỷ trọng nguồn điện NLTT trong cơ cấu nguồn điện đã gây ra nhiều vấn đề đối với việc vận hành ổn định hệ thống điện. Xuất phát từ thực tế này, nhiều quốc gia trên thế giới đã kết hợp quá trình tăng tỷ lệ các nguồn NLTT với việc đầu tư vào hệ thống lưu trữ năng lượng (Energy storage system - ESS). Hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ góp phần giảm công suất cực đại vào giờ cao điểm của hệ thống điện, giảm tình trạng lưới điện bị quá tải, hoặc giảm nhu cầu đầu tư nguồn điện và hạ tầng lưới điện để đáp ứng nhu cầu phụ tải cho một số ít giờ cao điểm, qua đó nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống điện.

Theo các chuyên gia năng lượng quốc tế, khi mức thâm nhập NLTT vào hệ thống điện đạt tối thiểu từ 15% trở lên về quy mô sản lượng thì việc đầu tư ESS sẽ có ý nghĩa. Tại nhiều quốc gia trên thế giới, hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS - Battery Energy storage system) đã và đang trở thành một công nghệ cần thiết trong quản lý nhu cầu, năng lượng tái tạo, lưới điện thông minh. Cùng với các ứng dụng công nghệ khác, công nghệ pin lưu trữ năng lượng cũng đang được phát triển để góp phần thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả. Hệ thống pin lưu trữ năng lượng ngày một trở nên quan trọng hơn khi lưới điện phát triển thành hệ thống thông minh hơn, tiếp nhận điện năng sản xuất từ các nguồn NLTT.

Đối với nước ta, hiện nay tổng công suất nguồn NLTT (gồm điện gió, mặt trời) lắp đặt tính đến ngày 31/10/2021 đạt 20.462 MW, tương đương 27,2% công suất toàn hệ thống. Tỷ trọng công suất NLTT tăng nhanh trong hơn hai năm qua nhờ chính sách giá ưu đãi (FIT) cho phát triển điện mặt trời, điện gió. Tuy công suất từ nguồn NLTT chiếm 27% nhưng sản lượng đóng góp của loại hình năng lượng này chỉ đạt khoảng 10,9% trong toàn hệ thống (xem Bảng 1). Một phần nguyên nhân sản lượng điện năng từ nguồn NLTT này thấp là do các nhà máy điện gió, mặt trời sau khi đưa vào vận hành đã phải đối diện với việc giảm công suất phát do quá tải lưới truyền tải. Vì thế nhu cầu đầu tư xây dựng và đưa vào vận hành hệ thống tích trữ năng lượng là cấp thiết ngay từ thời điểm hiện tại, cần khẩn trương triển khai nhằm đảm bảo phủ đỉnh, cũng như dự phòng cho điện gió, điện mặt trời, giúp vận hành hệ thống ổn định, hiệu quả.

Bảng 1: Thống kê công suất và điện lượng hệ thống điện quốc gia năm 2021:

Nguồn: Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia - A0 (cập nhật đến tháng 11/2021).

Tổng quan về hệ thống tích trữ năng lượng:

Trên thế giới hệ thống tích trữ năng lượng được phân loại bao gồm hệ thống tích trữ lớn, hệ thống tích trữ nhỏ và hệ thống tích trữ siêu nhỏ.

- Hệ thống tích trữ lớn gồm có các dạng như thủy điện tích năng; tích trữ bằng nén không khí; tích trữ bằng khí đốt; tích trữ theo mùa và giữa các mùa.

- Hệ thống tích trữ nhỏ sử dụng công nghệ BESS với quy mô từ 1 MW đến 500 MW và thường áp dụng cho lưới truyền tải, lưới phân phối, hoặc cho các nhà máy điện NLTT.

- Hệ thống tích trữ siêu nhỏ có quy mô từ vài chục đến vài trăm kW dành cho các hộ tiêu dùng, lưới điện phân phối, thiết bị di chuyển.

Khả năng phát triển hệ thống tích trữ năng lượng tại Việt Nam:

1/ Xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng:

Cho đến nay trong các hệ thống điện để làm các bộ phận tích trữ năng lượng lớn người ta thường xây dựng, sử dụng các nhà máy thuỷ điện và các nhà máy thuỷ điện tích năng (TĐTN). Thủy điện tích năng có vai trò như sau:

- Phủ đỉnh - điền đáy, góp phần san bằng biểu đồ phụ tải, hỗ trợ các nhà máy điện khác trên hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.

- Hỗ trợ giảm quá tải đường dây, tăng khả năng hấp thụ các nguồn NLTT.

- Tham gia điều tần, đặc biệt trong bối cảnh có sự thâm nhập tăng cao của các nguồn NLTT với tính biến động cao, nhu cầu dự phòng công suất điều tần cho hệ thống sẽ ngày càng lớn.

- Với ưu điểm có công suất, dung lượng dự trữ lớn, thời gian khai thác lên đến 70 - 80 năm, việc phát triển thủy điện tích năng sẽ hỗ trợ nâng cao khả năng vận hành của hệ thống.

Theo Quy hoạch phát triển Điện lực Quốc gia thời kỳ 2021 - 2030 tầm nhìn đến năm 2045 mới nhất (tháng 10/2021), về quy hoạch phát triển các nguồn tích trữ năng lượng như sau:

- Đến năm 2030 sẽ đưa vào hoạt động hai nhà máy TĐTN với tổng công suất 2.400 MW gồm TĐTN Bác Ái (1.200 MW) đang thi công và TĐTN Phước Hòa (1.200 MW). Khi TĐTN Bác Ái tham gia hệ thống điện sẽ không cần thiết đầu tư 1.200 MW tua bin khí phủ đỉnh ở miền Nam, đồng thời Bác Ái tham gia thị trường điện với nhiệm vụ chuyển dịch đỉnh đáy, giảm chi phí mua điện của EVN. Đây là dự án do EVN làm chủ đầu tư cho nên việc xây dựng, quản lý vận hành và dự kiến đời sống công trình 40 năm tương ứng dung lượng tích trữ 8.621 MWh/ngày đêm thì chi phí tích trữ của TĐTN Bác Ái tương ứng 0,7 UScent/kWh nên có thể khai thác hiệu quả năng lực của nhà máy.

- Các năm 2035 - 2040 - 2045 chưa có tên dự án cụ thể, chỉ đưa ra quy hoạch tổng công suất lưu trữ - tích năng là 3.300 - 6.600 - 11.400 MW.

2/ Xây dựng hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS):

Hiện nay đã có một số tổ chức như Ngân hàng Phát triển châu Á (ADB), Tổng Lãnh sự quán Hoa Kỳ... đề xuất thực hiện dự án hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS) thí điểm nhằm thăm dò việc khai thác các ứng dụng và lợi ích khác của việc tích hợp BESS vào mạng lưới truyền tải điện, đồng thời cung cấp trường hợp thí điểm để nghiên cứu, xây dựng các quy định pháp lý đối với hệ thống BESS.

Cụ thể, ngày 15 tháng 10 năm 2021 Tổng Lãnh sự quán Hoa Kỳ tại TP Hồ Chí Minh đã công bố tài trợ 2,96 triệu USD cho Công ty AMI AC Renewables thực hiện dự án thí điểm phát triển hệ thống pin lưu trữ năng lượng tại Việt Nam. Dự án sẽ sử dụng công nghệ, thiết bị hàng đầu của Mỹ, xây dựng và kết nối với nhà máy điện mặt trời với công suất 50 MW của AMI AC Renewables tại tỉnh Khánh Hòa, nhằm giúp giảm tổn thất năng lượng, cũng như giúp Việt Nam tích hợp nhiều năng lượng tái tạo hơn vào hệ thống năng lượng quốc gia. Đây là tiền đề cho việc phát triển hệ thống BESS nhằm vận hành ổn định hệ thống lưới điện ở nước ta.

Các mô hình kinh doanh BESS trong hệ thống điện:

Có nhiều mô hình đầu tư BESS trong hệ thống điện, theo phạm vi cũng như việc sở hữu BESS.

Theo phạm vi, BESS có thể được đầu tư để tham gia hoạt động thị trường bán buôn, trong ứng dụng cụ thể tại các trạm truyền tải, nhà máy, cho các mục đích kỹ thuật và trong ứng dụng tại phụ tải.

Theo chủ sở hữu, BESS có thể được sở hữu bởi một trong các chủ sở hữu, hình thức sở hữu như công ty điện lực, nguồn phát điện độc lập, nhà cung cấp BESS, nhà cung cấp dịch vụ năng lượng (ESCO), khách hàng dùng điện.

Theo phân loại mô hình, mô hình sở hữu có thể được chia làm ba loại sau đây:

Thứ nhất: Mô hình bên thứ ba: Là mô hình trong đó toàn bộ đầu tư thiết bị hệ thống BESS, vận hành và bảo trì được cung cấp bởi một bên thứ ba theo các thỏa thuận hợp đồng, không phải khách hàng dùng điện hay đơn vị bán điện. Mô hình này có phần tương tự như dịch vụ thỏa thuận cung cấp điện với nhà cung cấp điện độc lập và thường có giá trị kéo dài nhiều năm. Trong mô hình này, phía đơn vị sử dụng dịch vụ (có thể là khách hàng sử dụng điện, hoặc đơn vị bán điện) quyết định chu kỳ nạp xả, phía cung cấp dịch vụ nhận được một khoản chi trả cố định hằng tháng theo công suất BESS và một khoản chi trả theo dung lượng BESS được sử dụng. Khoản chi trả cố định tương ứng với chi phí đầu tư và khoản chi phí theo dung lượng tương ứng với công vận hành, bảo trì BESS. Bên cạnh đó, phía cung cấp dịch vụ cần có sự bảo đảm mức công suất khả dụng và hiệu suất của hệ thống.

Thứ hai: Mô hình đầu tư toàn bộ: Là mô hình khách hàng dùng điện, hoặc công ty điện lực sở hữu toàn bộ hệ thống BESS, đồng thời cũng chịu trách nhiệm vận hành, bảo trì hệ thống.

Thứ ba: Mô hình phối hợp đầu tư: Là mô hình có thể phù hợp với các đơn vị bán điện phụ thuộc các nhà đầu tư ngoài khu vực bán điện, hoặc các đơn vị bán điện phụ thuộc các nhà đầu tư trong cùng khu vực. Với các đơn vị bán điện phụ thuộc các nhà đầu tư ngoài khu vực, việc đầu tư, vận hành BESS có thể hoàn toàn phục vụ cho lợi nhuận của các nhà đầu tư. Trong trường hợp còn lại, lợi ích khi vận hành BESS được dung hòa với khả năng bảo đảm năng lượng cho khu vực và các yếu tố khác có tính khu vực. Trong trường hợp thứ hai, lợi nhuận của vận hành BESS phụ thuộc vào tiêu thụ điện của chính các nhà đầu tư.

Một số rào cản trong phát triển BESS:

Đây là loại hình đầu tư chưa xuất hiện tại Việt Nam nên chưa có chính sách về giá bán điện theo giờ cao điểm, thấp điểm; giá phân biệt giữa điện NLTT và điện từ NLTT có kết hợp BESS. Trong các quy định hiện hành chưa đề cập đến công nghệ tích trữ năng lượng, do đó cần thiết phải hiệu chỉnh, bổ sung cho phép các công nghệ này tham gia vào vận hành hệ thống điện và thị trường điện.

Để giải quyết vấn đề này, ngày 2/4/2021 EVN đã có Văn bản số 1645/EVN-KH đề nghị Thủ tướng Chính phủ giao EVN nghiên cứu đầu tư thí điểm hệ thống BESS với mục đích chuyển dịch năng lượng/điều chỉnh tần số để xác thực tính năng thiết bị, đánh giá khả năng và tích lũy kinh nghiệm vận hành BESS trong hệ thống điện, làm cơ sở đề xuất các cơ chế, chính sách, quy định pháp quy có liên quan đến phát triển, vận hành hệ thống BESS trong hệ thống điện. Chi phí đầu tư, vận hành thí điểm hệ thống BESS được hạch toán vào chi phí sản xuất điện của EVN, hoặc theo quyết định của cấp có thẩm quyền.

Kết luận:

Việc phát triển hệ thống tích trữ năng lượng khi nguồn điện từ NLTT tăng cao là xu thế tất yếu nhằm đảm bảo vận hành hệ thống điện ổn định, an toàn. Với quan điểm phát triển hệ thống điện Việt Nam trong những năm tới là phát triển cân bằng nguồn điện theo các vùng miền trên cơ sở nhu cầu tiêu thụ tại chỗ, điều này sẽ làm giảm nhu cầu truyền tải liên vùng, giảm tổn thất và tăng hiệu quả hoạt động cho hệ thống điện. Để đạt mục tiêu giảm phát thải ròng carbon đến năm 2050 về không, chính sách năng lượng cần phải thúc đẩy các thành phần kinh tế khác nhau tham gia đầu tư hệ thống tích trữ năng lượng cả ở quy mô lớn, nhỏ và siêu nhỏ. Có như vậy mới thay thế được nền tảng năng lượng than của hệ thống điện Việt Nam hiện nay. Nhưng vấn đề cốt lõi là cần có 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.

Gần đây, các công nghệ BESS thế hệ mới có hiệu quả năng lượng ngày càng cao, đồng thời góp phần cải thiện tính kinh tế cũng như độ tin cậy của các nguồn NLTT. Ngoài ra, chi phí cho công nghệ BESS lithium-ion được dự báo sẽ tiếp tục giảm xuống trong vòng 5 - 7 năm tới. Nếu Chính phủ đưa ra chính sách trợ giá hợp lý, quy định giá theo phương án cố định cho cả vòng đời dự án, hoặc điều chỉnh hàng năm phù hợp với việc điều chỉnh giá bán điện bình quân mà nền kinh tế và người sử dụng điện chịu đựng được, đồng thời đảm bảo để chủ đầu tư dự án BESS thu hồi được chi phí đầu tư, có lợi nhuận hợp lý thì chắc chắn hệ thống BESS sẽ ra đời nhanh chóng, phù hợp với việc phát triển nguồn điện từ NLTT của nước ta./.

TS. NGUYỄN HUY HOẠCH - HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

1. Vai trò hệ thống lưu trữ năng lượng trong vận hành hệ thống điện Việt Nam. TS. Nguyễn Huy Hoạch. NangluongVietNam online 07:09 | 09/08/2021.

2. Thủy điện tích năng giải quyết vấn đề thừa, thiếu trong biểu đồ phụ tải hệ thống điện. TS. Nguyễn Huy Hoạch. NangluongVietNam online 07:05 | 27/01/2021.

3. Cam kết trung hòa carbon - Cơ hội để Việt Nam phát triển điện gió ngoài khơi? TS. Nguyễn Huy Hoạch. NangluongVietNam online 08:03 | 11/11/2021.

4. Một số vấn đề về BESS trong hệ thống điện. Trần Huỳnh Ngọc, Vũ Đức Quang, Lê Đức Thiện Vương. PECC2. Tham luận tại Hội thảo “Ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng cho các dự án năng lượng tái tạo ở Việt Nam” ngày 24/11/2021 tại Hà Nội.

5.Tham luận của Cục Điều tiết điện lực, EVN, EVNNPT, Trung tâm A0 tại Hội thảo “Ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng cho các dự án năng lượng tái tạo ở Việt Nam” ngày 24/11/2021 tại Hà Nội.