Lưu trữ năng lượng là ‘mắt xích’ còn thiếu trong hệ thống năng lượng tái tạo

Thỏa thuận lịch sử về chống biến đổi khí hậu ở Paris 2015

Trước viễn cảnh nhiệt độ trái đất ngày càng tăng cao mà nguyên nhân chính là do phát thải khí CO2 của các quốc gia, vào năm 2015 tại Paris (thủ đô nước Pháp) đã diễn ra một hội nghị lịch sử của các nguyên thủ các quốc gia mà sau này báo chí hay gọi tắt là Thỏa thuận Paris.

Nó là một thỏa thuận quốc tế giữa gần 200 quốc gia về chống biến đổi khí hậu, ở hội nghị lịch sử đó tất cả những người tham gia đều cam kết giữ cho sự nóng lên toàn cầu dưới 2 độ C so với mức thời kỳ tiền công nghiệp và nếu có thể, dưới 1,5 độ C. Mỗi quốc gia có trách nhiệm xây dựng kế hoạch của riêng mình để đạt được những mục tiêu đó.

Gần 200 quốc gia đã thông qua nó vào ngày 12 tháng 12 năm 2015.

Lãnh đạo gần 200 quốc gia đã thông qua Thỏa thuận Paris (năm 2015).

Quá trình chuyển đổi năng lượng hướng đến một tương lai bền vững đã bắt đầu. Những điều trước đây dường như nằm ngoài tầm với của nhân loại, đạt được các mục tiêu của Thỏa thuận Paris và làm cho năng lượng xanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn - giờ đây đã có thể thực hiện được.

Để hoàn thành mục tiêu của Thỏa thuận Paris thế giới cần chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng tái tạo, mà trong đó các nguồn năng lượng vô tận như năng lượng mặt trời và năng lượng gió là hoàn toàn khả thi và trong tầm tay của các quốc gia.

Tất cả các quốc gia bắt đầu hành động

Trong thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến ​​sự tăng trưởng mạnh mẽ trong việc triển khai các công nghệ năng lượng tái tạo, một mặt do cam kết của chính phủ các quốc gia đã tạo tiền đề cho hàng loạt chính sách khuyến khích ra đời, cùng với với việc giảm đáng kể giá của các tấm pin mặt trời và thiết bị, nguyên nhân là do công nghệ sản xuất hiện đại hơn và quy mô sản xuất lớn hơn rất nhiều cộng với ưu đãi của một số cường quốc chế tạo như Trung Quốc, Đức, Hàn Quốc, Nhật…

Tuy nhiên, thời kỳ đầu nó cũng có những trắc trở, đầu tiên là việc chính quyền của Tổng thống Donal Trump tuyên bố rút lui khỏi Thỏa thuận Paris (cuối tháng 11 năm 2020), tuy nhiên tới khi Tổng thống Joe Biden lên nhậm chức thì chỉ vài giờ sau khi tuyên thệ nhậm chức, vào ngày 20/1/2021, Tổng thống Biden đã ký lệnh chỉ đạo Hoa Kỳ tham gia lại Hiệp định Paris.

Thách thức tiếp theo của năng lượng tái tạo là nó đến từ các nguồn không ổn định. Năng lượng mặt trời chỉ có vào ban ngày và gió thì không phải lúc nào cũng thổi để có thể làm quay các tua bin gió. Ngược lại trong một ngày đẹp trời nhiều nắng và nhiều gió thì lượng điện tái tạo sinh ra, đôi lúc lại dư thừa như trường hợp của nước Đức đã gặp phải hồi giáng sinh năm 2018, và Việt Nam phải cắt giảm bớt điện mặt trời do cung vượt cầu vào những lúc buổi trưa từ đầu năm 2021, kể cả hiện nay.

Đối với nước Đức, theo tờ New York Times (đăng ngày 25/12/2017) thì nhu cầu điện đặc biệt thấp vào cuối tuần và ngày lễ, khi các nhà máy không hoạt động và các văn phòng không làm việc. Trong khi gió rất nhiều, làm cho các tua bin khổng lồ quay tạo ra lượng điện nhiều gấp vài lần bình thường. Điều khó tin là những thời điểm như vậy cơ quan quản lý lưới điện của Đức phải vận động người dân và công ty tiêu thụ lượng điện dư thừa và được trả tiền thông qua chính sách giá điện âm.

Cũng theo New York Times, không riêng vì nước Đức một số quốc gia ở châu Âu đã trải qua giá điện âm, bao gồm Bỉ, Anh, Pháp, Hà Lan và Thụy Sĩ.

Solar Farm ở Pháp.

Nhưng việc điện tái tạo của Đức dư thừa và giá điện âm là thường xuyên nhất. Đôi khi, Đức có thể xuất khẩu lượng điện dư thừa của mình sang các nước láng giềng, giúp cân bằng thị trường, nhưng trong phần lớn trường hợp là không đáng kể.

Ở Anh, các nguồn năng lượng tái tạo đã tạo ra gấp ba lần lượng điện so với than đá vào năm 2017, theo The Guardian. Vào tháng 6, trong một đêm đặc biệt nhiều gió lượng điện trên lưới điện cũng rất dồi dào, giá điện cũng thực sự xuống âm ở Anh trong vài giờ - và nó có khả năng sẽ xảy ra một lần nữa.

Các tua bin gió ngoài khơi khổng lồ ở Anh.

Điện mặt trời ở Việt Nam dư thừa vào buổi trưa phải cắt giảm

Mặt dù là quốc gia xuất phát sau, điện mặt trời ở Việt Nam chỉ bắt đầu phát triển vào năm 2018 sau khi Chính phủ ban hành chính sách khuyến khích phát triển điện mặt trời theo Quyết định 11/2017/QĐ-TTg, nhưng chỉ riêng trong năm 2020 Việt Nam đã làm cho thế giới phải kinh ngạc với việc tăng trưởng nhanh chóng trong lĩnh vực năng lượng mặt trời, với việc bổ sung thêm vào lưới điện hơn 4 GWp điện mặt trời mặt đất và 9 GWp điện mặt trời mái nhà chỉ trong thời gian rất ngắn, đưa tổng công suất các loại hình điện mặt trời ở Việt Nam lên tới gần 17 GW(ac).

Năm 2020, Việt Nam tăng thêm trên 9 GW điện mặt trời áp mái nhà.

Việc điện mặt trời phát triển quá nhanh này không khỏi làm cho các nhà hoạch định chính sách cho đến các chuyên gia năng lượng bất ngờ và ngạc nhiên. Tuy nhiên cũng giống như các quốc gia đi trước Việt Nam cũng đối diện với vấn đề dư thừa do mất cân đối giữa cung và cầu ở một số thời điểm, cụ thể từ đầu tháng 1/2021 đến nay trong khi nhu cầu tiêu thụ điện sụt giảm do ảnh hưởng Covid-19 thì lượng điện mặt trời lại sinh ra dồi dào nhất là lúc giữa trưa, gây căng thẳng và nguy hiểm cho lưới điện… để đảm bảo kỹ thuật vận hành an toàn, buộc EVN phải cắt giảm bớt lượng điện phát lên lưới điện từ năng lượng mặt trời và cả các nguồn điện truyền thống khác, đồng nghĩa với lãng phí và thiệt thòi cho những nhà đầu tư.

Vậy giải pháp hiện nay của thế giới và Việt Nam là gì?

Đó chính là giải pháp lưu trữ năng lượng kết hợp với năng lượng tái tạo.

Các giải pháp tích trữ điện hay còn gọi là giải pháp lưu trữ năng lượng đang được áp dụng phổ biến hiện nay gồm:

Công nghệ lưu trữ bằng pin: Các giải pháp lưu trữ điện hóa, bao gồm pin hóa học tiên tiến, pin dòng chảy và tụ điện.

Lưu trữ nhiệt: Thu nhiệt và lạnh để tạo ra năng lượng theo yêu cầu hoặc bù đắp nhu cầu năng lượng.

Lưu trữ cơ học: Các công nghệ cải tiến khác để khai thác động năng hoặc năng lượng hấp dẫn để lưu trữ điện.

Lưu trữ bằng Hydro: Sản xuất điện dư thừa có thể được chuyển đổi thành hydrogen thông qua quá trình điện phân và lưu trữ.

Thủy điện tích năng: Là nhà máy thủy điện kiểu bơm tích lũy, sử dụng điện năng của các nhà máy điện phát trong hệ thống điện vào những giờ thấp điểm phụ tải đêm để bơm nước từ hồ chứa nước thấp lên hồ chứa cao. Vào thời điểm nhu cầu tiêu thụ điện năng lớn (cao điểm phụ tải), nước sẽ được xả từ hồ chứa cao xuống hồ chứa thấp hơn thông qua các tua bin để phát điện lên lưới.

Trong các giải pháp nói trên, công nghệ tích trữ điện (lưu trữ năng lượng) bằng công nghệ pin Lithium - ion đang chiếm ưu thế vì công nghệ đã được chứng minh và thời gian thi công rất nhanh chóng.

Giá pin lưu trữ năng lượng (Lithium) được Bloomberg NEF dự đoán dưới 100 đô la/kWh vào năm 2023, trong khi giá gói của pin Lithium - ion là trên 1.100 USD/kilowatt-giờ vào năm 2010, và hiện nay bình quân 130 USD/kWh.

Ai sẽ được lợi từ việc tích trữ năng lượng (lưu trữ năng lượng)?

Tích trữ năng lượng bằng pin Lithium kết hợp điện mặt trời và điện gió.

“Các công ty trong nhiều lĩnh vực có thể hưởng lợi từ việc lưu trữ năng lượng, từ các hộ gia đình sử dụng điện chủ yếu vào buổi tối, các nhà hàng, bệnh viện, các lớp học buổi tối, cho đến các doanh nghiệp vừa và nhỏ đang bị trả tiền điện rất cao theo loại hình giá điện kinh doanh…

Cụ thể, nó giúp cho các hộ gia đình và doanh nghiệp có thêm nguồn điện dự phòng để chủ động năng lượng, nó còn là giải pháp tiết kiệm tiền do việc sử dụng năng lượng linh hoạt.

Ví dụ: Doanh nghiệp có thể tích trữ điện lúc dư thừa và giá rẻ để sử dụng lúc cao điểm giá cao” - Ông Trần Thanh Bình - Phát triển dự án điện mặt trời của Lithaco, cho biết.

Theo các chuyên gia năng lượng, ở quy mô lưới điện, lưu trữ năng lượng là mắt xích còn thiếu trong hệ thống năng lượng tái tạo. Bằng cách tích trữ năng lượng khi nó dồi dào, rẻ tiền và xanh, các nhà máy điện mặt trời và điện gió của Việt Nam sẽ không phải xả bỏ vào những buổi trưa vì quá dư thừa, lượng điện lưu trữ này sẽ được sử dụng vào buổi tối nhất là thời điểm cao điểm (17 giờ đến 20 giờ), thậm chí khi mặt trời bị mây che, vừa có lợi cho doanh nghiệp vừa có lợi cho ngành điện vì giảm chi phí phát điện do phải chạy dầu để bù đỉnh vào giờ cao điểm.

“Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng công nghệ pin Lithium - ion còn giúp điều tiết để vận hành lưới điện rất linh hoạt vì thời gian hòa lưới rất nhanh, ngoài chức năng là nguồn dự phòng nó giống như một bình siêu ổn áp giúp cải thiện chất lượng điện năng của lưới điện” - Ông Bình nhấn mạnh.

Từ vài năm trước, nước Đức và các quốc gia châu Âu đang đẩy mạnh đầu tư vào các giải pháp lưu trữ năng lượng từ quy mô gia đình đến quy mô lưới điện.

Trên tạp chí Clean Energy Wire (đăng ngày 10/10/2018) có viết việc lưu trữ năng lượng tái tạo không liên tục được gọi là “điều quan trọng tiếp theo của năng lượng”, “chén thánh” và là “mắt xích còn thiếu” của quá trình chuyển đổi năng lượng. Bài báo kết luận “Lưu trữ điện là kỳ tích tiếp theo cho quá trình chuyển đổi năng lượng của Đức”.

Trường hợp của Việt Nam cũng hoàn toàn tương tự như vậy.

Như vậy một công đôi chuyện khi việc lưu trữ năng lượng vừa giúp giảm bớt căng thẳng cho lưới điện quốc gia, vừa giúp doanh nghiệp tiết kiệm rất đáng kể chi phí sử dụng điện năng.

Vậy nên: Lưu trữ năng lượng chính là mắt xích còn thiếu trong hệ thống năng lượng tái tạo.

Chú thích thêm của LITHACO:

Thời kỳ tiền công nghiệp là thời kỳ trước khi có cuộc Cách mạng Công nghiệp diễn ra từ năm 1750 đến 1850. Tiền công nghiệp là một thời gian trước khi có máy móc và công cụ để giúp thực hiện các nhiệm vụ. Nền văn minh tiền công nghiệp có từ nhiều thế kỷ trước, nhưng thời đại chính được gọi là xã hội tiền công nghiệp xảy ra ngay trước xã hội công nghiệp. (Theo wikipedia).

Tham khảo:

Germany paid people to use electricity over the holidays because its grid is so clean

independent.co.uk

Why Germany Is Paying People to Use Electricity

fortune.com

People in Germany are now being paid to consume electricity

independent.co.uk

Vietnam rooftop solar records major boom as more than 9 GW installed in 2020

pv-tech.org

Electricity storage is next feat for Germany’s energy transition

cleanenergywire.org

LITHACO