RSS Feed for Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 18]: Giải quyết những bất ổn của năng lượng tái tạo | Tạp chí Năng lượng Việt Nam Thứ sáu 21/01/2022 05:57
TRANG TTĐT CỦA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 18]: Giải quyết những bất ổn của năng lượng tái tạo

 - Trong số các loại năng lượng tái tạo, năng lượng gió, mặt trời có điểm yếu là sản lượng điện phụ thuộc vào thời tiết và khó kiểm soát. Vì vậy, “ắc quy lưu trữ” được kỳ vọng như một thiết bị giải quyết vấn đề mất ổn định của năng lượng tái tạo.
Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 17]: Thách thức điện gió ngoài khơi Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 17]: Thách thức điện gió ngoài khơi

Hiện nay, trung tâm của năng lượng tái tạo ở Nhật Bản là “điện mặt trời”. Tuy nhiên, nhìn ra thế giới, “điện gió” mới là trung tâm. Công suất lắp đặt của điện gió trên quy mô toàn cầu là khoảng 486 GW (tính đến cuối năm 2020). Mặt khác, sản lượng điện mặt trời khoảng 227 GW - tức là chưa bằng một nửa. Liệu điện gió có mở rộng ở Nhật Bản trong tương lai?

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 16]: ‘Điện hạt nhân châu Âu’ trên báo Nhật Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 16]: ‘Điện hạt nhân châu Âu’ trên báo Nhật

Hội nghị lần thứ 26 các bên tham gia Công ước khung về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc (COP26) đã khai mạc ngày 31/10 tại Glasgow, Anh. Trong bối cảnh này, không có dấu hiệu nào cho thấy “cuộc khủng hoảng năng lượng” do giá khí đốt tự nhiên và giá điện tăng sẽ được giảm bớt ở châu Âu.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 15]: Phong trào điện hạt nhân thế giới và động thái Hoa Kỳ Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 15]: Phong trào điện hạt nhân thế giới và động thái Hoa Kỳ

Trong lúc năng lượng tái tạo được mở rộng như một biện pháp chống lại biến đổi khí hậu, thì tầm quan trọng của việc không thải ra carbon dioxide (CO2) trong quá trình sản xuất điện của điện hạt nhân đang được xem lại.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 14]: Nhìn nhận của người Nhật về nguy cơ thiếu điện ở châu Âu Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 14]: Nhìn nhận của người Nhật về nguy cơ thiếu điện ở châu Âu

Giá năng lượng tăng vọt ở châu Âu vừa qua đã phần nào cho chúng ta thấy chuyển dịch năng lượng nhằm chống biến đổi khí hậu tuy là xu thế tất yếu, nhưng nếu “giục tốc”, vội vã dựa chủ yếu vào các nguồn năng lượng tái tạo biến đổi như gió và mặt trời, khi chưa tạo đủ mức độ an ninh cung cấp năng lượng bằng các nguồn truyền thống ổn định, sẽ gây rủi ro cho chính nền kinh tế và người dân của mình. “Tác dụng phụ” của các biện pháp chống biến đổi khí hậu sẽ không hề nhẹ.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 13]: Có thể ngăn được đứt gãy cung, cầu nguồn tài nguyên? Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 13]: Có thể ngăn được đứt gãy cung, cầu nguồn tài nguyên?

Nhiều nước phát triển ở châu Âu và Mỹ đang giảm dần đầu tư vào khai thác tài nguyên (dầu mỏ, khí đốt tự nhiên). Điều này để nhằm đạt được mức giảm phát thải khí nhà kính “cơ bản về không” vào năm 2050. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu năng lượng tái tạo có phát triển theo kịch bản của các quốc gia hay không. Trong quá trình tiến tới không carbon, có nguy cơ các nguồn tài nguyên hiện có sẽ thiếu hụt và cung - cầu năng lượng sẽ bị gián đoạn. Thế giới đang phải chịu áp lực: Làm sao đầu tư nhưng vẫn giữ được cân bằng?

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 12]: Động thái của thế giới và Nhật Bản đối với LNG Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 12]: Động thái của thế giới và Nhật Bản đối với LNG

Trước Hội nghị thượng đỉnh Liên hợp quốc về Biến đổi khí hậu (COP26) dự kiến ​​được tổ chức tại Glasgow (Anh) vào tháng 11 năm nay, các nhà hoạt động liên quan đến vấn đề nóng lên toàn cầu vốn đang hạn chế hoạt động do vi rút Corona đã hoạt động sôi nổi trở lại. Mục tiêu của họ là chuyển từ phản đối than đá sang phản đối khí thiên nhiên. Nhưng nếu phát sinh vấn đề trong cung cấp nhiên liệu hóa thạch, Nhật Bản sẽ sớm đứng trước nguy cơ thiếu điện.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 11]: Thách thức chứng thực ‘Hydro xanh’ thương mại Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 11]: Thách thức chứng thực ‘Hydro xanh’ thương mại

Trong khi các quốc gia trên thế giới coi năng lượng Hydro là một lựa chọn quan trọng để trung hòa Carbon, thì Nhật Bản cũng đang mở rộng đầu tư vào lĩnh vực này. Nhật Bản đang đi trước các quốc gia khác về mặt công nghệ trong việc sử dụng Hydro, nhưng câu hỏi đặt ra là liệu quốc gia này có thể tận dụng ưu thế này hay không?

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 10]: Chi phí phát điện của các nguồn điện năm 2030 Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 10]: Chi phí phát điện của các nguồn điện năm 2030

Nhóm công tác kiểm tra chi phí phát điện (thuộc Nhóm nghiên cứu tài nguyên năng lượng toàn diện - Văn phòng Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản - METI) đã tóm tắt kết quả tạm tính chi phí phát điện của từng nguồn điện của Nhật Bản vào thời điểm năm 2020 và 2030. Điểm đáng chú ý là về chi phí sản xuất điện năm 2030 của Nhật Bản trong kết quả tạm tính lần này, chi phí cận biên của từng nguồn điện đã được thêm vào làm giá trị tham khảo.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 9]: Dự thảo Kế hoạch ‘năng lượng cơ bản’ có khả thi? Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 9]: Dự thảo Kế hoạch ‘năng lượng cơ bản’ có khả thi?

Cuối tháng 7 vừa qua, Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản (METI) đã tóm tắt Dự thảo Kế hoạch năng lượng cơ bản (lần thứ 6) - đây là phương châm chính sách năng lượng của Chính phủ. Nhưng câu hỏi đặt ra là: Những kế hoạch năng lượng cơ bản trong trung, dài hạn của quốc gia này có khả thi?

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 8]: Điện than ‘công nghệ mới nhất’ cũng gặp khó Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 8]: Điện than ‘công nghệ mới nhất’ cũng gặp khó

Hội nghị thượng đỉnh 7 nước có nền công nghiệp hàng đầu thế giới (Hội nghị thượng đỉnh G7) được tổ chức tại Anh (từ ngày 11 - 13/6). Để ứng phó với biến đổi khí hậu, các nước đã nhất trí trong năm nay sẽ chấm dứt hỗ trợ xuất khẩu mới của chính phủ đối với nhiệt điện than - nguồn điện không thể thực hiện được các biện pháp giảm phát thải khí nhà kính. Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản (METI) vốn thể hiện rõ quan điểm tiếp tục hỗ trợ xuất khẩu đã buộc phải thay đổi chính sách chỉ trong 3 tuần.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 7]: Cập nhật diễn tiến tái khởi động điện hạt nhân Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 7]: Cập nhật diễn tiến tái khởi động điện hạt nhân

Công ty Điện lực Kansai đã tái khởi động lò phản ứng số 3 hơn 40 năm tuổi của Nhà máy điện hạt nhân Mihama (ngày 23/6/2021). Sau sự cố Nhà máy điện hạt nhân Fukushima số 1 thuộc Công ty Điện lực Tokyo (TEPCO) năm 2011, thời gian vận hành tối đa của một lò phản ứng hạt nhân được quy định là 40 năm. Do đó, đây là lò phản ứng trên 40 năm tuổi đầu tiên của Nhật Bản được tái khởi động kể từ khi ban hành quy định này. Cho đến nay, đã có 10 lò phản ứng hạt nhân được tái khởi động kể từ sau sự cố Fukushima và tất cả đều là lò PWR.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 6]: Xu hướng của điện hạt nhân Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 6]: Xu hướng của điện hạt nhân

Để đạt được mục tiêu mới năm 2030 giảm 46% khí nhà kính so với năm 2013, đã đến lúc Nhật Bản đối diện trực tiếp với các vấn đề liên quan đến điện hạt nhân. Theo mục tiêu hiện tại của quốc gia này, năm 2030 điện hạt nhân dự kiến sẽ chiếm khoảng 20% tổng sản lượng điện. Để đạt được mục tiêu này, cần tái khởi động khoảng 30 lò phản ứng hạt nhân. Tuy nhiên, hiện tại, ngoài 3 lò đang xây dựng, Nhật Bản chỉ còn 33 lò phản ứng hạt nhân.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 5]: Thách thức giảm phát thải carbon Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 5]: Thách thức giảm phát thải carbon

Mặc dù không được biết đến nhiều, nhưng Nhật Bản có công suất (dự kiến) điện mặt trời tương ứng với diện tích lãnh thổ lớn nhất trong các quốc gia có nền công nghiệp hàng đầu thế giới (vị trí số 2 là Đức và vị trí số 3 là Anh). Tuy là đất nước có nhiều vùng núi và khá ít diện tích đồng bằng, nhưng nếu so sánh về công suất dự kiến điện mặt trời tương ứng với diện tích đồng bằng, Nhật Bản với vị trí số 1 đang gấp hơn 2 lần Đức ở vị trí số 2.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 4]: Tái khởi động nhà máy điện hạt nhân U40 Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 4]: Tái khởi động nhà máy điện hạt nhân U40

Cuối tháng Năm vừa qua, Thống đốc tỉnh Fukui đã tuyên bố đồng ý tái khởi động 3 tổ máy điện hạt nhân đã vận hành trên 40 năm, gồm tổ máy số 1, 2 của Nhà máy điện hạt nhân Takahama và tổ máy số 3 của Nhà máy điện hạt nhân Mihama, thuộc Công ty Điện lực Kansai.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 3]: Vấn đề xử lý nước thải tại Fukushima số 1 Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 3]: Vấn đề xử lý nước thải tại Fukushima số 1

Đã 10 năm trôi qua (kể từ khi xảy ra sự cố Nhà máy điện hạt nhân Fukushima số 1), cuối cùng, Chính phủ Nhật Bản đã cho phép xả nước đã qua xử lý đang lưu trữ ở Nhà máy này ra biển.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 2]: Nhìn lại 10 năm sau sự cố Fukushima Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 2]: Nhìn lại 10 năm sau sự cố Fukushima

Tháng 3/2021 vừa qua tròn 10 năm kể từ sự cố Nhà máy điện hạt nhân Fukushima số 1 của Công ty Điện lực Tokyo (TEPCO). Trong khoảng thời gian đó, Nhật Bản đã quyết định ngừng hoạt động tất cả các nhà máy điện hạt nhân. Cho đến hiện nay, chỉ có 9 lò phản ứng hạt nhân được tái khởi động lại. Nhật Bản lần đầu tiên trải qua thảm họa hạt nhân lớn như vậy, do đó cần thời gian xem xét lại các quy định. Ngoài ra, yêu cầu ứng phó sự cố cũng có sự thay đổi, nên việc tái khởi động các lò phản ứng còn lại sẽ mất thêm thời gian.

Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 1]: Thiếu điện và những thách thức trong cơ cấu nguồn điện Năng lượng Nhật Bản [Kỳ 1]: Thiếu điện và những thách thức trong cơ cấu nguồn điện

Ở Nhật Bản, sự sụt giảm đột ngột của điện hạt nhân và xu hướng giảm dần sự phụ thuộc vào nhiệt điện đã mở ra cơ hội cho năng lượng tái tạo. Trong 10 năm qua, tỷ trọng của nguồn năng lượng tái tạo đã tăng gần gấp đôi, từ 9,5% vào năm 2010 lên 18% vào năm 2020. Tuy nhiên, từ ngày 7/1/2021, Nhật Bản đã bắt đầu xảy ra tình trạng thiếu hụt điện trên toàn quốc. Liên đoàn các Công ty Điện lực Nhật Bản (FEPC) đã thông báo 2 lần vào ngày 10 và 12/1 về "Tình hình cung cầu điện và đề nghị tiết kiệm điện" tại quốc gia này. Vậy, vấn đề gì đã xảy ra ở Nhật Bản? Dưới đây, chúng tôi giới thiệu nội dung phân tích của JENED về tình trạng trên để bạn đọc và các nhà quản lý, nhà đầu tư tham khảo.


Ắc quy lưu trữ được sử dụng trong hệ thống điện là gì?

“Ắc quy lưu trữ dùng cho hệ thống điện” được sử dụng bằng cách kết nối với hệ thống điện. Bằng cách kết nối ắc quy lưu trữ quy mô lớn với các nhà máy năng lượng tái tạo hoặc hệ thống chính, có thể ổn định nguồn điện bằng cách lưu trữ khi thừa và phát điện khi thiếu.

Tại Nhật Bản, chính phủ đã hỗ trợ các thí nghiệm kiểm chứng ắc quy lưu trữ từ năm 2013 thông qua dự các dự án kiểm chứng hệ thống ắc quy lưu trữ điện dung lượng lớn.

Chúng ta hãy xem xét các trường hợp sử dụng “ắc quy NAS”, “ắc quy dòng oxy hóa khử” và “ắc quy Lithium ion” trong số các thí nghiệm kiểm chứng này.

Thí nghiệm kiểm chứng sử dụng c quy NAS của Công ty Điện lực Kyushu:

Ắc quy NAS là loại ắc quy lưu trữ sử dụng natri (Na) cho điện cực âm, lưu huỳnh (S) cho điện cực dương và sử dụng gốm sứ tinh (fine ceramics) trong chất điện phân, quá trình sạc phát lặp đi lặp lại khi cho phản ứng hóa học giữa lưu huỳnh và ion natri xảy ra. Đây là công nghệ của Nhật Bản, không sử dụng kim loại hiếm và có đặc trưng là ít bị suy giảm dung lượng ngay cả khi đã được sạc đầy. Một đặc trưng khác là không “tự phóng điện” qua thời gian sau khi tích trữ mà không sử dụng.

Vào năm 2015, ắc quy NAS do NGK Insulators sản xuất với công suất 50.000 kW và dung lượng 300.000 kWh đã được lắp đặt tại tỉnh Fukuoka.

Công ty Điện lực Kyushu đã tiến hành thí nghiệm kiểm chứng về việc sử dụng ắc quy NAS (từ tháng 4/2016 đến tháng 2/2017). Ở Kyushu, lượng điện từ năng lượng mặt trời được đưa vào ngày càng tăng.

Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, rất khó để kiểm soát công suất của điện mặt trời và khi công suất dư thừa, cần thiết phải “điều khiển công suất” để hạn chế. Do đó, thông qua việc lưu trữ điện dư thừa bằng cách sử dụng ắc quy lưu trữ dung lượng lớn sẽ làm giảm thời gian và lượng điện điều khiển của NLTT .

Với kết quả kiểm chứng, Công ty Điện lực Kyushu đã thành công trong việc thực hiện “vận hành sạc/xả” theo kế hoạch và tránh được việc điều khiển công suất NLTT tương đương với mức tối đa 300.000 kWh mỗi ngày. Kết quả này cho thấy sẽ có hiệu quả trong việc triển khai mở rộng NLTT.

Thí nghiệm kiểm chứng c quy dòng oxy hóa khử của Công ty Điện lực Hokkaido:

Tuy có rất ít hệ thống đóng vai trò điều chỉnh tần số trong ắc quy dòng oxy hóa khử nhưng chúng có tính năng nổi bật là có tuổi thọ cao và thời lượng xả từ 12 giờ trở lên, đây là thời gian xả khá lâu đối với ắc quy lưu trữ.

Ắc quy dòng oxy hóa khử là ắc quy lưu trữ sạc và xả bằng cách sử dụng phản ứng oxy hóa khử của các ion như vanadi. Một tính năng nổi bật khác là có thể theo dõi chính xác tình trạng sạc ngay cả trong điều kiện hoạt động.

Một dự án kiểm chứng hệ thống lưu trữ điện quy mô lớn sử dụng ắc quy dòng oxy hóa khử đã được thực hiện bởi Công ty Điện lực Hokkaido. Ắc quy dòng oxy hóa khử được sử dụng là của Sumitomo Electric Industries, lắp đặt vào tháng 12/2015, với công suất 15.000 kW và dung lượng 60.000 kWh.

Ở Hokkaido, không chỉ điện mặt trời mà sản lượng điện từ gió cũng đang tăng dần qua từng năm.

Vì vậy, mục đích của thử nghiệm này là sử dụng ắc quy lưu trữ quy mô lớn để giảm thiểu ảnh hưởng của biến động công suất từ các nguồn năng lượng tái tạo đối với hệ thống điện. Ngoài ra, qua thử nghiệm này nhằm xác nhận công nghệ vận hành và điều kiển phù hợp sẽ tối đa hóa hiệu quả và tuổi thọ của ắc quy lưu trữ.

Kết quả thử nghiệm đã xác nhận: Ngay cả khi công suất của nguồn NLTT thay đổi đột ngột, thì hệ thống vẫn ổn định nhờ phát điện thông qua ắc quy lưu trữ. Ngoài ra, với những thành quả đã thu được Công ty Điện lực Hokkaido bắt đầu lắp đặt ắc quy dự trữ cho hệ thống điện, đồng thời bắt đầu lựa chọn các nhà máy điện gió để kết nối với hệ thống, hướng tới một hệ thống NLTT mới.

Thí nghiệm kiểm chứng ắc quy Lithium-ion của Công ty Điện lực Tohoku:

Ắc quy Lithium-ion ngày càng phổ biến, cùng với các loại ắc quy lưu trữ công suất cao và dung lượng cao đã được đưa vào thị trường.

So với các loại ắc quy lưu trữ khác, thì loại này có dung lượng nhỏ với thời gian xả từ 1 giờ trở xuống. Có thể nói, đây là hệ thống lưu trữ điện nhằm ứng phó với biến động tần số bằng cách tận dụng đặc tính sạc/xả tốc độ cao của ắc quy Lithium-ion.

Công ty Điện lực Tohoku đã thực hiện kiểm chứng ắc quy Lithium-ion thông qua kiểm chứng hệ thống ắc quy lưu trữ ứng phó với dao động tần số. Sử dụng ắc quy Lithium-ion, có công suất 20 MW và dung lượng 20 MWh.

Ngoài ra, Công ty Điện lực Tohoku cũng đã thực hiện dự án kiểm chứng hệ thống ắc quy lưu trữ nhằm cải thiện sự cân bằng cung cầu. Tương tự, ắc quy Lithium-ion, có công suất 40 MW và dung lượng 40 MWh đã được sử dụng.

Tuổi thọ ước tính của mỗi loại ắc quy lưu trữ.

Chúng ta hãy xem xét tuổi thọ của từng loại ắc quy thay đổi thế nào:

- Ắc quy axít chì: 17 năm (3.150 lần).

- Ắc quy niken kim loại hyđrua: 5 đến 7 năm (2.000 lần).

- Ắc quy Lithium-ion: 10 năm (4.000 lần).

- Ắc quy dòng oxy hóa khử: 20 năm (10.000 lần trở lên).

- Ắc quy NAS: 5 năm (4.500 lần).

Có thể thấy rằng ắc quy khác nhau thì có tuổi thọ khác nhau. Điều đáng quan tâm ở đây là tình trạng của ắc quy lưu trữ đã hết tuổi thọ thì như thế nào. Một số người cho rằng nó sẽ không thể sử dụng được nếu hết tuổi thọ, nhưng không có nghĩa là nó hoàn toàn không thể sử dụng được.

Thay đổi thấy rõ là giảm dung lượng lưu trữ. Nói chung, người ta nói rằng dung lượng lưu trữ giảm còn khoảng 70% so với trước khi hết tuổi thọ, nhưng thay đổi này còn tùy thuộc vào nhà sản xuất và chủng loại ắc quy.

Xây dựng Nhà máy điện dùng pin lưu trữ cho hệ thống điện đầu tiên của Nhật Bản ở Hokkaido:

Ngoài các công ty điện lực, Global Engineering thông báo (ngày 19/8/2021) họ sẽ tham gia vào lĩnh vực kinh doanh điều phối cung cầu cho hệ thống điện. Công ty này đang có kế hoạch xây dựng “Nhà máy điện dùng ắc quy lưu trữ cho hệ thống điện” đầu tiên của Nhật Bản ở Hokkaido và vận hành tích hợp với các nhà máy NLTT nhằm có được hợp đồng điều phối cung cầu góp phần ổn định hệ thống điện.

Nhà máy dự kiến vận hành vào năm 2022. Sắp tới họ sẽ giới thiệu gói Mega với công suất 1.523,8 kW và dung lượng 6.095,2 kWh tại Công viên ắc quy Chitose ở Hokkaido.

Thúc đẩy các thí nghiệm kiểm chứng về c quy lưu trữ cho hệ thống điện:

Với việc sử dụng ắc quy lưu trữ cho hệ thống điện, có thể cải thiện sự cân bằng giữa cung cầu năng lượng điện và nâng cao sản lượng điện từ nguồn NLTT.

Cùng với việc dự đoán trước biến động công suất của NLTT và kiểm soát hệ thống điện, từ nay cũng cần tiếp tục đẩy mạnh cải tiến các tính năng của ắc quy lưu trữ cho hệ thống điện và tối ưu hóa hoạt động. Điều quan trọng nữa là làm sao cho chi phí ắc quy lưu trữ ngày càng giảm./.

(Đón đọc kỳ tới...)

NGUYỄN HOÀNG YẾN (TỔNG HỢP, BIÊN DỊCH)

Có thể bạn quan tâm

Các bài mới đăng

Các bài đã đăng

[Xem thêm]
Phiên bản di động