Sa thải công suất năng lượng tái tạo ở California (5/5/2024) và vấn đề tương tự ở Việt Nam

Quyết định phê duyệt Quy hoạch điện VIII - Sau 1 năm nhìn lại Quy hoạch điện VIII được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 500/QĐ-TTg, ngày 15/5/2023. Tính đến nay vừa tròn 1 năm, nhưng công việc triển khai thực hiện các dự án vẫn còn nhiều vướng mắc (ngoại trừ đường dây 500 kV Quảng Trạch - Phố Nối) được khởi công đầu tháng 9/2023. Để gợi ý giải pháp tháo gỡ bế tắc này, Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam đã nghiên cứu, xem xét 16 hạng mục cơ bản trong Quy hoạch và bước đầu đề xuất ‘bổ sung ngay’, ‘ban hành ngay’ một số văn bản quy phạm pháp luật để ‘triển khai ngay’ các dự án.

California có dân số 38,9 triệu người, thu nhập đầu người thuộc loại cao nhất trong các bang nước Mỹ. Hệ thống điện California tương đương với Việt Nam. Tổng công suất đặt 84,6 GW (2022), trong đó có 24,2 GW điện mặt trời và gió (28,2% tổng công suất), khá giống với hệ thống của Việt Nam. Tổng sản lượng điện năm 2022 là 203 tỷ kWh.

Công ty CAISO là nhà vận hành hệ thống độc lập, phi lợi nhuận, có lưới điện chiếm 80% lãnh thổ bang California và một phần của bang Nevada. Vì theo đuổi mục đích năng lượng sạch, California có công suất pin lưu trữ khổng lồ (công suất 5.400 MW và trữ lượng 18 triệu kWh). Mặc dù ở đất liền, giá điện sinh hoạt ở California thuộc loại đắt thứ nhì trong nước Mỹ (29,49 cent/kWh vào tháng 1/2024), chỉ thua quần đảo Hawaii và gần gấp đôi mức giá điện sinh hoạt trung bình của toàn nước Mỹ.

California cũng nổi tiếng với biều đồ phụ tải ngày hình “Con vịt California” với cái lưng võng xuống đặc trưng cho hệ thống điện bị điện mặt trời gây ra cung vượt cầu vào thời gian buổi trưa hàng ngày, dẫn đến phải sa thải công suất nguồn phát.

Báo cáo Sa thải công suất trong hệ thống CAISO ngày 5/5/2024 khá chi tiết:

Định nghĩa sa thải công suất là sự chênh lệch giữa sản lượng thực và dự báo theo thời tiết khi mà sản lượng thực cấp lên lưới thấp hơn dự báo theo thời tiết. Trong đó, sa thải công suất điện gió và mặt trời được phân thành 6 nhóm nguyên nhân.

1. Kinh tế - cục bộ: Điều độ theo thị trường điện của các nguồn điện tham gia đấu thầu kinh tế nhằm giảm nghẽn lưới cục bộ.

2. Kinh tế - hệ thống: Điều độ theo thị trường điện của các nguồn điện tham gia đấu thầu kinh tế nhằm giảm thừa nguồn trên toàn hệ thống (CAISO).

3. Tự cắt theo lịch - cục bộ: Điều độ theo thị trường điện của các nguồn điện tự cắt theo lịch để giảm tắc nghẽn lưới cục bộ.

4. Tự cắt theo lịch - hệ thống: Điều độ theo thị trường điện của các nguồn điện tự cắt theo lịch để giảm thừa nguồn trên toàn hệ thống.

5. Ex điều độ - cục bộ: Điều độ khẩn nhằm giảm nghẽn lưới cục bộ.

6. Ex điều độ - hệ thống: Điều độ khẩn nhằm giảm thừa nguồn trên toàn hệ thống.

Các thống kê trong báo cáo của CAISO không bao gồm các lệnh sa thải nhỏ hơn 1 MW. CAISO vận hành đấu giá thị trường điện theo quãng thời gian 5 phút một lần.

Đồ thị trong hình 1 cho thấy lượng điện bị sa thải nhiều nhất là vào buổi trưa đến chiều (từ 11 giờ đến 18 giờ), mỗi giờ bị cắt từ 4 đến 6 triệu kWh. Lý do chính bị cắt là nghẽn lưới cục bộ do điện mặt trời phát quá nhiều.

Hình 1: Năng lượng điện gió và mặt trời bị sa thải từng giờ tính theo MWh trong ngày 5/5/2024 trong hệ thống điện CAISO.

Hình 2 cho thấy công suất bị sa thải lớn nhất lên hơn 6.000 MW từ 12 giờ đến 17 giờ, tương đương với 25% công suất đặt của điện gió và mặt trời. Lý do sa thải công suất hơi khác so với sa thải điện năng ở lúc 13h (lý do chính là cung vượt cầu trên toàn hệ thống, nên thị trường điện cắt bỏ điện mặt trời). Nhưng vì sa thải công suất tính theo thời điểm ngắn (5 phút), nên trong 1 giờ điện năng bị sa thải do nghẽn cục bộ vẫn cao hơn (như ở hình 1).

Hình 2: Công suất điện gió và mặt trời bị sa thải tối đa trong mỗi khoảng 5 phút điều độ trong 1 giờ, ngày 5/5/2024.

Tại đồ thị trong hình 3, lượng điện năng gió và mặt trời bị sa thải tính từ đầu năm vào lúc 15 giờ vượt hơn 250 triệu kWh từ đầu năm đến 5/5/2024. Biến thiên đồ thị trùng với sa thải trong ngày 5/5/2024 cho thấy tính quy luật trong ngày của lượng điện bị sa thải.

Nếu ở Việt Nam, giờ nắng cao nhất rơi vào 11-13 giờ, thì ở California rơi vào 13-15 giờ.

Hình 3: Năng lượng điện gió và mặt trời bị sa thải theo giờ, tính từ đầu năm đến ngày 5/5/2024.

Diễn biến năng lượng bị sa thải tính theo tháng của năm 2023 cho thấy tháng 3 và 4 là hai tháng bị sa thải nhiều nhất. Tháng 5 bắt đầu giảm lượng điện bị sa thải. Việc loại bỏ công suất điện gió và mặt trời xảy ra ở tất cả 12 tháng trong năm.

Hình 4: Năng lượng điện gió và mặt trời bị sa thải theo tháng của năm 2023.

Trong cả năm 2023, lượng điện gió và mặt trời bị sa thải là 2,659 tỷ kWh. Nếu tính theo giá điện bán lẻ trung bình của California 0,24 USD/kWh, thì số điện bị “mất” tương đương với 638 triệu USD.

Tính từ đầu năm 2024 đến ngày 5/5/2024, tổng năng lượng điện gió và mặt trời bị sa thải là 1,997 tỷ kWh, trong đó chủ yếu bị sa thải do nguyên nhân (kinh tế - cục bộ) - tức là thị trường điện cắt để tránh nghẽn lưới cục bộ, còn lại 68 triệu kWh bị sa thải do nguyên nhân (kinh tế - hệ thống) - tức là thị trường điện phải cắt để tránh thừa nguồn trên toàn hệ thống.

Sa thải công suất năng lượng tái tạo ở Việt Nam:

Ở Việt Nam, cắt giảm công suất điện gió, mặt trời cũng được thực hiện thường xuyên. Về tình trạng cắt giảm huy động nguồn năng lượng tái tạo, theo Bộ Công Thương: Đây là tình huống bắt buộc trong bối cảnh hệ thống điện quốc gia thừa nguồn và lưới điện quá tải cục bộ vào một vài thời điểm, nhằm bảo đảm an ninh, an toàn hệ thống điện. Việc tiết giảm cũng đã được EVN và Trong tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0) tính toán, thực hiện công khai, minh bạch, bình đẳng cho tất cả các nhà máy mà không phân biệt chủ đầu tư.

Năm 2021, theo công bố của EVN, sản lượng điện không khai thác được của các nguồn năng lượng tái tạo nói trên tăng lên, đạt khoảng 1,68 tỷ kWh (trong đó, dự kiến tiết giảm 1,25 tỷ kWh điện mặt trời và 430 triệu kWh điện gió, tương đương khoảng 7-9% sản lượng khả dụng các nguồn điện này). Trong 3 tháng đầu năm 2021, điều độ quốc gia đã tiết giảm công suất điện mặt trời nối lưới, điện mặt trời mái nhà lớn nhất, lên đến hàng nghìn MW.

Nguyên nhân được chỉ ra là do sự quá tải lưới nội vùng 220/110 kV miền Trung và Nam (khu vực các tỉnh: Bình Định, Khánh Hòa, Phú Yên, Bình Thuận, Ninh Thuận, An Giang, Long An) và quá giới hạn truyền tải cung đoạn Nho Quan - Nghi Sơn - Hà Tĩnh.

Bên cạnh đó là nguy cơ thừa nguồn toàn hệ thống (sau khi đã tiết giảm năng lượng tái tạo do quá tải nội vùng và quá tải truyền tải 500 kV mà vẫn còn thừa nguồn) trong thời điểm thấp điểm trưa ngày nghỉ.

Theo báo cáo tính toán của A0: Tổng sản lượng điện cắt giảm 6 tháng cuối năm 2021 có thể lên tới 1,7 tỷ kWh. Trong giai đoạn tháng 7-9/2021, mức cắt giảm năng lượng tái tạo có thể lên tới 2.800 MW/6.500 MW vào thời điểm thấp điểm trưa của ngày thường/cuối tuần, sản lượng cắt dự kiến trong mỗi tháng là 210 triệu kWh.

Vào giai đoạn tháng 10-12/2021 - đây là thời kỳ mùa lũ chính vụ miền Trung và Nam, thủy điện được khai thác cao, nên mức cắt giảm năng lượng tái tạo do quá giới hạn truyền tải 500 kV cùng với thừa nguồn trên hệ thống trong ngày thường/chủ nhật có thể lên tới 7.500 MW/11.500 MW. Sản lượng năng lượng tái tạo cắt dự kiến trong mỗi tháng là 378 triệu kWh.

Ngoài ra, do tỷ trọng các nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống ở mức cao, nên ngoài các vấn đề về quá tải và thừa nguồn sẽ phát sinh một số vấn đề trong công tác vận hành hệ thống như phải ngừng, khởi động, thay đổi công suất phát tổ máy nhiệt điện nhiều lần, gây ảnh hưởng đến tuổi thọ, độ an toàn của các tổ máy và phát sinh thêm nhiều chi phí vận hành; vấn đề chất lượng điện năng trên hệ thống điện, nhất là vấn đề về sóng hài và độ nhấp nháy điện áp.

Mặt khác, Việt Nam chưa có nguồn lưu trữ điện đáng kể, chưa nói là có lượng lưu trữ lớn như California. Quy hoạch điện VIII mới chỉ dự kiến quy mô lưu trữ năm 2030 lên 300 MW bằng BESS và 1.200 MW thủy điện tích năng. Vì vậy, lượng cắt giảm trong hiện tại như vậy còn là ít và chứng tỏ những nỗ lực lớn khi vận hành hệ thống của các trung tâm điều độ điện thuộc EVN.

Kết luận:

Khác với năng lượng truyền thống, khi không phát điện thì còn giữ được nhiên liệu (như than, dầu, nước, uranium, sinh khối…), điện gió và mặt trời không giữ lại được, nên sa thải là mất. Ngay cả ở hệ thống điện hiện đại nhất của nước Mỹ tại bang California, với công suất lưu trữ lớn, điều đó cũng không thể tránh khỏi (vì phụ thuộc vào thời tiết). Do đó, sa thải công suất và điện năng là một phần tất yếu khi sử dụng điện gió và mặt trời.

Báo cáo EVN chỉ ra, việc cắt giảm công suất là không thể tránh khỏi với các hệ thống điện có tỷ lệ tích hợp năng lượng tái tạo cao. Tuy nhiên, tỷ lệ cắt giảm nguồn năng lượng tái tạo của các nước có sự khác biệt nhất định, do khác nhau về tỷ trọng nguồn năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn, phân bổ nguồn tải, thị trường điện, độ hoàn thiện của hạ tầng lưới điện truyền tải, phân phối...

So với cắt giảm của California, cắt giảm công suất năng lượng tái tạo hiện nay đã được cải thiện rất nhiều so với giai đoạn 2021-2022 (trước đây cắt giảm do quá tải lưới điện là phần lớn). Hiện lưới điện đã được củng cố, phụ tải cũng tăng trưởng mạnh và các giải pháp điều độ phụ tải (DSM/DR)… giúp giải quyết được vấn đề dư thừa công suất tạm thời.

Để giải quyết triệt để vấn đề cân bằng cung cầu cho phép tích hợp nhiều hơn nữa năng lượng tái tạo vào hệ thống điện, ngành điện cần phải có định hướng sớm nghiên cứu thử nghiệm, học hỏi và áp dụng các kinh nghiệm tốt từ quốc tế./.

ĐÀO NHẬT ĐÌNH - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo: Báo cáo sa thải công suất điện gió và mặt trời của Công ty vận hành điện độc lập California. http://www.caiso.com/informed/Pages/ManagingOversupply.aspx