Suất đầu tư xây dựng công trình thủy điện tích năng trên thế giới và dự kiến ở Việt Nam

Góc nhìn khác về chuyển đổi năng lượng công bằng ở Nam Phi, Indonesia, Việt Nam Từ sau COP26, hợp tác Đối tác chuyển đổi năng lượng công bằng (JETP) đang được ca ngợi như phương pháp nước giàu cấp tài chính cho các nước nghèo để thoát khỏi nhiên liệu hóa thạch. Nhưng TS. Sean Sweeney của Đại học Thành phố New York [*] lại có góc nhìn khác về thỏa thuận này. (Lược dịch của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam).

Cơ chế nào để Việt Nam phát triển pin lưu trữ điện năng và thủy điện tích năng? Phát triển mạnh nguồn năng lượng tái tạo cần đi đôi với việc xây dựng hệ thống lưu trữ điện năng, nhằm tích trữ năng lượng dư thừa do các nguồn năng lượng tái tạo không thể điều độ vào các giờ thấp điểm của nhu cầu và phát lên hệ thống ở những giờ cao điểm đang và sẽ ngày càng quan trọng. Tuy nhiên, muốn thực hiện được điều này, cần có các cơ chế linh hoạt, phù hợp để có thể thúc đẩy được việc đầu tư phát triển hệ thống lưu trữ điện năng.

Tham khảo nhanh về thủy điện tích năng:

Hiện nay, mức tiêu thụ điện bình quân đầu người trên thế giới khoảng 3,5 MWh/người/năm. Việc loại bỏ hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch khỏi nền kinh tế đòi hỏi phải tăng gấp đôi, hoặc gấp ba sản lượng điện. Như vậy, sản lượng điện toàn cầu có thể đạt 10 MWh/người/năm. Với dân số toàn cầu dự kiến ​​sẽ đạt khoảng 10 tỷ người vào năm 2050 và các nước đang phát triển bắt kịp mức tiêu thụ năng lượng bình quân đầu người ở các nền kinh tế tiên tiến hiện nay, thì sẽ cần sản lượng điện toàn cầu khoảng 100.000 TWh mỗi năm.

Giả sử, nếu chúng ta cần một ngày lưu trữ năng lượng với đủ công suất lưu trữ được cung cấp trong 24 giờ, sẽ cần năng lượng lưu trữ và công suất khoảng 250 TWh và 10 TW - lớn hơn gấp nhiều lần so với hiện tại, trong đó có thủy điện tích năng.

Thủy điện tích năng (Pumped Storage Hydropower) hay PSH, sẽ đóng vai trò ngày càng tăng trong quá trình chuyển đổi năng lượng, cho phép lưu trữ năng lượng từ các nguồn không liên tục (như năng lượng gió, mặt trời) và các nguồn năng lượng tái tạo khác, hoặc lượng điện dư thừa từ các nguồn chạy nền (như điện than, hoặc hạt nhân) cho những thời điểm có nhu cầu cao, trong khi các nguồn không liên tục thiếu khả năng bù đắp.

Cơ sở dữ liệu lưu trữ năng lượng toàn cầu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ thông tin: PSH chiếm khoảng 95% tổng số hệ thống lưu trữ đang được theo dõi hoạt động trên toàn thế giới. Hiệu suất năng lượng tổng hợp của hai quá trình bơm nước và phát điện của PSH dao động trong khoảng 70%-80%, hoặc hơn.

Nhu cầu nước đối với PSH rất nhỏ (khoảng 1 gigalit nước ban đầu cho mỗi gigawatt giờ lưu trữ). Lượng nước này được tuần hoàn lên và xuống giữa hai hồ chứa trong nhiều thập kỷ, nhưng lượng thất thoát do bốc hơi (vượt quá lượng mưa và dòng chảy vào từ các sông ngòi địa phương) phải được thay thế.

Yêu cầu về đất đai cũng nhỏ (khoảng 10 ha cho mỗi gigawatt giờ lưu trữ) - nhỏ hơn nhiều so với diện tích đất dành cho các trang trại năng lượng gió, mặt trời. Hệ thống PSH vòng kín (ngoài sông) có lượng khí thải carbon nhỏ nhất trên mỗi đơn vị lưu trữ so với tất cả các ứng cử viên cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Theo số liệu mới nhất từ Statista: Công suất lưu trữ PSH toàn cầu tính đến cuối tháng 4 năm 2024 đã tăng hơn 30% trong khoảng một thập kỷ, từ khoảng 100 GW năm 2010 lên hơn 139,9 GW vào năm 2023. Năm 2023, Trung Quốc đứng đầu thế giới về công suất thủy điện tích năng, với hơn 50,9 GW. Nhật Bản và Hoa Kỳ lần lượt đứng thứ hai và thứ ba, với công suất lần lượt là khoảng 21,8 GW và 16,7 GW. Sau Trung Quốc và Nhật Bản, Hoa Kỳ, Tây Ban Nha, Itali, Ấn Độ, Đức, Thụy Sĩ, Pháp và Áo là top 10 quốc gia dẫn đầu về thủy điện tích năng.

So sánh kinh tế giữa nhà máy PSH và lưu giữ điện bằng pin:

1. Chi phí vốn: Chi phí vốn của các nhà máy thủy điện tích năng có xu hướng cao hơn so với các nhà máy lưu trữ pin. Theo một số ước tính, chi phí vốn của một nhà máy PSH có thể dao động từ 1.500 USD đến 3.500 USD/kWh, trong khi chi phí vốn của một nhà máy lưu trữ pin lithium-ion có thể dao động từ 400 đến 1.200 USD/kWh về dung lượng lưu trữ. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là những chi phí có thể khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của dự án.

2. Chi phí vận hành: Các dự án PSH có chi phí vận hành tương đối thấp, vì chúng không cần nguồn nhiên liệu, trong khi các nhà máy lưu trữ bằng pin yêu cầu bảo trì và thay thế pin liên tục trong suốt vòng đời. Tuy nhiên, các nhà máy lưu trữ bằng pin có hiệu suất cao hơn và không cần nước như các nhà máy PSH, điều này có thể giảm chi phí vận hành.

3. Tuổi thọ: Các nhà máy PSH thường có tuổi thọ dài hơn các nhà máy tích trữ bằng pin. Một nhà máy PSH có thể tồn tại tới 50 năm, hoặc hơn, trong khi tuổi thọ của nhà máy lưu trữ pin thường chỉ khoảng 10-20 năm.

4. Thời gian phản hồi: Nhà máy pin lưu trữ có thời gian phản hồi nhanh hơn so với nhà máy PSH, điều này khiến chúng phù hợp hơn với các ứng dụng yêu cầu thời gian phản hồi nhanh (chẳng hạn như ổn định lưới điện, hoặc điều chỉnh tần số).

5. Tác động môi trường: Các nhà máy PSH cần hồ chứa nước và có thể có tác động đến môi trường như ảnh hưởng tới hệ sinh thái tự nhiên tại khu vực, trong khi việc xử lý pin lưu trữ không phải đối mặt với những trở ngại này. Nhưng khi lưu trữ pin quy mô lớn ngày càng phổ biến, ngày càng tăng số lượng pin, thì vấn đề xử lý rác thải cũng không hề nhỏ. Nếu không quản lý cẩn thận, những gì không thể tái chế có thể bị đưa vào bãi chôn lấp và có thể bị ăn mòn, dễ cháy, hoặc có thể thấm chất độc vào đất và nước.

Dự báo ​​chi phí trọn đời lưu trữ PSH:

Chi phí lưu trữ quy dẫn (LCOS) định lượng chi phí chiết khấu trên mỗi đơn vị điện năng thải ra (ví dụ: USD/MWh) cho một ứng dụng và công nghệ lưu trữ cụ thể. Nó chia tổng chi phí của công nghệ lưu trữ điện trong suốt vòng đời cho lượng điện năng cung cấp tích lũy. Bằng cách đó, số liệu mô tả doanh thu tối thiểu cần thiết cho mỗi đơn vị năng lượng được phát ra cho dự án lưu trữ để đạt được giá trị hiện tại ròng bằng 0. Số liệu này được sử dụng cho các ứng dụng đánh giá việc cung cấp năng lượng điện (ví dụ: MWh). Chi phí công suất định lượng chi phí chiết khấu trên mỗi đơn vị công suất điện được cung cấp trong một khoảng thời gian nhất định. Nếu được biểu thị mỗi năm, điều này sẽ mang lại chi phí công suất được tính toán (ACC).

Thủy điện tích năng có LCOS thấp nhất vào năm 2015, chỉ dưới mức trung bình 200 USD/MWh (phạm vi: 150-225 USD/MWh), tiếp theo là khí nén ở mức trung bình 250 USD/MWh (phạm vi: 200-300 USD/MWh). Tuy nhiên, dự báo chi phí đầu tư giảm mạnh cho công nghệ pin có nghĩa là đến năm 2030, dòng pin oxi hóa khử vanadi và ion lithium có thể sẽ là giải pháp tiết kiệm chi phí nhất cho ứng dụng này. Thủy điện tích năng và khí nén tiết kiệm chi phí nhất cho các ứng dụng có thời gian xả dài do chi phí đầu tư thấp.

Suất đầu tư PSH trên thế giới:

Tại Hoa Kỳ:

Năm 2022, Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (NREL) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã hợp tác với Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge, Văn phòng Hiệu quả Năng lượng và Năng lượng Tái tạo của DOE, và Văn phòng Quản lý Năng lượng Hóa thạch và Carbon của DOE công bố báo cáo Electricity Annual Technology Baseline (Đường cơ sở công nghệ điện hàng năm, hay ATB) về thủy điện tích năng và gió phân tán.

ATB được phát hành lần đầu tiên vào năm 2015 và hàng năm được cập nhật dữ liệu mới. ATB được sử dụng rộng rãi, nhằm thực hiện các lộ trình khả thi cho sự phát triển của ngành điện Hoa Kỳ theo hướng giảm chi phí nhằm đạt mục tiêu 100% điện tái tạo.

Theo ATB 2022: Tại Hoa Kỳ, thủy điện tích năng chiếm gần 95% công suất lưu trữ năng lượng chung của cả nước. Dựa trên thời gian phục hồi chi phí trong 30 năm, đối với trường hợp thị trường thì thủy điện thông thường có LCOE từ 61 USD đến 386 USD/MWh, CAPEX từ 2.574 USD đến 16.283 USD/kW, hệ số công suất từ ​​0,31 đến 0,66 và chi phí vận hành, bảo trì (O&M) cố định từ 28 USD đến 154 USD/kW/năm. Thủy điện tích năng có CAPEX từ 1.999 USD đến 5.505 USD/kW, chi phí O&M cố định là 18 USD/kW/năm và chi phí O&M biến đổi là 0,51 USD/MWh.

Tại Australia:

Vào tháng 6 năm 2023, Chính quyền bang Queensland đã công bố gói tài trợ 6 tỷ USD để phát triển dự án thủy điện tích năng Borumba với tổng chi phí dự án ước tính là 14,2 tỷ USD. Dự án Borumba được đề xuất là hệ thống lưu trữ năng lượng thủy điện tích năng công suất 2.000 MW nằm ở Imbil, phía Tây bờ biển Sunshine.

Hồ chứa thấp hơn hiện tại sẽ được mở rộng với bức tường đập mới ở hạ lưu từ đập Borumba hiện tại. Hồ chứa thứ hai được xây dựng ở độ cao cao hơn. Một nhà máy điện ngầm sẽ nối hai hồ chứa lại với nhau. Khi có nhu cầu sử dụng điện, nước sẽ được xả từ hồ chứa phía trên qua các tua bin ngầm qua đường hầm xuống hồ chứa phía dưới. Dự kiến dự án sẽ phát điện vào năm 2030.

Tại EU:

Đầu tháng 12/2022, Ủy ban châu Âu (EC) phê duyệt viện trợ nhà nước cho nhà máy thủy điện tích năng 530 MWh của Phần Lan. Đây là dự án hệ thống lưu trữ năng lượng thủy điện tích năng (PSH hoặc PHES). Khoản tài trợ đầu tư trị giá 26,3 triệu euro (27,5 triệu USD) sẽ hướng tới việc xây dựng và lắp đặt nhà máy 75 MW/530 MWh tại một khu mỏ kim loại bỏ hoang ở Pyhäsalmi, cách thủ đô Helsinki khoảng 470 km về phía Bắc.

Cơ sở PHES đang được phát triển bởi SEVO - một công ty con của Công ty Năng lượng Phần Lan (EPV) tại khu vực gần mỏ kim loại cơ bản sâu nhất châu Âu đã ngừng hoạt động. SEVO đặt mục tiêu đưa dự án vào vận hành vào cuối năm 2025. SEVO sẽ chuyển đổi mỏ này thành nhà máy PHES, và tham gia vào thị trường điện giao ngay. EC cho biết, năng lượng dự trữ trong bảy giờ của nó có thể thay thế trực tiếp các chức năng cân bằng chạy bằng khí đốt trên hệ thống.

Tại EU có 44 GW thủy điện tích năng - tức là 1/4 công suất lắp đặt toàn cầu. Một thách thức lớn đối với ngành thủy điện là theo đuổi đồng thời các mục tiêu về năng lượng, khí hậu và môi trường. Thủy điện là ngành then chốt để duy trì một EU cạnh tranh trên thế giới, đặc biệt trong bối cảnh địa chính trị hiện nay.

Đối với một cơ sở nhỏ cần nguồn điện khoảng 5 kW, tua bin kiểu “xung” như Pelton, hoặc Turgo thường hay được áp dụng. Chúng có thể hoạt động với hiệu suất cao ở những nơi có cột nước cao ít nhất 15-30 ft (4,8- 9,2m) và lưu lượng nước tối thiểu 5 gallon/giây (22,7 lít/giây).

Tại Ấn Độ:

Theo công ty tư vấn xếp hạng của Ấn Độ CareEdge Ratings: Quốc gia này cần khoảng 12 GW công suất lưu trữ trong năm tài chính 2024 và có khả năng tăng lên khoảng 70 GW vào năm tài chính 2030.

CareEdge cho biết: Giả sử yêu cầu cung cấp năng lượng tái tạo RE 24/24 (RTC), chi phí cuối PSH khoảng 4,74 Rupee (khoảng 1.450 VNĐ) mỗi đơn vị so với 6,59 Rupee (khoảng 2.000 VNĐ) mỗi đơn vị của lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS), khiến chi phí PSH được ưu tiên hơn (xét về mặt chi phí).

Mặt khác, PSH có tuổi thọ dự án dài hơn và được chấp nhận trên toàn thế giới như một công nghệ đã có uy tín. Nó cũng cạnh tranh hơn về chi phí. Tuy nhiên, các PSH cũng phải đối mặt với những thách thức liên quan đến việc phục hồi và tái định cư, vì họ cần những lô đất lớn để xây dựng.

Tại khu vực Đông Nam Á và Việt Nam:

Theo Rystad Energy - công ty tình báo kinh doanh và nghiên cứu năng lượng độc lập của Na Uy: Đông Nam Á đặt cược hàng tỷ USD vào việc lưu trữ bằng thủy điện tích năng. Công suất thủy điện PSH của Đông Nam Á được dự đoán sẽ tăng từ 2,3 GW lên 18 GW vào năm 2033, tăng gần 8 lần trong vòng chưa đầy một thập kỷ và thu hút tổng vốn đầu tư ước tính từ 12 tỷ USD đến 70 tỷ USD. Việc tích trữ thủy điện tích năng có thể giúp khu vực chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng tái tạo.

Các quốc gia trong khu vực đang đầu tư vào thủy điện tích năng bao gồm Việt Nam (2,4 GW vào năm 2030) và Indonesia (4,2 GW). Thái Lan cũng sẽ đóng góp vào sự tăng trưởng của khu vực đến năm 2033, với dự kiến ​​phát triển thêm 1,6 GW.

Theo Cẩm nang Công nghệ Việt Nam về Lưu trữ điện năng, Nhiên liệu tái tạo, Power-to-X [1]: Tổng vốn đầu tư dự kiến của dự án Nhà máy Thủy điện Tích năng Bác Ái (tỉnh Ninh Thuận), công suất 1.200 MW đang được EVN đầu tư xây dựng là 1.019 triệu USD (giá năm 2019), tương ứng với suất đầu tư 0,848 triệu USD/MW. Hiệu suất tổng của dự án là 70%; tốc độ điều chỉnh tải là 50%/phút./.

[*] Đề xuất của Tạp chí Năng lượng Việt Nam về khung giá thủy điện tích năng.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Link tham khảo:

[1] Cẩm nang Công nghệ Việt Nam về Lưu trữ điện năng, Nhiên liệu tái tạo, Power-to-X, Cục Điện lực và NLTT-Bộ Công Thương và Cục Năng lượng Đan Mạch, 2023.

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Pumped-storage_hydroelectricity

[3] https://cdn.prod.website-files.com/64f9d0036cb97160cc26feba/64f9d0036cb97160cc2712aa_IFPSH%20-%20PSH%20Capabilities%20and%20Costs_15%20Sept.pdf

[4] https://www.statista.com/statistics/1304113/pumped-storage-hydropower-capacity-worldwide/#:~:text=The%20global%20pure%20pumped%20storage,than%20139.9%20gigawatts%20in%202023.

[5] https://www.energy-storage.news/european-commission-approves-state-aid-for-530mwh-finland-pumped-hydro-plant/

[6] https://oilprice.com/Alternative-Energy/Renewable-Energy/Southeast-Asia-Bets-Billions-On-Pumped-Hydro-Energy-Storage.html

[7] https://www.thehindubusinessline.com/economy/pumped-storage-more-cost-effective-compared-to-bess-careedge/article67867757.ece

[8] https://www.hydroreview.com/business-finance/business/nrel-includes-pumped-storage-in-2022-electricity-technology-baseline-report/#gref

[9] https://www.sunecohydro.com/how-much-does-a-5kw-hydro-turbine-cost/#:~:text=A%205%20kW%20micro%20hydro%20turbine%20system%20for%20residential%20or,%2C%20installation%2C%20and%20auxiliary%20components.

[10] https://www.linkedin.com/pulse/economic-comparison-between-pumped-storage-plants-aniket-kumar-anik-#:~:text=According%20to%20some%20estimates%2C%20the,per%20kWh%20of%20storage%20capacity.

[11] https://www.storage-lab.com/levelized-cost-of-storage#:~:text=The%20LCOS%20range%20of%20100,from%20new%20pumped%20hydro%20facilities.

[12] https://qldhydro.com.au/projects/borumba/#:~:text=In%20June%202023%2C%20the%20Queensland,targeting%20first%20power%20in%202030.