Thủy điện trong bối cảnh điện gió, mặt trời chiếm ưu thế [Kỳ 1]: Xu hướng trên toàn cầu

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.

Bên cạnh ‘nguồn điện linh hoạt’, Việt Nam cần thêm thủy điện tích năng Theo nhìn nhận của nhiều chuyên gia, nhà quản lý, thì dù Việt Nam có các nguồn điện linh hoạt bổ sung cho hệ thống điện thì việc cắt giảm nguồn năng lượng gió, mặt trời với một tỷ lệ thích hợp là điều không thể tránh khỏi đối với một hệ thống điện tích hợp năng lượng tái tạo ở quy mô lớn... Vậy giải pháp nào có thể giải quyết vấn đề này? Chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam cho rằng: Với tiềm năng phát triển thủy điện tích năng ở nước ta có thể đạt tới 12.500 MW, vì vậy, Chính phủ cần xem xét bổ sung công suất từ nguồn điện này cao hơn 1.200 MW vào năm 2030 và 7.800 MW vào năm 2045.

KỲ 1: TỔNG QUAN VAI TRÒ CỦA THỦY ĐIỆN TRONG TƯƠNG LAI

Thị trường năng lượng thế giới đang chuyển đổi sang năng lượng tái tạo. Độ tin cậy trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng trở nên cần thiết và cấp bách. Một số quốc gia và công ty trên toàn cầu đang thực hiện các bước để tham gia Mạng chiến lược Zero và xu hướng khử carbon.

Tại châu Âu, thị trường năng lượng đang chứng kiến việc đóng cửa các nhà máy điện hạt nhân, giảm hoạt động của các nhà máy điện than cho đến khi ngừng hoạt động và tập trung phát triển các nguồn năng lượng tái tạo. Với nhu cầu năng lượng ngày càng cao và tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng, thị trường năng lượng phải đối mặt với sự cần thiết xuất hiện loại hình lưu trữ năng lượng và khả năng ổn định lưới điện với nguồn cung cấp đáng tin cậy. Net Zero vào năm 2050 sẽ không đạt được trừ khi những người ra quyết định ưu tiên phát triển THỦY ĐIỆN. Thủy điện là công cụ hoàn hảo, là nguồn điện đáng tin cậy, có thể lưu trữ và phát điện linh hoạt. Năng lượng từ thủy điện sẽ cân bằng nguồn điện gió và điện mặt trời, ổn định lưới điện thông qua hệ thống phụ trợ dịch vụ. Thủy điện có lượng phát thải carbon thấp nhất trong vòng đời của nó hơn bất kỳ dạng năng lượng nào khác.

Trong kịch bản phát thải ròng bằng không, khi điện mặt trời và điện gió được dự đoán là tạo ra phần lớn điện năng toàn cầu trong tương lai, công suất thủy điện cũng sẽ cần tăng lên đáng kể, thậm chí theo dự báo cần tăng gấp đôi công suất hiện có đến năm 2050. Vai trò của thủy điện rất quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng, vì nguồn điện này vận hành linh hoạt, có khả năng cân bằng cung cấp điện khi nguồn năng lượng từ gió và mặt trời đột ngột giảm.

Ông Francesco La Camera - Tổng giám đốc của IRENA cho biết: “IRENA của Global Renewables Outlook ước tính rằng, sẽ có thêm 850 GW điện thủy điện là cần thiết vào năm 2050 để thế giới duy trì khí hậu an toàn phù hợp với Hiệp định Paris. Vì vậy, cần ủng hộ và đẩy mạnh phát triển thủy điện bền vững”.

Theo nghiên cứu của các cơ quan năng lượng quốc tế, xu hướng năng lượng toàn cầu trong tương lai cần đầu tư gấp 2 lần vào công suất từ nguồn năng lượng tái tạo mới so với nhiên liệu hóa thạch. Gần như 70% của đầu tư toàn cầu vào năng lượng tái tạo, trong khi chỉ 31% tiếp tục phát triển các nhà máy nhiệt điện than, điện khí và điện hạt nhân (xem hình 1).

Hình 1. Hiện trạng năng lượng toàn cầu tính đến năm 2020.

Theo Kịch bản chính sách được công bố (SPS) của các quốc gia, năng lượng tái tạo và điện hạt nhân lần đầu tiên vượt qua nguồn điện sản xuất từ than đá vào năm 2019 và dự báo sẽ kéo dài vị trí dẫn đầu đến năm 2030. Năng lượng tái tạo đang trên đà cung cấp nhiều năng lượng hơn nguồn năng lượng sản xuất từ than đá trên toàn cầu vào năm 2025 (xem hình 2).

Hình 2. Tỷ trọng năng lượng tái tạo, hạt nhân và than đá trong nguồn cung điện toàn cầu. Kịch bản chính sách giai đoạn 2010-2030.

Những thay đổi về nhu cầu điện và sự tăng trưởng mạnh mẽ của năng lượng mặt trời và năng lượng gió làm tăng nhu cầu nguồn điện linh hoạt trong vận hành hệ thống điện. Nguồn cung có thể điều động linh hoạt trong vận hành ngoài thủy điện, hoặc thủy điện tích năng (TĐTN) còn có nhà máy điện chạy bằng khí đốt và hệ thống pin lưu trữ.

Hình 3. Xu hướng phát triển năng lượng tái tạo toàn cầu.

Trong bối cảnh các nguồn năng lượng tái tạo biến đổi (điện gió và mặt trời) góp mặt ngày càng nhiều trong hệ thống điện đòi hỏi các nguồn điện phải có độ linh hoạt cao hơn, do vậy, cần thay đổi quy trình vận hành và nâng cao khả năng dự báo cho các nhà máy thủy điện để đáp ứng lại sự trồi sụt khó đoán của chúng. Với chi phí vận hành thấp, các nhà máy thủy điện là nguồn điện linh hoạt, hợp lý nhất hiện nay, trong khi các công nghệ lưu trữ như thủy điện tích năng và pin sẽ ngày càng bổ sung cho nhau trong hệ thống điện tương lai.

Hình 4. Hệ thống điện toàn cầu linh hoạt theo nguồn, năm 2020.

Ghi chú: Nuclear: Điện hạt nhân, Batteries: Pin lưu trữ năng lượng, Demand Response: Đáp ứng của phụ tải điện, Hydrogen: Nhiên liệu hydro, Oil: Nguồn điện chạy dầu, Gas: Nguồn điện khí, Coal: Nguồn điện than, Hydropower: Thủy điện.

Phát triển các nhà máy thủy điện tích năng là giải pháp lưu trữ để cân bằng lưới điện khi sản lượng điện gió và điện mặt trời biến động. Công suất thủy điện tích năng được dự kiến ​​tăng hơn 50% từ cuối thập kỷ - từ 170 GW đến hơn 250 GW vào năm 2030.

Hình 5. Tổng công suất thủy điện tích năng trên thế giới - GW.

Các nước phát triển thủy điện tích năng (PSH) nhiều nhất hiện nay là Trung Quốc, Ấn Độ, châu Âu, Úc, Nam Đông Á và Mỹ trong trung hạn. Lưu trữ bằng thủy điện tích năng hiện chiếm hơn 95% tất cả các dạng lưu trữ năng lượng hiện nay.

Hình 6. Khả năng lưu trữ của nhà máy thủy điện, TĐTN (PSH) và pin.

Hình 7. Nhu cầu linh hoạt của hệ thống điện tại các khu vực được lựa chọn trong kịch bản chính sách phát triển năng lượng giai đoạn 2020 - 2030.

Rõ ràng, thủy điện là công trình ngoài việc sử dụng nguồn nước đa mục tiêu như phát điện, chống lũ, tưới, giao thông thủy v.v... thì việc linh hoạt trong vận hành đóng vai trò quan trọng trong xu thế năng lượng gió, mặt trời chiếm ưu thế trong nguồn cung của hệ thống điện.

Hình 8. Xu hướng sản xuất điện năng từ thủy điện đối với năng lượng toàn cầu trong tương lai đến năm 2050.

Các ký hiệu trong hình 8 bao gồm: (1) Hồ chứa điều tiết năm hay nhiều năm. (2) Hồ chứa điều tiết ngắn hạn (ngày đêm, tuần hay tháng). (3) Nhà máy điện dòng sông truyền thống. (4) Thủy điện nhỏ. (5) Thủy điện mini. (6) Nhà máy điện dòng sông đô thị. (7) Thủy điện cột nước thấp. (8) Nhà máy điện thủy triều. (9) Nhà máy TĐTN (sử dụng nước ngọt), lưu trữ năng lượng cho nhà máy điện mặt trời. (10) Nhà máy TĐTN (sử dụng nước mặn); lưu trữ năng lượng cho nhà máy điện gió. (11) Đảo năng lượng gió; TĐTN ngoài khơi lưu trữ năng lượng gió/năng lượng mặt trời/năng lượng thủy triều. (12) Mảng năng lượng dòng thủy triều. (13) Hệ thống thủy lợi. (14) Nhà máy khử muối. (15) Trạm bơm tiêu úng.

Xu hướng sản xuất điện năng từ thủy điện đối với năng lượng toàn cầu trong tương lai đến năm 2050 là khai thác triệt để tiềm năng thủy năng của các dòng sông để phát triển tất cả các dạng thủy điện (với hồ chứa điều tiết nhiều năm, điều tiết năm, điều tiết tháng, điều tiết tuần, hoặc điều tiết ngày đêm), tận dụng tất cả mọi loại địa hình để tạo cột nước, kể cả phát xây dựng điện mini. Đối với các nước có bờ biển thì tận dụng thủy triều để xây dựng nhà máy điện thủy triều.

Ngoài ra, phát triển TĐTN là xu thế tất yếu nhằm phát triển hệ thống lưu trữ điện năng cho hệ thống điện khi nguồn điện từ gió và mặt trời chiếm ưu thế trong tổng nguồn điện của hệ thống. Để nhanh chóng đưa các công trình thủy điện, TĐTN vào vận hành cần đơn giản hóa quy trình cấp phép đầu tư xây dựng nhằm giảm thời gian thực hiện và giảm chi phí phát sinh do chậm tiến độ đưa dự án vào vận hành.

Đón đọc kỳ tới...

TS. NGUYỄN HUY HOẠCH - TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo: Hydro Power Asia Conference 2022. Hà Nội, 7-8 tháng 11 năm 2022.