Các giải pháp linh hoạt cho việc chuyển dịch năng lượng ở Việt Nam

Việt Nam dự định sẽ tiếp tục phát triển các nguồn năng lượng tái tạo trong những năm tới, tuy nhiên, hệ thống điện Việt Nam sẽ phải đối mặt với những thách thức mới trong việc đảm bảo độ tin cậy của hệ thống và cân bằng nguồn cung cầu điện. Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) mới đây đã chia sẻ những khó khăn trong việc vận hành hệ thống điện thời gian tới, cũng như huy động các nguồn phát điện linh hoạt. Chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam xin giới thiệu với bạn đọc một số giải pháp linh hoạt cho việc chuyển dịch năng lượng ở Việt Nam.

Việt Nam đã nổi lên như một điểm nóng về đầu tư năng lượng sạch trong khu vực Đông Nam Á, cụ thể là sự phát triển của điện mặt trời. Kể từ khi áp dụng cơ chế FiT đầu tiên vào năm 2017, sự bùng nổ phát triển điện mặt trời trong ba năm qua đã bổ sung thêm hơn 16 GW (trên đất và mái nhà). Các dự án điện gió dự kiến sẽ dẫn đầu về công suất mới trong vòng 5 năm tới.

Chính phủ đang đặt mục tiêu công suất điện gió 11 - 12 GW vào năm 2025, tăng từ mức chỉ 630 MW vào cuối năm 2020. Khi tỷ trọng của các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) tiếp tục tăng, hệ thống điện của Việt Nam sẽ phải đối mặt với những thách thức mới - không chỉ trong việc duy trì độ tin cậy và khả năng phục hồi của hệ thống mà còn cân bằng cung cầu để đảm bảo hệ thống ổn định.

Một thông cáo báo chí gần đây của EVN về tình hình vận hành của hệ thống điện Việt Nam trong quý 1/2021 đã đề cập đến việc EVN đang gặp khó khăn trong việc huy động các nguồn phát điện linh hoạt. Các tổ máy thủy điện phải linh hoạt điều chỉnh công suất để bù cho nguồn năng lượng tái tạo, nhưng điều này lại ảnh hưởng đến việc cung cấp điện vào cuối mùa khô. Ngoài ra, đối với các nhà máy điện than và tua bin khí, việc tăng số lần khởi động và thay đổi công suất đang làm tăng nguy cơ sự cố tổ máy. EVN đã khuyến nghị cần có các nguồn dự phòng cho các nguồn năng lượng tái tạo không ổn định.

Những thách thức này cho thấy rằng: Sự biến động ngày càng tăng của phụ tải và việc tích hợp năng lượng tái tạo với tỉ trọng lớn hơn đòi hỏi không chỉ phải nâng cấp, đầu tư hệ thống truyền tải mà còn đặt ra những yêu cầu mới về tính linh hoạt của hệ thống. Nếu không có sự bổ sung các nguồn linh hoạt, việc duy trì và cải thiện sự cân bằng giữa độ tin cậy, chi phí điện hợp lý và tính bền vững là rất khó khăn.

Nhìn chung, tính linh hoạt và nguồn dự phòng có thể được cung cấp bởi bốn giải pháp chính sau đây với các đặc điểm, khả năng và hạn chế khác nhau:

1/ Pin tích trữ năng lượng:

Thủy điện tích năng là giải pháp tích trữ năng lượng lâu đời và có quy mô công suất lớn nhất cho đến nay. Những ưu điểm của thủy điện tích năng bao gồm: Công nghệ đã được kiểm chứng, thời gian phản ứng nhanh và khả năng tích/xả trong vài giờ. Những nhược điểm bao gồm: Chi phí đầu tư cao, hạn chế về mặt địa lý và thực tế là giải pháp này không hoạt động liên tục trong cả năm.

Pin Lithium-ion là hình thức tích trữ lớn thứ hai, sau đó là một loạt các công nghệ tích trữ năng lượng tĩnh khác, như dự trữ năng lượng không khí lỏng (liquid air energy storage - LAES), lưu trữ không khí nén (compressed-air energy storage - CAES), bánh đà (flywheels) và lưu trữ nhiệt điện (electrothermal). Hầu hết các công nghệ này vẫn ở giai đoạn phát triển so với pin lithium-ion và sẽ cần cơ chế hỗ trợ tài chính cho các dự án thí điểm để có thể thương mại hóa.

Hiện nay, chi phí đầu tư của các hệ thống pin tích trữ năng lượng (Battery Energy Storage System - BESS) quy mô lớn vẫn còn tương đối cao đồng nghĩa với việc sự đóng góp của loại hình này trong việc tích hợp và tối ưu hóa nguồn năng lượng tái tạo trong thời gian dài (hàng ngày, hoặc hàng tuần) vẫn còn hạn chế. Tuy nhiên, xu hướng trên toàn cầu cho thấy chi phí sản xuất pin tích trữ đã giảm nhanh chóng trong thập kỷ qua và sẽ tiếp tục giảm hơn nữa, giúp công nghệ BESS đóng vai trò quan trọng hơn trong quy hoạch dài hạn của ngành điện. Dự thảo Quy hoạch điện 8 gần đây của Bộ Công Thương đã chỉ ra rằng: Pin tích trữ pin quy mô lớn sẽ hiệu quả về mặt kinh tế từ năm 2030 trở đi.

2/ Điều chỉnh phụ tải (Demand Response - DR):

Điều chỉnh phụ tải bao gồm một loạt các công nghệ dịch chuyển, hoặc cắt giảm phụ tải tại bất kỳ thời điểm nào. Điều chỉnh phụ tải sẽ giúp thay đổi nhu cầu sử dụng điện của khách hàng và có thể giảm công suất phụ tải đỉnh vào các giờ cao điểm của hệ thống điện quốc gia, khu vực, hoặc tại các khu vực mà hệ thống lưới điện bị quá tải.

Nhìn chung, các giải pháp điều chỉnh phụ tải tương đối hiệu quả về mặt chi phí. Các điều kiện tiên quyết để mở ra tiềm năng điều chỉnh phụ tải ở Việt Nam sẽ bao gồm các thiết bị đo lường có độ chính xác cao, giá điện thị trường theo thời gian thực, các cơ chế tài chính hấp dẫn để khuyến khích người sử dụng điện tham gia, và cơ sở hạ tầng CNTT cho việc điều khiển phụ tải từ xa.

3/ Liên kết hệ thống:

Mở rộng mạng lưới truyền tải và kết nối các mạng lưới lân cận để giúp hệ thống điện có khả năng tiếp cận nhiều nguồn có khả năng cân bằng. Việc kết hợp các nguồn phát điện thông qua việc liên kết các mạng lưới truyền tải giúp cải thiện độ linh hoạt và giảm sự biến động phụ tải ròng trên toàn hệ thống. Việc truyền tải lượng điện dư thừa từ các khu vực nhiều gió và nắng đến các khu vực có nhu cầu cao sẽ giải quyết được thách thức về sự thay đổi của các nguồn năng lượng tái tạo.

Để tạo ra sự khác biệt trong việc cân bằng sản lượng của các nguồn năng lượng tái tạo, các đường dây kết nối phải dài hàng trăm km. Điều này có thể thực hiện được với công nghệ điện cao áp một chiều (HVDC). Ngày nay, liên kết hệ thống có thể là một giải pháp cho lưới điện Việt Nam nhưng sẽ cần nhiều thời gian để phát triển.

4/ Các tổ máy phát điện linh hoạt:

Các tổ máy phát điện linh hoạt bao gồm các công nghệ có khả năng phản ứng nhanh. Đây là nguồn linh hoạt phổ biến nhất của các hệ thống điện tại nhiều nước trên thế giới cho đến nay và thường được sử dụng phủ đỉnh. Hiện nay, giải pháp này được coi là giải pháp quan trọng để cân bằng nguồn năng lượng biến thiên điện gió và điện mặt trời.

Ở một số quốc gia, các nhà máy điện than hiện hữu được sử dụng để cân bằng nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống điện. Điều này làm giảm hệ số tải của các nhà máy này, dẫn đến việc giảm hiệu suất và tăng chi phí bảo trì do phải tăng/giảm công suất và bật/tắt liên tục, cùng với việc tăng lượng nước tiêu thụ và lượng khí thải CO2.

Giải pháp tổ máy phát điện linh hoạt là giải pháp mang tính thực tế và khả thi nhất để cân bằng các nguồn năng lượng tái tạo, thường sử dụng nhiên liệu bằng khí tự nhiên, hoặc khí hóa lỏng LNG.

Trong số các công nghệ chạy bằng khí tự nhiên được sử dụng để tích hợp năng lượng tái tạo, có các nhà máy tua bin khí và các nhà máy điện động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine - ICE). Các ưu điểm của động cơ ICE bao gồm tính mô-đun, khởi động và tăng tải nhanh, hiệu suất khoảng 47,5%, khả năng sử dụng đa nhiên liệu, chịu được độ cao, nhiệt độ khắc nghiệt, thời gian xây dựng trong vòng một năm và hiệu suất cao khi vận hành bán tải. Lợi ích của tua bin khí là hiệu suất cao (55 - 58%) khi vận hành đầy tải ở chế độ chu trình hỗn hợp. Do đó, các giải pháp tua bin khí thường được sử dụng cung cấp công suất nền ở quy mô lớn.

Kết luận

Tất cả bốn nguồn linh hoạt trên sẽ có vai trò riêng trong hệ thống điện và lợi ích những nguồn này cần được đánh giá theo từng giai đoạn ngắn hạn, trung hạn, cũng như dài hạn của hệ thống điện Việt Nam.

Theo dự thảo Quy hoạch điện 8 gần đây, từ năm 2021 đến năm 2030, các nhà máy điện động cơ đốt trong linh hoạt ICE sử dụng khí tự nhiên hóa lỏng LNG sẽ có vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện một cách nhanh chóng và giúp tích hợp năng lượng tái tạo, trong khi các nhà máy tua bin khí CCGT sẽ tập trung vào việc chạy nền ở mức hiệu suất cao nhất.

Trong giai đoạn dài hạn (năm 2030 trở đi), pin tích trữ đi kèm với các hệ thống quản lý năng lượng thông minh dự kiến sẽ hỗ trợ cho thủy điện truyền thống và trở thành công nghệ lưu trữ quan trọng cho quá trình chuyển dịch năng lượng, nhờ vào việc giảm chi phí đầu tư, cũng như những lợi ích cho việc ổn định hệ thống mà công nghệ này mang lại./.

HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM