Hỏi & Đáp: Điều hòa không khí có phải là mối đe dọa đối với lưới điện của Thụy Sĩ không?
của Anne-Muriel Brouet, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Nguồn: CC0 Public Domain
Nhiệt độ tăng cao vào mùa hè này khiến nhiều người trong chúng ta phải tăng cường sử dụng điều hòa không khí. Ở Thụy Sĩ, năng lượng dùng để làm mát đang gần bằng năng lượng dùng để sưởi ấm. Điều đó có ý nghĩa gì đối với lưới điện?
Số liệu chính thức từ cơ quan thời tiết Thụy Sĩ rất đáng chú ý: nhiệt độ vào mùa hè này cao hơn 1,6°C so với mức trung bình toàn quốc trong giai đoạn 1991–2020 và đã có một đợt nắng nóng dữ dội với mức đỉnh đạt hoặc vượt kỷ lục năm 2003 ở một số bang.
Trên toàn hành tinh, đây là mùa hè nóng thứ hai (sau năm 2023) kể từ khi bắt đầu ghi chép. Và khi nhiệt độ tăng, nhu cầu về điều hòa không khí cũng tăng vọt. Theo Văn phòng Năng lượng Liên bang Thụy Sĩ, hệ thống làm mát hiện chiếm gần 11% lượng điện sử dụng của cả nước—không xa con số 14% dành cho sưởi ấm.
Điều hòa không khí giúp cứu sống con người, nhưng nó cũng góp phần tạo ra các đảo nhiệt đô thị (làm trầm trọng thêm tình trạng nóng lên toàn cầu), làm tăng áp lực lên các nhà máy điện và làm tăng tải cho lưới điện. Liệu lưới điện của Thụy Sĩ có thể xử lý được nhu cầu bổ sung không? Chúng tôi đã trao đổi với Giáo sư Mario Paolone từ Phòng thí nghiệm Hệ thống Điện Phân tán của EPFL để tìm hiểu.
Việc sử dụng điều hòa không khí ngày càng nhiều có nghĩa là tải đỉnh trên lưới điện của chúng ta sẽ sớm xảy ra vào mùa hè thay vì mùa đông. Điều đó có đáng lo ngại không?
Đối với lưới điện, việc quản lý nhu cầu về hệ thống làm mát không khác mấy so với việc quản lý nhu cầu về hệ thống sưởi ấm. Nhưng thách thức là nhu cầu về điện đang tăng lên nói chung, không chỉ vì điều hòa không khí, vì ngày càng có nhiều quy trình chuyển sang sử dụng điện.
Điều đó đúng với cả doanh nghiệp cũng như người tiêu dùng. Ví dụ, máy bơm nhiệt và xe điện hiệu quả hơn lò hơi đốt gas và động cơ đốt trong. Chính quá trình điện khí hóa các quy trình này đang thúc đẩy sự thay đổi.
Giáo sư Mario Paolone. Nguồn: EPFL/Alain Herzog
Bằng cách nào?
Nhu cầu bổ sung đang tác động đến các lưới điện địa phương vốn đã quá tải. Các đường dây điện và máy biến áp hiện tại không được thiết kế để đáp ứng loại tải mà chúng đang phải chịu. Các nhà máy điện cũng chịu áp lực lớn hơn vì chúng phải cung cấp thêm điện và dự trữ đủ để đáp ứng nhu cầu tăng đột biến thường không thể dự đoán được.
Nếu chúng ta muốn lấp đầy khoảng trống bằng năng lượng tái tạo, ước tính sẽ cần thêm 40 GW điện mặt trời để đáp ứng nhu cầu điện của Thụy Sĩ, bao gồm điện cho hệ thống sưởi ấm, hệ thống làm mát và xe điện. Nhưng điều đó sẽ khiến lưới điện địa phương trở nên quá tải hơn và tăng lượng dự trữ cần thiết.
Liệu một số áp lực có thể được giảm bớt bằng thực tế là nhu cầu về điều hòa không khí xảy ra khi năng lượng mặt trời đạt đỉnh không?
Đó chắc chắn là một khía cạnh tích cực của điều hòa không khí: việc sử dụng điều hòa không khí tự nhiên được đồng bộ hóa với thời kỳ có ánh sáng mặt trời gay gắt. Nếu Thụy Sĩ chuyển nhiều hơn hỗn hợp năng lượng của mình sang năng lượng mặt trời, điều đó sẽ làm giảm bớt một số vấn đề về lưới điện mà tôi đã đề cập.
Chủ sở hữu bất động sản sẽ muốn lắp đặt tấm pin mặt trời cùng lúc với máy điều hòa không khí để giảm chi phí vận hành. Điều đó cũng sẽ làm giảm nhu cầu lưu trữ năng lượng, vì điện có thể được tiêu thụ ngay khi sản xuất.
Với việc Thụy Sĩ có lượng điện dư thừa vào mùa hè, liệu chúng ta có thể đáp ứng nhu cầu bổ sung bằng năng lượng mặt trời và do đó 'hòa vốn' không?
Đó là điều mà nhiều người nghĩ vì hầu hết chúng ta đều lý luận theo hướng năng lượng ròng. Nhưng hệ thống cung và cầu điện không hoạt động ở cấp độ tổng hợp. Phải có đủ điện để đáp ứng nhu cầu ngay lập tức, nếu không chúng ta sẽ gặp phải tình trạng mất điện.
Đó là lý do tại sao các nhà điều hành lưới điện phải sử dụng hệ thống quản lý nhu cầu hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng để xử lý sự thay đổi cung và cầu. Hiện tại, các nhà điều hành lưới điện quản lý nhu cầu bằng những gì được gọi là dự trữ chính, thứ cấp và thứ ba.
Câu trả lời có thể là phân cấp nhiều hơn mạng lưới điện của Thụy Sĩ không?
Chắc chắn là có. Mục đích của Đạo luật Liên bang về Nguồn cung cấp Điện an toàn (Mantelerlass) được thông qua vào ngày 9 tháng 6 là tạo ra "cộng đồng năng lượng" trong đó các tòa nhà chia sẻ nguồn điện mà họ tạo ra với nhau khi cần, có khả năng đáp ứng tất cả nhu cầu của riêng họ.
Công nghệ đã tồn tại để giải quyết các vấn đề về đồng bộ hóa cung và cầu trong khi đáp ứng các hạn chế về lưới điện mà tôi đã mô tả trước đó. Chúng ta chắc chắn sẽ thấy các cộng đồng năng lượng được thành lập trên khắp Thụy Sĩ để sản xuất và quản lý điện của riêng họ—không chỉ cho điều hòa không khí mà còn cho hệ thống sưởi ấm và xe điện—và giảm bớt tình trạng tắc nghẽn trên lưới điện quốc gia.
Tuy nhiên, nói rộng hơn, chúng ta sẽ cần quản lý nhu cầu về điện nói chung hiệu quả hơn nếu muốn giảm thiểu tác động đến lưới điện và dự trữ năng lượng của mình.
Ngoài ra còn có vấn đề về cách phân bổ chi phí giữa các nhà sản xuất điện, người tiêu thụ điện và nhà điều hành lưới điện.
Hiện tại, chúng ta có công nghệ để tính toán hệ số tải
của lưới điện dựa trên dòng điện. Điều này có thể được thực hiện bằng giá biên theo vị trí, ví dụ. Chúng tôi đang thực hiện một dự án với công ty điện lực Lausanne để sử dụng hình thức định giá này nhằm tối đa hóa lợi ích cho tất cả những người tham gia trong một thị trường nhất định đồng thời nâng cao hiệu suất của lưới điện. Ý tưởng là tìm ra cách tốt nhất để giảm chi phí đầu tư và vận hành cho toàn bộ cộng đồng.
Về mặt lý thuyết, chúng tôi có câu trả lời, nhưng chúng tôi thiếu khuôn khổ pháp lý phù hợp để triển khai chúng. Một dự án với công ty điện lực Lausanne nhằm mục đích thử nghiệm một lựa chọn trong điều kiện thực tế.
