Công dân Hoa Kỳ, hãy cảm ơn vì bạn hầu như không có bất kỳ năng lượng gió ngoài khơi nào
Loại công việc này không thể được thực hiện với giá cả phải chăng TÍN DỤNG : Antonie Robson
Năm ngoái, chính quyền Biden đã đặt ra một mục tiêu mới đầy tham vọng cho Hoa Kỳ: triển khai 30 gigawatt (GW) công suất gió ngoài khơi vào năm 2030, tăng công suất ngoài khơi của Hoa Kỳ lên hơn bảy trăm lần. Vương quốc Anh đã có 15 GW gió ngoài khơi, gấp hơn 300 lần so với Hoa Kỳ: và kinh nghiệm của chúng tôi sẽ là một cảnh báo khủng khiếp đối với người Mỹ.
Giá điện của Vương quốc Anh là cao nhất kể từ khi hồ sơ bắt đầu vào năm 1920 và hiện là một trong những mức cao nhất ở châu Âu. Một lý do cho điều này là hiển nhiên: chưa đến một nửa lượng điện của chúng ta đến từ Tua bin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) đốt bằng khí đốt và khí đốt hiện có giá £90 mỗi megawatt giờ (MWh), cao hơn gần năm lần so với bình thường. CCGT có chi phí xây dựng rẻ (khoảng 650 triệu bảng Anh/GW) và vận hành. Trong thời gian bình thường, chúng sẽ tạo ra điện với tổng chi phí là 40 bảng Anh cho mỗi MWh. Con số đó hiện đã tăng lên gần 150 bảng Anh/MWh, nhờ Vladimir Putin và tác động của ông đối với thị trường khí đốt.
Nhưng đó không phải là toàn bộ câu chuyện. Một lý do khác khiến điện ở Anh quá đắt là vì chúng tôi có quá nhiều năng lượng gió: đặc biệt là rất nhiều năng lượng gió ngoài khơi. Mặc dù tình hình hiện tại rất tồi tệ, nhưng chúng ta sẽ trở thành một quốc gia thậm chí còn tồi tệ hơn nếu chúng ta xây dựng nhiều gió ngoài khơi hơn nữa, như chính phủ Anh dự định.
Ví dụ, các trang trại gió ngoài khơi Hornsea Two và Moray East được hoàn thành vào năm 2022 với chi phí vốn là 2,77 tỷ bảng Anh mỗi GW và 2,75 tỷ bảng Anh/GW, cao hơn bốn lần so với chi phí của công suất CCGT. Chúng rất tốn kém để duy trì, điều này không có gì đáng ngạc nhiên vì các trang trại gió ngoài khơi có tất cả nhiều máy phát điện được gắn trên đỉnh của cột buồm cao 200 mét cách xa đất liền. Ước tính chi phí bảo trì cao tới 200 triệu bảng Anh cho mỗi GW được lắp đặt mỗi năm. Chi phí danh nghĩa của việc phát điện gió ngoài khơi là £170/MWh – cao hơn đáng kể so với chi phí của CCGT, ngay cả trong thời điểm giá khí đốt cao như hiện nay.
Một yếu tố khác cần lưu ý là không chỉ xây dựng công suất gió cực kỳ tốn kém, mà các trang trại gió không cung cấp bất cứ thứ gì giống như công suất định mức của chúng theo thời gian. Đây là một tin xấu đối với khách hàng, bởi vì hệ số công suất càng cao – nghĩa là phần trăm công suất định mức mà nhà máy điện thực sự cung cấp theo thời gian càng cao – năng lượng càng rẻ. Vào năm 2022, các trang trại gió trên bờ và ngoài khơi của Vương quốc Anh hoạt động với hệ số công suất là 33%. Vào năm 2021, nó chỉ còn 29%.
Nó trở nên tồi tệ hơn. Giống như hầu hết các công nghệ phát điện tái tạo khác, năng lượng gió không liên tục và rất hay thay đổi. Ngoài ra, vì các tua-bin gió không được kết nối đồng bộ với lưới điện nên chúng không cung cấp “quán tính lưới điện” – sẽ sớm nói thêm về điều đó. Tua bin gió không thể được yêu cầu cung cấp năng lượng khi cần thiết và sản lượng của chúng thay đổi nhanh chóng. Những hư hỏng này phải được giảm thiểu và bù đắp chi phí, và người sử dụng phải trả cho những chi phí này ngoài giá điện.
Vào năm 2021, chi phí cân bằng lưới điện hàng năm của Vương quốc Anh đạt 4,19 tỷ bảng Anh, 150 bảng Anh cho mỗi hộ gia đình. Đối với bối cảnh, trở lại năm 1995 khi chúng ta không có nhiều năng lượng gió, chi phí cân bằng cho lưới điện chỉ là 250 triệu bảng Anh mỗi năm. Đóng góp lớn và ngày càng tăng vào các chi phí này là quản lý ràng buộc, vì khi một trang trại gió sản xuất điện không cần thiết – có lẽ khi trời có gió vào lúc nửa đêm – được trả tiền để không đưa điện đó vào lưới điện.
Các vấn đề và chi phí không dừng lại ở đó. Hệ thống lưới điện truyền tải của chúng tôi ban đầu được thiết kế để liên kết các trung tâm phát điện gần nguồn nhiên liệu (than, khí đốt) và các trung tâm phụ tải như thành phố. Bây giờ các trang web thế hệ của chúng tôi đang di chuyển ra xa trung tâm tải. Hệ thống truyền tải lưới điện của chúng ta phải được mở rộng để kết nối các máy phát điện tái tạo mới, điều này đã đủ tồi tệ khi chúng ở trên một đỉnh đồi hẻo lánh và càng tệ hơn khi chúng ở ngoài biển. National Grid ước tính rằng theo các kế hoạch hiện tại, công việc này sẽ tiêu tốn 46 tỷ bảng Anh – 1.533 bảng Anh mỗi hộ gia đình – đến năm 2030.
Sau đó, có quán tính lưới. Lưới điện của Anh được gọi là lưới đảo, có nghĩa là chúng tôi tự chịu trách nhiệm kiểm soát tần số lưới giữa các giới hạn chặt chẽ để những thứ được cắm vào lưới sẽ hoạt động như mong đợi. Việc kiểm soát tần số trở nên dễ dàng hơn khi quán tính của hệ thống lưới điện tăng lên. Quán tính của hệ thống lưới điện là thước đo chính về mức độ linh hoạt của hệ thống trước những thay đổi nhất thời. Quán tính là tổng năng lượng được lưu trữ trong khối lượng quay của máy móc (máy phát điện và động cơ) được kết nối trực tiếp với hệ thống. Quán tính hệ thống thấp làm tăng nguy cơ thay đổi hệ thống nhanh chóng, sau đó có thể dẫn đến ngắt kết nối tải hoặc phát điện và sau đó là mất ổn định hệ thống. Ngoài các trạm sinh khối đốt cây và sản xuất thủy điện, các nhà máy năng lượng tái tạo không gây ra sức ì cho lưới điện: khi tỷ lệ năng lượng tái tạo tăng lên,
Chúng tôi đã cố gắng giảm thiểu vấn đề gián đoạn bằng cách mở rộng các kết nối của chúng tôi với lưới điện châu Âu – hy vọng rằng gió sẽ thổi ở một nơi khác ngay cả khi nó không thổi ở đây – nhưng chúng tôi vẫn phải đối mặt với các giai đoạn tạo ra gió trên khắp toàn bộ châu Âu gần như không có gì. Và những kết nối này cũng không giúp ích gì cho quán tính và sự ổn định vì rất ít kết nối với lục địa là kết nối đồng bộ.
Năm 1995, vấn đề ổn định tần số lưới điện yêu cầu cung cấp các máy phát phản ứng nhanh có khả năng thay đổi công suất kết hợp của chúng với tốc độ 0,13 GW mỗi giây để đối phó với các biến động. Với sự xuất hiện của rất nhiều năng lượng gió không thể đoán trước, con số đó hiện đã tăng gần gấp 10 lần lên 1,15 GW mỗi giây!
Các dịch vụ bổ sung như máy phát điện chạy bằng khí phản ứng rất nhanh, cần thiết để có thể kết nối năng lượng tái tạo với lưới điện, cộng thêm từ £30/MWh đến £50/MWh vào chi phí năng lượng tái tạo. Do đó, chi phí thực sự đối với khách hàng của các máy phát điện gió ngoài khơi thực tế là từ £200/MWh đến £220/MWh, cao hơn nhiều so với CCGT ngay cả trong thời điểm giá khí đốt cao khủng khiếp như hiện nay.
Do đó, việc loại bỏ dần sản xuất CCGT sẽ làm tăng giá điện trong nước một cách đau đớn.
Nhưng có vẻ như các CCGT sẽ bị loại bỏ sớm hơn nhiều so với kế hoạch. Chính phủ đã đề xuất mở rộng công suất điện gió ngoài khơi lên 60 GW vào năm 2030 (chi phí đầu tư 122 tỷ bảng Anh) và năng lượng mặt trời lên 70 GW vào năm 2035 (chi phí đầu tư đến 30 tỷ bảng Anh vào năm 2030).
Điều này cực kỳ không khôn ngoan: chúng ta vẫn chưa có cách nào để lưu trữ điện trên quy mô lớn và quá trình chuyển đổi theo kế hoạch từ hệ thống sưởi ấm và vận chuyển trong nhà sang năng lượng điện đang tiến triển yếu ớt và có thể bị đình trệ hoàn toàn. Việc tạo ra một đội phát điện mặt trời lớn như vậy làm tăng kịch bản ác mộng vào những buổi sáng sớm mùa hè, với ít nhu cầu và phần lớn thế hệ là năng lượng mặt trời với quán tính bằng không: sự sụp đổ lưới điện lớn sẽ là điều chắc chắn. Một lượng lớn năng lượng sẽ được tạo ra chỉ để hạn chế tốn kém và có thể bị lãng phí, và kịch bản nhu cầu không được đáp ứng – với sự cố mất điện của người phục vụ – sẽ trở nên khó tránh khỏi.
Lưới điện của Vương quốc Anh đơn giản là không thể đối phó với lượng năng lượng tái tạo được đề xuất.
Và chúng tôi chỉ đơn giản là không thể mua được tất cả những thứ này. Nếu chúng ta cộng thêm chi phí của một Lưới điện Quốc gia mở rộng hơn nữa, thì chương trình mở rộng phát điện từ gió và mặt trời này sẽ tiêu tốn 232 tỷ bảng Anh – hơn 8.000 bảng Anh cho mỗi hộ gia đình trong thập kỷ này – tất cả sẽ do người sử dụng năng lượng chịu thiệt hại chi trả. Cần nhấn mạnh rằng những con số này không bao gồm chi phí của ngành lưu trữ năng lượng khổng lồ cũng sẽ cần thiết, bất kể đó có thể là gì: hydro hoặc amoniac hoặc thứ gì đó thậm chí còn nguy hiểm và đắt đỏ hơn. Máy bơm nhiệt và chuyển sang xe điện có thể nâng tổng chi phí lên trên 1 nghìn tỷ bảng Anh.
Thực sự, người Mỹ nên nhìn vào thảm họa năng lượng tái tạo của Anh và cảm ơn vì ngày nay họ hầu như không có gió ngoài khơi. Và khi nhìn vào Vương quốc Anh, họ có thể giật mình kinh hoàng trước các kế hoạch của chính quyền Biden: đặc biệt là khi hầu hết gió ngoài khơi của Hoa Kỳ sẽ cần phải là gió nổi ngoài khơi thay vì được xây dựng dưới đáy biển, và do đó thậm chí còn tốn kém hơn.
Nếu một trong hai quốc gia muốn giảm lượng khí thải carbon và/hoặc giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch được cung cấp bởi các chế độ không lành mạnh ở nước ngoài, thì một biện pháp tức thời sẽ là xây dựng nhà máy CCGT mới, hiện đại, hiệu quả cao để cắt giảm ngay nhu cầu về khí đốt và giảm lượng khí thải mà không yêu cầu những thay đổi lớn, tốn kém đối với lưới điện và các biện pháp đặc biệt để chúng không gây ra sự cố. Chúng ta cũng nên bắt đầu xây dựng nhà máy hạt nhân mới với một số cấp bách thực sự, vì đó là cách thiết thực, giá cả phải chăng, duy nhất để cắt giảm nghiêm trọng lượng khí thải và đạt được nguồn cung cấp năng lượng an toàn.
Tiến sĩ Capell Aris đã dành sự nghiệp của mình trong lĩnh vực phát điện. Ông nguyên là thành viên của Viện Kỹ thuật và Công nghệ
