Giải quyết vấn đề thừa, thiếu điện trong biểu đồ phụ tải điện
Thông tư số 19/2017/TT-BCT ban hành ngày 29 tháng 9 năm 2017 của Bộ Công thương có giải thích Biểu đồ phụ tải điện là biểu đồ thể hiện đặc tính tiêu thụ điện theo thời gian của hệ thống điện, thành phần phụ tải điện, nhóm phụ tải điện và phân nhóm phụ tải điện. Biểu đồ phụ tải điện ngày đêm của hệ thống điên (HTĐ) mang đặc điểm không đồng đều. Phân tích biểu đồ này có thể rút những đặc điểm trong vận hành hệ thống. Đó là hiện tượng dư thừa công suất vào thời gian thấp điểm và ngược lại là sự thiếu hụt công suất vào giờ cao điểm, khi nhu cầu tiêu thụ cao nhất trong ngày.
Bên cạnh chênh lệch công suất, nhu cầu phụ tải giữa ngày làm việc và ngày nghỉ cũng chênh lệch khá cao. Việc san bằng biểu đồ phụ tải HTĐ có thể thực hiện bằng tác động kinh tế thông qua biểu giá sử dụng hoặc sử dụng các bộ phận tích trữ năng lượng và để đảm bảo đầy đủ nhu cầu, nhà cung cấp cần phải duy trì một số tổ máy phát điện có khả năng đáp ứng linh hoạt khi có nhu cầu phủ đỉnh.
Tiến bộ Khoa học Công nghệ (KHCN) ngày nay đã cho ra đời nhiều thế hệ tích trữ năng lượng khác nhau thuộc các loại hình cơ học, hóa học và điện từ….Tuy nhiên, để có bộ phận tích trữ năng lượng lớn, đặc biệt đối với năng lượng tái tạo (NLTT) người ta thường sử dụng những nhà máy thủy điện hoặc thủy điện tích năng (TĐTN). Nhờ khả năng cung cấp năng lượng cân bằng và ổn định cả về dung lượng lưu trữ và các dịch vụ lưới điện phụ trợ. Ở chế độ phát điện tua bin máy phát điện có thể phản ứng nhanh với độ lệch tần số góp phần vào tải công suất phản kháng và ổn định TĐTN đang mở ra những triển vọng mới. Bài viết tổng hợp những xu hướng phát triển nổi bật để cùng trao đổi.
Phát triển năng lượng tái tạo và những vấn đề đặt ra
Việt Nam là một trong số ít các quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu (BĐKH), đã cam kết tự nguyện cắt giảm 8% lượng phát thải khí nhà kính (KNK) vào năm 2030. NLTT là các nguồn năng lượng sạch, không gây phát thải KNK. Ở nước ta nguồn năng lượng này có ở mọi nơi, với tiềm năng còn khá dồi dào Phát triển năng lượng tái tạo (NLTT) là yêu cầu tất yếu để đạt được mục tiêu giảm phát thải KNK Chính phủ đề ra.
Số liệu tổng hợp về NLTT ở nước ta cho thấy, tổng tiềm năng kỹ thật về thủy điện ước khoảng 26.000MW có thể cung cấp chừng 100 tỷKWh/năm; Tiềm năng về điện gió trên đất liền trên 110GW và ở ngoài khơi là 260 GW. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tiềm năng năng lượng mặt trời còn lớn hơn với khả năng đạt trên 431 GW, trong đó, đất liền chiếm 72%, trên mặt nước 18% và áp mái nhà khoảng 10%.
Nghiên cứu tình hình năng lượng quốc gia các nhà phân tích đã chỉ ra; Năm 2020 tổng công suất lắp đặt HTĐ cả nước đạt trên 61.000 MW. Trong đó, Tổng Công ty Điện lực Viêt Nam (EVN) sở hữu 29.638MW(chiếm 48,6%). Vào giai đoạn từ 2010 đến 2020, tổng lượng điện thương phẩm đã từ 85,4 tỷ kWh/năm lên 225,4 tỷ kWh/năm tăng bình quân 9,69%/năm cao gấp 1,6 lần so với mức tăng trưởng GDP. Hệ thống truyền tải điện đã được đầu tư phát triển và nâng cấp, về cơ bản đáp ứng được nhu cầu truyền tải.
Là quốc gia đang phát phát triển có mức thu nhập trung bình thấp, trong phát triển tương lai nhu cầu điện năng sẽ còn tiếp tục gia tăng. Theo dự thảo quy hoạch điện 8, đến năm 2030 nhu cầu điện sản xuất sẽ lên 537 tỷ kWh, gấp 2, 3 lần so với năm 2020. Về cơ cấu năng lượng, mục tiêu của Nghi quyết 55/ TW ngày 11/2/2020 nêu rõ đến năm 2030, trong tổng nguồn cung năng lượng sơ cấp, NLTT cần đạt từ 15% đến 20% và lên 25%-30% vào năm 2045, Trong bối cảnh thiếu hụt nguồn cung và ô nhiễm môi trường ngày càng nặng nề, phát triển NLTT được coi là giải pháp cần thiết để đảm bảo nguồn cung và ứng phó với BĐKH.
Để phát triển NLTT, Chính phủ Việt Nam đã ban hành các cơ chế và chính sách mới như Quyết định 39/2018/QĐ-TTg và quyết định 13/2020/ QĐ-TTg về cơ chế khuyến khích điện gió và điện mặt trời. những quyết sách này đã đẩy nhanh nhịp độ xây dựng. Nhiều dự án điện mặt trời được ồ ạt xây dựng và nhanh chóng đưa vào vận hành đã gây tắc nghẽn truyền tải. Đây cũng là nguyên nhân dẫn đến nhiều nhà máy diện NLTT rơi vào giảm phát. Theo EVN, đến năm 2020, tổng công suất lắp dặt điện mặt trời (ĐMT) cả nước đạt 19.400 MWp (với 47,9% là ĐMTáp mái) cho sản lượng 10,6 tỷ kWh. So với năm 2019, công suất ĐMT từ tháng 4 đến tháng 12 năm 2020 (8 tháng) đã tăng gấp trên 3 lần. Thực tế mất đồng bộ giữa phát triển nguồn điện mặt trời, điện gió vừa qua đã gây ra các điểm nghẽn về truyền tải, phải giảm từ 30% đến 40% công suất các nguồn NLTT. Nguyên nhân nhiều nhà máy điện NLTT rơi vào giảm phát là do việc bổ sung quy hoạch ồ ạt mà không tính toán đến lưới truyền tải.
Với đặc điểm tự nhiên của ĐMT là phụ thuộc vào thời gian nắng trong ngày đồng nghĩa với nắng mạnh thì phát điện nhiều, tắt nắng thì ngừng phát điện, nhiều khó khăn, bất cập đã nảy sinh trong vận hành hệ thống. Nếu tổng công suất ĐMT cả nước vào cao điểm buổi trưa đạt công suất 16.500MWp, lượng điện phát ra đã tương đương với 40% phụ tải toàn quốc vào giờ thấp điểm, công suất điện dư thừa này cũng gây nhiều khóa khăn cho hoạt động điều độ.
Phân tích từ hình dạng biểu đồ phụ tải có thể nhận thấy, vào giờ thấp diểm (buổi trưa từ 10h đến 14h), phụ tải đòi hỏi xuống mức thấp nhất, lại là lúc bức xạ mặt trời cao nhất trong ngày. Ngược lại, vào giờ cao điểm phụ tải (17h30 đến 18h30)nhu cầu tiêu thụ cao nhất trong ngày; HTĐ cần lượng công suất phát điện lớn thì khả năng đáp ứng của ĐMT hầu như không còn.
Thực tế diễn ra cho thấy, tỷ trọng của các nguồn NLTT trong HTĐ gia tăng thì tính bất ổn định trong vận hành cũng thay đổi theo. Để bảo đảm an ninh, an toàn trong vận hành HTĐ đòi hỏi các trung tâm điều độ HTĐ quốc gia phải huy động toàn bộ công suất khả dụng của nguồn điện vào những giờ phụ tải thấp điểm, điều này khó có thể thực hiện được khi tỷ lệ sử dụng NLTT tăng cao.
Hình 1. Biểu đồ phụ tải hệ thống điện quốc gia ngày 30/12/2020. (Nguồn: EVN)
Thực trạng phát triển NLTT những năm qua cũng cho thấy, để đảm bảo tính ổn định trong vận hành HTĐ, nhu cầu lưu trữ điện năng ngày càng trở nên bức thiết. Ngành điện với Quy hoạch Điện 8 đã có định hướng phát triển các loại hình tích trữ năng lượng điện linh hoạt như thủy điện tích năng, pin tích năng…..phù hợp với những quy mô phát triển khác nhau của các nguồn NLTT.
Về những giải pháp lưu trữ NLTT cần được quan tâm
Trong những thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự gia tăng mạnh mẽ của nguồn năng lượng tái tạo. Những cam kết của nhiều Chính phủ đã tạo tiền đề cho hàng loạt chính sách khuyến khích ra đời cùng với với việc giảm giá đáng kể của các tấm pin và thiết bị điện mặt trời. Tuy nhiên, thách thức của NLTT là nó đến từ các nguồn năng lượng thiếu ổn định. Năng lượng mặt trời chỉ có vào ban ngày và gió thì không phải lúc nào cũng thổi để có thể làm quay được các Tuabin. Trong những ngày đẹp trời có nhiều nắng và nhiều gió thì lượng điện tái tạo sinh ra thường dư thừa phải cắt giảm bớt công suất để tránh cung vượt cầu.
Cũng như nhiều quốc gia đi trước, Việt Nam đã phải đối diện với vấn đề dư thừa do mất cân đối giữa cung và cầu vào một số thời điểm. Từ đầu tháng 1 năm 2021 đến nay, nhu cầu tiêu thụ điện sụt giảm do ảnh hưởng của đại dịch Covid-19 thì lượng ĐMT lại dồi dào, nhất là lúc giữa trưa đã gây căng thẳng và nguy hiểm cho lưới điện. Để đảm bảo kỹ thuật vận hành an toàn, EVN đã phải cắt giảm bớt lượng điện phát lên lưới điện từ năng lượng mặt trời đồng nghĩa với lãng phí và gây thiệt hại cho nhà đầu tư. Giải pháp nào có thể hạn chế được tình trạng này đang là vấn đề cấp bách đăt ra? Lời giải của toàn Thế giới trong đó có Viêt Nam, đó chính là lưu trữ năng lượng kết hợp cùng với năng lượng tái tạo.
Các giải pháp tích trữ điện hay lưu trữ năng lượng đang được áp dụng phổ biến bao gồm lưu trữ bằng pin, lưu trữ nhiêt, lưu trữ cơ học, lưu trữ bằng hydro và bơm thủy điện cònìn gọi là thủy điện tích năng
Công nghệ lưu trữ bằng Pin Đó là giải pháp lưu trữ điện hóa, nó bao bao gồmviệc sử dụng các loại pin hóa học tiên tiến, pin dòng chảy và tụ điện.
Lưu trữ Nhiệt là giải pháp thu nhiệt và làm lạnh để tạo ra năng lượng theo yêu cầu hoặc bù đắp nhu cầu năng lượng;
Lưu trữ cơ học gồm những công nghệ cải tiến để khai thác động năng hoặc năng lượng hấp dẫn để lưu trữ điện;
Lưu trữ bằng Hydro thực chất là sản xuất điện dư thừa có thể được chuyển đổi thành hydro thông qua quá trình điện phân và lưu trữ
Thủy điện tích năng là việc sử dụng các nhà máy thủy điện kiểu bơm tích lũy, dùng điện năng của các nhà máy điện phát non tải trong hệ thống điện vào những giờ thấp điểm phụ tải để bơm nước từ bể nước thấp lên bể cao. Vào thời điểm nhu cầu tiêu thụ điện năng lớn, nước sẽ được xả từ hồ chứa cao xuống hồ chứa thấp hơn thông qua các tua bin để phát điện lên lưới.
Nguồn: Greenid