Triển vọng của công nghệ lưu trữ bằng pin và thủy điện tích năng

Trong những giải pháp đề cập trên đây, ở nước ta công nghệ tích trữ điện bằng pin và thủy diện tích năng đang được quan tâm và chiếm ưu thế trong xu thế thử nghiệm. Do thời gian thi công nhanh , không chiếm nhiều đất và giá pin lưu trữ năng lượng được BloombergNEF dự đoán sẽ xuống dưới 100 đô la/kWh, những công nghệ này có  nhiều khả năng phát triển.

Về công nghệ lưu trữ bằng pin

Theo các chuyên gia năng lượng, ở quy mô lưới điện, lưu trữ năng lượng là mắt xích còn thiếu trong hệ thống NLTT. Bằng cách tích trữ năng lượng khi nó dồi dào, các nhà máy điện mặt trời và điện gió sẽ không phải xả bỏ công suất dư thừa. Lượng điện dư thừa lưu trữ này sẽ được sử dụng vào giờ nhu cầu cao (17g đến 20 giờ), vừa làm lợi cho doanh nghiệp lại vừa có ích cho ngành điện. Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin giúp điều tiết để vận hành lưới điện linh hoạt; ngoài chức năng là nguồn dự phòng, hệ thống giống như một bình siêu ổn áp giúp cho việc cải thiện chất lượng điện năng của lưới điện.Hệ thống pin lưu trữ hỗ trợ tích cực các nguồn NLTT góp phần điều hòa, làm mịn công suất tải và kéo dài thời gian phục vụ của điện mặt trời.

Những phân tích cụ thể còn cho thấy, hệ thống pin Vanadium có khả năng sạc từ nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, gió, thủy triều, sóng biển, địa nhiệt. Việc vận hành ổn định, không gây tiếng ồn, cháy, nổ,… có khả năng tái chế cao và thân thiện với môi trường. Vào năm 2019, toàn thế giới đã lưu trữ được 365 GWh, chủ yếu bằng pin Vanadium và theo dự báo đến 2023 sẽ lên 1.230 GWh, tăng gấp hơn ba lần so với 2019.

Mặc dù có chung nguyên lý lưu trữ bằng chuyển đổi điện năng thành hóa năng, nhưng khác với các loại pin truyền thống, pin Vanadium lưu trữ năng lượng vào trong 2 chất điện giải âm và dương dạng lỏng ( sơ đồ 2). Trong quá trình xả, hai chất điện này được bơm vào trong tế bào pin để chuyển hóa trở lại thành năng lượng điện.

Hình 2. Sơ đồ hoạt động của pin Vanadium.

Pin Vanadium mang đặc tính kỹ thuật phù hợp để tương thích với các hệ thống sản xuất năng lượng tái tạo như: Khả năng nâng cấp một cách độc lập dung lượng lưu trữ, cũng như công suất đầu ra của hệ thống, tuổi thọ trung bình cao (trên 20 năm); chi phí bảo dưỡng thấp, có thể thay thế từng phần (theo modun) mà không ảnh hưởng đến tổng thể .

Xây dựng nhà máy thủy điện tích năng

Cùng với lưu trữ bằng pin, mô hình nhà máy thủy điện tích năng (TĐTN) là một lựa chọn  trong thử nghiệm để tích trữ công suất diện dư thừa vào thời điếm nhu cầu tiêu thụ thấp của các nhà máy điện hiện nay. Mô hình TĐTN được xây dựng với 2 hồ chứa nước ở hai cao độ khác nhau và 1 nhà máy thủy điện trang bị tua bin thuận nghịch nằm gần hồ chứa bên dưới; 2 hồ chứa nối với nhau bằng một đường ống áp lực ( sơ đồ h3). Thủy điện tích năng vận hành trên nguyên tắc cân bằng nhu cầu phụ tải của hệ thống điện. Vào giờ cao điểm, khi nhu cầu điện cao, nước được xả từ hồ chứa bên trên qua đường ống áp lực, làm quay tua bin để phát điện hòa vào hệ thống; còn nước xả của quá trình này được trữ lại trong hồ bên dưới.

Sơ đồ3  nguyên lý nhà máy thủy điện tích năng – Nguồn: Internet

Thế mạnh lớn nhất của TĐTN là làm tăng hiệu quả của hệ thống,nhờ tận dụng được điện năng dư thừa từ các nhà máy phát điện trong giờ thấp điểm, giúp tăng hiệu suất hoạt động và ổn định vận hành của những  nhà máy này.

Cũng như thủy điện truyền thống, TĐTN có thể phản ứng rất nhanh khi nhu cầu tăng đột ngột, giúp đảm bảo an toàn cung cấp điện, ổn định tần số mạng lưới, thân thiện với môi trường khi không tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính.

Khác với thủy điện truyền thống, TĐTN không cần nhiều diện tích đất làm hồ chứa, bởi chỉ cần dự trữ một lượng nước vừa đủ cho số giờ chạy máy theo công suất thiết kế (thường  từ 5 đến 7 giờ ) để đủ lượng nước cần thiết chảy qua tua bin phát điện. Do chủ động về nước dự trữ, quá trình vận hành của TĐTN không phụ thuộc nhiều vào chế độ thủy văn hàng năm, có thể linh hoạt điều chỉnh công suất vận hành theo nhu cầu phụ tải.

Dựa trên cơ chế vận hành, các nhà nghiên cứu đã kết hợp TĐTN với các dự án điện gió, điện mặt trời. Những dự án kết hợp có ưu điểm lớn về hiệu suất vận hành, bởi TĐTN có thể tận dụng tối đa nguồn năng lượng có tính thay đổi, khó dự đoán như điện gió, điện mặt trời, trong khi những nhà máy này lại có thể cung cấp năng lượng điện để nhà máy TĐTN tích nước.vào giờ thấp điểm. TĐTN có thể lấy điện từ hệ thống để bơm nước ngược từ hồ chứa bên dưới lên hồ bên trên thông qua tua bin hai chiều, vận hành như một hệ thống máy bơm. Như vậy là, TĐTN vừa là một đơn vị sản xuất điện, vừa là một đơn vị tiêu thụ điện. Cơ sở kinh tế của phương thức vận hành này là sự chênh lệch giá điện giữa giờ cao điểm và thấp điểm; lợi ích kinh tế đảm bảo bởi giá điện giờ thấp điểm nhỏ hơn nhiều lần  so với trong giờ cao điểm.

Tại Việt Nam, thủy điện tích năng (TĐTN) đã được quan tâm phát triển. EVN đã lập quy hoạch phát triển TĐTN với sự hợp tác của tổ chức JICA (Nhật Bản). Dự án nghiên cứu do JICA hỗ trợ và đã được Bộ Công Thương phê duyệt tại Quyết định số 3837/QĐ-BCN .

Hiện nay, dự án TĐTN Bác Ái có công suất 1.200 MW ở tỉnh Ninh Thuận là công trình TĐTN năng đầu tiên tại Việt Nam  được dự kiến xây dựng vào năm 2023 thuộc danh mục các dự án nguồn điện được Thủ tướng đưa vào Quy hoạch Điện VII do EVN làm chủ đầu tư.

TĐTN Bác Ái được đánh giá có vai trò quan trọng trong hệ thống điện quốc gia, có nhiệm vụ phát điện phủ đỉnh, dự phòng công suất phát, giúp ổn định hệ thống, điều chỉnh tần số, là công cụ giúp điều độ hệ thống điện quốc gia vận hành ổn định, an toàn và  tin cậy.

Bên cạnh dự án Thủy điện Tích năng Bác Ái, còn có 3 dự án TĐTN khác là Phù Yên Đông (Sơn La), Đơn Dương và Hàm Thuận Bắc đang có kế hoạch triển khai đầu tư. Theo quy hoạch TĐTN, ít nhất có 10 dự án mang tính khả thi cao, có thể được xem xét xây dựng

Thay cho lời kết

Ở nước ta, trước nguy cơ nguồn thủy điện đã khai thác quá mức và những nguồn nguyên liệu hóa thạch dần cạn kiệt, NLTT đã nổi lên như một nguồn năng lượng thay thế. Tuy nhiên, việc phát triển quá nhanh các dự án điện mặt trời đã ảnh hưởng nghiêm trọng tới hệ thống truyền tải điện quốc gia. Lưu trữ hợp lý nguồn năng lượng điện là quan điểm được nhiều chuyên gia đưa ra trong các khuyến nghị chính sách thu hút đầu tư vào lĩnh vực NLTT. Lưu trữ năng lượng là việc làm tất yếu, bắt buộc phải đồng hành cùng với phát triển NLTT khi con người hạn chế sử dụng năng lượng hóa thạch, nhằm giảm phát thải KNK.

Từ xu thế phát triển và thực tiễn Việt Nam, hy vọng các nhà hoạch định chính sách quan tâm đến lưu trữ năng lượng để có những giải pháp phù hợp, nhằm thúc đẩỷ nhanh quá trình phát triển NLTT ở nước ta./.

Nguồn: Greenid