Các nguồn năng lượng tái tạo được đầu tư ồ ạt thời gian qua khiến vận hành hệ thống điện gặp nhiều thách thức
Bí nguồn lớn và bất ổn hệ thống
Mặc dù công suất nguồn đặt của hệ thống điện Việt Nam có vẻ đang dư dả khi đỉnh phụ tải vừa lập mới hồi đầu tháng 6/2021 là 42.000 MW, kém khá xa so với công suất đặt là hơn 71.000 MW hiện nay, nhưng nhiều chuyên gia đã bày tỏ mối lo thiếu nguồn để đảm bảo cấp điện ổn định cho giai đoạn 2023-2025.
Đề cập tới thực tế khó khăn trong vận hành hệ thống điện khi có sự tăng mạnh của năng lượng tái tạo trong hệ thống, ông Nguyễn Đức Ninh, Giám đốc Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia (A0) cho hay, đã diễn ra tình trạng 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.
Theo Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0), tổng tỷ trọng các nguồn năng lượng tái tạo (trong đó điện mặt trời chiếm khoảng 70%) trong suốt giai đoạn 2021 - 2025 dù chỉ đạt sản lượng từ 14,5 - 17,3% nhưng tỷ trọng so với phụ tải đỉnh luôn đạt khoảng 44,7 - 61,5%, sẽ gây khó khăn nhiều cho vận hành an toàn hệ thống trong giai đoạn tới.
Thống kê của Dự thảo Quy hoạch điện VIII cũng cho hay, tổng công suất các nguồn năng lượng tái tạo đã được phê duyệt bổ sung quy hoạch đến năm 2025 khoảng 25.500 MW (chưa bao gồm các dự án điện mặt trời mái nhà), gồm 13.900 MW điện mặt trời và 11.500 MW điện gió. Như vậy còn lại khoảng 5.000 MW điện mặt trời và 6.144 MW điện gió đã phê duyệt quy hoạch nhưng vẫn chưa được ghi nhận vận hành.
Ngoài ra, Dự thảo Quy hoạch điện VIII vẫn bổ sung thêm một lượng lớn công suất năng lượng tái tạo trong giai đoạn tiếp theo để đạt mục tiêu gần 30% năm 2030 và 44% năm 2045.
Giải pháp nào để ổn định lưới điện
Song song với việc phát triển điện gió, điện mặt trời, Dự thảo Quy hoạch điện VIII cũng đề xuất cần xây dựng các nhà máy điện có khả năng điều chỉnh linh hoạt bao gồm các nguồn pin tích năng, thủy điện tích năng, động cơ đốt trong ICE để đảm bảo vận hành ổn định hệ thống điện có tỷ trọng cao nguồn năng lượng tái tạo.
Tuy nhiên cần phân biệt rõ ràng nguồn nhiệt điện linh hoạt (động cơ ICE) với nguồn tích trữ linh hoạt (thủy điện tích năng, pin tích năng) vì vai trò của hai loại nguồn này trong hệ thống điện khác nhau.
Cụ thể, thủy điện tích năng là giải pháp tích trữ năng lượng lâu đời và có quy mô công suất lớn nhất cho đến nay và 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). Trong giai đoạn dài hạn, 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 và những lợi ích cho việc ổn định hệ thống mà công nghệ này mang lại.
 |
| 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 |
Bên cạnh đó, đối với các tổ máy phát điện linh hoạt bao gồm các công nghệ có khả năng phản ứng nhanh, động cơ đốt trong (ICE) được xem là giải pháp quan trọng để cân bằng nguồn năng lượng biến thiên điện gió và điện mặt trời.
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. Các ưu điểm của động cơ ICE bao gồm tính mô-đun, khởi động và tăng tải nhanh, khả năng sử dụng đa nhiên liệu, chịu được độ cao và nhiệt độ khắc nghiệt, thời gian xây dựng trong vòng một năm và hiệu suất cao khi vận hành bán tải. Khi có sự xuất hiện của các nhà máy ICE này, các nhà máy tua bin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) sẽ được vận hành đầy tải với hiệu suất cao (trên 55%) để cung cấp công suất nền ở quy mô lớn.
Liệu cơm gắp mắm
Với thực trạng các nhà máy điện mới và lớn không nhanh được bổ sung như kế hoạch, EVN cũng khuyến nghị cần có các giải pháp tích hợp cho các nguồn năng lượng tái tạo vốn biến động theo thời tiết để tận dụng tốt hơn những nguồn hiện hữu.
Chia sẻ vấn đề này, ông Nguyễn Anh Tuấn, nguyên Phó viện trưởng Viện Năng lượng Việt Nam cho hay, ở khu vực miền Nam, nơi không có nhiều nhà máy thuỷ điện có thể tham gia điều tần cho hệ thống điện tới từng phút và đã có một số hạ tầng kho cảng LNG như Hải Linh, Thị Vải thì có thể tính toán, xem xét đặt các nguồn hỗ trợ nhanh này. Nguyên nhân là Nam Trung bộ và Nam bộ có khá nhiều điện mặt trời, điện gió và động cơ đốt trong ICE chính là để ứng phó với việc “tắt nắng, gió ngừng thổi”, gây biến động điện áp khi có hàng nghìn MW loại hình này trong hệ thống điện.
Điều này cũng đã được minh chứng tại bang Nam Úc - nơi đang đi tiên phong trong lĩnh vực năng lượng tái tạo với tỷ trọng trong hệ thống điện lên tới 59% trong năm 2020.
Để nâng cao độ tin cậy cho cơ cấu nguồn điện của mình, AGL Energy Limited, một trong những công ty năng lượng tích hợp hàng đầu của Úc, đã tìm đến giải pháp động cơ ICE của Wärtsilä.
Các tổ máy ICE này được lắp đặt tại Nhà máy điện Barker Inlet (BIPS) với tổng công suất 211 MW có thể đạt công suất tối đa chỉ trong vài phút.
Nhà máy điện ICE cũng tiết kiệm nhiên liệu tới 28% so với nhà máy tuabin cũ tại đây và giảm 35-50% lượng khí thải nhà kính. Động cơ ICE ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh và có thể phát toàn bộ công suất ngay cả ở nhiệt độ 40 độ C. Mức tiêu thụ nước không đáng kể của động cơ này và áp suất nhiên liệu khí thấp giúp tiết kiệm chi phí vận hành.
Các chuyên gia cho rằng, lợi ích của các nhà máy ICE là điều dễ thấy, tuy nhiên cần thiết phân biệt rõ ràng vai trò của nguồn ICE với các nguồn linh hoạt khác như pin tích năng và thủy điện tích năng trong cơ cấu nguồn điện từ năm 2021 tới năm 2045. Bên cạnh đó, cần có những cơ chế khuyến khích đầu tư các nguồn linh hoạt này như giá công suất dự phòng và thị trường dịch vụ phụ trợ bởi đây cũng chính là chìa khóa hóa để đảm bảo hệ thống điện được vận hành ổn định với tỷ trọng năng lượng tái tạo cao.
Sự linh hoạt của hệ thống điện có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm pin tích trữ năng lượng (Battery Energy Storage System - BESS), điều chỉnh phụ tải (Demand Response – DR), liên kết hệ thống điện (Interconnection) và tổ máy phát điện linh hoạt (Internal Combustion Engine – ICE).
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 và dài hạn của hệ thống điện Việt Nam.
