Ổn định nhanh hệ thống

Tháng 7/2022 với những đợt nắng nóng cực đoan kéo dài khiến cho hệ thống điện ở miền Bắc vốn ở trong tình trạng không có nguồn dự phòng được thử thách tính an toàn, ổn định.

Vào ngày 4/7, thời tiết nắng nóng, tiêu thụ điện tăng cao, một số tổ máy phát điện đã bị sự cố, đã gây dao động điện áp, sau đó gây gián đoạn trong việc cung cấp điện cho một số khách hàng lớn ở phía Bắc.

Tiếp đó, ngày 18/7, tiêu thụ điện của riêng khu vực miền Bắc tiếp tục lập đỉnh với mức 22.800 MW, tăng trưởng tới gần 2.000 MW so với năm 2021. Cùng thời điểm đó, một số nguồn phát điện tại đây như Cẩm Phả, Thăng Long, Quảng Ninh, Ninh Bình, Mông Dương 2 lại bị sự cố, với tổng công suất không phát điện được tương ứng khoảng 1.555 MW. Rất may mắn, hệ thống đã không gặp tình trạng như ngày 4/7. Dẫu vậy Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cũng phải liên tục phát cảnh báo, đề nghị khách hàng tiết kiệm điện nhất có thể để tránh bị tiết giảm nhiều khi tất cả cùng nóng.

Nhưng may mắn vậy không dễ lặp lại khi mà tăng trưởng tiêu thụ điện ở miền Bắc - bất chấp đại dịch xảy ra, vẫn ở mức cao, trong khi nguồn cung lại heo hắt.

Cụ thể, năm 2019, phụ tải đỉnh (Pmax) ở miền Bắc chỉ là 16.115 MW, thì năm 2020 đạt 16.990 MW, năm 2021 đạt 20.900 MW và năm 2022 đã lập đỉnh mới với 22.800 MW.

Kỳ vọng về bổ sung nguồn từ miền Nam vốn đang thừa lại bị giới hạn bởi đường truyền tải điện ra Bắc mà không thể khắc phục trong vài năm trước mắt càng khiến việc cấp điện ổn định, an toàn trở nên thách thức ở miền Bắc.

Bên cạnh đó, rất nhiều nguồn điện lớn dù đã được lên kế hoạch đầu tư nhưng đang khó khăn trong triển khai do khó đàm phán được Hợp đồng mua bán điện theo mong muốn của nhà đầu tư dẫn tới khó huy động vốn và tiến hành khởi công công trình. Cạnh đó có những nhà đầu tư không muốn tham gia thị trường điện cạnh tranh vì lo không ổn định dòng tiền thu về từ bán điện. Điều này càng khiến cho nguồn cung điện ở miền Bắc nói riêng và cả nước nói chung càng có nhiều thách thức.

Đối mặt với các thách thức về thiếu nguồn cung này, EVN cũng đề xuất sớm có cơ chế phát triển nhanh các nguồn năng lượng tái tạo ở miền Bắc.

Tổ máy điện khí do Wartsila xây dựng hỗ trợ điện gió tại Argentina

Điều này không chỉ giúp giảm phát thải carbon của ngành năng lượng, hỗ trợ lớn để đạt được các mục tiêu như phát thải ròng/trung hòa carbon mà các dự án năng lượng tái tạo - nhất là điện mặt trời, cũng đang có giá bán điện rẻ hơn nhiều so với giá nhiệt điện than nhập khẩu, vốn đang phải chịu áp lực từ chi phí than đầu vào cao gấp 3 lần so với năm 2021 từ tác động của xung đột Nga - Ucraina.

Tuy nhiên, phát triển năng lượng tái tạo, mà cụ thể là điện mặt trời các loại ở miền Bắc không thuận lợi như miền Trung và miền Nam, nơi có số giờ nắng cao và cường độ nắng ổn định.

Bởi vậy, việc quan tâm tới các nguồn khởi động nhanh, giúp ổn định hệ thống nhanh nhất khi thiếu nguồn cung cục bộ đã được lãnh đạo EVN tính tới thông qua việc tiếp xúc với các đối tác có ưu thế về phương diện này để có các nghiên cứu cụ thể trước khi chính thức báo cáo Bộ Công thương cùng các cơ quan quản lý nhà nước.

Trong các nguồn khởi động nhanh hiện nay có thể kể tới các nhà máy điện nổi hoặc nhà máy động cơ ICE. 

Với khả năng hoà lưới trong vòng chưa đầy 30 giây kể từ khi khởi động và có thể đạt đầy tải trong vòng chưa đầy 2 phút, nhà máy điện linh hoạt dùng động cơ ICE giúp đối phó được với những biến động bất ngờ do sự bất thường của thời tiết tới năng lượng tái tạo, tạo ổn định và cân bằng điện áp của hệ thống nhanh chóng.

Hiện hệ thống điện Việt Nam đang có tới 24,3% tổng công suất là nguồn năng lượng tái tạo từ gió và mặt trời, thậm chí có nhiều lúc được huy động lên tới 44% công suất tiêu thụ của các nguồn điện. Để tận dụng ngay được các dự án điện tái tạo đang có, nhanh chóng có thêm nguồn điện cho hệ thống với chi phí kinh tế hơn nhiệt điện than hiện nay thì việc có những nguồn khởi động nhanh, linh hoạt đang ngày càng trở nên cấp thiết.

Giải pháp để tăng điện sạch

Việt Nam đã cam kết đạt mục tiêu phát thải ròng bằng “0” (Net-zero) tại Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc (COP26). Để góp phần thực hiện cam kết này, Dự thảo Quy hoạch điện VIII tại tờ trình 2279/TTr-BCT (ngày 29/4/2022) đã có những điều chỉnh đáng kể.

Phương án kịch bản cao phục vụ điều hành cũng khuyến khích phát triển mạnh các nguồn năng lượng tái tạo với tỷ trọng năng lượng tái tạo trong tổng cung năng lượng sơ cấp đạt 18,2% năm 2030 và 30% năm 2045, đáp ứng chỉ tiêu đặt ra tại Nghị quyết số 55-NQ/TW.

Nhờ vậy phát thải khí CO2 đạt đỉnh 250 triệu tấn vào năm 2035 rồi giảm dần xuống 175 triệu tấn vào năm 2045 và ước đạt 42 triệu tấn vào năm 2050, đáp ứng được cam kết của Việt Nam tại COP26.

Cũng theo Dự thảo Quy hoạch, sẽ có 23.900 MW điện từ khí thiên nhiên hoá lỏng (LNG) nhập khẩu sử dụng công nghệ tuabin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) vào năm 2030 và 31.400 MW vào năm 2045. Các dự án điện khí chạy nền này có quy mô từ 1.500 MW đến 2.400 MW, dự kiến ​​sẽ tiêu thụ 14-18 tỷ mét khối khí LNG vào năm 2030 và 13-16 tỷ mét khối vào năm 2045.

Tuy nhiên chính Bộ Công thương đã chủ động lưu ý rằng, cả 16 dự án điện khí LNG có tổng công suất 23.900 MW được nêu ra trong dự thảo Quy hoạch Điện VIII đều có thách thức khó đàm phán PPA, khó thu xếp được vốn.

Trên bình diện quốc tế, cuộc khủng hoảng năng lượng hiện nay đã đem lại những thách thức trong việc cung cấp LNG, tạo áp lực lên cách thức vận hành cho các nguồn điện khí truyền thống - vốn đóng vai trò là nguồn điện chạy nền, mang lại tính ổn định cho hệ thống.

Đại dịch Covid-19 khiến cho người ta có cách nhìn khác vào tương lai về sự linh hoạt cần thiết của các hệ thống điện khi tỷ trọng các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng tăng cao. Trong các hệ thống như vậy, hiệu số công suất của nhà máy điện khí chạy nền rất có thể giảm và cách thức vận hành sẽ phải thay đổi.

Một số báo cáo gần đây của Bloomberg New Energy Outlook đã dự báo rằng, hệ số công suất của nguồn điện khí chạy nền sẽ giảm đáng kể và sẽ ở ngưỡng thấp trên toàn cầu. Cụ thể, hệ số công suất của nguồn điện khí chạy nền (CCGT) giảm từ mức trung bình 40% hiện nay xuống gần 25% vào năm 2030 và thậm chí giảm hơn nữa do vai trò của điện khí sẽ thay đổi sang mục đích để cân bằng các nguồn năng lượng tái tạo.

Tổ máy động cơ đốt trong (ICE) tại nhà máy điện do Wartsial xây dựng ở Amamapare, Indonesia. Dự án thuộc Công ty PT Freeport, công suất 128 MW

Hiện nhiều quốc gia đang cân nhắc ưu tiên sử dụng năng lượng tái tạo (mặt trời và gió) để đảm bảo an ninh năng lượng thay vì các nguồn nhiệt điện truyền thống, bởi loại năng lượng này được dự báo có chi phí thấp nhất vào năm 2030, không có bất kỳ rủi ro về mặt nhiên liệu, đồng thời giúp giảm phát thải carbon của ngành năng lượng.

Khi điều này được cân nhắc kỹ hơn và trở thành xu thế, chắc chắn sẽ có những thay đổi đáng kể về cách thức vận hành và khai thác các loại hình phát điện khác. Cụ thể, điện khí có thể thay đổi vai trò từ chạy nền/chạy lưng sang phủ đỉnh và cân bằng hệ thống.

Điều này đòi hỏi các công nghệ phát điện sử dụng khí tự nhiên sẽ cần phải linh hoạt trong quá trình khởi động, tăng tải và giảm tải, vận hành tải thấp, cũng như thời gian dừng và khởi động nhanh chóng.

Ở khía cạnh này, các nhà máy điện khí sử dụng động cơ đốt trong (ICE) có hiệu suất cao (lên đến 50%) và khả năng linh hoạt vượt trội (khởi động trong vòng 2 phút), trở thành một giải pháp rất phù hợp để cân bằng các nguồn năng lượng tái tạo. ​

Hiện, Dự thảo Quy hoạch điện VIII theo Tờ trình 2279/TTr-BCT ở kịch bản phụ tải cao phục vụ điều hành đã đưa kế hoạch có 120 MW nguồn hoạt chạy khí/hydrogen ở năm 2030, rồi tăng rất nhanh lên đạt 4.093 MW vào năm 2035 và lên 29.039 MW vào năm 2045. Điều này cho thấy đã có sự nhìn nhận đáng kể về vai trò quan trọng của các công nghệ có tính linh hoạt cao khi tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng cao.

Có kinh nghiệm trong việc xây dựng các nhà máy điện khí ICE với hơn 74.000 MW đã được lắp đặt tại 180 quốc gia trên thế giới, ông Phạm Minh Thành, Giám đốc quốc gia, đến từ tập đoàn Wärtsilä cho hay, các động cơ ICE của Wärtsilä hiện có thể chạy bằng khí tự nhiên, khí sinh học, mêtan tổng hợp hoặc hỗn hợp hydrogen/khí tự nhiên với tỉ lệ tới 25% hydrogen.

Tập đoàn đã hợp tác với một số nhà cung cấp giải pháp năng lượng và các nhà máy điện độc lập (IPP) trên thế giới như Capwatt (Bồ Đào Nha), Keppel Offshore & Marine (Singapore) trong việc thử nghiệm nhiên liệu hỗn hợp hydrogen và khí tự nhiên cho các nhà máy điện ICE ở các quốc gia này.

“Wärtsilä đang phát triển các dòng động cơ ICE mới để có thể sử dụng 100% nhiên liệu hydrogen với nước và không khí làm nguyên liệu đầu vào, giúp cho tập đoàn đạt mục tiêu trung hòa carbon của chính mình vào năm 2030”, đại diện này cho biết.

Hiện ngoài các dự án điện mặt trời, điện gió đã được hưởng giá FIT theo quy định, còn có 62 dự án điện gió và 5 dự án/phần dự án điện mặt trời đã đầu tư xong nhưng trượt giá FIT nên không được huy động. Ngoài ra còn có thêm một số dự án năng lượng tái tạo khác đã được cấp chứng nhận đầu tư, đang trong quá trình triển khai mà không dễ loại khỏi Quy hoạch để tránh khiếu kiện.

Như vậy, khi các dự án điện lớn và mới chưa nhìn thấy đâu xong trong vòng 5 năm tới, việc huy động các dự án năng lượng tái tạo sẵn có này để không lãng phí nguồn vốn đầu tư xã hội đã bỏ ra, đồng thời có thêm nguồn cung điện sạch, ít phát thải một cách nhanh chóng, lại duy trì được độ ổn định và tin cậy cũng như tối ưu hóa cho hệ thống là rất cần được xem xét thông qua bổ sung của các nguồn linh hoạt.

Một nhà máy điện động cơ linh hoạt có khả năng vận hành ở nhiều chế độ khác nhau như: Khởi động nhanh, tải nền, phủ đỉnh, tải thấp, dừng nhanh và thay đổi công suất phát tức thời theo yêu cầu của đơn vị điều hành hệ thống điện.
- Khởi động nhanh: Nhà máy điện động cơ linh hoạt có thể hòa lưới điện trong vòng chưa đến 30 giây tính từ thời gian khởi động và đạt đầy tải trong vòng chưa đến 2 phút. Chế độ vận hành này đặc biệt có lợi để bù đắp cho sự sụt giảm đột ngột của công suất gió hoặc mặt trời do biến đổi thời tiết.
- Tải nền: Nhà máy điện động cơ linh hoạt có khả năng cung cấp chế độ tải nền như các nhà máy nhiệt điện thông thường nhờ duy trì công suất phát ổn định với hiệu suất cao. Trong điều kiện tiêu chuẩn, động cơ đốt trong có thể đạt được hiệu suất vượt trên 50%.
- Phủ đỉnh: Một trong những ưu điểm lớn nhất của nhà máy điện động cơ linh hoạt là khả năng tăng và giảm công suất nhanh, góp phần theo sát diễn biến thay đổi phụ tải, đảm bảo cân bằng cung - cầu trong hệ thống điện tại mọi thời điểm. Một khi khởi động và vận hành trong nhiệt độ tiêu chuẩn, nhà máy điện động cơ linh hoạt có thể thay đổi mức mang tải từ 10% đến 100% (hoặc giảm) chỉ trong 42 giây. Mặt khác, nhà máy điện động cơ linh hoạt có khả năng duy trì hiệu suất ổn định ở các mức tải khác nhau bằng cách bật - tắt linh hoạt các mô đun động cơ.
- Tải thấp: Nhờ các đặc tính như: Thời gian dừng máy trong 1 phút, không có thời gian dừng máy tối thiểu, chi phí nhiên liệu bằng không, phát thải bằng không, nhà máy điện động cơ linh hoạt có thể hoạt động linh hoạt ở chế độ tải thấp. Với giải pháp đó, nhà máy có thể cung cấp công suất rất nhanh nếu được yêu cầu từ điều độ viên, đồng thời tiết kiệm chi phí khởi động. Với động cơ đốt trong ICE, chế độ “tải thấp” có thể coi gần như là “không tải”.
- Dừng máy nhanh: Trong một số trường hợp khi cần giảm công suất nguồn đột ngột, nhà máy điện động cơ linh hoạt có thể cung cấp khả năng dừng máy nhanh (trong khoảng 1 phút).