Thi công đường dây 500kV mạch 3. Ảnh: EVN.
Nhảy trên tần số vô hình
Vào bất kỳ thời điểm nào, lượng điện năng được rút ra khỏi lưới để thực hiện công việc phải được cân bằng với lượng điện được đưa vào.
Khi bạn bật máy giặt, thiết bị này sẽ quay vì nó được kết nối với một nguồn điện ở cách đó hàng chục, thậm chí hàng trăm kilomet thông qua lưới điện. Trong nhà máy điện này, hơi nước dẫn động một tuabin khổng lồ để quay với tốc độ 50 vòng một giây, tạo thành dòng điện với tần số ổn định 50Hz. Toàn bộ dòng điện được gửi đi thông qua một mạng lưới phức tạp và chằng chịt các đường dây cao thế, trung thế, hạ thể và các trạm biến áp để tới tất cả mọi ngóc ngách trên đất nước, giúp bật tắt các thiết bị điện.
Mỗi khi một chiếc máy giặt được bật lên nghĩa là chúng ta đã tăng một chút nhu cầu điện vào lưới, và nhà máy điện kết nối với lưới sẽ cần thêm một chút nhiên liệu để giữ cho tuabin của nó không bị chậm lại. Dĩ nhiên, một máy giặt không tạo ra nhiều khác biệt. Nhưng nếu toàn bộ thành phố cùng thức dậy, bật đèn, bật bếp, chuẩn bị bữa sáng và giặt đồ, có nghĩa là toàn bộ các nhà máy điện cũng phải bật để đáp ứng nhu cầu.
Khi nhu cầu sử dụng điện thay đổi, nhà điều hành lưới điện phải tìm cách duy trì nhịp điệu 50Hz (± 0,2Hz) đó. Giống như những nhà chỉ huy trưởng tài ba, họ phải giữ cho “bản nhạc” của mình không bị lộn xộn: tăng chỗ này, giảm chỗ kia, và nếu có một nguồn điện bị sụt xuống bất ngờ, họ phải lập tức huy động các nguồn khác bổ sung vào. Bất kỳ một sự chênh lệch tần số nào trong vòng quá vài chục giây cũng gây nguy hiểm cho toàn bộ hệ thống. Kịch bản cực đoan nhất của hiện tượng này là sự cố rã lưới, khi các nhà điều hành lưới điện buộc phải ngắt kết nối toàn bộ khu vực để giữ cho phần còn lại của lưới hoạt động.
Nhìn chung, các nguồn điện truyền thống như thủy điện và nhiệt điện rất dễ duy trì tần số 50Hz. Tuy nhiên, các hình thức sản xuất điện mới hơn như tuabin gió và tấm pin mặt trời lại khó làm điều này vì sản lượng của chúng không thể tăng lên khi cần và điện mà chúng tạo ra cũng không đi kèm với nhịp điệu 50Hz.
Do vậy, khi đưa thêm các nguồn năng lượng tái tạo lên lưới, người ta không chỉ phải cân nhắc đến những lợi ích kinh tế, môi trường, mà còn phải xem xét những thách thức của việc điều hành và mở rộng lưới.
Sự phức tạp của lưới điện mới
Lưới điện là xương sống của quá trình chuyển đổi năng lượng. Hiện tại, 46% năng lượng được cung cấp dưới dạng điện của Việt Nam đến từ nhiệt điện, 30% đến từ thủy điện; và chỉ 14% là từ năng lượng tái tạo [1]. Nhưng trong 5 năm tiếp theo, con số này sẽ thay đổi đáng kể. Theo Quy hoạch điện 8, tỷ trọng của nhiệt điện than sẽ dần được giảm bớt, trong khi tỷ trọng của năng lượng tái tạo sẽ được nâng lên trong cơ cấu nguồn điện và sản lượng điện, dự kiến đạt 30-40% vào năm 2030. [2]
Nguồn điện thay đổi đồng nghĩa với việc có rất nhiều kết nối mới. Bởi các tuabin gió và tấm pin mặt trời thường được đặt ở nhiều địa điểm khác nhau, không tập trung như các nhà máy nhiệt điện nên để đưa điện từ các địa điểm này về lưới điện chung, người ta phải xây dựng một hệ thống kết nối hoàn toàn mới và phức tạp hơn rất nhiều so với hệ thống hiện tại. Vấn đề càng trở nên rắc rối vì các nguồn năng lượng tái tạo thường tạo ra ít điện hơn so với tuabin hơi nước, dẫn đến việc cần nhiều kết nối hơn cho mỗi đơn vị công suất.
Ngoài việc bổ sung rất nhiều kết nối mới, lưới điện cũng phải thay đổi hình dạng. Những nơi phù hợp nhất để sản xuất năng lượng tái tạo là Trung Bộ, Tây Nam Bộ và Tây Nguyên; trong khi nơi tiêu thụ năng lượng nhiều nhất lại là Bắc Bộ và Đông Nam Bộ. Vì vậy, cần có các đường dây truyền tải mới để kết nối các khu vực cung-cầu. Và vì lưới điện không đơn thuần chỉ là một tập hợp các đường dây và trạm biến áp mà có sự liên kết chặt chẽ với nhau, mỗi phần tử đều tác động đến các phần tử khác, nên sự thay đổi ở một điểm trong lưới điện có thể gây ra những ảnh hưởng không mong muốn ở những điểm khác.
Chẳng hạn, khi kết nối thêm nhiều nguồn điện mới vào một khu vực sẽ khiến cho phần lưới điện đó trở nên quá tải, giống như việc thêm quá nhiều xe vào một con đường nhỏ làm giao thông bị ùn tắc. Lưới điện bị quá tải có thể dẫn đến tình trạng điện áp không ổn định, thậm chí gây ra cháy nổ và lan ra thành mất điện cục bộ hoặc mất điện rộng rãi. Để đảm bảo lưới điện hoạt động ổn định và không bị quá tải, các kỹ sư buộc phải thực hiện những thay đổi ở những phần khác nhau của lưới điện - ví dụ như xây thêm một đường dây truyền tải song song mới hoặc một trạm biến áp để phân chia dòng điện. Điều này đòi hỏi chi phí.
Ảnh: EVN.
Vì năng lượng tái tạo không liên tục nên sẽ có những khoảng thời gian mà sản lượng điện từ các nguồn như gió và mặt trời không đủ đáp ứng nhu cầu tiêu thụ. Các nhà nghiên cứu của Đan Mạch và Việt Nam đã mô tả kịch bản điển hình vào một ngày cụ thể trong năm 2050, khi nhu cầu điện được dự báo sẽ đạt đỉnh 64GW vào lúc 8 giờ sáng, trong khi nhu cầu điện còn lại (tức phần mà điện gió và điện mặt trời không thể đáp ứng được) thấp nhất trong cùng ngày giảm xuống 21GW vào lúc 11 giờ trưa, khi mặt trời lên tới đỉnh. [3a]
Nhìn chung, các lưới điện có tỷ trọng năng lượng tái tạo cao như Việt Nam sẽ cần phải kết nối với nhiều hệ thống lưu trữ năng lượng mới. Một số sẽ được đặt cạnh các nguồn năng lượng tái tạo, một số sẽ không, khiến toàn bộ hệ thống trở nên phức tạp hơn.
Một cách để giảm bớt thách thức về lưu trữ là các nhà điều hành lưới điện phải có những biện pháp về quản lý nhu cầu (demand-management), thông qua đó giảm nhu cầu sử dụng điện trên những quy mô thời gian khác nhau. Tuy nhiên, việc quản lý phía cầu như vậy đòi hỏi phải dùng đến các mô hình lưới điện thông minh áp dụng công nghệ số, cho phép truyền tải thông tin hai chiều. Đây sẽ là thách thức không chỉ về mặt công nghệ mà còn cả thị trường.
Chẳng hạn, người ta phải tạo ra các thị trường khuyến khích người tiêu dùng sử dụng điện vào ban đêm với giá rẻ hơn khi nhu cầu sử dụng điện thấp và nguồn cung dồi dào; hoặc cho phép các nhà máy và doanh nghiệp điều chỉnh sản xuất để giảm tiêu thụ điện và nhận đền bù trong những thời điểm cao điểm. Tất cả quá trình này đều cần đến các thiết bị thông minh có khả năng tự động điều chỉnh mức tiêu thụ điện dựa trên tín hiệu từ lưới.
Chênh lệch về "miếng bánh" đầu tư
Mặc dù năng lượng tái tạo đã bùng nổ tại Việt Nam trong giai đoạn 2019-2020 nhưng việc mở rộng lưới điện lại không theo kịp. Lý do là các dự án điện mặt trời có thời gian xây dựng nhanh, khoảng 3-6 tháng, trong khi việc đầu tư vào lưới điện truyền tải mất nhiều thời gian hơn, từ 2-3 năm cho lưới điện 220kV và 5-6 năm cho lưới điện 500kV.
Việc bổ sung quá nhiều năng lượng tái tạo vào hệ thống trong một thời gian ngắn đã tạo ra những bất ổn, khiến các nhà điều hành lưới điện buộc phải cắt giảm công suất phát điện từ các nguồn tái tạo để “giữ cho tần số hệ thống điện trong giới hạn kỹ thuật cho phép, tránh sụp đổ hệ thống điện quốc gia”. Hệ quả là đã có những khung giờ, các dự án điện gió và điện mặt trời bị cắt giảm đến 30 - 50 - 60%, thậm chí 100% công suất, khiến các chủ đầu tư tư nhân bị thiệt hại nặng nề. Không đảm bảo được kết nối với lưới điện, nhiều dự án năng lượng sạch đang phải đối mặt với nguy cơ bị bỏ rơi.
Quá trình chuyển đổi năng lượng đòi hỏi đầu tư rất lớn vào hệ thống lưới điện và cần phải bắt tay thực hiện từ ngay bây giờ. Các công nghệ để đáp ứng những thách thức này phần lớn đã có sẵn, nhưng lĩnh vực này đòi hỏi một khoản đầu tư rất lớn. Việt Nam dự kiến chi khoảng 15 tỷ USD để mở rộng lưới truyền tải từ nay đến năm 2030 [2].
Tuy nhiên, các nhà tư vấn Đan Mạch làm việc cùng với Cục Điện lực và Năng lượng tái tạo Việt Nam tính toán rằng con số có thể cao hơn khoảng 1,4 lần vào năm 2030 nếu Việt Nam theo đuổi kịch bản phát thải ròng bằng không (Net Zero). Trong bối cảnh này, hệ thống truyền tải điện phải mở rộng gấp hai lần so với hiện nay [3b].
Ảnh: EVN.
Nhưng liệu chúng ta có kịp tiến độ thời gian cho mục tiêu đó? Để so sánh, Việt Nam cần xây mới 12.300km đường dây 500kV, chưa kể đến việc xây mới các trạm biến áp và tu sửa các đường dây sẵn có [2]. Con số này gấp 24 lần đường dây 500kV mạch 3 đoạn Quảng Trạch-Phố Nối vừa hoàn thành và được ca tụng là một kỷ lục với "thời gian thi công thần tốc" trong vòng 7 tháng.
Để đạt được kết quả đặc biệt này, cả một hệ thống chính trị từ Thủ tướng đến cấp chính quyền địa phương đã phải theo sát gắt gao và gỡ rối các vướng mắc pháp lý ngay khi phát sinh. Nếu cùng tiến độ, để đạt được mục tiêu đề ra trong năm 2030 thì mỗi năm Việt Nam phải xây dựng được 4 đoạn dây truyền tải điện như vậy.
Việc này chỉ có thể thành hiện thực khi chính phủ và các cơ quan quản lý thực hiện một cuộc cải cách sâu rộng trong cách tiếp cận các dự án lưới điện, đặc biệt là cắt giảm thủ tục hành chính và đẩy nhanh quá trình cấp phép để mở rộng và củng cố lưới điện. Thậm chí, họ phải nghĩ đến các biện pháp khuyến khích tư nhân tham gia.
Năm ngoái, chuyên gia năng lượng độc lập Đào Nhật Đình than thở trên tờ VNExpress rằng mặc dù chúng ta cứ nói EVN độc quyền truyền tải điện, nhưng thực tế, các nhà đầu tư tư nhân đang không mặn mà với lĩnh vực này. Luật Điện lực sửa đổi năm 2022 đã mở đường cho khả năng tư nhân đầu tư vào lưới truyền tải, nhưng với “giá” truyền tải thấp như hiện nay - ở ngưỡng 80 đồng/kWh - thì cả đơn vị dùng vốn Nhà nước lẫn tư nhân đều thực sự không có động lực. Giá truyền tải do Nhà nước quy định và việc điều chỉnh phụ thuộc giá bán lẻ cuối cùng, tức giá bán lẻ tăng thì mới trở lại tính giá truyền tải. Do vậy, ông Đào Nhật Đình đề xuất một chính sách “giá” bán lẻ tách bạch hơn với ba phần riêng rẽ là truyền tải, nhu cầu và công suất [4].
Hơn nữa, Việt Nam vẫn thiếu các hướng dẫn cụ thể và những cơ chế chuyển giao hệ thống truyền tải tư nhân đầu tư cho Nhà nước quản lý, nên ở thời điểm hiện tại, chưa có doanh nghiệp tư nhân nào tham gia vào cuộc xây lưới điện.
____________________
Tài liệu tham khảo
[1] Dựa trên dữ liệu về sản lượng điện sản xuất và nhập khẩu trên toàn hệ thống năm 2023 (triệu kWh), lấy từ Thông cáo báo chí của EVN ngày 31/12/2023.
[2] Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050 (Quy hoạch điện 8), phê duyệt ngày 15/5/2023.
[3a] Báo cáo triển vọng năng lượng Việt Nam: Đường đến phát thải ròng bằng không (EOR24), Cục Điện lực và Năng lượng tái tạo (Việt Nam) và Cục Năng lượng (Đan Mạch), 6/2024.
[3b] Mô hình hóa lưới điện trong Kịch bản phát thải ròng bằng không - cơ sở cho báo cáo EOR24, Cục Điện lực và Năng lượng tái tạo (Việt Nam) và Cục Năng lượng (Đan Mạch), công bố tháng 6/2024.
[4] ‘Cao tốc’ 500 kV quá tải, báo VNExpress, xuất bản ngày 8/9/2023.
Đăng số 1317 (số 45/2024) KH&PT