Marketing Demand
Summary
Trong bối cảnh ngày càng gia tăng sự quan tâm đến năng lượng tái tạo， bài viết này khám phá những thách thức thực tế liên quan đến chi phí lưu trữ dài hạn và độ tin cậy của lưới điện． Tôi cảm thấy rằng việc hiểu rõ những vấn đề này rất quan trọng cho tương lai bền vững mà chúng ta đang hướng tới． Key Points:
- Công nghệ lưu trữ năng lượng tiên tiến như pin trạng thái rắn và hydro xanh đang giúp giảm chi phí lưu trữ dài hạn và tăng cường độ tin cậy của lưới điện.
- AI và máy học trong quản lý lưới điện thông minh giúp dự báo chính xác sản lượng năng lượng tái tạo, tối ưu hóa phân bổ nguồn lực và nâng cao tính ổn định của lưới điện.
- Tích hợp nhiều nguồn năng lượng tái tạo phân tán có thể cải thiện khả năng phục hồi của lưới điện, đồng thời phát triển thị trường năng lượng ảo để điều chỉnh sản lượng theo nhu cầu.
Tính không đáng tin cậy của năng lượng tái tạo
Tôi và đồng tác giả của mình thường bàn luận về sự không ổn định của các nhà máy điện gió và năng lượng mặt trời, cũng như những chi phí mà chúng gây ra cho lưới điện. Sự không đáng tin cậy này yêu cầu các nhà máy điện gió và năng lượng mặt trời (gọi chung là Năng lượng Tái tạo Biến đổi - VRE) phải được hỗ trợ hoàn toàn bởi các nhà máy điện truyền thống. Điều này đặc biệt đúng đối với những chi phí do tính mùa vụ gây ra; tức là những thời điểm khi gió không thổi suốt nhiều ngày hoặc mặt trời không chiếu sáng trong nhiều tuần. Nhiều người thường nói một cách mơ hồ rằng chi phí lưu trữ dài hạn sẽ giảm 'trong tương lai nào đó' và giải quyết những vấn đề này. Tuy nhiên, điều đó có thể chỉ là hy vọng viển vông. Để làm rõ hơn vấn đề này, chúng ta cần xem xét kỹ lưỡng cơ chế hoạt động của hệ thống lưu trữ năng lượng, chẳng hạn như pin lithium-ion hay công nghệ bơm thủy điện. Việc chú ý đến nguyên liệu chế tạo pin, ảnh hưởng của chu kỳ sạc/xả lên tuổi thọ và hiệu suất của nó cũng rất quan trọng. Hơn nữa, việc phân tích sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết cùng khả năng dự đoán sản xuất năng lượng sẽ giúp làm nổi bật hơn nữa độ tin cậy của lưới điện khi sử dụng nguồn năng lượng tái tạo.
Ba loại tính không đáng tin cậy trong năng lượng gió và mặt trời
Để phân loại sự không ổn định của các nhà máy năng lượng gió và mặt trời, chúng ta có thể chia thành ba loại. Loại đầu tiên là ngắn hạn rất ngắn. Đầu ra của các tấm pin mặt trời có thể giảm mạnh chỉ vì một đám mây đi qua. Tương tự, sản lượng điện từ các tuabin gió cũng có thể giảm đột ngột khi gió ngừng thổi. Sự gián đoạn này có thể gây ra những chi phí đáng kể cho độ tin cậy của lưới điện. Tuy nhiên, khối lượng lưu trữ cần thiết để ứng phó với kiểu gián đoạn này lại khá thấp, chỉ vào khoảng vài giây đến vài phút mà thôi.
Extended Perspectives Comparison:
| Loại Lưu Trữ | Sử Dụng (MWh) | Chi Phí Mỗi Đơn Vị (C) | Tổng Chi Phí |
|---|---|---|---|
| Lưu Trữ Ngắn Hạn | 29.200 | C/21.900 | C * 29.200 / 21.900 |
| Lưu Trữ Trung Hạn | 12.000 | 4C/29.200 | 4C * 12.000 / 29.200 |
| Lưu Trữ Dài Hạn | 12.000 | 120C/12.000 | 120C * 12.000 / 12.000 |
| So Sánh Chi Phí (Dài hạn vs Ngắn hạn) | ~250 lần cao hơn |
)
Thách thức từ Đường Cong vịt và nhu cầu lưu trữ trung bình
Loại không tin cậy thứ hai đến từ cái gọi là Đường Cong Vịt. Trong nhiều hệ thống lưới điện, nhu cầu tiêu thụ đạt đỉnh vào buổi tối khi mặt trời đã tắt nắng. Thực tế, đỉnh điểm xảy ra chính vì mặt trời không còn chiếu sáng và mọi người trở về nhà, bật đèn và thiết bị làm mát. Điều này có nghĩa là nhu cầu cao nhất diễn ra ngay lúc mà các tấm pin năng lượng mặt trời ngừng sản xuất điện. Điều này đặt áp lực lên các nhà máy điện truyền thống phải gia tăng sản xuất rất nhanh chóng. Khi tỷ lệ công suất từ năng lượng mặt trời tăng lên trong một lưới điện, yêu cầu về tốc độ tăng công suất trở nên dốc hơn từng ngày, đặc biệt là đối với các nhà máy than không thể đáp ứng kịp thời. Giải pháp lưu trữ có thể giúp giải quyết vấn đề này; tuy nhiên, dung tích lưu trữ cần phải đủ lớn để cung cấp năng lượng cho vài giờ liền. Đây đang là một thách thức lớn tại Ấn Độ hiện nay. Cơ quan Điện lực Trung ương đang 'khẩn cấp' yêu cầu các nhà máy điện mặt trời triển khai các giải pháp lưu trữ. Lần tới khi ai đó nói với bạn rằng tấm pin năng lượng mặt trời ngày càng rẻ hơn, hãy nhắc họ thêm vào chi phí của ít nhất vài giờ lưu trữ trong tính toán của mình nhé.
Cần bao nhiêu dung lượng lưu trữ cho các khoảng thời gian dài?
Một vài giờ lưu trữ thường đắt đỏ hơn so với việc lưu trữ trong vài phút, nhưng chi phí cho cả hai vẫn không thấm vào đâu so với khoản chi cần thiết để xử lý tính mùa vụ. Hãy cùng xem xét một ví dụ rất đơn giản để hiểu rõ điều này. Giả sử rằng bạn có một lưới điện với nhu cầu ổn định là 100 MW. Nguồn cung của lưới này đến từ 80 MW công suất nhiệt và 25 MW từ năng lượng gió. Dựa trên độ tin cậy khác nhau, chúng ta sẽ tính toán dung lượng lưu trữ cần thiết như sau: Để dự phòng cho một khoảng thời gian không có gió kéo dài một giờ, bạn sẽ cần dung lượng lưu trữ là 20 x 1 = 20 MWh. Đối với bốn giờ không có gió, dung lượng yêu cầu sẽ là 20 x 4 = 80 MWh. Còn nếu phải dự phòng cho năm ngày không có gió thì bạn sẽ cần tới dung lượng lưu trữ lên tới 20 x 24 x 5 = 2,400 MWh.
)
Tác động của thời tiết đến sản xuất năng lượng tái tạo
Thực tế là, không có gió trong một khoảng thời gian dài 5 ngày trên các lưới điện thực sự không phải là điều hiếm gặp. Ví dụ, ở Đức, sản lượng từ công suất gió 70 GW có thể giảm xuống chỉ còn 0.2 GW trong những ngày được gọi là Dunkelflaute và có thể kéo dài nhiều ngày liên tiếp. Ngay cả ở Ấn Độ, sự biến động của năng lượng gió cũng khá lớn. Như bạn có thể thấy, sản lượng giữa các ngày từ 10 đến 16 tháng Năm chỉ đạt khoảng một phần sáu so với mức cao nhất! Điều này cần nhớ rằng đó là sản lượng tổng hợp. Tại những vùng cụ thể và nhà máy cụ thể, sự biến động sẽ còn lớn hơn nữa. Sự biến đổi ở các nhà máy năng lượng mặt trời thậm chí có thể còn tồi tệ hơn. Trong bốn tháng mùa mưa của Ấn Độ, chẳng hạn như tại Mumbai quê tôi, đôi khi người ta không thấy ánh nắng suốt tận 15 ngày liên tiếp trong những tháng này. Một số nơi khác ở Ấn Độ thì không mưa nhiều nhưng việc trải qua năm ngày u ám liên tiếp cũng không phải là điều bất thường. Sau mùa mưa lại đến mùa đông mà thường thì thời gian chiếu sáng sẽ ít hơn đáng kể.
Nếu cộng thêm ảnh hưởng của bụi trong khí quyển thì khả năng phát điện từ các nhà máy năng lượng mặt trời càng giảm sút hơn nữa. Như ví dụ đã cho thấy, dung lượng lưu trữ cần thiết để bù đắp cho những khoảng thời gian dài sẽ tăng lên rất nhanh chóng—tăng tới mức gấp 120 lần từ 20 MWh lên tới 2400 MWh! Tuy nhiên vấn đề chính của lưu trữ lâu dài nằm ở chỗ nó _**sẽ được sử dụng rất ít**_. Điều này trở nên rõ ràng khi bạn nhìn vào chi phí theo đơn vị sản phẩm. Giả sử rằng chi phí lưu trữ trong một giờ là Rs.C/năm; đối với bốn giờ là Rs.C *4/năm và năm ngày là Rs.C *120/năm. Cần lưu ý rằng đây chủ yếu sẽ bao gồm chi phí vốn như trả nợ vì hầu hết các lựa chọn lưu trữ đều rất tốn kém về vốn đầu tư ban đầu.
Lưu trữ ngắn hạn có thể được sử dụng nhiều lần mỗi ngày; nếu nó được dùng ba lần mỗi ngày thì tổng số đơn vị đã được lưu trữ và phát ra trong một ngày sẽ đạt tới 60 MWh (3 x 20 MWh). Trong suốt cả năm, con số này sẽ đạt đến khoảng 21,900 MWh (60 x 365).
Nếu cộng thêm ảnh hưởng của bụi trong khí quyển thì khả năng phát điện từ các nhà máy năng lượng mặt trời càng giảm sút hơn nữa. Như ví dụ đã cho thấy, dung lượng lưu trữ cần thiết để bù đắp cho những khoảng thời gian dài sẽ tăng lên rất nhanh chóng—tăng tới mức gấp 120 lần từ 20 MWh lên tới 2400 MWh! Tuy nhiên vấn đề chính của lưu trữ lâu dài nằm ở chỗ nó _**sẽ được sử dụng rất ít**_. Điều này trở nên rõ ràng khi bạn nhìn vào chi phí theo đơn vị sản phẩm. Giả sử rằng chi phí lưu trữ trong một giờ là Rs.C/năm; đối với bốn giờ là Rs.C *4/năm và năm ngày là Rs.C *120/năm. Cần lưu ý rằng đây chủ yếu sẽ bao gồm chi phí vốn như trả nợ vì hầu hết các lựa chọn lưu trữ đều rất tốn kém về vốn đầu tư ban đầu.
Lưu trữ ngắn hạn có thể được sử dụng nhiều lần mỗi ngày; nếu nó được dùng ba lần mỗi ngày thì tổng số đơn vị đã được lưu trữ và phát ra trong một ngày sẽ đạt tới 60 MWh (3 x 20 MWh). Trong suốt cả năm, con số này sẽ đạt đến khoảng 21,900 MWh (60 x 365).
Chi phí cao của lưu trữ dài hạn so với ngắn hạn
Lưu trữ trung hạn sẽ được sử dụng một lần mỗi ngày. Vì vậy, trong một năm, nó sẽ có tổng cộng 80 x 365 = 29.200 MWh. Về phần lưu trữ dài hạn, chúng ta không rõ nó sẽ được sử dụng bao nhiêu lần. Giả định rằng nó chỉ được sử dụng 5 lần thì tổng số năng lượng sẽ là 2.400 x 5 = 12.000 MWh. Như vậy, khả năng lưu trữ dài hạn không chỉ tốn kém hơn nhiều so với lưu trữ ngắn và trung hạn mà còn được sử dụng ít hơn.
Chi phí cho mỗi đơn vị lưu trữ ngắn hạn là C/21.900. Chi phí cho mỗi đơn vị của lưu trữ trung hạn là 4C/29.200, trong khi chi phí cho lưu trữ dài hạn lên tới 120C/12.000 - điều này thật sự cao gấp khoảng 250 lần so với chi phí của lưu trữ ngắn hạn!
Nói một cách khác, việc đầu tư vào các tài sản như hệ thống lưu trữ này rất tốn kém về vốn ban đầu và chủ yếu do chi phí tài chính gây ra. Để cải thiện tình hình này và giảm thiểu chi phí cho lưu trữ dài hạn trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, có thể tập trung vào một số yếu tố quan trọng như công nghệ pin mới hoặc tối ưu hóa quy trình sản xuất vật liệu chế tạo thiết bị để tăng hiệu suất đồng thời giảm chi phí chung của hệ thống lưu trữ này."
Chi phí cho mỗi đơn vị lưu trữ ngắn hạn là C/21.900. Chi phí cho mỗi đơn vị của lưu trữ trung hạn là 4C/29.200, trong khi chi phí cho lưu trữ dài hạn lên tới 120C/12.000 - điều này thật sự cao gấp khoảng 250 lần so với chi phí của lưu trữ ngắn hạn!
Nói một cách khác, việc đầu tư vào các tài sản như hệ thống lưu trữ này rất tốn kém về vốn ban đầu và chủ yếu do chi phí tài chính gây ra. Để cải thiện tình hình này và giảm thiểu chi phí cho lưu trữ dài hạn trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, có thể tập trung vào một số yếu tố quan trọng như công nghệ pin mới hoặc tối ưu hóa quy trình sản xuất vật liệu chế tạo thiết bị để tăng hiệu suất đồng thời giảm chi phí chung của hệ thống lưu trữ này."
)
Khó khăn trong việc sử dụng hiệu quả tài sản lưu trữ dài hạn
Chi phí tài chính cho mỗi đơn vị sử dụng rất nhạy cảm với tần suất sử dụng tài sản. Khi một tài sản ít được sử dụng, chi phí trên mỗi đơn vị sẽ cao hơn đáng kể. Ví dụ đơn giản là một sân bay trị giá 1.000 Crore được tài trợ bằng các khoản thu từ hành khách. Nếu có 10.000 người sử dụng sân bay mỗi ngày, thì mức phí mà mỗi hành khách phải trả sẽ thấp hơn nhiều so với trường hợp chỉ có 50.000 lượt người trong suốt cả năm do sân bay chỉ hoạt động trong 5 ngày mỗi năm.
Điều cần lưu ý là thách thức đối với việc lưu trữ điện không liên quan đến công nghệ. Khi mọi người nói rằng "khi nào lưu trữ dài hạn trở nên rẻ hơn", họ thường nghĩ tới giải pháp công nghệ một cách mơ hồ. Vấn đề không nằm ở khía cạnh kỹ thuật; nó xuất phát từ bản chất của năng lượng tái tạo biến thiên (VRE). Bởi vì VRE không thể dự đoán và cần phải có nguồn dự phòng, nếu nguồn dự phòng này chỉ được sử dụng vài ngày trong năm thì chi phí trên mỗi đơn vị sẽ cực kỳ cao và khó chấp nhận.
Điều cần lưu ý là thách thức đối với việc lưu trữ điện không liên quan đến công nghệ. Khi mọi người nói rằng "khi nào lưu trữ dài hạn trở nên rẻ hơn", họ thường nghĩ tới giải pháp công nghệ một cách mơ hồ. Vấn đề không nằm ở khía cạnh kỹ thuật; nó xuất phát từ bản chất của năng lượng tái tạo biến thiên (VRE). Bởi vì VRE không thể dự đoán và cần phải có nguồn dự phòng, nếu nguồn dự phòng này chỉ được sử dụng vài ngày trong năm thì chi phí trên mỗi đơn vị sẽ cực kỳ cao và khó chấp nhận.
Giải pháp nào có thể giảm thiểu chi phí lưu trữ?
Tôi biết rằng mình đã đưa ra nhiều giả định đơn giản hóa. Ví dụ, trong trường hợp của tôi, nhu cầu hàng ngày là cố định, trong khi thực tế trên lưới điện thì biến động suốt 24 giờ. Nhưng tôi không thấy lý do gì mà điều này lại quan trọng. Yêu cầu về lưu trữ theo mùa sẽ được xem là _thêm vào_ yêu cầu cho những dao động hàng ngày. Những người ủng hộ năng lượng tái tạo (VRE) có thể lập luận rằng một phần nào đó của nhu cầu có thể được khuyến khích chuyển dịch sang thời điểm mặt trời chiếu sáng và gió thổi mạnh. Tuy nhiên, theo trải nghiệm, chúng ta thấy rằng chỉ một lượng nhỏ nhu cầu có thể thay đổi, đặc biệt là qua các mùa khác nhau. Không phải lúc nào bạn cũng giảm bớt việc sạc xe ô tô trong những cơn mưa vì mặt trời đã bị che khuất bởi những đám mây suốt cả tuần đâu. Chắc chắn là có một số nhu cầu có thể chuyển dịch được; ví dụ như điện cho các máy bơm nông nghiệp có thể chỉ được cung cấp vào những ngày nắng đẹp. Tuy nhiên, vẫn còn giới hạn đối với mức độ mà tải trọng có thể được chuyển dịch.
)
Hạn chế trong khả năng chuyển dịch nhu cầu điện
Một giả định đơn giản hóa khác mà tôi đã đưa ra là chỉ có hai loại nguồn phát điện - nhiệt và năng lượng tái tạo biến đổi (VRE). Những người ủng hộ VRE thường lập luận rằng gió và mặt trời có thể không tương quan với nhau. Họ thường chỉ ra các mô phỏng cho thấy sự kết hợp của nhiều nguồn VRE khác nhau “có hiệu quả”. Câu hỏi đặt ra là liệu những người làm mô hình có sẵn lòng đảm bảo kết quả của họ không? Bởi vì lưới điện phải đảm bảo tính khả dụng rất cao. Trong bất kỳ xã hội phát triển nào, lưới điện cần phải cam kết một mức độ khả dụng cực kỳ cao.
Chúng ta có thể chỉ ra nhiều giả định đơn giản hóa khác. Tuy nhiên, điều đó sẽ bỏ lỡ điểm chính. Chi phí cho lưu trữ dài hạn cao hơn rất nhiều so với lưu trữ ngắn hạn (mà chi phí này cũng nên được cộng vào chi phí phát điện từ VRE). Nếu những giả định khác nhau làm giảm chênh lệch này từ 250 lần xuống còn 120 lần trong một mô hình, thì liệu điều đó có thực sự quan trọng?
Chúng ta có thể chỉ ra nhiều giả định đơn giản hóa khác. Tuy nhiên, điều đó sẽ bỏ lỡ điểm chính. Chi phí cho lưu trữ dài hạn cao hơn rất nhiều so với lưu trữ ngắn hạn (mà chi phí này cũng nên được cộng vào chi phí phát điện từ VRE). Nếu những giả định khác nhau làm giảm chênh lệch này từ 250 lần xuống còn 120 lần trong một mô hình, thì liệu điều đó có thực sự quan trọng?
Cần một cách tiếp cận thực tế hơn để giải quyết vấn đề năng lượng
Tải điện trong lưới điện có sự biến đổi. Sự thay đổi này không chỉ diễn ra trong ngày mà còn kéo dài qua các mùa trong năm. Các nhà cung cấp điện cần phải có khả năng đáp ứng với những biến động này một cách đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí. Ở Ấn Độ, gần hai phần ba lượng điện được cung cấp từ các nhà máy nhiệt điện than vì chúng vừa ổn định lại vừa rẻ tiền. Thực tế là, các nhà máy nhiệt điện đã luôn có khả năng lưu trữ năng lượng khá hiệu quả thông qua việc tích trữ than, và chỉ sản xuất điện khi lưới cần đến.
Mong muốn là điều hấp dẫn nhưng thường khiến người ta quên đi thực tế. Chúng ta có thể lấy cảm hứng từ những giấc mơ của con người về việc bay lượn, mà cuối cùng đã trở thành hiện thực nhờ vào sự nỗ lực không ngừng nghỉ của hai anh em Wright. Ngày nay, chúng ta xem việc bay là điều hiển nhiên. Tuy nhiên, mong muốn mà không dựa trên thực tế lại không mang lại nhiều giá trị.
Chắc chắn rằng ai cũng mong mỏi một nguồn năng lượng sạch sẽ, không gây ô nhiễm hay thải carbon ra môi trường, đồng thời lại rẻ và cung cấp điện một cách đáng tin cậy. Nhưng để đạt được điều đó, chúng ta cần làm nhiều hơn là chỉ ước ao. Và cho đến khi tìm ra những giải pháp thực sự khả thi, chúng ta vẫn phải chấp nhận sống với hiện trạng này.
Mong muốn là điều hấp dẫn nhưng thường khiến người ta quên đi thực tế. Chúng ta có thể lấy cảm hứng từ những giấc mơ của con người về việc bay lượn, mà cuối cùng đã trở thành hiện thực nhờ vào sự nỗ lực không ngừng nghỉ của hai anh em Wright. Ngày nay, chúng ta xem việc bay là điều hiển nhiên. Tuy nhiên, mong muốn mà không dựa trên thực tế lại không mang lại nhiều giá trị.
Chắc chắn rằng ai cũng mong mỏi một nguồn năng lượng sạch sẽ, không gây ô nhiễm hay thải carbon ra môi trường, đồng thời lại rẻ và cung cấp điện một cách đáng tin cậy. Nhưng để đạt được điều đó, chúng ta cần làm nhiều hơn là chỉ ước ao. Và cho đến khi tìm ra những giải pháp thực sự khả thi, chúng ta vẫn phải chấp nhận sống với hiện trạng này.
Reference Articles
Phát triển năng lượng tái tạo: Thách thức từ lưới điện
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 ...
Source: Bộ Khoa học và Công nghệNăng lượng tái tạo là gì? Ưu điểm, nhược điểm & tiềm năng
Nhiều số liệu cho thấy sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất điện mang lại hiệu quả cao hơn nhiều so với sử dụng năng lượng thông thường.
Source: Vũ Phong Energy GroupĐIỆN, NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO, LƯỚI ĐIỆN THẾ GIỚI ĐẾN ...
Chi phí cho lưới điện sẽ chiếm hơn 25% tổng chi phí năng lượng vào năm 2050, trong khi hiện tại chỉ chiếm 15%. Sự gia tăng tỷ lệ này là do chi ...
Source: PECC2Lợi ích và thách thức của đơn vị phát điện năng lượng tái tạo ...
Lợi ích và thách thức của đơn vị phát điện năng lượng tái tạo khi thực hiện cơ chế mua bán điện trực tiếp (DPPA)
Source: Công ty Điện Lực Thái NguyênTiềm năng và thách thức phát triển năng lượng tái tạo ở ...
Thách thức lớn nhất đối với phát triển năng lượng tái tạo nằm ở vốn đầu tư và khả năng thu xếp vốn của chủ đầu tư. Rào cản tài chính cản trở ...
Source: Năng lượng Việt Nam Online
ALL
Máy móc chính xác
Related Discussions