Mục tiêu phát thải ròng bằng “0” – bây giờ hoặc không bao giờ – vì mỗi giây đều đáng giá

Rõ ràng, hành động cấp bách và giải pháp lúc này là: Thế giới cần tăng gấp ba lần công suất năng lượng tái tạo (NLTT) và gia tăng mạnh mẽ về mức đầu tư - lên đến 5,7 nghìn tỷ USD mỗi năm cho tới 2030 - để đạt mục tiêu hạn chế nhiệt độ nóng lên trong phạm vi 1,5 độ C theo Thỏa thuận Paris.

Quý 4 năm nay là thời điểm quan trọng để thế giới chuyển trọng tâm từ các mục tiêu sang thực hiện cam kết đã đặt ra, trước thềm Hội nghị COP28.

Tuy nhiên, sự chuyển đổi này không chỉ phụ thuộc vào nguồn NLTT. Để hỗ trợ điện gió và điện mặt trời, Việt Nam cần xây dựng hệ thống điện linh hoạt và đáng tin cậy với mức chi phí tối ưu. Chúng ta không thể chần chừ hơn nữa.

Lãng phí năng lượng tái tạo

NLTT đang nhanh chóng trở thành nguồn điện với chi phí cạnh tranh nhất trên thế giới. Việc thiết lập các mục tiêu NLTT đầy tham vọng và triển khai nguồn điện gió và mặt trời ở quy mô lớn là điều cần thiết để đạt net zero. Tuy nhiên, chúng ta có khả năng bỏ lỡ hàng nghìn tỷ đô la đầu tư vào điện gió và mặt trời nếu vẫn tiếp tục xây dựng thêm các nhà máy điện thiếu tính linh hoạt.

Nhiều năm qua, chúng ta đã phụ thuộc vào các nhà máy điện truyền thống, không linh hoạt, như nhà máy điện than và tuabin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) để cung cấp tải nền cho lưới điện. Các hệ thống điện truyền thống này cần thích ứng để chuyển đổi khi NLTT dự kiến sẽ đáp ứng 35% sản lượng điện toàn cầu vào năm 2025. Tại Việt Nam, sản lượng nguồn NLTT dự kiến đạt hơn 30% vào năm 2030, theo Quy hoạch điện VIII.

Vì điện gió và mặt trời có tính biến thiên cao, việc đưa chúng vào sử dụng cùng các nhà máy điện chạy nền không linh hoạt, là những nhà máy không có khả năng nhanh chóng tăng, giảm công suất phát để tích hợp nguồn NLTT biến đổi, có thể khiến hệ thống điện mất tính ổn định. Trong những năm tới, khi công suất lắp đặt và phát NLTT tăng lên, phần lớn các nhà máy điện không linh hoạt sẽ trở nên lỗi thời và tốn kém cho hệ thống.

NLTT thường đứng đầu về thứ tự điều độ trong hệ thống điện vì có chi phí cận biên thấp. Điều này có tác động lớn đến các nhà máy điện truyền thống chạy tải nền. Đơn cử, tại Việt Nam, ưu tiên huy động NLTT (công suất lắp đặt 21,6 GW, chiếm 27% tổng công suất đặt hệ thống) đã và đang tác động đến nhiều nhà máy điện CCGT. Một số nhà máy không linh hoạt này đã phải khởi động/dừng tắt liên tục lên đến 230 lần chỉ trong 4 tháng, khiến mức tiêu thụ nhiên liệu, chi phí bảo trì và tần suất hỏng hóc đều tăng.

Do đó, chúng ta cần kết hợp nguồn NLTT với các nguồn linh hoạt đến từ động cơ đốt trong kiểu pit-tông (Reciprocating Internal Combustion Engine – RICE) và hệ thống pin tích trữ năng lượng (energy storage systems – ESS), vì chúng có thể nhanh chóng tăng và giảm công suất phát để hỗ trợ năng lượng gió và mặt trời. Nhờ khả năng đáp ứng với những thay đổi đột ngột về cung và cầu, những nguồn linh hoạt này cũng có thể đóng vai trò cung cấp các dịch vụ phụ trợ cho hệ thống điện, bao gồm: điều tần, duy trì sự ổn định và độ tin cậy của lưới điện, ngăn ngừa mất và gián đoạn điện.

Tính linh hoạt không phải là một lựa chọn mà là một phần thiết yếu trong hệ thống điện có tỷ lệ NLTT cao. Nếu chúng ta không gia tăng công suất lắp đặt các nhà máy điện linh hoạt, chúng ta sẽ không thể cung cấp nguồn điện ổn định với mức giá phải chăng cho nhu cầu sản xuất, hộ gia đình và doanh nghiệp – đồng thời, cũng bỏ lỡ các mục tiêu giảm phát thải cac-bon.

Xây dựng hệ thống điện với chi phí phải chăng

Thông qua phần mềm mô phỏng hệ thống điện, Wärtsilä đã nghiên cứu và mô phỏng hơn 190 hệ thống điện trên khắp thế giới. Chúng tôi nhận thấy rằng ở mọi nơi trên thế giới, cách tối ưu để đạt mục tiêu net zero là kết hợp các nguồn NLTT với các nguồn linh hoạt dưới dạng động cơ đốt trong RICE và pin tích trữ năng lượng. Các giải pháp này cung cấp khả năng điều độ cao, có thể giúp tăng và giảm phát nhanh chóng trong mọi điều kiện môi trường.

Theo nghiên cứu mô phỏng hệ thống điện gần đây Wärtsilä thực hiện cho Việt Nam, bằng cách đầu tư vào các nguồn NLTT được hỗ trợ bởi các nhà máy điện linh hoạt RICE và pin tích trữ năng lượng ESS, Việt Nam sẽ có thể đạt mức phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050, cắt giảm 20% chi phí sản xuất điện (LCOE) và tránh được gần 28 tỷ USD thuế cac-bon được dự báo mỗi năm.

Xây dựng hệ thống điện sẵn sàng cho tương lai

Hành trình đạt net zero không hẳn là dễ dàng, và thực tế những năm qua đã cho thấy chúng ta không thể dự đoán chính xác những gì sắp xảy ra. Do đó, các nhà hoạch định chính sách phải thiết lập các điều kiện và chính sách thị trường, cho phép chúng ta xây dựng tính linh hoạt cho hệ thống điện hôm nay và đảm bảo khả năng thích ứng trong tương lai.

Việc cân bằng NLTT đòi hỏi sự kết hợp của pin tích trữ năng lượng và nhà máy điện linh hoạt RICE. Chúng phối hợp cùng nhau để giải quyết các biến đổi theo từng giây, phút, ngày hay theo mùa, đồng thời đảm bảo ổn định nguồn điện khi công suất NLTT biến động.

Công nghệ động cơ đốt trong RICE cũng có thể được chuyển đổi để sử dụng khí hydro hoặc các loại nhiên liệu bền vững khác trong tương lai. Chúng bao gồm cả nhiên liệu được sản xuất từ năng lượng gió và mặt trời dư thừa, cho phép tạo ra một hệ thống NLTT hoàn toàn, khép kín, và tránh lãng phí tài nguyên.

Khi so sánh với các giải pháp thay thế như tuabin khí, công nghệ động cơ đốt trong RICE là sự lựa chọn tối ưu để hỗ trợ các hệ thống điện ngày càng sử dụng nhiều hơn nguồn NLTT. Điều này là do các nhà máy RICE có thể bật tắt và nhanh chóng tăng giảm công suất phát với số lần không giới hạn mỗi ngày, cũng như có thể duy trì hiệu suất và công suất phát cao ở các mức tải khác nhau trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Điều đó có nghĩa là chúng có thể thích ứng tốt hơn với sự thay đổi của NLTT và đáp ứng nhu cầu của lưới điện.

Ba nguyên tắc xây dựng hệ thống điện linh hoạt của tương lai

Dựa trên kinh nghiệm hoạt động toàn cầu của mình, Wärtsilä đề xuất ba nguyên tắc quan trọng để các nhà hoạch định chính sách có thể áp dụng khi thiết kế hệ thống điện tương lai cho Việt Nam.

Đầu tiên, chúng ta cần đảm bảo rằng Việt Nam đang lựa chọn đúng giải pháp công nghệ. Việc xây dựng nguồn năng lượng gió và mặt trời phải được kết hợp với các nhà máy điện linh hoạt RICE và pin tích trữ năng lượng ESS để đảm bảo sự tối ưu của hệ thống với chi phí thấp nhất.

Thứ hai, chúng ta cần xây dựng thị trường điện hỗ trợ tính linh hoạt – ví dụ như giới thiệu cơ chế giá điện cho nguồn linh hoạt và phát triển thị trường dịch vụ phụ trợ để đảm bảo các nhà đầu tư nhận được lợi tức đầu tư, ngay cả khi một nhà máy có số giờ vận hành thấp với mục đích cân bằng hệ thống. Ngoài ra, cần có cơ chế thị trường phù hợp cho việc mua, sử dụng và chi trả cho các dịch vụ phụ trợ. Đưa ra một mức giá thực tế cho các dịch vụ phụ trợ thông qua đấu thầu sẽ tăng động lực cho các nhà phát điện cung cấp dịch vụ phụ trợ và đầu tư xây dựng thêm các nhà máy điện linh hoạt RICE.

Và cuối cùng, chúng ta nên rút ngắn thời gian giao dịch và điều độ, chu kỳ thực hiện khớp lệnh trong thị trường điện giảm xuống còn 15 phút hoặc thậm chí 5 phút thay vì 30 phút để có thể nhanh chóng phản ứng với sự mất cân bằng. Việc mua bán năng lượng và các dịch vụ phụ trợ nên được đồng tối ưu hóa để đảm bảo tổng chi phí hệ thống đạt mức thấp nhất.

Mỗi giây đều đáng giá Năm 1896, trong bài viết chuyên đề của nhà khoa học Thụy Điển Svante Arrhenius, ông lần đầu tiên dự đoán rằng những thay đổi về mức CO2 trong khí quyển có thể làm thay đổi đáng kể nhiệt độ bề mặt Trái Đất qua hiệu ứng nhà kính. Hơn 120 năm sau, chúng ta vẫn chưa thể ngăn nồng độ CO2 tăng lên. Cánh cửa cơ hội đưa chúng ta đến mục tiêu giảm lượng khí thải và gìn giữ hành tinh xanh đang dần khép lại. Lúc này, chúng ta đã có sẵn công nghệ, chuyên môn và tài chính để kiến tạo một tương lai xanh và không còn nhiều thời gian nữa vì “mỗi giây đều đáng giá”.

Nicolas Leong

Chuyên gia của Wärtsilä

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống