Hệ thống BESS 1MW – 1MWh của Toshiba tại Sardina, Italy (Nguồn: Internet)

Rào cản cho tình yêu với… xe điện

Đến cuối năm 2019, lượng ô tô điện đã đạt tới con số 7,2 triệu sản phẩm trên thị trường ô tô con thế giới, tăng 2,1 triệu so với năm 2018. Xe điện được đánh giá là có nhiều ưu điểm vượt trội so với xe chạy nhiên liệu hóa thạch: chi phí nhiên liệu và chi phí bảo dưỡng thấp hơn, không phát sinh khí thải trong quá trình vận hành.

Hạn chế lớn nhất của xe điện tại thời điểm này là ắc quy. Ắc quy trong xe điện có chi phí khá lớn (chiếm 40% giá trị của một chiếc xe điện) và giới hạn phạm vi hoạt động do mật độ năng lượng trong ắc quy thấp hơn so với nhiên liệu hóa thạch. Để ngành xe điện có thể bùng nổ trong giai đoạn tới, ắc quy cho xe điện sẽ phải có mật độ năng lượng cao hơn, tuổi thọ tốt hơn và chi phí thấp hơn.

“Nhiên liệu” chính của xe điện là điện năng. Điện năng trong tương lai sẽ được sản xuất từ các nguồn sạch hơn. Các hệ thống điện trong tương lai sẽ tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo biến đổi như điện gió và điện mặt trời, với tỷ trọng ngày càng cao. Nhưng điện năng là loại hàng hóa đặc biệt, luôn luôn đòi hỏi phải cân bằng tức thời giữa sản xuất và tiêu thụ để đảm bảo hệ thống điện vận hành ổn định. Khi tỷ trọng của năng lượng tái tạo trong hệ thống điện cao, công suất phát của nguồn điện sẽ có xu hướng thay đổi thất thường. Việc phải bảo đảm cân bằng tức thời giữa nguồn phát và phụ tải điện để duy trì ổn định của hệ thống sẽ là vấn đề lớn đối với công tác điều độ hệ thống điện quốc gia. Các nhà quy hoạch hệ thống điện có giải pháp gì để giải bài toán trên?

BESS – Lời giải hiệu quả nhưng đắt đỏ

Khi năng lượng tái tạo biến đổi chiếm tỷ trọng lớn trong một hệ thống điện, để đảm bảo vận hành ổn định, phải có các nguồn có khả năng thay đổi nhanh để bù lại các biến động của các nguồn năng lượng tái tạo. Các nguồn này là thủy điện có hồ chứa, thủy điện tích năng, máy phát diesel… và gần đây là các hệ thống tích trữ năng lượng sử dụng ắc quy (battery energy storage system - BESS).

BESS mang lại các lợi ích chính sau cho hệ thống điện: BESS sẽ đóng vai trò là phụ tải khi nguồn phát cao hơn nhu cầu, BESS cũng đóng vai trò như nguồn phát khi nguồn phát của hệ thống thấp hơn nhu cầu. Với đặc tính đáp ứng rất nhanh của BESS khi chuyển đổi qua lại giữa vai trò nguồn phát và phụ tải, các phụ tải của hệ thống điện sẽ được điều chỉnh bằng phẳng hơn, thông qua các hệ thống BESS được bố trí ở các vị trí phù hợp. Để đạt hiệu suất cao, các nhà máy nhiệt điện sẽ luôn được phát công suất cao ngay lúc phụ tải hệ thống là cực tiểu. So với thủy điện tích năng đòi hỏi địa hình khu vực xây dựng thì BESS được tích hợp trong các container, nên có thể được xây dựng ngay trong trung tâm thành phố, trung tâm phụ tải.

Dự báo chi phí cho BESS trong 30 năm tới (Nguồn: Internet)

Việt Nam có cần thiết phải sử dụng BESS hay không? Theo Nghị quyết 55/NQ-TW, tỷ trọng nguồn năng lượng tái tạo trong tổng cung năng lượng sơ cấp sẽ đạt khoảng 15 -20% vào năm 2030 và 25 -30% vào năm 2045. Như vậy, để hiện thực hóa chủ trương trên, trong giai đoạn sắp tới, công suất nguồn năng lượng tái tạo sẽ phải cao hơn công suất các nguồn năng lượng truyền thống.

Để đảm bảo ổn định hệ thống điện khi tỷ trọng năng lượng tái tạo cao, các hệ thống tích trữ năng lượng cần phải được lắp đặt với vai trò điều tần cho hệ thống điện. Cùng với sự phát triển của công nghệ 4.0, các chương trình hiện đại hóa, tự động hoá lưới điện theo lộ trình xây dựng lưới điện thông minh… các hệ thống BESS sẽ góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. BESS giúp giảm tỷ trọng nhập khẩu năng lượng sơ cấp từ nước ngoài, nâng cao an ninh năng lượng quốc gia, góp phần giúp Việt Nam xanh và sạch hơn.

Song, vấn đề giá thành đầu tư cho BESS là một thách thức lớn. Các thành phần chính của BESS gồm hệ thống ắc quy để lưu trữ năng lượng, bộ sạc để chuyển đổi điện lưới thành điện một chiều và bộ nghịch lưu để biến năng lượng một chiều của ắc quy thành nguồn điện xoay chiều phát lên lưới điện. Với cấu tạo như trên, dễ dàng nhận thấy mức chi phí cao nhất với BESS là hệ thống ắc quy. Đây là lý do quan trọng khiến BESS đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới nhưng chưa được sử dụng ở Việt Nam.

Tuy nhiên, chúng ta có quyền hy vọng rằng đi cùng với sự cải tiến của ắc quy và sự phổ biến của xe điện, giá thành công nghệ BESS cũng sẽ giảm và cạnh tranh được với nguồn thủy điện tích năng. Theo Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ (National Renewable Energy Laboratory), giá thành hệ thống BESS có thể giảm từ 393 USD/kWh năm 2019 (cho hệ thống tích trữ 4h) xuống khoảng 238 USD/kWh vào năm 2045 (tương ứng với kịch bản giá điện cao). Xu hướng này có thể góp phần mở ra thời kỳ mới cho việc vận hành hệ thống điện toàn cầu.

Thực hiện: Lê Thanh Nghị

Nguồn tham khảo:

[1] The global electric vehicle market in 2020: statistics & forecasts, https://www.virta.global.

[2] Ô tô điện sẽ được ưa chuộng trong vài năm tới,https://infonet.vietnamnet.vn/ .

[3] Cost Projections for Utility-Scale Battery Storage: 2020 Update, Wesley Cole and A. Will Frazier, National Renewable Energy Laboratory.