Tích hợp năng lượng tái tạo: Mắt xích cuối cùng của điện khí hóa

Điện khí hoá nếu vẫn sử dụng điện từ nhà máy điện than, dầu, liệu có “sạch”? Có nhất thiết phải tích hợp năng lượng tái tạo trong lộ trình điện khí hoá hay không? Và làm cách nào để xử lý các vấn đề kỹ thuật xảy ra trên lưới trong quá trình tích hợp? Bạn có thể tìm hiểu trong bài viết sau của BTB Electric. 

Tại sao năng lượng tái tạo là “mắt xích cuối cùng”?

Điện khí hoá - bản chất không chỉ là dùng điện. Bởi nếu như nguồn điện này vẫn đến từ các nhà máy điện truyền thống (nhiệt điện than, dầu, khí đốt), chúng ta chỉ đang di chuyển ống xả từ toà nhà ra nhà máy điện, chứ không thể giảm hay xoá bỏ phát thải. 

Điện khí hoá chỉ thật sự có ý nghĩa với môi trường khi nguồn cấp điện có tính chất “xanh” và “sạch”. Do đó, lộ trình chuyển từ gas/xăng sang điện mới chỉ là bước đầu, điện khí hoá thành công, bắt buộc phải dùng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo. 

Nhận định này xuất phát từ thực tế dùng điện hiện nay. Khi mà mọi toà nhà đều trở thành “đại công trường tiêu thụ điện” và các nguồn hóa thạch trên Trái đất đã đến hồi cạn, chỉ có điện từ năng lượng tái tạo mới có thể đáp ứng nhu cầu điện năng tăng vọt tại các đô thị mà không gây phát thải. Đây chính là mảnh ghép cuối cùng hoàn thiện bức tranh Netzero mà thế giới đang tích cực theo đuổi vào năm 2050. 

Cũng phải nhấn mạnh thêm, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) từng ước tính, để đạt mục tiêu đưa phát thải ròng về 0, 90% điện năng toàn cầu cần được tạo ra từ năng lượng tái tạo chứ không phải phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Như vậy, điểm mấu chốt trong quá trình điện khí hoá là cần thay đổi về bản chất của nguồn năng lượng tạo ra điện, chứ không đơn thuần chỉ là sự thay đổi về hạ tầng sản xuất điện. 

Hệ sinh thái NLTT và lưu trữ năng lượng (BESS)

Trong lộ trình hướng tới Netzero vào năm 2050, có 2 hành động cốt lõi cần thực hiện, gồm:

• Điện khí hoá: Chuyển đổi phương thức tiêu thụ năng lượng, từ việc sử dụng xăng/dầu sang sử dụng điện trong tất cả quy trình sản xuất, sinh hoạt. 
• Tích hợp năng lượng tái tạo: Bản chất là chuyển đổi nguồn gốc năng lượng bằng cách tự tạo ra điện. 

Tuy nhiên, lộ trình này sẽ rất khó hoàn thiện nếu không giải quyết được tính chất bất định của các nguồn năng lượng tái tạo. Nguyên nhân là bởi, các nguồn điện mặt trời, điện gió phụ thuộc lớn vào điều kiện thời tiết nên có thể thừa công suất vào giờ thấp điểm nắng nóng, gió to nhưng ngược lại, vào giờ cao điểm dùng điện hoặc ban đêm lại rơi vào tình trạng thiếu điện. 

Lấy bối cảnh hiện tại ở Việt Nam, tính đến quý I/2025, năng lượng tái tạo chiếm 16% tổng sản lượng điện toàn hệ thống, trong đó đa phần điện từ năng lượng tái tạo sẽ được sử dụng tại chỗ mà chưa có biện pháp lưu trữ hiệu quả để giải phóng khi cần thiết. Trường hợp này, nếu tích hợp pin lưu trữ BESS, tính thiếu ổn định của nguồn năng lượng mặt trời, gió sẽ được giải quyết, thậm chí còn có tác dụng điều tần, điều áp, khởi động đen, tối ưu vận hành và giảm chi phí hệ thống - theo nhận định của Phó Cục trưởng Cục Điện lực. 

Về cơ bản, pin BESS hoạt động như bình ắc quy, nạp điện từ các nguồn năng lượng tái tạo vào thời điểm giá thấp hoặc khi điều kiện thời tiết thuận lợi và xả khi giá điện cao, mất điện hoặc vào ban đêm. Nhờ có BESS, điện tái tạo sẽ được lưu trữ và sử dụng hiệu quả, góp phần giảm áp lực cho lưới và giảm phát thải khí nhà kính. Tại Việt Nam, Chính phủ đã và đang khuyến khích các hộ gia đình lắp điện mặt trời tự sản, tự tiêu, thậm chí là có thể bán lên lưới theo cơ chế giá riêng, đồng thời pin BESS cũng được đưa vào hạng mục của Quy hoạch điện VIII nhằm hướng đến mục tiêu tăng tỷ trọng của năng lượng tái tạo trong sản lượng điện quốc gia. Khi điện lưu trữ từ pin BESS được xây dựng theo một cơ chế giá riêng, tương tự điện mặt trời - điện gió, khả năng cao, hệ thống này sẽ có bước phát triển nhảy vọt ở Việt Nam, đồng nghĩa với việc lộ trình điện khí hoá toà nhà và đô thị sẽ sớm được hoàn thiện. 

Ngoài ra, một số đô thị hiện đại trên thế giới cũng đang áp dụng công nghệ EV-to-Grid - công nghệ sạc 2 chiều cho phép xe điện không chỉ nhận điện về sạc mà còn trả năng lượng lưu trữ trong pin lại lưới vào giờ cao điểm. Công nghệ V2G lúc này sẽ biến xe điện thành các nhà máy điện di động, giúp cân bằng phụ tải, ổn định hệ thống và đem lại lợi ích cho người sở hữu. 

Thách thức kỹ thuật khi tích hợp năng lượng tái tạo

Được coi là mắt xích cuối của công cuộc điện khí hóa nhưng việc tích hợp năng lượng tái tạo vào lưới điện hiện tại không đơn giản chỉ là đấu nối 2 nguồn điện. Quá trình này tiềm ẩn nhiều rủi ro kỹ thuật, buộc các kỹ sư điện phải thực hiện một cách cẩn trọng. 

Các thách thức này bao gồm: 

Tính bất định và khó dự báo của các nguồn năng lượng tái tạo

Lưới điện quốc gia yêu cầu có sự cân bằng giữa nguồn phát và phụ tải. Trong khi năng lượng tái tạo lại thay đổi theo thời tiết, gây ra sự dao động về tần số và điện áp trên lưới. 

Trường hợp này, một số quốc gia phát triển trên thế giới đã tìm ra giải pháp khắc phục bằng cách đưa vào sử dụng các cảm biến nhiệt hoặc máy đo gió tự động để điều chỉnh hướng quay của tấm pin mặt trời/ tuabin gió nhằm thu được sản lượng nhiệt/gió tối ưu nhất, đồng thời trang bị thêm hệ thống pin lưu trữ BESS để cung cấp đủ năng lượng vào những ngày thời tiết xấu. 

Ô nhiễm chất lượng điện năng

Các bộ inverter trong hệ thống điện gió, điện mặt trời là nguồn phát sinh sóng hài cực lớn, gây nhiễu cho lưới điện quốc gia. Khi lưới xuất hiện quá nhiều sóng hài, dây dẫn, máy biến áp sẽ nóng lên bất thường, gây sai lệch các thiết bị đo lường và làm nổ tụ bù. 

Điện tái tạo phát ngược

Thách thức này xảy ra khi điện tái tạo phát dư và đẩy ngược lên lưới vào thời điểm nhu cầu điện thấp, khiến điện áp tại điểm cuối lưới tăng vọt quá ngưỡng cho phép, gây ra các hiện tượng quá áp, quá tải, làm các thiết bị như máy biến áp hoạt động sai cách và gây sai lệch hệ thống bảo vệ (rơ le truyền thống). 

Nguy cơ thiếu hụt nguồn cung tức thời

Với các hệ thống tích hợp điện lưới và điện tái tạo, vào những ngày nhiều nắng, nhiều gió, các nhà máy điện truyền thống phải giảm sản lượng xuống mức tối thiểu. Tuy nhiên, khi điều kiện thời tiết không thuận lợi hoặc vào ban đêm, các nhà máy nhiệt điện lại phải tăng gấp sản lượng để đáp ứng nhu cầu sử dụng. Nếu các nhà máy không có khả năng khởi động nhanh, nguy cơ thiếu hụt nguồn cung tức thời sẽ diễn ra. 

Thiếu hụt “quán tính hệ thống” 

Các nhà máy điện truyền thống thường sử dụng máy phát đồng bộ khổng lồ. Khi gặp sự cố, các rotor vẫn quay theo quán tính, giúp duy trì lưới điện trong vài giây cho đến khi hệ thống điều khiển kịp thời phản ứng. 

Trong khi đó, hệ thống năng lượng tái tạo được kết nối với lưới thông qua các biến tần chuyên dụng nên hoàn toàn không có quán tính cơ khí. Nếu sự cố xảy ra, lưới điện tái tạo sẽ “sập” rất nhanh do không có độ trễ để các thiết bị bảo vệ can thiệp. 

Tổng kết lại, khi tích hợp điện mặt trời, điện gió vào lưới điện quốc gia, chúng ta đang chuyển dịch từ hệ thống tập trung sang hệ thống có sự phân tán. Những thách thức trên là không thể tránh khỏi, buộc Điện lực mỗi quốc gia phải có các biện pháp kỹ thuật đặc thù để vận hành lưới ổn định và an toàn. 

Giải pháp BTB Electric: "Cầu nối" an toàn cho năng lượng sạch

Với kinh nghiệm tham gia nhiều dự án Điện lực vừa và lớn trên toàn quốc, BTB Electric đề xuất các thiết bị điện phù hợp với các hệ thống tích hợp năng lượng tái tạo như sau: 

• Aptomat (MCCB, MCB, RCBO): Thiết bị đóng cắt lắp tại tủ điện điều khiển hoặc đầu ra của inverter khi hoà lưới để bảo vệ bộ inverter, ngăn chặn rủi ro từ các sự cố quá tải, ngắn mạch và dòng rò. 

• Bộ lọc hài chủ động (AHF): Giúp triệt tiêu nhiễu hài từ Inverter, đảm bảo dòng điện xoay chiều đầu ra “sạch” trước khi phân phối tới các điểm tiêu thụ. 

• Hệ thống bù công suất phản kháng: Gồm có tụ bù - cuộn kháng, bộ điều khiển tụ bù, đảm bảo hệ số cosφ luôn ở mức lý tưởng dù nguồn phát liên tục thay đổi. 

Là nhà sản xuất thiết bị điện chuẩn Châu Âu, lại sở hữu hệ thống phân phối tối ưu ở Việt Nam, việc tin chọn sản phẩm của BTB Electric trong các hệ thống tích hợp năng lượng tái tạo có ý nghĩa rất lớn trong việc tối ưu lợi ích kinh tế cho chủ đầu tư. 

• Tự chủ năng lượng: Thông qua hệ thống Solar & BESS, chủ đầu tư cho các dự án có thể giảm sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia và biến động giá năng lượng. 
• Tối ưu hoá chi phí: Lắp đặt pin mặt trời tại các tòa nhà giúp tận dụng tối đa nguồn điện tự sản tự tiêu, từ đó tiết kiệm được chi phí tiền điện hàng tháng và có thể tăng lợi nhuận qua việc bán lại điện dư thừa lên lưới. 
• Gia tăng giá trị thương hiệu: Các tiêu chuẩn môi trường, tín chỉ carbon… trong thời đại ngày nay là một trong những tiêu chí để tăng khả năng cạnh tranh cho các doanh nghiệp và thu hút đối tác quốc tế. 

Câu hỏi thường gặp về tích hợp năng lượng tái tạo trong quá trình điện khí hoá

Câu hỏi 1: Tại sao tòa nhà đã lắp pin quang điện nhưng khi điện lưới bị mất vẫn bị mất điện?

Trả lời: Đa số các hệ thống điện mặt trời áp mái hiện nay đều là hệ thống hòa lưới (On-grid), tức là điện mặt trời được sử dụng như một nguồn phụ, không có ắc quy lưu trữ điện. Như vậy khi điện lưới mất, Inverter cũng sẽ tự ngắt, toà nhà mất điện. Muốn duy trì nguồn điện liên tục, bạn cần trang bị thêm hệ thống pin lưu trữ BESS công suất phù hợp với toà nhà. 

Câu hỏi 2: Tại sao hoá đơn tiền điện hàng tháng vẫn tăng dù đã lắp đặt thêm điện mặt trời?

Trả lời: Hệ thống điện mặt trời chủ yếu cung cấp công suất tác dụng. Trong khi đó, các thiết bị điện vẫn cần công suất phản kháng để hoạt động. Nếu hệ thống không có tụ bù, công suất phản kháng sẽ bị rút từ lưới, kéo theo hoá đơn tiền điện vẫn tăng do bị phạt mua công suất phản kháng. 

Câu hỏi 3: Sóng hài từ hệ thống điện mặt trời có thể làm cháy thiết bị không?

Trả lời: Có. Đa phần các bộ Inverter chuyển đổi từ dòng DC sang AC đều tạo ra sóng hài bậc cao có khả năng làm nóng dây dẫn, máy biến áp, rung motor và hỏng các board mạch thông minh. Trường hợp này, bạn cần lắp thêm bộ lọc sóng hài chủ động từ BTB Electric để bảo vệ các thiết bị ở phía đầu ra của điện tái tạo. 

Điện khí hoá là yêu cầu tất yếu để thực hiện mục tiêu phát thải ròng bằng 0 nhưng điện khí hoá chỉ thực sự “sạch” đúng nghĩa khi được kết hợp với các nguồn năng lượng không phát thải. Để hoàn thiện được bức tranh này tại các đô thị, thành phố lớn, ngoài một hạ tầng năng lượng tái tạo ổn định và bền vững, cần có các giải pháp để xử lý triệt để các thách thức kỹ thuật trong quá trình tích hợp năng lượng tái tạo. Và BTB Electric - tự tin cung cấp các thiết bị chất lượng điện phù hợp với lộ trình điện khí hoá nói chung và tích hợp điện mặt trời lên lưới nói riêng ở Việt Nam.