Hệ thống lưu trữ điện năng – Làn sóng công nghệ tiếp theo của ngành năng lượng Việt Nam?

Để nắm được tác động tiềm năng của BESS tới lĩnh vực điện năng của Việt Nam, đầu tiên phải hiểu được hệ thống này vận hành như thế nào và những đặc trưng cốt lõi của nó.

BESS là công nghệ lưu trữ lại điện năng để dùng sau. Những hệ thống này đóng vai trò thiết yếu trong việc điều tiết cung, cầu điện năng trong lưới điện có nguồn năng lượng tái tạo tham gia với tỷ trọng lớn do sự dao động biến thiên của nguồn năng lượng này.

Ảnh minh hoạ của tác giả

BESS vận hành dựa trên một nguyên tắc đơn giản: Tích điện (hay lưu trữ điện năng) khi hệ thống thừa điện và phát điện (hay giải phóng điện năng) khi hệ thống thiếu điện. Quá trình này liên quan đến ba bước:

1. Sạc điện: Lượng điện dư thừa, thường là từ các nguồn tái tạo như các tấm quang mặt trời vào buổi trưa, được dùng để sạc pin.

2. Lưu trữ: Điện được lưu trong các tấm pin đến khi cần dùng. Thời gian lưu trữ thông thường là bốn giờ.

3. Phát điện: Khi nhu cầu điện vượt quá công suất hiện có có thể cấp điện, chẳng hạn như vào buổi tối, lượng điện năng lưu trữ sẽ được phát lên lưới điện.

BESS là công nghệ rất linh hoạt, có thể dùng cho quy mô nhỏ từ chiếc tủ lạnh trong hộ gia đình cho đến các dự án lớn hơn cả một sân bóng. BESS lắp đặt trong hộ gia đình thường có dung lượng 3-20 kWh. Ví dụ, ở Mỹ, lắp đặt một pin lưu trữ hiệu Tesla Powerwall cần chi phí khoảng 11.500 USD cho dung lượng 13,5 kWh. Những hệ thống như thế này tăng cường việc “tự sản, tự tiêu” bằng cách lưu giữ năng lượng mặt trời dư thừa thu được từ ban ngày để dự trữ dùng vào ban đêm, hoặc trong những thời điểm mây mù. Hệ thống này cũng hỗ trợ lưới điện bằng cách giảm tải trong giờ cao điểm và có thể cung cấp tới 11,5 kW điện dự phòng khi mất điện.

Kết hợp BESS với các dự án năng lượng tái tạo, chẳng hạn như với một trang trại điện gió, mặt trời có công suất 30 MW, sẽ tăng cường tính hiệu quả và ổn định của những dự án này. Nhờ vào việc lưu trữ lượng điện năng dư thừa ở những thời điểm đạt công suất cực đại, BESS có thể giảm thiểu các trường hợp hệ thống phải chạy dưới mức công suất và đảm bảo nguồn cung điện năng ổn định. Sự kết hợp này cũng giúp việc quản lý điện năng tốt hơn và nối lưới dễ dàng hơn.

Nhà máy điện Mặt trời Edwards & Sanborn tích hợp pin lưu trữ ở California đi vào hoạt động từ tháng 1/2024 là dự án có pin lưu trữ lớn nhất thế giới, với dung lượng 3.287 MWh để hỗ trợ 1,9 triệu tấm quang điện.

BESS cho dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn là hệ thống có thể vận hành độc lập so với nguồn phát điện gió, mặt trời. Các hệ thống này thường kết nối với lưới điện và có thể lưu trữ hơn 10 MWh. Chẳng hạn như dự án Hornsdale Power Reserve ở Nam Úc có khả năng lưu trữ với công suất 150 MW và dung lượng 193,5 MWh.

Như nhiều công nghệ mới nổi khác, BESS phát triển nhanh chóng, với nhiều loại pin và hàng loạt các đổi mới sáng tạo vẫn đang phát triển, cạnh tranh nhau và định hình tương lai. Trong nhiều loại pin đang được sử dụng, loại phổ biến và thông dụng nhất là pin Lithium-Ion. Các loại pin này được ưu ái, vì mật độ năng lượng, hiệu suất và tuổi thọ cao. Các pin Lithium-ion được sử dụng trong BESS có hiệu suất 95% và vòng đời khoảng 10 nghìn lần sạc. Các loại pin khác có thể kể đến là chì-axit, sodium-sulfur, pin dòng oxy hóa – khử, mỗi loại có những ưu điểm và ứng dụng riêng. Gần đây người ta còn phát triển ra loại pin rắn, thậm chí còn có mật độ điện năng cao hơn và an toàn hơn cả pin lithium – ion.

Mặc dù công nghệ BESS hết sức hứa hẹn, mức độ phổ biến của nó phụ thuộc rất nhiều vào sự cân bằng giữa chi phí – lợi ích. Hãy cùng nhau phân tích chi phí và lợi ích liên quan đến việc triển khai BESS trong bối cảnh Việt Nam.

Chi phí lắp đặt và vận hành BESS là một rào cản rất lớn trong việc sử dụng công nghệ này. Vào năm 2023, Công ty Tư vấn Xây dựng điện 2 (PECC2) thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) ước tính chi phí cho hệ thống BESS 2 MWh là 360-420 USD/kWh và chi phí đầu tư này đòi hỏi giá điện của Việt Nam phải lớn hơn 18 US Cent/kWh thì mới có lợi nhuận – tức là hơn gấp đôi giá hiện nay.

Tuy nhiên, chi phí BESS đang giảm nhanh chóng. Theo phân tích của Bloomberg NEF: Chi phí cho một bộ pin lithium ion đã giảm 89% trong vòng một thập kỷ qua. Xu hướng này xuất phát từ những đột phá trong công nghệ pin, lợi thế kinh tế về quy mô trong sản xuất, cũng như sự gia tăng cạnh tranh trong thị trường.

Báo cáo Cẩm nang Công nghệ Việt Nam 2023 ước tính rằng: Chi phí đầu tư thông thường cho BESS dự kiến sẽ giảm từ 578 USD/kWh xuống còn 264 USD/kWh vào năm 2030 (giảm hơn một nửa).

Những lo ngại khác liên quan đến BESS (bao gồm nguồn cung Lithium hạn chế, tác động môi trường của quá trình sản xuất, thải bỏ và một vấn đề dễ thấy ở Việt Nam) đó là sự phụ thuộc quá nhiều vào công nghệ, cũng như chuyên môn của nước ngoài.

Tuy nhiên, ngoài những thách thức đó, BESS cũng mang lại những lợi ích kinh tế vượt trội, đặc biệt là khi các nguồn từ năng lượng tái tạo chiếm tỷ trọng ngày càng lớn trong cơ cấu điện năng. Cụ thể:

– Tăng cường hiệu suất: BESS có thể lưu giữ điện năng sản xuất được trong các thời điểm nhu cầu điện thấp và phát điện khi nhu cầu dùng điện lên cao. Như vậy, có nghĩa là BESS tăng hiệu suất của lưới điện nói chung và làm giảm nhu cầu phải xây thêm nhà máy điện để phát cao điểm. Nếu so với giá điện khí, BESS đã có thể cạnh tranh với các tua bin khí chu trình mở và có thể là cả với các động cơ khí đốt trong.

– Cải thiện độ tin cậy: Bằng cách cung cấp nguồn điện ổn định và đáng tin cậy, BESS có thể giúp giảm tần suất và mức độ nghiêm trọng của các sự cố ngắt điện. Điều này vô cùng quan trọng cho một nền kinh tế đang tăng trưởng nhanh chóng như Việt Nam. BESS có thể cung cấp khả năng khởi động lại hệ thống – đây là khả năng của một nhà máy điện có thể kích hoạt trở lại và phục hồi lưới điện sau khi một phần, hoặc toàn bộ hệ thống bị mất điện. Tăng cường sự bền bỉ và tốc độ phục hồi của lưới điện sau những sự cố ngắt điện lớn.

– Quản lý điện năng: BESS có thể giúp quản lý sự bất định thất thường của các nguồn năng lượng tái tạo, đảm bảo nguồn cung điện năng cân bằng và ổn định. Việt Nam đang có 20,1 GW điện gió, mặt trời và sự nghẽn mạch trong lưới truyền tải điện đôi khi dẫn đến việc lãng phí điện năng. Trong nhiều thị trường điện tái tạo đang phát triển nhanh chóng, tỷ lệ thất thoát này có thể lên tới 10-20% tổng sản lượng điện tái tạo trong các giờ cao điểm.

– Ổn định lưới điện: BESS có thể cung cấp các dịch vụ phụ trợ như điều tiết tần số và ổn định điện áp, đều thiết yếu đối với việc duy trì sự ổn định của lưới điện. Ở Philippines chẳng hạn, dự án San Miguel Global đặt khoảng 1.000 MW BESS, vận hành ở 32 điểm trên khắp cả nước. Họ bắt đầu vào năm 2018 với hệ thống lưu trữ chỉ 10 MW ở lưới điện Luzon tại Masiloc, Zambales. Nhìn ảnh 1:

Ảnh 1: Dự án San Miguel Global. Nguồn: Fluence.

 

Với chi phí ngày càng giảm và nhu cầu ngày càng lớn, tính kinh tế của BESS rất hứa hẹn. Theo Báo cáo Triển vọng Năng lượng Thế giới 2023 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA): Công suất lắp đặt của BESS sẽ tăng từ 45 GW vào năm 2022 lên đến 552 GW vào năm 2030 trong kịch bản “Mọi chính sách đều không đổi”, lên đến 725 GW vào năm 2030 trong kịch bản “Các quốc gia thực hiện các cam kết về khí hậu của mình” và lên đến 1.018 GW vào năm 2030 trong kịch bản “Phát thải ròng bằng 0 thành hiện thực năm 2050”.

Tính đến năm 2024, Việt Nam thực tế chưa có một hệ thống BESS nào được lắp đặt, trừ hệ thống BESS đang vận hành tại PECC2, công suất 700 kW/2 MWh.

Dự án lưu trữ điện năng lớn nhất tại Việt Nam là Thủy điện Tích năng Bác Ái, ở tỉnh Ninh Thuận. Dự án này có công suất 1.200 MW được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định lưới điện sau khi hoàn thiện trong vài năm tới. Dự án này không dùng pin. Thay vào đó sẽ bơm nước lên để dự trữ điện và khi cần thì phát điện như nhà máy thủy điện. Bài toán chi phí – lợi ích của BESS không hiệu quả bằng thủy điện tích năng – đó là lý do tại sao ưu tiên cho các dự án như vậy là có lý.

Một startup có tên Alternō đề xuất “pin cát” như một công nghệ lưu trữ năng lượng cho Việt Nam. Đây cũng không phải là BESS. Thay vì họ sử dụng điện để sấy nông sản trực tiếp, điện được dùng để hun nóng một khối cát lớn. Nếu cách nhiệt tốt, người ta có thể giữ nóng cát trong nhiều tuần – đó là cách để lưu trữ điện tái tạo, hoặc điện dư thừa trong những giờ không phải cao điểm để dùng về sau.

Việt Nam hiện nay đang trong cuộc đua để cung cấp công nghệ cho toàn cầu. Vingroup (Việt Nam) và Gotion (một nhà sản xuất pin ở Trung Quốc) đã đầu tư vào sản xuất pin Lithion-iron-photphat vào năm 2022 và xây một nhà máy ở Hà Tĩnh. Kỳ vọng có thể đi vào hoạt động trong quý 3/2024, với tổng sản lượng điện lưu trữ là 5 GWh mỗi năm. Mặc dù chủ yếu tập trung vào xe điện, nhưng dự án này sẽ thúc đẩy đáng kể chuỗi cung cấp nội địa cho BESS.

Siemens và AES đang sản xuất Fluence Cube, các giải pháp lưu trữ năng lượng dựa trên pin lithion – ion (BESS) ở Việt Nam, với khoảng gần 2 GW xuất khẩu mỗi năm. Cạnh đó, LG Chem và Samsung SDI cũng đang xây nhà máy pin tại Việt Nam.

Việt Nam có thể sản xuất các linh kiện của BESS, nhưng ứng dụng chúng trong nước là cả một thách thức. Trong nước hầu như có rất ít kinh nghiệm để triển khai các dự án BESS. Hơn nữa, quy định hiện nay cũng chưa hướng dẫn việc lắp đặt BESS, hay giúp các dự án này có thể tạo ra lợi nhuận.

Để tìm giải pháp le lói giữa những thách thức này, hãy thử phân tích hướng tiếp cận chiến lược của Việt Nam trong việc triển khai BESS. Quy hoạch điện VIII nhấn mạnh: “Định hướng phát triển điện mặt trời phải kết hợp với pin lưu trữ nếu chi phí phù hợp” và nên “được lắp đặt ở gần nguồn điện gió, hoặc điện mặt trời, hoặc các trung tâm truyền tải”. Quy hoạch này kỳ vọng pin lưu trữ sẽ đạt công suất 300 MW vào năm 2030. Con số này mới chỉ chiếm 0,2% tổng công suất điện của Việt Nam. Quy hoạch này ngầm đánh giá rằng: Pin lưu trữ vẫn quá đắt đỏ cho những dự án quy mô lớn, và gợi ý rằng: Nên triển khai các dự án thử nghiệm để đánh giá mức độ khả thi, lợi ích của BESS trong những điều kiện, bối cảnh khác nhau, bao gồm cả các dự án lưu trữ ở quy mô lớn, kết hợp với các nhà máy điện tái tạo.

Quy hoạch điện VIII hướng tới mục tiêu tăng trưởng điện tái tạo vượt bậc vào năm 2030: 21 GW điện gió trên bờ, 7 GW điện gió xa bờ và 18-20 GW điện mặt trời. Tuy nhiên, đề xuất của Quy hoạch về BESS chỉ dừng lại ở quy mô 300 MW – dấy lên những lo ngại về liệu nó có đủ để gánh vác sự bất ổn của những nguồn năng lượng tái tạo.

Ảnh 2: “Đường công con vịt con vịt California” đã xuất hiện ở Việt Nam. Nguồn: Tạp chí Năng lượng Việt Nam.