Điện khí linh hoạt trong lộ trình phát thải ròng bằng "0" của Việt Nam

Với quá trình chuyển dịch năng lượng trong lĩnh vực sản xuất điện, phù hợp với cam kết của Việt Nam đạt phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050, điện khí thay thế dần điện than được coi là một trong những bước khởi đầu. Tuy nhiên, với đặc thù của cân đối hệ thống điện thời gian tới, hệ số công suất của các nguồn điện khí sẽ giảm đáng kể và ảnh hưởng đến tính kinh tế của loại hình nguồn này. Một trong các giải pháp khắc phục đã được đề xuất trong Quy hoạch điện VIII là bổ sung thêm loại hình nguồn linh hoạt, trong đó có loại hình tổ máy phát dùng động cơ đốt trong ICE (Internal Combustion Engine) được cho là một lựa chọn thích hợp, như phân tích dưới đây.

Việt Nam đã cam kết đạt mục tiêu phát thải ròng bằng “0” (Net-zero) tại Hội nghị Thượng đỉnh về Biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc lần thứ 26 (COP26) vào tháng 11 năm 2021.

Sau đó, trong bản dự thảo Quy hoạch điện VIII mới nhất vào tháng 4 năm 2022 đã có những điều chỉnh đáng kể so với phiên bản trước đó (tháng 10 năm 2021). Tổng công suất lắp đặt của hệ thống tăng chủ yếu đến từ các nguồn năng lượng tái tạo (mặt trời và gió) đạt 23 GW vào năm 2030. Công suất của các nguồn nhiệt điện truyền thống từ than và khí đã giảm đáng kể so với phiên bản cũ. Những thay đổi này đã cho thấy ý định rõ ràng của Chính phủ là giảm lượng phát thải carbon từ ngành điện xuống còn 42 triệu tấn CO2 vào năm 2050, đóng góp vào mục tiêu phát thải ròng bằng “0” đối với toàn nền kinh tế trong cùng năm đó.

Với cuộc khủng hoảng toàn cầu hiện nay về nguồn cung cấp khí đốt, đã có một số lo ngại ở nhiều quốc gia về tính khả thi của các dự án khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG). Việt Nam không phải là ngoại lệ, Quy hoạch điện VIII mới nhất đề xuất 23,9 GW điện từ LNG sử dụng công nghệ tua bin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) vào năm 2030 và 31,4 GW vào năm 2045. Các dự án điện khí này có quy mô từ 1.500 MW đến 2.400 MW, dự kiến ​​sẽ tiêu thụ 14 - 18 tỷ mét khối khí LNG vào năm 2030 và 13 - 16 tỷ mét khối vào năm 2045.

Cuộc khủng hoảng mà chúng ta đang chứng kiến trên thị trường hiện nay về giá và nhu cầu tiêu thụ khí đốt và LNG toàn cầu tăng cao, đem lại những thách thức trong việc cung cấp loại nhiên liệu này và sự cạnh tranh ngày càng tăng đối với các hợp đồng mua bán LNG giao ngay và dài hạn. Điều này sẽ tiếp tục tạo áp lực lên cách thức vận hành cho các nguồn điện khí truyền thống.

Ngoài ra, các công nghệ điện khí truyền thống như tua bin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) hoạt động tốt nhất khi vận hành ở mức tải cao, chế độ vận hành ổn định trong một thời gian dài không bị gián đoạn. Tuy nhiên, phương thức vận hành thực tế của các nhà máy điện khí trong những năm tới sẽ thay đổi nhiều khi quá trình chuyển đổi năng lượng đang diễn ra một cách nhanh chóng.

Trong một số báo cáo hàng năm, Bloomberg New Energy Outlook đã dự báo rằng: Hệ số công suất của nguồn điện khí chạy nền sẽ giảm đáng kể và sẽ dưới ngưỡng để công nghệ tua bin khí chu trình hỗn hợp này có thể vận hành một cách tối ưu. Trên toàn cầu, hệ số công suất của nguồn điện khí CCGT giảm từ mức trung bình 40% hiện nay xuống gần 25% vào năm 2030 và thậm chí giảm hơn nữa do vai trò của điện khí sẽ thay đổi sang mục đích để cân bằng các nguồn năng lượng tái tạo. Đây là điều mà chúng ta có thể thấy rõ ràng trong thời kỳ đại dịch COVID-19 và các thị trường năng lượng ở châu Âu bị đóng cửa.

Ở châu Âu, nhu cầu điện giảm hơn 8% (so với cùng kỳ năm trước) trong khoảng thời gian từ 1/3 đến 15/5/2020. Đồng thời, tỷ trọng năng lượng tái tạo tăng 8% lên tới 46%, trong khi đó nguồn điện khí truyền thống chạy nền giảm 17,5% (so với cùng kỳ năm trước) nguồn. Mặc dù nhu cầu sử dụng điện đã phục hồi, nhưng đại dịch giúp chúng ta có cái nhìn vào tương lai về sự linh hoạt cần thiết của các hệ thống điện khi tỉ trọng các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng tăng cao. Trong các hệ thống như vậy, hệ số công suất của nhà máy điện khí chạy nền rất có thể sẽ giảm và cách thức vận hành của những nhà máy này cũng sẽ phải thay đổi.

Các yếu tố trong việc hệ số công suất suy giảm, chế độ vận hành thay đổi, thứ tự huy động sau các nguồn năng lượng tái tạo với chi phí thấp hơn, khởi động và dừng liên tục trong ngày, yêu cầu tăng/giảm tải thường xuyên, vận hành liên tục ở mức tải thấp tạo ra những thách thức đối với nguồn điện khí chạy nền này và lợi nhuận cũng sẽ bị bào mòn ngay cả khi nguồn nhiên liệu này được coi là nhiên liệu chuyển tiếp.

Làm thế nào để điều hòa được nghịch lý này? Chìa khóa nằm ở việc nhận thức rằng: Các công nghệ nhiệt điện truyền thống thiếu tính linh hoạt có nguy cơ cao trở thành tài sản mắc kẹt. Trên toàn cầu, đã có một số các nhà máy CCGT mới được xây dựng, nhưng đã bị ngừng hoạt động vì không còn khả thi vận hành một cách hiệu quả. Tuy nhiên, vẫn tồn tại một cơ hội lớn hơn trong việc nắm bắt tiềm năng của các công nghệ khác tuy cũng sử dụng loại nhiên liệu khí đốt này nhưng có tính linh hoạt cao hơn như động cơ đốt trong (ICE).

Nhiều quốc gia đang cân nhắc việc ưu tiên sử dụng năng lượng tái tạo (mặt trời và gió) để đảm bảo an ninh năng lượng thay vì các nguồn nhiệt điện truyền thống. Điều này hoàn toàn hợp lý, vì năng lượng tái tạo được dự báo sẽ là loại năng lượng có chi phí thấp nhất vào năm 2030. Năng lượng tái tạo không có bất kỳ rủi ro về mặt nhiên liệu, đồng thời giúp giảm phát thải carbon của ngành năng lượng và cuối cùng là hỗ trợ các quốc gia đó đạt được các mục tiêu như phát thải ròng/trung hòa carbon.

Vai trò của điện khí sẽ thay đổi từ việc chạy nền/chạy lưng sang tới việc phủ đỉnh và cân bằng hệ thống. Do đó, các công nghệ phát điện sử dụng khí tự nhiên sẽ cần phải linh hoạt trong quá trình khởi động, tăng tải, giảm tải, vận hành tải thấp, cũng như thời gian dừng và khởi động nhanh chóng. Các nhà máy điện khí sử dụng động cơ đốt trong (ICE) có hiệu suất cao (lên đến 50%) và khả năng linh hoạt vượt trội (khởi động trong vòng 2 phút), trở thành một giải pháp rất phù hợp để cân bằng các nguồn năng lượng tái tạo.

​Bản dự thảo Quy hoạch điện VIII mới nhất đã đưa vào 28.200 MW loại hình điện khí linh hoạt vào năm 2045, cho thấy vai trò quan trọng của các công nghệ có tính linh hoạt cao khi tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng cao.

Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng “0”, trong tương lai các nhà máy nhiệt điện sẽ phải chuyển sang sử dụng nhiên liệu bền vững như khí hydro xanh và ammoniac. Việc này sẽ biến khí thiên nhiên trở thành nhiên liệu chuyển tiếp trong giai đoạn trung hạn, cho tới khi toàn bộ chuỗi sản xuất của các nhiên liệu trên được phát triển đại trà. Hướng đi này đã được đưa ra trong bản dự thảo Quy hoạch điện VIII mới đây, trong đó, các nhà máy điện khí sẽ cần chuyển dần sang sử dụng nhiên liệu hydro (hỗn hợp) và thuần hydro sau 20 năm.

Trong các công ty chuyên về ICE, Wärtsilä là công ty hàng đầu thế giới với hơn 74.000 MW ICE được lắp đặt tại 180 quốc gia trên thế giới. Các động cơ của Wärtsilä hiện có thể chạy bằng khí tự nhiên, khí sinh học, mêtan tổng hợp, hoặc hỗn hợp hydro/khí tự nhiên tới 25% hydro. Wärtsilä đã hợp tác với một số nhà cung cấp giải pháp năng lượng và các IPP trên thế giới như Capwatt (Bồ Đào Nha) và Keppel Offshore & Marine (Singapore) trong việc thử nghiệm nhiên liệu hỗn hợp hydrogen, khí tự nhiên cho các nhà máy điện ICE ở các quốc gia này. Wärtsilä đang phát triển các dòng động cơ ICE mới để có thể sử dụng 100% nhiên liệu hydrogen với nước và không khí làm nguyên liệu đầu vào, giúp cho Tập đoàn đạt mục tiêu trung hòa carbon của chính mình vào năm 2030.

Ông Phạm Minh Thành, Giám đốc Quốc gia tại Việt Nam của Wärtsilä cho biết: Các nhà máy điện ICE có thể đóng góp một vai trò quan trọng trong các giải pháp nhằm giải quyết những thách thức mà hệ thống điện Việt Nam đang phải đối mặt. Trong giai đoạn ngắn hạn, các nhà máy điện ICE có thể giúp đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng một cách hiệu quả, và về lâu dài các nhà máy này có thể cung cấp nguồn dự trữ và cân bằng năng lượng tái tạo cho hệ thống điện, hướng quá trình chuyển đổi tới một tương lai có tỉ trọng năng lượng tái tạo cao.

Còn theo ông Lã Hồng Kỳ - Văn phòng Ban chỉ đạo Quốc gia về Phát triển Điện lực: Với 5 chế độ vận hành, nhà máy điện động cơ ICE linh hoạt có thể phản ứng nhanh với các biến động bất thường của nguồn NLTT, giúp cân bằng hệ thống, tránh các dao động tần số và điện áp gây hại, góp phần quan trọng khi tích hợp tỉ trọng lớn các nguồn năng lượng tái tạo vào hệ thống điện quốc gia.

Cuộc khủng hoảng khí đốt có thể chỉ là một vấn đề ngắn hạn. Tuy nhiên, rõ ràng là cần phải xác định lại vai trò của điện khí trong các hệ thống điện trong tương lai. Đây cũng là cơ hội để thúc đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng bằng cách ưu tiên phát triển các nguồn năng lượng tái tạo và sử dụng các loại nhiên liệu không carbon kết hợp với các công nghệ linh hoạt như ICE. Sự kết hợp của cả hai loại hình này sẽ giúp giảm thiểu rủi ro về các loại nhiên liệu đồng thời giúp giảm phát thải carbon, đảm bảo an ninh năng lượng với giá cả phải chăng cho nền kinh tế.

Theo Tạp chí Năng lượng Việt Nam