Đối đầu với đường cong con vịt trong sản xuất điện ! Thách thức và giải pháp

Vào năm 2013, các công ty vận hành hệ thống điện tại California đã công bố một biểu đồ mà hiện nay đã trở nên phổ biến trong các cuộc tranh luận về việc triển khai quy mô lớn các hệ thống điện mặt trời (PV). Đường cong con vịt - được đặt tên theo biểu đồ phụ tải trong ngày - cho thấy sự khác biệt về nhu cầu điện và điện năng sản xuất từ năng lượng mặt trời trong ngày (phụ tải thực bị kéo xuống rõ rệt do nguồn năng lượng mặt trời phát cao => tạo thành một đường cong sống lưng con vịt).

Khi mặt trời ló dạng, năng lượng mặt trời từ từ đạt đỉnh vào buổi trưa và sau đó giảm xuống vào buổi chiều tối khi nhu cầu điện lên đến đỉnh điểm. Đường cong con vịt là được thể hiện trong đồ thị phụ tải 24 giờ ở California vào mùa xuân — khi hiệu ứng này là cực đoan nhất vì trời nắng nhưng nhiệt độ vẫn mát mẻ, do đó nhu cầu về điện thấp do mọi người không sử dụng điện để điều hòa không khí hoặc sưởi ấm.

Đường cong con vịt thể hiện điểm chuyển tiếp của năng lượng mặt trời. Đối với người vận hành lưới điện cần đặc biệt lưu ý khi lưới điện có sự tích hợp cao nguồn năng lượng này . Điều này đặc biệt đúng đối với những nơi đã có mức độ sử dụng năng lượng mặt trời cao, chẳng hạn như California, nơi một ngày tháng 3 năm 2021, lần đầu tiên năng lượng mặt trời đóng góp gần 40% sản lượng điện trong bang. (Đối với Việt Nam, năng lượng mặt trời đóng góp khoảng 24% công suất đặt - Dự thảo Quy Hoạch Điện 8 [2])

Tại Việt Nam vào các dịp nhu cầu điện thấp như ngày nghỉ, lễ tết. Do lượng công suất từ các nguồn điện mặt trời (đặc biệt là điện mặt trời mái nhà) phát cao dẫn đến bắt đầu xuất hiện hiện tượng "Đường cong con vịt" trong những khoảng thời gian này.

Việc tích hợp năng lượng mặt trời ngày càng cao tạo ra một thách thức trong việc cân bằng cung và cầu trên lưới điện. Điều này là do nhu cầu điều động linh hoạt ngày càng tăng đối với các máy phát để nhanh chóng phát điện khi mặt trời lặn. Một thách thức khác với việc tích hợp năng lượng mặt trời cao là sản xuất điện từ mặt trời nhiều hơn mức có thể được sử dụng, đây được gọi là sản xuất quá mức. Điều này khiến các nhà vận hành hệ thống hạn chế sức phát điện của năng lượng mặt trời, làm giảm lợi ích kinh tế và môi trường của nó. Mặc dù việc cắt giảm (về mặt điện năng sản xuất ) không có tác động lớn đến lợi ích của PV khi nó thỉnh thoảng xảy ra trong năm, nhưng nó có thể có tác động đáng kể tiềm tàng ở mức độ thâm nhập PV lớn hơn.

Khi đường cong con vịt (do phát triển ồ ạt năng lượng mặt trời ) xuất hiện trên biểu đồ phụ tải của hệ thống điện sẽ tạo ra 3 thách thức chính sau

1. Quá tải cục bộ lưới điện trong những giờ năng lượng mặt trời phát cao. Nếu đầu tư nâng cấp lưới điện sẽ có hiệu quả thấp do số tiền đầu tư cao nhưng số giờ truyền tải thấp.

2. Khó khăn trong việc cân bằng cung - cầu điện. Vấn đề về điều tần trong hệ thống.

3. Lãng phí lượng lớn "Năng lượng xanh" do cắt giảm. Dẫn đến việc các nhà đầu tư thua lỗ và không còn mặn mà trong việc phát triển năng lượng tái tạo.

Đối với đường cong con vịt một số giải pháp được đề ra trong đó chủ yếu nhằm tăng độ linh hoạt của lưới điện bao gồm

1. Tăng cường các thiết bị lưu trữ điện năng (BESS)

2. Xây dựng các nguồn có khả năng điều chỉnh công suất linh hoạt bao gồm Thủy điện tích năng, Thủy điện nhỏ...

3. Tăng độ chính xác cho các công cụ dự báo cho công suất phát các nguồn điện mặt trời.

4. Nâng cấp lưới điện, xây dự thêm các đường dây truyền tải ,trạm biến áp.

Có rất nhiều giải pháp tiềm năng cho đường cong vịt. Các bài học kinh nghiệm từ quốc tế (đặc biệt là Mỹ và Châu Âu) sẽ rất quan trọng đối với Việt Nam để cải thiện tính linh hoạt của lưới điện và giải quyết các rủi ro phát điện quá mức khi năng lượng mặt trời phát triển khắp cả nước.

Nguồn tham khảo

[1]

[2] Dự thảo Quy Hoạch Điện 8

[3] Báo cáo đánh giá tác động điện mặt trời áp mái lên hệ thống điện - EVNPECC2

[3] Solar PV output prediction from video streams using convolutional neural networks - Energy and Environment Journal

[4]