Như chúng ta đều biết, biểu đồ phụ tải ngày đêm của hệ thống điện (HTĐ) có đặc điểm là không đồng đều. Lấy ví dụ biểu đồ phụ tải hệ thống điện quốc gia ngày 30/12/2020 (hình 1). Đây là năm mà kỷ lục lắp đặt điện mặt trời được xác lập, tính đến cuối năm 2020, công suất điện mặt trời trên cả nước đã đạt khoảng 19.400 MWp, tương ứng khoảng 16.500 MWac – chiếm gần 24% tổng công suất nguồn điện. Toàn bộ sản lượng điện phát từ điện mặt trời trên toàn quốc trong cả năm 2020 là 10,6 tỉ kWh, chiếm khoảng 4,3% tổng sản lượng điện toàn quốc.
Biểu đồ phụ tải hệ thống điện quốc gia ngày 30/12/2020. Nguồn: EVN.
Phân tích từ hình dạng biểu đồ phụ tải đó có thể nhận thấy một số đặc điểm của vận hành hệ thống, đó là có thời điểm xảy ra hiện tượng thừa công suất vào giờ thấp điểm trưa khoảng từ 10h-14h do lúc này phụ tải xuống thấp, nhưng bức xạ mặt trời lại tốt nhất trong ngày. Mặt khác, vào giờ cao điểm tối (khoảng từ 17h30-18h30) là thời điểm mà nhu cầu tiêu thụ điện cao nhất trong ngày, hệ thống điện cần một lượng công suất phát điện khá lớn thì lúc này khả năng đáp ứng của hàng chục nghìn MW điện mặt trời hầu như không còn.
Bên cạnh hiện tượng chênh lệch về công suất phụ tải ở các thời điểm trong ngày, thì nhu cầu phụ tải giữa ngày làm việc và ngày nghỉ cũng có sự chênh lệch khá lớn. Việc san bằng biểu đồ phụ tải có thể thực hiện được bằng tác động về kinh tế (thông qua các biểu giá sử dụng điện giờ cao điểm, giờ thấp điểm) đối với người tiêu thụ, hoặc nhờ sử dụng các bộ phận tích trữ năng lượng.
Khái niệm cơ bản về nhà máy thủy điện tích năng
Nhà máy thủy điện tích năng là một dạng “hộ tiêu thụ điện đặc biệt”: Công dụng chính là tích lũy năng lượng để bổ sung cho hệ thống vào những lúc cần thiết. Nó được ví như “bình ắc quy” của hệ thống điện, được “xạc đầy” ở khoảng thời gian nhu cầu điện thấp, và mang ra dùng vào các thời điểm có nhu cầu điện cao. Thời gian tích năng lượng thích hợp là khi phụ tải ở thấp điểm (vào ban đêm – khi nhu cầu phụ tải thấp nhất, hoặc lúc thấp điểm trưa – khi bức xạ mặt trời lớn nhất).
Mô hình hoạt động của nhà máy thủy điện tích năng:
Mô hình hoạt động thủy điện tích năng.
Đương nhiên, quá trình tích năng nhờ bơm rồi phát điện trở lại sẽ gây tổn thất năng lượng, hiệu suất thông thường đạt chừng 70% đầu vào. Tuy nhiên, theo tính toán về kinh tế thì giá điện năng vào giờ thấp điểm rẻ và giá điện năng đắt hơn vào cao điểm sẽ giải quyết vấn đề hiệu quả, song tác dụng việc điều hòa nguồn điện mang lại lợi ích lớn.
Có thể nói, Thủy điện tích năng (TĐTN) làm nhiệm vụ “phủ đỉnh – điền đáy” làm san bằng hơn biểu đồ phụ tải, hỗ trợ các nhà máy điện khác hoạt động hiệu quả hơn, khi chúng không phải giảm công suất phát điện quá thấp vào ban đêm, cuối tuần, hoặc khí bức xạ mặt trời lớn nhất.
Minh họa các khoảng thời gian phát điện và bơm nước tích năng của TĐTN trong biểu đồ phụ tải hàng ngày.
Phát triển thủy điện tích năng ở Việt Nam
Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) với sự tư vấn của các chuyên gia Nhật Bản (JICA) đã hoàn thành nghiên cứu các dự án thủy điện tích năng tiềm năng và đã được Bộ Công nghiệp phê duyệt tại Quyết định số 3837/QĐ-BCN ngày 22/11/2005 (nghiên cứu 38 địa điểm và kiến nghị 10 dự án có tính khả thi với tổng công suất lắp máy khoảng 10.000 MW, bao gồm Sơn La: 7 dự án, Hoà Bình: 1 dự án, Ninh Thuận: 1 dự án, Bình Thuận: 1 dự án).
Nhà máy Thủy điện Tích năng Bác Ái, tỉnh Ninh Thuận là công trình thủy điện tích năng đầu tiên tại Việt Nam đã được khởi công xây dựng đầu năm 2020 với tổng mức đầu tư khoảng 21.100 tỷ đồng. Dự án gồm 4 tổ máy, với công suất 1.200 MW. Công trình này sử dụng nguồn nước từ hồ Sông Cái thuộc hệ thống thủy lợi Tân Mỹ làm hồ dưới. Nước được bơm lên hồ trên tích nước để phát điện thông qua 2 đường ống song song có đường kính thay đổi từ 5,5 đến 7,5 m, dài 2,7 km. Nhà máy được trang bị bơm – tua bin đảo chiều và động cơ – máy phát đảo chiều hiện đại. Dự kiến toàn bộ dự án này hoàn thành vào năm 2028.
Tuy nhiên, giá mua điện nào khi dùng điện mặt trời (thời điểm từ 10-14h) để Thủy điện Tích năng Bắc Ái bơm nước lên hồ trên đang là một câu hỏi cho EVN. Bởi nguyên tắc nhà máy thủy điện tích năng mua điện giá rẻ khi hệ thống thừa điện và bán điện giá cao khi phủ đỉnh thì hoạt động mới hiệu quả, trong khi giá FIT điện mặt trời mà EVN đang mua là 7,09 US¢/kWh (với điện mặt trời mặt đất); 7,69 US¢/kWh (đối với điện mặt trời nổi) và 8,38 US¢/kWh (với điện mặt trời trên mái nhà) theo Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ.
ST: Kíp 4 – PXSX SB4A
