Công nghệ phát điện linh hoạt có thể giúp hệ thống điện toàn cầu tiết kiệm 65 nghìn tỷ euro

Hệ thống điện sử dụng nguồn phát điện linh hoạt có những lợi thế đáng kể khi xét đến cả giảm chi phí và phát thải CO₂

Ngiên cứu mô phỏng hệ thống điện toàn cầu của Wärtsilä vừa được công bố trong Báo cáo Giao lộ trên hành trình Net zero, so sánh hai lộ trình từ năm 2025 tới 2050 với mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính và hạn chế mức tăng nhiệt độ toàn cầu đã đề ra trong Thỏa thuận Paris.

Trong lộ trình đầu tiên, chỉ có các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) như gió, mặt trời và hệ thống pin tích trữ năng lượng tham gia vào hệ thống điện. Ở lộ trình thứ hai, NLTT và hệ thống lưu trữ vẫn đóng vai trò chủ đạo trong việc phát triển hệ thống điện nhưng có sự tham gia của các nhà máy điện linh hoạt, với khả năng thay đổi công suất nhanh để hỗ trợ cân bằng khi NLTT không ổn định.

Mô phỏng hệ thống điện toàn cầu mới nhất của Wärtsilä cho thấy hệ thống điện sử dụng nguồn phát điện linh hoạt có những lợi thế đáng kể khi xét đến cả giảm chi phí và phát thải CO₂. Mô phỏng chỉ ra lộ trình này sẽ tiết kiệm khoảng 65 nghìn tỷ euro vào năm 2050 so với lộ trình chỉ bao gồm NLTT. Mức tiết kiệm này đạt trung bình 2,5 nghìn tỷ euro mỗi năm, tương đương với hơn 2% GDP toàn cầu năm 2024. Sự hỗ trợ của các nhà máy điện linh hoạt sẽ giúp tối đa hóa hiệu quả và là chìa khóa để mở rộng quy mô NLTT.

Cơ hội giảm 19 tỷ tấn phát thải

Ưu điểm nổi bật của việc tích hợp các nhà máy điện linh hoạt được Wärtsilä nghiên cứu ở khả năng giảm chi phí. So với lộ trình chỉ sử dụng NLTT kết hợp với hệ thống lưu trữ, việc triển khai các nhà máy điện linh hoạt có thể giúp giảm tổng chi phí cho các hệ thống điện trong tương lai lên tới 42%, tương đương 65 nghìn tỷ euro.

Ông Anders Lindberg, Chủ tịch mảng Năng lượng kiêm Phó Chủ tịch Cấp cao, Tập đoàn Wärtsilä

Khi so sánh, lộ trình năng lượng tái tạo kết hợp pin tích trữ năng lượng đòi hỏi mở rộng quy mô năng lượng tái tạo và hệ thống lưu trữ lớn hơn nhiều. Điều này cho thấy rằng việc bổ sung một số lượng nhỏ các nhà máy điện linh hoạt đã giúp giảm đáng kể nhu cầu mở rộng quá mức năng lượng tái tạo và hệ thống pin tích trữ để đạt được một hệ thống điện tối ưu về chi phí.

Nghiên cứu cũng cho thấy khả năng giảm lượng phát thải của ngành điện trong giai đoạn từ nay đến năm 2050 tới 21% (tương đương 19 tỷ tấn CO2), so với lộ trình chỉ sử dụng NLTT và hệ thống lưu trữ khi tích hợp các nhà máy điện linh hoạt.

Một phát hiện đáng chú ý trong Lộ trình cân bằng linh hoạt là mục tiêu giảm trên 76% lượng phát thải hàng năm có thể đạt được trước khi các loại nhiên liệu bền vững được đưa vào sử dụng rộng rãi trong ngành điện vào giữa những năm 2030. Mức giảm phát thải này chủ yếu nhờ vào việc mở rộng quy mô các nguồn năng lượng tái tạo và hệ thống pin tích trữ năng lượng, cùng với việc giảm số giờ vận hành của các nhà máy điện dự phòng linh hoạt chạy bằng khí tự nhiên. 24% lượng phát thải hàng năm còn lại sẽ giảm được khi sử dụng các nhiên liệu bền vững.

Hơn nữa, ưu điểm giảm lãng phí năng lượng được chứng minh qua mô phỏng, cho thấy tích hợp các nhà máy điện linh hoạt giúp tối ưu hóa hệ thống điện, nhờ đó giảm đến 88% NLTT bị lãng phí do bị cắt giảm công suất vào năm 2050 so với lộ trình còn lại. Trên tổng thể, chúng ta có thể tránh cắt giảm tổng cộng 458,000 TWh, đủ để cung cấp điện cho toàn thế giới (dựa trên mức tiêu thụ điện hiện tại) trong hơn 15 năm.

Một kết quả đáng chú ý của lộ trình năng lượng tái tạo kết hợp pin tích trữ năng lượng là về quy mô mở rộng khổng lồ của năng lượng tái tạo. Diện tích đất cần thiết cho các dự án điện gió và mặt trời sẽ tương đương với diện tích của toàn bộ châu Âu, đặt ra những thách thức lớn về quyền sử dụng đất, thủ tục cấp phép và phạm vi địa lý của hệ thống truyền tải điện.

Việc tích hợp các nhà máy điện linh hoạt còn giúp giảm một nửa công suất NLTT lắp đặt mới và diện tích đất sử dụng cần thiết để đạt trung hòa carbon. Trong lộ trình năng lượng tái tạo kết hợp lưu trữ năng lượng, công suất lắp đặt của năng lượng tái tạo biến đổi (mặt trời và gió) tăng lên hơn 79 TW vào năm 2050, trong khi công suất lưu trữ năng lượng tăng lên hơn 37 TW - tức là tăng lần lượt 31 lần và 441 lần so với tổng công suất lắp đặt vào năm 2023.

So sánh cơ cấu năng lượng giai đoạn 2025 – 2050 trong 2 lộ trình từ mô phỏng

Trong lộ trình cân bằng linh hoạt, công suất lắp đặt năng lượng tái tạo biến đổi đạt hơn 41 TW vào năm 2050, trong khi công suất lưu trữ năng lượng tăng lên hơn 10 TW - tức là tăng lần lượt 16 lần và 123 lần. Ngoài ra, lộ trình này còn tích hợp gần 4 TW công suất từ các nhà máy điện linh hoạt để đạt cơ cấu công suất tối ưu.

Mở rộng quy mô NLTT và công nghệ linh hoạt đảm bảo giá điện hợp lý

Ông Anders Lindberg, Chủ tịch mảng Năng lượng kiêm Phó Chủ tịch Cấp cao, Tập đoàn Wärtsilä cho biết mặc dù tỷ trọng NLTT trong hệ thống điện đang lớn hơn bao giờ hết, nhưng chỉ NLTT thì không đủ. Nghiên cứu mô phỏng của Wärtsilä chỉ ra rằng nguồn linh hoạt là cần thiết để đạt một tương lai năng lượng sạch.

“Chúng ta cần hành động ngay bây giờ để tích hợp nhiều các loại hình công nghệ cân bằng phù hợp với hệ thống điện. Điều này nhanh chóng loại bỏ dần các nhà máy điện kém linh hoạt và chuyển sang nhiên liệu bền vững. Các nhà máy điện linh hoạt là yếu tố quan trọng hỗ trợ việc tăng tỷ trọng NLTT”, ông Anders Lindberg khuyến nghị.

Các công nghệ linh hoạt khác nhau có những vai trò khác nhau trong hệ thống điện. Trong khi hệ thống pin tích trữ năng lượng cung cấp cân bằng theo cấp độ giây và phút, các nhà máy điện linh hoạt sử dụng động cơ đốt trong dạng pít-tông (Reciprocating Internal Combustion Engine – RICE) có thể xử lý các biến động cấp độ theo giờ, theo ngày và thậm chí theo mùa.

Nguồn điện linh hoạt đã được ghi nhận trong cơ cấu nguồn điện của Quy hoạch điện VIII bắt đầu với 300 MW từ nay tới trước năm 2030 và tăng lên đáng kể tới 46.200 MW trong giai đoạn trước năm 2050. Báo cáo của Wärtsilä cho rằng bây giờ điều cần thiết là đảm bảo triển khai kế hoạch thực hiện cũng như xây dựng các cơ chế thị trường phù hợp để hỗ trợ cho việc triển khai các công nghệ này.

Hành động và quyết tâm từ toàn bộ hệ sinh thái ngành điện là rất quan trọng cho quá trình chuyển đổi năng lượng chi phí thấp và phát thải thấp theo Thỏa thuận Paris. Bên cạnh việc tập trung vào việc đẩy nhanh phát triển năng lượng tái tạo, cần có cách tiếp cận toàn diện ở cấp độ hệ thống khi lập quy hoạch và đầu tư vào hệ thống điện.

Báo cáo đề cập tới yêu cầu tạo điều kiện mở rộng nhanh chóng quy mô NLTT bằng cách nâng cấp hệ thống truyền tải điện, tinh giản các thủ tục cấp phép và đầu tư vào hạ tầng kết nối lưới điện liên vùng. Nhanh chóng mở rộng các công nghệ linh hoạt giúp cân bằng nguồn điện trong thời gian ngắn và dài hạn để đảm bảo hệ thống lưới điện hoạt động ổn định và bền vững. Các công nghệ này sẽ hỗ trợ phát triển NLTT nhanh chóng, giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy điện kém linh hoạt như nhà máy nhiệt điện than và đẩy nhanh quá trình giảm phát thải.

Ngoài ra, việc huy động tài chính để phát triển các dự án NLTT và nguồn điện dự phòng linh hoạt ở quy mô và tốc độ cần thiết cũng cần được chú trọng.

Nhu cầu thay đổi sang các nhiên liệu bền vững khi sử dụng công nghệ phát điện linh hoạt

Thiết kế lại thị trường điện để khuyến khích tính linh hoạt

Theo Báo cáo Giao lộ trên hành trình Net zero, cải cách cấu trúc thị trường điện hỗ trợ tích hợp tỷ trọng cao NLTT cần có cơ chế khuyến khích cân bằng nguồn điện để cung cấp tính linh hoạt cần thiết cho hệ thống, giúp tối ưu hóa các hệ thống điện dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo.

Báo cáo cũng khuyến nghị giảm chu kỳ giao dịch và chu kỳ điều độ trên thị trường điện cạnh tranh xuống 5 phút; rút ngắn khung thời gian vận hành và điều độ huy động nguồn điện sẽ hỗ trợ tích hợp NLTT và khuyến khích các nhà máy điện linh hoạt dễ dàng điều chỉnh công suất, đáp ứng nhu cầu điện không ngừng thay đổi.

Cung cấp các dịch vụ phụ trợ mới như dự phòng công suất, điều chỉnh tăng/giảm công suất, điện áp và quán tính để đảm bảo độ ổn định của lưới điện. Nhu cầu dịch vụ phụ trợ tăng lên khi tỷ trọng NLTT thâm nhập cao hơn, có thể tối ưu hóa nguồn cung và cân bằng hệ thống bằng các công nghệ linh hoạt.

Xây dựng các mô hình doanh thu phù hợp cho các nhà máy điện linh hoạt với số giờ vận hành thấp, bao gồm các cơ chế như thanh toán theo khả năng cung cấp công suất linh hoạt và trả giá cao hơn khi hệ thống điện khan hiếm nguồn cung.

Bên cạnh đó, Báo cáo cho rằng cần lựa chọn các công nghệ phù hợp có khả năng đáp ứng nhu cầu trong tương lai và chuẩn bị cho việc sử dụng nhiên liệu bền vững, để giảm hoàn toàn phát thải carbon trong ngành điện từ giữa những năm 2030 trở đi.

Khí tự nhiên được khuyến nghị sử dụng làm nhiên liệu chuyển tiếp cho các nhà máy điện linh hoạt để đẩy mạnh việc sử dụng NLTT và loại bỏ dần các công nghệ phát điện cũ. Sử dụng khí tự nhiên như một giải pháp cân bằng linh hoạt trong giai đoạn chuyển tiếp có thể giúp giảm hơn 75% lượng phát thải CO2 hàng năm từ ngành điện vào năm 2035 (so với mức năm 2023).

Cần chuẩn bị cho việc sử dụng nhiên liệu bền vững bằng cách nâng cao kiến thức chuyên môn và xây dựng cơ sở hạ tầng cần thiết, đảm bảo quá trình chuyển đổi sang ngành năng lượng không phát thải các-bon diễn ra suôn sẻ. Để nhiên liệu bền vững có thể cạnh tranh về chi phí, cần có các chính sách hỗ trợ hỗ trợ, quy định bắt buộc, thuế các-bon (hoặc kết hợp các giải pháp trên).

Ông Phạm Minh Thành, Giám đốc Quốc gia Việt Nam mảng Năng lượng, Tập đoàn Wärtsilä nhấn mạnh Việt Nam đang thể hiện sự cam kết mạnh mẽ của mình đối với mục tiêu Net zero vào năm 2050. Điều quan trọng bây giờ là đảm bảo Quy hoạch Điện VIII được triển khai một cách kịp thời. Ông Thành khẳng định việc tăng tỷ trọng NLTT cùng với nguồn phát điện linh hoạt để cân bằng hệ thống điện là thiết yếu trong thập kỷ tới giúp Việt Nam đạt được mục tiêu đã đề ra.

Diệu Phương