Nếu một lục địa giàu có như châu Âu vẫn có thể bị đẩy vào khủng hoảng chỉ vì nguồn cung năng lượng bên ngoài biến động, liệu hệ thống điện hiện nay có thực sự đủ an toàn?
Châu Âu đang đối mặt với một bài toán ngày càng khó né tránh khi quá trình chuyển dịch sang năng lượng tái tạo diễn ra nhanh nhưng khả năng lưu trữ điện, nguồn điện điều độ và hệ thống dự phòng chưa phát triển tương xứng. Trong bối cảnh khu vực liên tục chịu các cú sốc năng lượng trong vài năm gần đây, điểm yếu không đơn thuần nằm ở việc châu Âu thiếu dầu hay khí đốt mà còn nằm ở khả năng duy trì nguồn điện ổn định khi gió yếu, trời ít nắng hoặc nguồn nhiên liệu nhập khẩu gặp gián đoạn.
1. Điện tái tạo tăng nhanh nhưng không phải lúc nào cũng có điện
Điện gió và điện mặt trời có lợi thế rất lớn về phát thải và giảm phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch, nhưng chúng mang đặc tính biến thiên. Một hệ thống điện có tỷ trọng năng lượng tái tạo càng cao càng cần khả năng cân bằng cung cầu tốt hơn.
Khi điện mặt trời sản xuất dư thừa vào giữa ngày, lượng điện đó cần được tiêu thụ, truyền sang khu vực khác hoặc lưu lại. Ngược lại, vào buổi tối khi nhu cầu vẫn cao nhưng sản lượng điện mặt trời gần như bằng không, hệ thống phải huy động pin lưu trữ, thủy điện, điện hạt nhân, khí đốt hoặc các nguồn điện linh hoạt khác.
Đây chính là lý do lưu trữ năng lượng đang chuyển từ vai trò hỗ trợ thành một thành phần hạ tầng chiến lược.
Thành phần Vai trò chính Hạn chế cần giải quyết
Điện mặt trời Điện sạch, triển khai nhanh Không phát điện ban đêm
Điện gió Sản lượng lớn tại khu vực thuận lợi Phụ thuộc điều kiện gió
Pin BESS Cân bằng điện trong thời gian ngắn Chi phí và thời lượng lưu trữ
Thủy điện tích năng Lưu trữ quy mô rất lớn Phụ thuộc địa hình và thời gian xây dựng
Khí đốt Điều độ nhanh, hỗ trợ khi thiếu điện Phụ thuộc nhiên liệu và phát thải
Điện hạt nhân Nguồn điện nền ổn định Vốn đầu tư lớn, thời gian triển khai dài
Hydrogen Có tiềm năng lưu trữ dài hạn Hiệu suất toàn chuỗi còn thấp
2. Khủng hoảng năng lượng cho thấy điểm yếu của châu Âu
Một trong những vấn đề lớn nhất của châu Âu là mức độ phụ thuộc đáng kể vào các dòng năng lượng xuyên biên giới. Khi nguồn khí đốt đường ống bị gián đoạn hoặc suy giảm, khu vực phải tăng nhập LNG, cạnh tranh nguồn cung trên thị trường quốc tế và chấp nhận biến động giá mạnh hơn.
LNG giúp châu Âu đa dạng hóa nguồn cung nhưng không hoàn toàn loại bỏ rủi ro. Thay vì phụ thuộc chủ yếu vào đường ống, một phần rủi ro được chuyển sang thị trường LNG toàn cầu, nơi giá cả có thể chịu ảnh hưởng đồng thời từ nhu cầu châu Á, năng lực hóa lỏng, vận tải biển, địa chính trị và các tuyến hàng hải chiến lược.
Trong khi đó, năng lượng tái tạo nội địa có thể giảm nhu cầu nhập nhiên liệu nhưng lại tạo ra một thách thức mới. Châu Âu phải có đủ lưới điện, lưu trữ và nguồn dự phòng để biến sản lượng điện phụ thuộc thời tiết thành một hệ thống có khả năng cung cấp điện liên tục.
3. Pin lưu trữ BESS trở thành mắt xích đặc biệt quan trọng
Battery Energy Storage System hay BESS có khả năng hấp thụ điện khi sản lượng vượt nhu cầu và trả điện trở lại lưới khi cần thiết.
Ví dụ đơn giản, một khu vực có trang trại điện mặt trời tạo ra lượng điện rất lớn vào buổi trưa nhưng nhu cầu đạt đỉnh vào buổi tối. Không có lưu trữ, một phần điện giữa trưa có thể phải cắt giảm. Có BESS, lượng điện dư có thể được tích trữ rồi giải phóng vài giờ sau.
BESS còn có thể tham gia điều tần, ổn định lưới, giảm áp lực tại các nút truyền tải và hỗ trợ hệ thống phục hồi sau sự cố.
Nhưng pin lithium-ion hiện nay không phải lời giải duy nhất. Chúng đặc biệt phù hợp với lưu trữ trong vài giờ, trong khi một hệ thống phụ thuộc mạnh vào điện gió và mặt trời còn có thể phải đối mặt với những giai đoạn thiếu năng lượng kéo dài nhiều ngày.
4. Châu Âu cần lưu trữ dài hạn chứ không chỉ những cụm pin khổng lồ
Đây có thể trở thành giai đoạn tiếp theo của cuộc cách mạng năng lượng châu Âu.
Thủy điện tích năng có khả năng lưu trữ lượng điện rất lớn. Hydrogen xanh có thể chuyển điện tái tạo thành nhiên liệu để sử dụng sau đó. Pin dòng, lưu trữ nhiệt, khí nén và nhiều công nghệ Long Duration Energy Storage cũng đang được nghiên cứu nhằm giải quyết khoảng trống giữa pin lithium-ion và nhu cầu dự phòng kéo dài.
Một cấu trúc hệ thống điện tương lai vì vậy có thể hình thành theo nhiều tầng.
Thời gian cần cân bằng Công nghệ phù hợp tiềm năng
Giây đến phút Pin BESS, dịch vụ điều tần
1 đến 4 giờ Pin lithium-ion
4 đến 12 giờ BESS thời lượng dài, thủy điện tích năng
Nhiều ngày Lưu trữ dài hạn, thủy điện, nguồn điện điều độ
Theo mùa Hydrogen, nhiên liệu tổng hợp, kho năng lượng quy mô lớn
5. Vấn đề không chỉ là xây thêm pin
Ngay cả khi châu Âu triển khai hàng loạt dự án lưu trữ, cuộc cách mạng năng lượng vẫn chưa hoàn chỉnh nếu lưới điện không được nâng cấp.
Các trung tâm điện gió ngoài khơi, điện mặt trời, khu công nghiệp và thành phố tiêu thụ điện lớn thường không nằm cùng một vị trí. Điện phải được vận chuyển xuyên vùng và ngày càng nhiều trường hợp là xuyên biên giới.
Điều này khiến đường dây truyền tải cao áp, interconnector giữa các quốc gia, hệ thống điều khiển lưới điện thông minh và khả năng dự báo sản lượng tái tạo trở nên quan trọng không kém bản thân nhà máy điện.
Nếu xây rất nhiều điện gió và điện mặt trời nhưng không đủ đường truyền tải hoặc dung lượng lưu trữ, hệ thống có thể xuất hiện nghịch lý khi điện dư thừa tại một khu vực trong khi một khu vực khác vẫn phải huy động nguồn điện đắt tiền.
6. Điện hạt nhân và khí đốt vẫn khó biến mất ngay lập tức
Cuộc tranh luận năng lượng tại châu Âu vì thế không đơn giản là lựa chọn giữa nhiên liệu hóa thạch và năng lượng tái tạo.
Pháp vẫn dựa đáng kể vào điện hạt nhân, trong khi nhiều quốc gia khác đẩy nhanh điện gió và điện mặt trời. Khí đốt tiếp tục có giá trị vì nhà máy điện khí có khả năng thay đổi công suất tương đối linh hoạt để bù đắp biến động của nguồn tái tạo.
Trong dài hạn, nếu lưu trữ điện trở nên rẻ hơn và thời lượng dài hơn, vai trò của điện khí trong cân bằng lưới có thể giảm. Nhưng loại bỏ quá nhanh các nguồn điện điều độ trước khi hệ thống lưu trữ, truyền tải và nguồn thay thế đủ mạnh cũng có thể tạo ra rủi ro an ninh năng lượng.
7. Cuộc cách mạng lưu trữ thực chất là cuộc đua giành quyền tự chủ năng lượng
Điểm quan trọng nhất không nằm ở việc châu Âu có thể lắp đặt bao nhiêu GWh pin. Mục tiêu lớn hơn là xây dựng một hệ thống có khả năng hấp thụ nguồn năng lượng nội địa khi dư thừa và sử dụng nó khi cần.
Nếu làm được điều đó, điện gió ngoài khơi Bắc Hải, điện mặt trời Nam Âu, điện hạt nhân, thủy điện và nhiều nguồn năng lượng khác có thể bổ trợ cho nhau thay vì hoạt động như những hệ thống tương đối tách biệt.
Ngược lại, nếu năng lượng tái tạo tiếp tục tăng nhanh nhưng lưu trữ và lưới điện phát triển chậm, châu Âu có nguy cơ bước vào một nghịch lý lớn của quá trình chuyển đổi năng lượng khi sở hữu ngày càng nhiều công suất phát điện nhưng vẫn dễ tổn thương trước những thời điểm hệ thống thực sự cần điện.
Ba cuộc khủng hoảng trong thời gian ngắn đang biến lưu trữ năng lượng từ một câu chuyện công nghệ thành vấn đề chiến lược. Với châu Âu, cuộc đua tiếp theo có thể không còn là ai xây được nhiều turbine gió hay tấm pin mặt trời nhất, mà là ai có thể giữ được lượng năng lượng đó đủ lâu và đưa nó trở lại lưới điện đúng thời điểm cần thiết nhất.
#ChâuÂu #NăngLượng #LưuTrữNăngLượng #PinLưuTrữ #BESS #ĐiệnGió #ĐiệnMặtTrời #LNG #KhíĐốt #AnNinhNăngLượng #NăngLượngTáiTạo #ChuyểnĐổiNăngLượng #Hydrogen #ĐiệnHạtNhân #LướiĐiện
