Mới nhất
Tiêu điểm
Bình luận
Share
Email
Lưới điện Âu Châu trong thế ‘chỉ mành treo chuông’
Âu Châu không có hệ thống điện chung, hệ thống hiện tại đã 50 năm tuổi và chỉ có chức năng là “mạng lưới hỗ trợ khẩn cấp.” Các quốc gia láng giềng đang tự phong bế bản thân khỏi các ý tưởng năng lượng của Đức — để bảo vệ nguồn cung cấp điện an toàn của chính họ.
Nếu quý vị so sánh mạng lưới điện với mạng lưới khí đốt, quý vị có thể thấy sự khác biệt rõ ràng về kích thước của kho chứa có sẵn. Trong khi nhu cầu đối với mạng lưới khí đốt có thể được đáp ứng trong thời gian nhiều tháng bằng kho dự trữ sẵn có ở Đức, thì việc lưu trữ trong lưới điện chỉ kéo dài từ 30 đến 60 phút.
Tuy nhiên, tất cả các nhà máy điện thông thường đều có bộ lưu trữ năng lượng dưới dạng thanh nhiên liệu, đống than, và các thùng chứa khí hoặc dầu trực tiếp tại chỗ. Ngoài ra, người ta đã phát triển các phương pháp rất tốt để dự đoán mức tiêu thụ điện và kiểm soát sản lượng của nhà máy điện cho phù hợp. Vì lý do này, chỉ cần một lượng lưu trữ rất nhỏ, chủ yếu ở dạng các nhà máy thủy điện tích năng, được yêu cầu có trong hệ thống điện để giữ tần số ổn định ở 50 Hertz. Do các nhà máy điện đáng tin cậy liên tiếp ngừng hoạt động, hệ thống này thực sự đang trong tình trạng “chỉ mành treo chuông”.
Các quy tắc vật lý của quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo
Vì các lý do vật lý, sản lượng phát điện và tiêu thụ điện phải bằng nhau tại mọi thời điểm. Trong hệ thống này, các thiết bị lưu trữ điện trước kia chỉ được sử dụng để, chẳng hạn như bù vào các sai số trong dự báo tiêu thụ điện.
Tần số trong lưới điện (50 Hertz ở Âu Châu), có thể được điều khiển thông qua tốc độ của các máy phát điện trong nhà máy điện, đóng vai trò là một biến số đo được cho phần bù này. Nếu nhu cầu sử dụng điện đột ngột tăng lên, thì các máy phát điện sẽ phải chịu tải lớn hơn. Kết quả là tốc độ của chúng giảm xuống — giống như khi một chiếc xe hơi đi lên đồi — và quý vị sẽ phải “nhấn ga” nhiều hơn để duy trì tốc độ, hoặc trong trường hợp này, là để đưa tần số trở lại giá trị mục tiêu 50 Hertz.
Hiện tại nguồn điện sản xuất từ gió và mặt trời không đáng tin cậy nên rất khó lấy một tần số làm cơ sở để phát đi nguồn điện bảo đảm.
‘Công suất bảo đảm’ là gì?
Câu nói “chúng ta làm gì khi mặt trời không chiếu sáng và gió không thổi” được thể hiện về mặt kỹ thuật trong giá trị công suất “bảo đảm.” Để tính ra giá trị này, quý vị lấy một nhóm các nhà máy điện có thể so sánh được, ví dụ: nhà máy điện hạt nhân, nhà máy điện than non (còn gọi là than nâu) và nhà máy điện than đá cứng (than anthracite) hoặc nhà máy điện khí. Cuối cùng, quý vị xác định bao nhiêu phần trăm trong công suất đã lắp đặt là khả dụng cho mỗi phút trong năm.
Đối với các loại nhà máy điện được đề cập bên trên, con số này ở vào khoảng 90%. 10% thời gian còn lại là do, các nhà máy điện trong lưới điện đang trong thời kỳ chẳng hạn như được bảo dưỡng hoặc xảy ra sự cố. Ví dụ, nếu mực nước thấp thường xuyên ở các con sông (chẳng hạn như sông Rhine) ảnh hưởng đến việc vận chuyển cung cấp than đá cứng, thì giá trị này có thể giảm một cách rõ rệt.
Với quang năng, công suất bảo đảm là 0%, vì ban đêm không có ánh sáng mặt trời. Công suất bảo đảm của gió trên đất liền là 1% và 2% đối với các cối xay gió ngoài khơi.
Điều này khiến chúng ta dễ hiểu rằng sẽ không bao giờ có thể cung cấp nguồn điện bảo đảm ở Đức vào bất kỳ lúc nào chỉ bằng năng lực của tự thân nước này với phong năng và quang năng.
Kể từ khi bắt đầu quá trình chuyển đổi năng lượng vào khoảng năm 1990, Đức luôn cố gắng tạo ra sản lượng điện an toàn trong nước nhiều hơn so với nhu cầu điện tối đa, mặc dù đã tích lũy công suất phát điện cao từ gió và mặt trời. Điều đó có nghĩa là bất cứ khi nào gió và mặt trời có thể cung cấp năng lượng, thì nguồn sản xuất từ các nhà máy điện thông thường sẽ được thu hẹp lại. Mặt khác, những nhà máy điện thông thường này có thể cung cấp điện cho Đức một cách đáng tin cậy ngay cả khi năng lượng tái tạo thất bại.
Trong trường hợp khẩn cấp, công suất thiếu tới 80%
Tuy nhiên, với việc chuyển đổi khỏi than đá và năng lượng hạt nhân, chính những công suất phát điện bảo đảm này đang bị phá bỏ với tốc độ cao. Đồng thời, không có công nghệ nào rõ ràng có thể thu hẹp khoảng cách này.
Về phương diện này thì vẫn còn phải chờ xem Đức sẽ như thế nào. Có thể thấy trước được rằng quốc gia này — do đồng thời loại bỏ than vào năm 2038 và năng lượng hạt nhân vào cuối năm 2022 (thời hạn này đã được dời sang khoảng tháng 04/2023) — sẽ không còn có thể cung cấp năng lượng điện cho đất nước mình một cách an toàn bằng chính tài nguyên của mình vào bất cứ lúc nào.
Do đó, Đức sẽ ngày càng phụ thuộc vào việc sử dụng thị trường điện Âu Châu để thu hẹp khoảng cách giữa nhu cầu và sản xuất điện trong nước một cách an toàn cho mỗi từng phút.
Là một quốc gia công nghiệp lớn, Đức đang quay lưng lại với nguyên tắc đã được phát triển từ hơn 100 năm và vẫn được thực hiện ở tất cả các quốc gia công nghiệp khác, đó là công suất bảo đảm của việc phát điện của nước mình phải luôn lớn hơn tải lượng tối đa, tức là lớn hơn nhu cầu sử dụng điện tối đa. Tùy thuộc vào cách tính, 14 đến 65 gigawatt (GW) công suất nhà máy điện đang bị thiếu trong lưới điện vào mùa đông. Để so sánh, tải lượng tối đa là khoảng 80 GW.
‘Hỗ trợ khẩn cấp’ thay vì cung cấp lâu dài
Việc xây dựng nguồn cung cấp điện ở Âu Châu và Bắc Mỹ đã bắt đầu từ hơn 100 năm trước với các khu vực cung cấp nhỏ tại địa phương và các mức điện áp trên lưới rất khác nhau. Để tăng cường sự bảo đảm cho nguồn cung cấp, ngày càng nhiều lưới điện nhỏ tại địa phương được hợp nhất để tạo thành lưới điện trung thế và cao thế cấp khu vực và sau này là lưới điện trung thế quốc gia.
Mức điện áp được đặt trên toàn quốc trong khoảng từ 100 đến 250 kilovolt (kV). Các đường dây điện xuyên biên giới không tồn tại cho đến giữa những năm 1950. Vào cuối những năm 1960, việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân với công suất tổ máy lên đến 1,300 MW đã bắt đầu ở Âu Châu. Sau cùng, việc đưa ra mức điện áp trên 250 kV là cần thiết để loại bỏ nguồn điện cao như vậy khỏi điểm cung cấp một cách tối ưu về mặt kinh tế.
Vì vấn đề này xảy ra đồng thời ở nhiều nước Âu Châu, nên việc xây dựng một mạng lưới điện cao thế xuyên biên giới, rộng khắp Âu Châu với mức điện áp 380 kV đã được đẩy mạnh vào những năm 1970.
Để tăng cường hơn nữa sự bảo đảm về nguồn cung trong lưới điện liên kết Âu Châu này so với các mức điện áp quốc gia trước đây, các đầu nối xuyên biên giới phải được thiết kế sao cho sự cố của tối đa hai nhà máy điện hạt nhân lớn gần biên giới có thể được bù đắp bằng nguồn cung cấp năng lượng tạm thời từ lưới điện của quốc gia láng giềng. Do đó, lưới điện liên kết của Âu Châu vẫn có chức năng của một “mạng lưới hỗ trợ khẩn cấp” với công suất vận chuyển lên đến 3 GW trên mỗi đường dây điện xuyên biên giới.
Khả năng vận chuyển kể trên có thể và sẽ được sử dụng để buôn bán năng lượng điện trên toàn châu Âu ở cấp độ này. Tuy nhiên, lưới điện liên kết của Âu Châu không phải chỉ là một tấm lưới đồng mà qua đó qua đó có thể vận chuyển các dịch vụ khổng lồ để cung cấp tạm thời cho cả một đất nước đối với các quốc gia ở Âu Châu. Nhưng đây chính là điều mà lưới điện của Đức sẽ cần trong tương lai bất cứ khi nào mặt trời không chiếu sáng và gió không thổi.
Lưới điện sụp đổ ở các nước Balkan vì Đức và Pháp
Một sự cố lớn tác động lớn đến lưới điện liên kết của Âu Châu đã xảy ra vào ngày 08/01/2021. Do sự cố ngừng hoạt động của trước tiên là các nhà máy nhiệt điện than và sau đó là các nhà máy điện hạt nhân khác, cộng thêm nguồn cung cấp rất thấp từ phong năng và quang năng cùng mức tiêu thụ điện tăng cao hơn, Đức không còn đủ khả năng đáp ứng nhu cầu trong nước và đã mua công suất quy mô lớn từ các nhà máy nhiệt điện than ở Bulgaria và Romania.
Pháp cũng gặp vấn đề với công suất bảo đảm và giống như Tây Ban Nha, cũng đã mua của các quốc gia này. Do đó, gần 7,000 MW đã được vận chuyển khắp Âu Châu và tất cả các phần của lưới điện liên kết Âu Châu ở Balkan đã được tải vô cùng nặng.
Một thiết bị đóng cắt ở Croatia bị hỏng do quá tải và dòng điện này đã được phân phối đến các đường dây lân cận, khiến cho chúng cũng rơi vào tình trạng quá tải và ngừng hoạt động. Trong vòng một phút, tất cả các đường dây 380 kV ở Balkan, được cho là vận chuyển 7,000 MW nói trên đến Đức, Pháp, và Tây Ban Nha, đều bị đóng lại.
Sự khác biệt trong hệ thống này, tức là sự cân bằng giữa sản xuất và tiêu dùng đến từng phút, cũng có tác động lớn đến sự ổn định của hệ thống. Ở Đông Nam Âu Châu, lượng điện sản xuất ra nhiều hơn đáng kể so với lượng tải trên lưới điện. Tần suất, như một thước đo của sự cân bằng này, đã tăng vọt và nhiều nhà máy điện đã phải ngừng hoạt động trong một thời gian rất ngắn.
Ở Tây Bắc Âu Châu, đột nhiên có quá ít lượng điện được sản xuất và tần suất đã giảm mạnh. Việc buộc phải cắt điện đối với người tiêu dùng chỉ có thể được giảm đến mức tối thiểu bằng cách huy động tất cả các nguồn dự trữ sẵn có. Ở phần phía đông nam của lưới điện này, chủ yếu là ở Romania, khách hàng cuối đã gặp phải tình trạng mất điện tạm thời. Việc cắt nguồn điện tương ứng với công suất khoảng 225 MW.
Các trường hợp tương tự từng xảy ra vào năm 2006, khi có một tình trạng chia cắt hệ thống từ Biển Bắc đến Biển Adriatic, gây mất điện khu vực ở miền Nam nước Đức và Pháp, và vào năm 2004, khi Ý trải qua thời gian mất điện kéo dài.
Các mạng lưới năng lượng không được thiết kế cho mục đích này
Những ví dụ kể trên cho thấy rõ ràng những rủi ro khi điện được mua bán trên khắp Âu Châu trên quy mô lớn trong một hệ thống kỹ thuật mà không được quy hoạch và xây dựng cho mục đích đó. Tất nhiên, lưới điện liên kết Âu Châu có thể phát triển hơn nữa và hiệu suất của nó có thể được điều chỉnh. Tuy nhiên, nếu chỉ tăng năng lực vận chuyển của các tuyến liên kết thì chưa đủ.
Tất nhiên, lưới điện quốc gia 380 kV tương ứng ở các quốc gia Âu Châu riêng lẻ cũng sẽ phải được điều chỉnh để vận chuyển lượng điện năng có quy mô quốc gia trên toàn Âu Châu.
Trái ngược với tất cả các quốc gia công nghiệp phát triển lớn khác ở Âu Châu, Đức là quốc gia duy nhất đang trên đà đi đến một cấu trúc cung ứng mà trong đó quốc gia của họ không thể được cung cấp bằng nguồn lực của chính họ tại mọi thời điểm. Do đó, sự quan tâm của các nước láng giềng của Đức đối với việc chuyển đổi cấu trúc lưới điện của họ theo cách đặc biệt này của Đức là khá thấp.
Sự miễn cưỡng hành động theo “cách làm của người Đức” này đã trở nên rõ ràng trong mười năm qua với sự phát triển của cái gọi là máy biến áp chuyển pha. Đây là một thiết bị đặc biệt có thể sử dụng để điều chỉnh vô cấp dòng điện trên đường dây từ 100% xuống còn 0%. Điều dẫn đến việc lắp đặt các máy biến áp này là sự phát triển của sản xuất năng lượng tái tạo ở Đức, vốn vượt ra ngoài các quy tắc căn bản của một nguồn cung cấp điện bảo đảm.
Để lại vấn đề cho kẻ gây ra: các nước láng giềng tự phong tỏa
Do chính sách trợ cấp của Đức, một lượng cực lớn các tuabin gió và hệ thống các tấm quang năng lớn đã được xây dựng ở phía đông bắc nước Đức, điều này tạm thời dẫn đến tình trạng cung vượt quá cầu trong lưới điện của nước này. Ví dụ, nếu lượng điện dư này được sử dụng ở miền Nam nước Đức, thì nó sẽ phải được vận chuyển từ Bắc vào Nam qua lưới điện 380 kV của Đức.
Tuy nhiên, theo các quy tắc vật lý căn bản, việc truyền tải như vậy cũng sẽ tìm đường qua lưới điện Ba Lan, Séc, Slovakia, Hungary, và Áo. Các luồng chuyển tuyến bất ngờ như vậy qua lưới điện của các nước láng giềng là điều vô cùng không mong muốn ở đó, vì chúng gây nguy hiểm cho nguồn cung cấp điện an toàn ở đó.
Đó là lý do tại sao tất cả các nước láng giềng của Đức hiện đã trang bị cho các đường dây xuyên biên giới của họ các máy biến áp chuyển pha nói trên để hạn chế các dòng điện không mong muốn như vậy về 0 và giải quyết vấn đề ở Đức trên cơ sở “kẻ nào gây ra phải tự chịu trách nhiệm.”
Trong trường hợp này, toàn bộ điện năng tái tạo sẽ phải được vận chuyển ở phần Đức của lưới điện 380 kV. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa được nhân rộng và sẽ không như vậy trong tương lai gần. Để tránh quá tải và ngắt kết nối đường dây, việc làm gọi là cố ý cắt giảm sản lượng (redispatch) sẽ có hiệu lực. Điều này có nghĩa là các nhà máy điện ở phía đông bắc cung cấp cho phía nam do các hợp đồng cung cấp điện sẽ buộc phải đóng cửa để tránh quá tải các đường dây trong lưới điện. Các nhà máy điện có nguồn dự trữ còn dư ở miền Nam cũng sẽ phải được tăng cường. Đương nhiên cả hai việc này đều cần có sự đền bù thích đáng về mặt tài chính.
Do Maurice Forgeng thực hiện
Việt Phương biên dịch
Quý vị tham khảo bản gốc từ Epoch Times Tiếng Đức
