Giải pháp kết hợp pin với tua bin đầu tiên trên thế giới để giải quyết sự bất ổn của nguồn cung hỗn hợp điện tái tạo đã được áp dụng thành công tại bang California, Hoa Kỳ. Lần đầu tiên, lượng điện mặt trời và phong điện ở California đã đáp ứng được 49,2% nhu cầu điện năng toàn bang. Kỷ lục này là một tín hiệu khả quan cho bang đông dân nhất Hoa Kỳ đang phấn đấu để điện tái tạo đáp ứng một nửa nhu cầu sử dụng điện vào năm 2030.
Tuy nhiên mục tiêu này có một vài rào cản. Khách hàng muốn luôn có điện, nhưng gió có thể sẽ yếu đi và ngay cả ở California đầy nắng, mặt trời vẫn có thể bị mây che khuất. “Không phải lúc nào cũng có điện tái tạo để đáp ứng nhu cầu sử dụng. Sẽ cần thêm nguồn cung năng lượng để bù đắp khoảng trống của hai nguồn điện này”, Selma Kivran, Giám đốc điều hành Aeroderivative tại GE Power Services, cho biết. (Aeroderivative là loại tua bin sử dụng động cơ máy bay để sản xuất điện).
Tua bin khí LM6000 được cải tiến từ động cơ phản lực CF6 được sử dụng trong nhiều máy bay Boeing 747, bao gồm Air Force One. Ảnh: GE Reports/GE Aviation.
Khi không có các loại pin đủ mạnh để bù đắp nguồn cung cho các lưới điện vì pin trữ năng lượng còn rất đắt và ít được sử dụng, loại tua bin này được sử dụng làm biện pháp thay thế để tăng điện áp. Những tua bin khí tự nhiên này có thể nhanh chóng sản xuất để bù đắp lượng điện cần thiết khi các nguồn điện tái tạo không ổn định, hoặc ngừng sản xuất.
Tuy nhiên, ngay cả máy tăng điện áp nhanh nhất cũng phải mất vài phút để đạt công suất tối đa. Do đó các nhà điều hành sẽ phải cho động cơ chạy ở mức thấp nhất để luôn sẵn sàng cho lúc cần. Cũng chính vì vậy, Gas bị lãng phí và thiết bị chóng hỏng hơn. “Loại thiết bị này chưa hiệu quả, luôn cần thêm nhiên liệu, tốn kém và thải ra lượng khí nhà kính không cần thiết”, Kivran nói. “Đây không phải giải pháp lý tưởng và càng không phải là giải pháp duy nhất”.
Kivran và các đồng nghiệp ở GE Energy Connections đã quyết định kết hợp tua bin và pin trữ năng lượng thành một hệ thống đơn nhất, hiệu quả, hoạt động bằng một phần mềm quản lý năng lượng tinh vi. Với hệ thống kết hợp này, tua bin có thể không hoạt động và pin trữ năng lượng đảm trách vai trò “phản ứng nhanh” với tình trạng của lưới điện.
Đây là giải pháp đầu tiên trên thế giới được kết hợp theo phương thức này.
Trung tâm Southern California Edison (SCE) hiện đang áp dụng giải pháp này cho hai địa điểm gần Los Angeles. “Đây là sự kết hợp của hai hệ thống”, Mirko Molinari, Giám đốc điều hành mạng lưới điện tử tại Giải pháp mạng điện của GE Energy Connections. “Pin trữ năng lượng sạch và hoạt động nhanh, và tua bin thì mang lại năng lượng đủ nhu cầu. Nó là nguồn năng lượng ổn định, và chúng ta vẫn được lợi về môi trường”.
“Vấn đề của hệ thống điện cũng giống như tình trạng với xe hơi. Chúng ta muốn có xe chạy điện ở mọi nơi, tuy nhiên lượng điện một viên pin giá phù hợp có thể chứa chỉ đáp ứng được một quãng đường, một khoảng thời gian nhất định. Giá pin đang ngày càng giảm đi, nhưng hiện tại các động cơ “lai” vẫn là giải pháp tốt nhất”, Molinari giải thích thêm.
Trong giải pháp “lai” này, GE kết hợp một tua bin khí tự nhiên LM6000 được cải tiến từ động cơ máy bay phản lực và có khả năng đạt mức sản lượng 50MW trong vòng 5 phút với một pin lithium trữ lượng 10MW và có khả năng cung cấp điện trong 30 phút. Khi gió ngừng thổi và các nhà máy phong điện ngừng sản xuất, viên pin này sẽ hoạt động ngay lập tức và giúp cho tua bin có đủ thời gian khởi động và đạt công suất tối đa.
Các kỹ sư của GE đã phát triển một phần mềm giúp các cơ sở sản xuất điện tái tạo có thể tối ưu hóa tốc độ xả pin và thời gian tua bin cần để đạt công suất tối đa. “Ai cũng có thể đặt một viên pin cạnh một tua bin. Điều đặc biệt là khả năng kiểm soát và điều khiển”, Molinari nói.
Molinari cho biết, tổ chức California Independent System Operator (CAISO) có phần mềm theo dõi mạng lưới điện. Khi phần mềm này nhận thấy điện áp trên đường dây giảm xuống, nó sẽ gửi tín hiệu tới hệ thống kết hợp pin và tua bin để hệ thống này chuẩn bị sẵn sàng, đồng thời thông báo tới phòng điều khiển của cơ sở sản xuất. Nhờ đó, lượng năng lượng di chuyển trong các đường dây được đảm bảo ngay cả khi nguồn năng lượng tái tạo yếu đi hoặc dừng hẳn.
“Khi tăng tốc trong một chiếc xe “lai”, bạn không thể biết việc tăng tốc đó dùng bao nhiêu năng lượng từ động cơ xăng và bao nhiêu từ ắc quy. Giải pháp này cũng tương tự cho người dùng điện”, Molinari giải thích.
“Phép màu pin và tua bin là điều khiển chúng một cách kết hợp”. Ảnh: GE Reports/GE Energy Connections.
Ngoài mục đích phòng tránh sụt điện áp do sự bất ổn của điện tái tạo, giải pháp này cũng hữu ích với “Vịt California” – biệt danh của đường cong mang dáng một con vịt, miêu tả sự khác biệt giữa cung và cầu điện sau hoàng hôn khi hàng loạt tấm pin mặt trời ở bang này ngừng sản xuất điện.
“Giải pháp này có thể được mở rộng”, Kivran nói. “Chúng tôi đã tối ưu hóa việc lưu trữ năng lượng để đáp ứng yêu cầu về chi phí, tuy nhiên với thiết kế mô đun của giải pháp này, không có lý do gì để chúng tôi không thể đạt mức 100MW, hoặc cao hơn.
Kivran cho biết: Khi California đạt mục tiêu sử dụng năng lượng tái tạo cao hơn, đường cong “Vịt Cali” chỉ có thể ngày càng trầm trọng hơn. Chúng tôi sẽ cần thêm nhưng giải pháp như thế này để đảm bảo sự ổn định của nguồn cung với điện năng hỗn hợp.
Để xem các tin bài khác về Năng lượng tái tạo, hãy nhấn vào đây
(Nguồn: Nangluongvietnam)
