Điện “lai” lên ngôi

121

Thị trường điện hỗn hợp toàn cầu dự kiến sẽ đạt US$1,47 tỷ vào năm 2024.

 

Woodstock, Minnesota năm 1998. Dan Juhl gặp trắc trở khi xây một trang trại điện gió. Ông cần điện cho văn phòng nhỏ của kỹ sư và nhân viên điều hành trang trại, nhưng chi phí đấu nối tòa nhà vào lưới điện của công ty điện lực địa phương quá sức chịu đựng của Juhl. Ông có thể cấp điện từ các tuabin gió của mình cho văn phòng nhưng nếu làm vậy, ông không thể duy trì nguồn sáng trong mùa hè, khi gió có thể lặng nhiều ngày, thậm chí là nhiều tuần liên tục. Và giải pháp của ông nằm ở những tấm pin mặt trời bổ trợ.

“Tôi lắp đặt kết hợp cả nguồn điện mặt trời, điện gió và hệ thống ắc quy dự trữ để cấp điện cho tòa nhà của mình,” ông Juhl kể. “Qua từng năm, tôi nghiệm ra rằng áp suất không khí thấp là khi năng lượng gió phát huy tốt nhất; còn áp suất không khí cao là lúc mặt trời ngự trị. Vì vậy, tôi chẳng bao giờ thiếu điện cấp cho tòa nhà của mình cả”.

20 năm sau, Juhl giờ đã biến bố cục năm xưa thành một thiết kế đầy tiềm năng cho các nhà máy điện trong toàn vùng Trung – Tây Hoa Kỳ và xa hơn nữa. Tập đoàn năng lượng Juhl mà ông chèo lái 35 năm nay đang xây dựng một nhà máy điện thương mại – có lẽ là đầu tiên trên thế giới – kết hợp năng lượng gió và mặt trời để tạo nguồn cung điện liên tục. Nhà máy này có công suất 5 MW, chỉ đủ để cấp điện cho dưới 4.000 hộ gia đình. Tuy nhiên, quy mô nhỏ có lẽ lại chính là thế mạnh lớn nhất của nhà máy này.

Ở nông thôn, chi phí dẫn điện từ các nhà máy có quy mô lớn đến những người tiêu dùng thường khá đắt. Nhà máy có quy mô nhỏ lại là chuyện khác. Nhà máy nhỏ không cần quá nhiều diện tích nên có thể được đặt gần nơi có nhu cầu sử dụng điện. Đồng thời, do có thể phân bố nhiều nhà máy nhỏ trong một khu vực lớn, những nhà máy này có khả năng cung cấp điện ổn định hơn trong những điều kiện thời tiết không thuận lợi. “Đây là phương thức gọn nhẹ để sản xuất và phân phối điện tái tạo tới lưới điện,” Juhl nhận định.

Hệ thống năng lượng hỗn hợp gió – mặt trời của Juhl sử dụng hai tuabin gió 2,3 MW của GE và lượng pin mặt trời tương đương công suất 1 MW. “Các tuabin này được thiết kế riêng để có thể sử dụng song song với pin mặt trời,” theo Jean-Claude Robert, trưởng dự án năng lượng hỗn hợp của GE.

“Đây là một phương thức gọn nhẹ để sản xuất và phân phối điện tái tạo tới lưới điện,” người sáng lập tập đoàn năng lượng Juhl nhận định. Nguồn ảnh (trên và dưới): GE Renewable Energy.

Khi dựng nên hệ thống năng lượng kết hợp 20 năm trước, Juhl đã phải dùng đến một hệ mạch điện khá phức tạp. Hệ thống này bao gồm nhiều bộ đổi chiều dòng điện, dung hòa nguồn điện từ các tuabin gió với nguồn điện không quá ổn định về hiệu điện thế do sự biến đổi thất thường của lượng ánh sáng thu được từ pin mặt trời.

Sau đó, GE đã phát triển công nghệ WiSE, viết tắt của Năng lượng tổng hợp quang – phong (Wind Integrated Solar Energy), dành riêng cho các nhà máy điện hỗn hợp năng lượng gió và mặt trời. Họ tạo ra một giao thức mới có khả năng tiếp nhận nguồn điện trực tiếp từ pin mặt trời mà không cần chuyển dòng trước đó. Các tấm pin mặt trời được đấu trực tiếp vào hệ mạch một chiều (DC) của các tuabin gió, làm giảm số thiết bị cần thiết để hòa hai nguồn năng lượng gió và mặt trời.

“Với công nghệ WiSE của GE, chúng tôi loại bỏ nhu cầu thiết bị biến tần điện mặt trời bằng cách tận dụng bộ chuyển đổi của các tuabin gió, nên năng lượng mặt trời có thể trực tiếp chạy qua các thiết bị chuyển đổi, dây cáp và phân trạm sẵn có trong một trang trại gió,” Amelie Wulff, trưởng phòng kinh doanh dự án năng lượng hỗn hợp của GE, giải thích. Bà cũng nói thêm rằng hệ thống này là “phương thức hiệu quả tận dụng cơ sở hạ tầng có sẵn của các trang trại gió, tạo ra một dây chuyền sản xuất điện mặt trời vô cùng ổn định với giá cả phải chăng”.

Nhà máy điện hỗn hợp gió – mặt trời cũng không nhất thiết phải có quy mô nhỏ. Những nhà máy quy mô lớn có thể cung cấp điện cho các quốc gia đang phát triển nhanh như Ấn Độ, nơi lưới điện có tiếng là không ổn định và cầu vượt quá cung ở nhiều khu vực. Vì vậy, GE đang triển khai những hệ thống năng lượng hỗn hợp gió – mặt trời đủ lớn để có thể trở thành nguồn cung cho cả một thành phố.

Ví dụ, GE vừa hoàn tất đề án cho một nhà máy thử nghiệm với diện tích 71 ha, kết hợp 7 tuabin gió công suất 2,3 MW và lượng pin mặt trời tương đương công suất 25 MW. Tầm nhìn là xây dựng một nhà máy điện hỗn hợp gió – mặt trời có tổng công suất 1 GW, đủ đáp ứng nhu cầu điện ngày càng cao ở khu vực xung quanh Bangalore. Thị trường điện hỗn hợp toàn cầu dự kiến sẽ đạt US$1,47 tỷ vào năm 2024.

“Ở những thị trường đang phát triển như Ấn Độ hay Trung Đông, chúng ta có thể xây dựng nhiều cơ sở điện tái tạo diện tích lớn, nhưng kèm theo đó là hệ thống đường dẫn dài và đắt đỏ. Vì vậy, chúng ta cần khai thác triệt hệ thống truyền dẫn này bằng cách kết nối những nhà máy điện hỗn hợp hiệu quả nhất vào mạng lưới,” Robert nói.

Arvind Tiwari, quản lý dự án năng lượng tái tạo tại Trung tâm nghiên cứu công nghệ toàn cầu của GE ở Banglagore, nói thêm rằng công nghệ hỗn hợp có thể mang lại cả khả năng dự báo cho lưới điện của Ấn Độ. Chẳng hạn, thiết kế của GE tổng hợp dữ liệu thời tiết với số liệu phân tích từ nhà máy điện nhằm bảo đảm nguồn cung điện liên tục.

Kết hợp năng lượng gió, mặt trời và hệ thống trữ điện giúp loại trừ nhược điểm lớn nhất của năng lượng tái tạo là sự thất thường. “Gió là nguồn năng lượng rất ổn định vào ban đêm …,” Tiwari nói. “… Mặt trời lại sáng rọi ban ngày. Hai nguồn năng lượng bổ trợ rất tốt cho nhau”.

Theo Fred Guterl

BÌNH LUẬN CỦA BẠN