Hồi tháng Tám, Massachusetts đã cùng với California, New York, và Washington thông qua luật hạn chế sử dụng dầu và khí đốt trong xây dựng các ngôi nhà mới. Một số tiểu bang cũng đã ấn định ngày cấm bán xe hơi chạy bằng xăng.
Ở cấp liên bang, nỗ lực điện khí hóa đã bao gồm các khoản trợ cấp lớn cho xe điện (EV) và các trạm sạc, thậm chí là một lệnh cấm bếp gas đã được cân nhắc. Bên cạnh những nỗ lực của chính phủ là phong trào môi trường, xã hội, và quản trị (ESG), vốn đã thành công trong việc gây sức ép để các tập đoàn và các hãng tiện ích công phải tuân thủ nghị trình về mức phát thải ròng bằng không.
Tất cả những điều này khiến người Mỹ phụ thuộc nhiều hơn vào lưới điện đúng lúc các công ty tiện ích đang đẩy nhanh việc đóng cửa các nhà máy điện chạy bằng than và khí đốt, khiến lưới điện ngày càng phụ thuộc vào phong điện và quang điện vốn hay bị gián đoạn. Điều này đã làm dấy lên các cảnh báo từ các chuyên gia cơ sở hạ tầng tiện ích rằng việc Mỹ hướng tới năng lượng tái tạo có thể khiến lưới điện của chúng ta trở nên mất ổn định.
Ông John Moura, giám đốc đánh giá độ tin cậy của Công ty Độ tin cậy Điện lực Bắc Mỹ (NERC), nói: “Tôi đưa ra phép ví von [cho tình trạng này] là cảnh vừa chạy vừa buộc dây giày.” NERC chịu trách nhiệm quản lý các hãng tiện ích cung cấp điện để bảo đảm rằng họ có thể cung cấp điện bất cứ lúc nào cần thiết.
NERC là nơi xuất bản một đánh giá độ tin cậy dài hạn thường niên (LTRA). Theo LTRA cho năm 2022, tuy dự kiến nhiều khu vực lưới điện sẽ đáp ứng được nhu cầu, nhưng một số khu vực có “nguy cơ cao” thì không đáp ứng được. Hai khu vực gặp rủi ro cao là California và khu vực trung tâm lục địa chạy từ Ontario xuống qua vùng Ngũ Đại Hồ (Great Lakes) đến Louisiana.
LTRA cho biết: “Việc thiếu điện theo dự kiến tiếp tục có xu hướng gia tăng … trong bối cảnh việc sản xuất điện bằng than, hạt nhân, và khí đốt tự nhiên lâu đời hơn đang rời khỏi hệ thống nhanh hơn so với việc kết nối với các nguồn thay thế.” Ngoài các địa phương gặp rủi ro cao, thì các khu vực có “rủi ro tăng lên” gồm có New England và toàn bộ miền tây Hoa Kỳ ngoại trừ California.
NERC, báo cáo đánh giá độ tin cậy dài hạn, tháng 12/2022
Một báo cáo của hai chuyên gia trong ngành là ông Paul Bonifas và ông Tim Considine mang nhan đề “Các Giới hạn đối với Năng lượng Xanh,” cho biết một cách thẳng thắn hơn: “Không biết mức VRE [năng lượng tái tạo biến đổi] có thể được thêm vào lưới điện là bao nhiêu trước khi lưới điện bị hỏng hoặc trở nên không thể chi trả được. Tuy nhiên, hầu như chắc chắn rằng tại một thời điểm nào đó không rõ, lưới điện sẽ trở nên không đáng tin cậy và chi phí sẽ tăng vọt. Chưa hết, mỗi năm lại có nhiều VRE được thiết lập hơn.”
Ông Bonifas và ông Considine viết, “Liệu công nghệ lưới điện tái tạo 100% có khả thi không, có đáng tin cậy không, và có kinh tế không? Không, không, và không.” Báo cáo này nêu rõ rằng việc liên tục đóng cửa các nguồn năng lượng đáng tin cậy — khí đốt, than đá, và hạt nhân — sẽ gây mất ổn định, hơn nữa những chi phí để phù hợp với lưới điện dựa trên sản xuất năng lượng tái tạo phụ thuộc vào thời tiết là “đáng kể và là yếu tố chưa thể xác định.”
Nhiều vấn đề bắt nguồn từ tính chất vật lý của điện và kiến trúc lưới điện của chúng ta, vốn được ông Moura gọi là “cỗ máy lớn nhất thế giới.” Lưới điện Hoa Kỳ gồm hàng trăm nhà máy điện trải khắp Hoa Kỳ kết nối với các máy biến áp giúp chuyển đổi năng lượng đó để điện có thể được truyền đi khắp mạng lưới đường dây điện cao thế dài khoảng 700,000 dặm (1.12 triệu km). Sau đó, điện sẽ chạy đến các máy biến áp lân cận để giảm dần điện áp vì thế có thể được sử dụng an toàn tại nhà.
Điện trên lưới điện phải được tiêu thụ ngay khi được tạo ra, vì không thể để đó hoặc lưu trữ trong một thời gian dài. Ngược lại, điện phải được tạo ra ở một số vị trí dọc theo lưới điện tại thời điểm mọi người bật lò sưởi, sạc xe hơi, hoặc bật công tắc đèn trong nhà của mình.
“Việc tiêu thụ và sản xuất điện phải luôn được cân bằng,” hai chuyên gia Bonifas và Considine viết. “Nếu không, lưới điện có thể bị sập. Rất may, kích thước to lớn và tính liên kết của lưới điện khiến vấn đề cân bằng trở nên dễ quản lý hơn; hàng tỷ phụ tải điện trên khắp đất nước liên tục được thêm và bớt, làm cân bằng lượng điện tại bất kỳ thời điểm nào.”
Trong điều kiện bình thường, báo cáo của ULTRA cho biết, lưới điện Bắc Mỹ đã hoạt động đáng tin cậy. Do kích thước rất lớn của lưới điện, tình trạng thiếu điện ở một khu vực khi nhu cầu đạt đỉnh điểm có thể được bù đắp bằng cách chuyển nguồn cung dư thừa từ các khu vực khác; tuy nhiên, lưới điện ngày càng gặp khó khăn trong những năm gần đây, dẫn đến tình trạng mất điện vào những ngày quá nóng hoặc quá lạnh, khi mọi người cần điện nhất.
Nguồn cung cấp điện của Hoa Kỳ ngày càng phụ thuộc vào thời tiết
Vấn đề này xảy ra khi các nguồn phụ thuộc vào thời tiết như gió và mặt trời được đưa vào lưới điện với tốc độ ngày càng tăng. Vấn đề không chỉ là VRE chỉ phát điện khi thời tiết thuận lợi, mà còn là ngay cả khi thời tiết thuận lợi thì sự phù hợp về thời gian cũng không chính xác. Ví dụ, công suất cực đại của quang năng thường xảy ra khoảng năm giờ trước khi nhu cầu cao nhất vào ban ngày và công suất cực đại của phong năng thường đến vào ban đêm khi nhu cầu thấp hơn. Và cũng có sự mất cân xứng theo mùa giữa cung và cầu đối với năng lượng tái tạo.
“Vào mùa đông, một trong những thách thức đặc biệt với quang năng là nhu cầu điện cao điểm thường đến vào lúc mặt trời lặn, sáng sớm hoặc đầu giờ tối,” ông Moura cho biết. “Quý vị có thể thêm bao nhiêu quang năng tùy thích, nhưng nguồn năng lượng này sẽ không giúp ích được gì trong giai đoạn thời gian đó và sẽ không đáp ứng được nhu cầu.”
Điều này cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa lượng điện mà các nguồn năng lượng tái tạo có thể tạo ra trong các điều kiện lý tưởng và lượng điện mà các nguồn này thực sự tạo ra khi được đưa vào lưới điện. Phép đo sản lượng thực tế so với sản lượng tiềm năng này được gọi là “hệ số công suất” (capacity factor). Các hệ số công suất đối với gió và mặt trời lần lượt là 25% và 35%, so với 50% đối với than, 55% đối với khí đốt tự nhiên, và 93% đối với hạt nhân. Nhưng ngay cả những tỷ lệ phần trăm đó cũng có thể phóng đại tính hữu ích của gió và mặt trời vì hiện tại 29 tiểu bang của Hoa Kỳ và thủ đô Hoa Thịnh Đốn có các quy định về năng lượng tái tạo (REM) yêu cầu các cơ quan tiện ích phải mua từ các nguồn tái tạo trước, điều này thường khiến các nguồn truyền thống trở nên nhàn rỗi.
Do tính không thể đoán trước của VRE, các nhà máy điện hạt nhân và nhiên liệu hóa thạch phải sẵn sàng hoạt động như một hệ thống “làm trơn” có thể tăng hoặc giảm theo ý muốn và cân bằng lại nguồn cung không liên tục với nhu cầu. Khi năng lượng tái tạo chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng sản lượng điện, thì lưới điện có thể quản lý hiệu quả hơn sự dao động của nguồn năng lượng này. Nhưng Hoa Kỳ hiện đang đi theo hướng để năng lượng tái tạo trở thành nguồn cung cấp điện chủ yếu mà không cần đánh giá chi phí nâng cấp lưới điện cần thiết, hoặc thậm chí tại thời điểm quá trình chuyển đổi này đẩy lưới điện đến nguy cơ sụp đổ.
Nhiều phương án lưu trữ khác nhau đã được đưa ra để thay thế chức năng làm trơn của nhiên liệu hóa thạch và máy phát điện hạt nhân, nhưng liệu các phương án đó có khả thi ở quy mô lớn và tiết kiệm chi phí hay không, và khi nào sẽ đạt được như vậy, thì vẫn là một câu hỏi chưa có lời đáp. Theo như các phương án lưu trữ năng lượng đáng tin cậy tồn tại ngày nay, “Đó thực sự là nhiên liệu dựa trên hóa thạch thông thường của chúng ta — đó là những gì chúng ta có thể lưu trữ hàng loạt ngày nay,” ông Moura cho hay “Pin đang thịnh hành, nhưng thiết bị này vẫn vô cùng nhỏ so với những gì chúng ta cần trong tương lai.”
Sự phụ thuộc vào điện đang gia tăng nhanh chóng
Trong khi lưới điện gặp khó khăn với nguồn cung không liên tục, thì nhu cầu lại cứ đang tăng đều đặn. Báo cáo của NERC cho biết “ở nhiều vùng của phía Bắc của Mỹ, nhu cầu điện cao điểm đang tăng lên, và việc dự báo nhu cầu cũng như phản ứng của vùng này đối với nhiệt độ khắc nghiệt và thời tiết bất thường ngày càng không chắc chắn… Cụ thể, điện khí hóa hệ thống sưởi ấm của dân cư đòi hỏi hệ thống phải đáp ứng nhu cầu cao trong những ngày đặc biệt lạnh giá.”
Lưới điện phải được thiết lập để giải quyết nhu cầu cao nhất, vốn rất khó dự đoán về các mức độ và thời gian của nhu cầu. Ví dụ: mặc dù Tennessee có một mùa đông khá ôn hòa, nhưng tiểu bang này, một trong những phân đoạn mạnh mẽ hơn của lưới điện, đã trải qua tình trạng mất điện liên tục vào dịp Giáng Sinh khi nhiệt độ đột ngột giảm xuống dưới 0 độ F (-17 độ C) trong vài ngày.
“Những loại tài nguyên nào tôi có sẵn để tôi luôn được bảo đảm rằng tài nguyên đó có thể sẵn sàng ở đó vào những ngày lạnh giá nhất?” ông Moura nói. “Nếu tôi nhìn vào các lựa chọn của mình, [tôi sẽ thấy] chúng đang dần cạn kiệt. Tôi đã từng có nhiều hơn, nhưng bây giờ tôi không thể chế tạo bất kỳ máy phát điện chạy dầu nào; thực sự rất khó để chế tạo các máy tạo khí đốt ở một số tiểu bang nhất định; vì không có ai khai thác thêm than nữa.”
Một sự gia tăng tiềm năng lớn khác về nhu cầu có thể sẽ đến từ xe điện. Doanh số bán xe điện đã tăng 2/3 vào năm 2022, lên hơn 800,000 chiếc, tương đương gần 6% tổng số xe bán ra.
“Toàn bộ hệ thống này,” ông Moura nói, “nhằm mục đích phục vụ cho việc tải điện điều hòa không khí, tải điện vào thời gian cao điểm mùa hè,” vốn thường là nhu cầu điện tối đa trong một năm nhất định. Ông nói: “Một bộ sạc xe điện tương đương với khoảng 2.5 máy điều hòa không khí cỡ bình thường.”
California, một trong số các tiểu bang đang tìm cách cấm bán xe hơi chạy xăng mới vào năm 2035, gần đây đã buộc phải thông báo cho người dân hạn chế sạc xe điện của họ trong đợt nắng nóng mùa hè vì lưới điện không thể đáp ứng nhu cầu này.
“Ngày nay, chúng ta không có công suất phát điện cần thiết để phục vụ bất kỳ tỷ lệ phần trăm nào trong tổng số xe hơi EV trong một khu vực nhất định,” ông Moura cho biết. “Không có khu vực nào có khả năng giải quyết vấn đề này ngày hôm nay. Chúng ta có rất nhiều thứ cũng đang được điện khí hóa — quy trình sản xuất, khai thác tiền điện tử, tăng trưởng dân số.”
LTRA khuyến nghị tạm dừng việc đóng cửa các nhà máy than, khí đốt, và hạt nhân cho đến khi biết rõ hơn về việc liệu lưới điện có thể giải quyết sự thay đổi này hay không.
“Chúng tôi đã cảnh báo, đồng thời nói rằng chúng ta cần bảo đảm các nguồn tài nguyên vững chắc hơn, rằng các tiểu bang cần phải hành động, và chính các tiểu bang đó mới thực sự có thẩm quyền này để bảo đảm rằng hệ thống sản xuất điện này không bị loại bỏ sớm,” ông Moura nói. “Một phần của chiến lược xung quanh việc quản lý tốc độ [của quá trình chuyển đổi] không phải là loại bỏ sớm những thứ này trước khi chúng ta chuẩn bị chu đáo và chúng ta có một hệ thống đáng tin cậy mà chúng ta có thể tin tưởng.”
Một quốc gia không chạy đua trong quá trình chuyển đổi năng lượng tái tạo là Trung cộng. Khi các quốc gia phương Tây xúc tiến kế hoạch đóng cửa hơn 75% các nhà máy điện than của họ, thì Trung cộng đang bổ sung thêm 33 gigawatt điện mới từ than đá. Trung cộng hiện tiêu thụ than nhiều gấp sáu lần Hoa Kỳ.
Kevin Stocklin
No comments:
Post a Comment
Note: Only a member of this blog may post a comment.