Mặc dù lưới điện thường nhận được ít sự chú ý hơn so với các nguồn phát điện tái tạo, nhưng chúng lại đóng vai trò nền tảng và cực kỳ quan trọng trong việc đảm bảo thành công của quá trình chuyển dịch năng lượng. Kinh nghiệm của Nhật Bản mang lại những bài học quý giá cho thế giới trong lĩnh vực này.
Vai trò của lưới điện
Các quốc gia thường tập trung vào đầu tư vào các tấm pin mặt trời và tua-bin gió mà bỏ qua một thực tế quan trọng: nếu không có lưới điện đủ mạnh, lượng điện được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo sẽ không thể được sử dụng hiệu quả.
Ở nhiều quốc gia, các khu vực có tiềm năng năng lượng tái tạo cao thường nằm xa các trung tâm tiêu thụ lớn. Nhật Bản là một ví dụ điển hình. Hokkaido, hòn đảo phía Bắc với tiềm năng năng lượng tái tạo dồi dào nhưng nằm cách trung tâm tiêu thụ lớn (Tokyo) hơn 800 km. Do đó, các đường truyền tải điện đường dài là rất cần thiết để kết nối các khu vực này và đưa điện đến nơi cần thiết.
Nhu cầu này cũng mở rộng đối với các nguồn năng lượng phân tán. Các mạng lưới phân phối và đường truyền tải địa phương phải có đủ công suất để tiếp nhận nguồn điện được tạo ra tại địa phương. Đáng tiếc, nhiều thiết kế lưới điện ban đầu chưa tính đến nguồn điện từ các nguồn phân tán.
Lưới điện ở mọi cấp độ (địa phương, khu vực và liên vùng) đều cần được củng cố để truyền tải lượng điện bổ sung từ các nguồn năng lượng tái tạo. Điều này càng quan trọng hơn khi xét đến đặc tính biến động của năng lượng tái tạo do sự thay đổi thời tiết. Các đường truyền tải liên vùng có thể cân bằng các biến động này bằng cách chuyển điện từ các vùng có sản lượng dư thừa sang các vùng đang thiếu hụt.
Khi một khu vực gặp sự cố cung cấp điện, các khu vực khác có thể hỗ trợ thông qua các kết nối liên vùng này. Nhờ đó, khả năng phục hồi của toàn bộ hệ thống cung cấp điện được cải thiện bằng cách điều tiết cung – cầu một cách hiệu quả.
Tăng nhu cầu điện năng đòi hỏi mở rộng công suất lưới điện
Mặc dù, khoảng hai thập kỷ vừa qua nhu cầu điện ở các nền kinh tế phát triển không thay đổi nhiều. Tuy nhiên, do sự phát triển của các trung tâm dữ liệu phục vụ trí tuệ nhân tạo (AI), xu hướng đưa các hoạt động sản xuất trở về trong nước và quá trình điện khí hóa đang gia tăng trên mọi lĩnh vực khiến dự báo nhu cầu về điện được dự báo sẽ tăng trong những năm tới.
Vì vậy, việc mở rộng công suất lưới điện đã trở thành vấn đề cấp bách để cung cấp đủ điện năng, đặc biệt là từ các nguồn tái tạo, nhằm đáp ứng các nhu cầu mới nổi này.
Lưới điện phân mảnh
Nhật Bản có cấu trúc lưới điện đặc thù phản ánh sự phát triển lịch sử của mình. Chín công ty điện lực khu vực trên bốn đảo chính truyền thống cung cấp điện cho các khu vực riêng biệt. Do các công ty này được kỳ vọng tự tạo ra điện trong lãnh thổ của mình, các đường truyền tải liên vùng ít được ưu tiên xây dựng. Các công ty này hoạt động trong môi trường gần như độc quyền.
Công ty điện lực khu vực và tần số điện (Nguồn IEA)
Trong quá trình hiện đại hóa vào cuối thế kỷ 19, Nhật Bản đã tiếp nhận các công nghệ khác nhau từ châu Âu và Mỹ, dẫn đến sự khác biệt về tần số nguồn điện (60Hz ở miền tây Nhật Bản và 50Hz ở miền đông Nhật Bản).
Trận động đất lớn ở miền Đông Nhật Bản năm 2011 đã cho thấy rõ các vấn đề của mạng lưới phân mảnh này. Khi nguồn cung cấp điện ở miền Đông Nhật Bản bị gián đoạn nghiêm trọng, công suất truyền tải liên vùng không đủ khiến điện không thể được chuyển từ miền Tây sang miền Đông một cách hiệu quả.
Sự phân mảnh này ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn khi xã hội ngày càng số hóa và đòi hỏi hệ thống điện phải có tính phục hồi cao hơn. Việc triển khai thêm các nguồn năng lượng tái tạo càng làm cho những hạn chế này trở lên trầm trọng hơn.
Tối ưu hạ tầng hiện có là điều kiện tiên quyết
Lưới điện của Nhật Bản từ lâu đã được quản lý một cách thận trọng, hạn chế đáng kể công suất hiệu dụng của hệ thống. Giả định rằng tất cả các nhà máy điện hoạt động đồng thời ở công suất tối đa sẽ giới hạn khả năng tiếp nhận thêm nguồn điện. Cách tiếp cận cực kỳ bảo thủ này đã khiến các công ty truyền tải không sẵn sàng tiếp nhận các nguồn năng lượng mới như điện tái tạo. Các công ty thường duy trì các đường dây dự phòng hiếm khi được sử dụng.
Để tiếp nhận thêm năng lượng tái tạo, Nhật Bản đã thay đổi cách quản lý lưới điện của mình bằng cách áp dụng các tính toán dòng điện thực tế hơn. Các cam kết tiếp nhận điện hiện nay được thực hiện theo cơ chế “không cố định”, cho phép các công ty hạn chế sản xuất điện vào những thời điểm dư thừa nguồn cung. Cách tiếp cận linh hoạt này giúp họ tiếp nhận nhiều điện hơn trong điều kiện bình thường, với các đường dây dự phòng nay được sử dụng thường xuyên hơn thay vì chỉ để dự phòng.
Tăng cường các đường truyền tải liên vùng
Việc quy hoạch riêng lẻ của các công ty điện lực khu vực đã tối ưu hóa dòng điện trong khu vực nhưng lại làm giảm hiệu quả kết nối liên vùng. Để khắc phục điều này, Nhật Bản đã thành lập OCCTO (Tổ chức điều phối, truyền tải điện liên vùng) vào năm 2015 nhằm cho phép quy hoạch lưới điện trên toàn quốc.
Hợp tác với OCCTO, chính phủ Nhật Bản đã công bố “Kế hoạch tổng thể” vào tháng 3 năm 2023 để tăng cường các đường truyền tải liên vùng. Trọng tâm của kế hoạch là một đường truyền tải điện đường dài nối Hokkaido và Tokyo với công suất 6-8 GW, cùng với các kết nối tăng cường khác với tổng đầu tư khoảng 6-7 nghìn tỷ yên (tương đương 40-45 tỷ USD).
Nguồn đầu tư cho lưới điện
Chi phí xây dựng các đường truyền tải điện rất lớn đặt ra câu hỏi quan trọng về tài chính, đặc biệt là khi lợi ích được phân phối trên nhiều đối tượng.
Nhật Bản hiện đã triển khai các phương thức chia sẻ chi phí mới. Chi phí xây dựng các đường truyền tải liên vùng hiện được tài trợ một phần bởi tất cả các công ty điện lực khu vực trên bốn đảo chính của Nhật Bản.
Ngoài ra, Nhật Bản hiện áp dụng các cơ chế hỗ trợ năng lượng tái tạo để tài trợ cho cơ sở hạ tầng truyền tải. Doanh thu từ các khoản phí khuyến khích năng lượng tái tạo có thể được sử dụng để tài trợ cho các kết nối liên vùng này.
Bài học từ Nhật Bản và lời kết
Nhiều quốc gia đang bắt đầu nhận ra tầm quan trọng của lưới điện, tuy nhiên, việc phát triển lưới điện thực tế vẫn chậm hơn nhiều so với tốc độ gia tăng đầu tư vào năng lượng tái tạo.
Nhật Bản, với kinh nghiệm đối mặt sớm với các vấn đề lưới điện và những bài học đắt giá từ trận động đất năm 2011, đang là người tiên phong trong việc hiện đại hóa lưới điện. Những nỗ lực và kinh nghiệm của Nhật Bản là những bài học quý giá để các quốc gia trên thế giới tham khảo khi triển khai quá trình chuyển dịch năng lượng của riêng mình.
Để phát triển nguồn năng lượng tái tạo bền vững, cần tập trung vào hạ tầng truyền tải và điều độ vận hành hệ thống điện. Đặc biệt, phải có chính sách năng lượng thật tốt nhằm thúc đẩy ngành năng lượng tái tạo phát triển, xây dựng một thị trường điện năng lượng tái tạo công bằng, minh bạch.
