Mạng lưới điện mặt trời của Australia trải dài dọc theo bờ biển phía Đông và Đông Nam, đi từ thành phố Cairns ở phía Bắc đến Adelaide ở phía Nam, qua các thành phố Brisbane, Sydney, Melbourne và thủ đô Canberra. Đây là một trong những mạng lưới điện dài nhất thế giới do thị trường điện quốc gia Australia (NEM) quản lý.

Ban Nam Australia có diện tích gấp đôi nước Pháp, dân số chưa đầy 2 triệu người tập trung phần lớn tại thủ phủ Adelaide. Bang Nam Australia kết nối với lưới điện quốc gia bằng hai đường dây cao thế, cho phép nhập khẩu hoặc xuất khẩu năng lượng tùy theo nhu cầu địa phương.

Australia là quốc gia sản xuất điện năng phát thải nhiều carbon nhất trên thế giới do có nguồn than dồi dào, được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện xung quanh hai thành phố Melbourne và Sydney. Tuy nhiên, khu vực Nam Australia lại khác, tại đây, bên cạnh các nhà máy nhiệt điện khí còn có các turbine điện gió và các tấm pin điện mặt trời.

Kỳ tích về điện mặt trời

Sản xuất điện mặt trời hiện đang được phát triển mạnh mẽ ở Nam Australia với 3 nhà máy có tổng công suất 315 MW. Tuy nhiên, con số này vẫn rất thấp so với công suất điện mặt trời áp mái được lắp đặt tại các hộ gia đình. Hiện có khoảng 288.000 hộ gia đình, chiếm khoảng 1/3 hộ dân ở Nam Australia, lắp đặt pin mặt trời với tổng công suất 1.700 GW.

Vào ngày 11/2/2021, toàn bang Nam Australia được cung ứng 100% điện mặt trời trong vòng 2 giờ đồng hồ. Từ 12 giờ đến 14 giờ, lần đầu tiên hệ thống điện được vận hành hoàn toàn bằng điện mặt trời. Trong đó, 80% công suất đến từ điện mặt trời áp mái của các hộ gia đình. Kỳ tích này đạt được nhờ vào một số yếu tố như bầu trời quang đãng giúp tận dụng tối đa ánh nắng hay nhiệt độ ôn hòa khiến tiêu thụ điện năng tương đối thấp.

Điện mặt trời áp mái tại Australia

Cần cân bằng hệ thống

Để hoạt động tối ưu, hệ thống điện cần phải ổn định cả về mức điện áp và tần số. Vì không thể lưu trữ điện năng, nên tại mọi thời điểm, sản xuất và tiêu thụ điện phải được cân bằng một cách có hệ thống. Nếu gặp rủi ro nhất thời, theo quán tính, máy phát điện xoay chiều trong các nhà máy nhiệt điện sẽ giúp ổn định hệ thống.

Cũng giống như đi xe đạp, khi dừng đạp, xe đạp vẫn tiếp tục di chuyển về phía trước và giúp chúng ta giữ thăng bằng. Quán tính này cho phép chúng ta có những khoảng nghỉ ngắn mà không hề ảnh hưởng đến hành trình.

Tương tự, hãy hình dung khi xe đạp được đặt trên máy chạy bộ (các tấm pin mặt trời). Nếu muốn giữ thăng bằng, dù tốc độ của máy chạy bộ là bao nhiêu, chúng ta vẫn phải đạp một chút. Hệ thống điện cũng vận hành như vậy.

Tuy nhiên, pin điện mặt trời không có máy phát điện xoay chiều để tạo quán tính, khiến hệ thống thiếu bền vững và có nguy cơ sụt giảm điện khi xảy ra rủi ro. Để tránh những vấn đề đó, bang Nam Australia vẫn duy trì hoạt động của các nhà máy nhiệt điện khí với số lượng tối thiểu.

Tuy nhiên, giải pháp này không phải là quan trọng nhất. Chúng ta có thể tạo ra quán tính điện giả bằng cách sử dụng máy bù đồng bộ. Trong năm tới, 4 cỗ máy này sẽ được đưa vào vận hành tại bang Nam Australia. Khi sản xuất đủ điện mặt trời, toàn bang sẽ ngừng sản xuất điện bằng khí đốt.

Ở Nam Australia dự kiến đạt tổng công suất 2.800 MW điện mặt trời vào năm 2030. Nếu xảy ra dư thừa năng lượng, Australia sẽ xử lý thế nào?

Nguồn điện mặt trời hoàn toàn có thể được lưu trữ trong pin điện của hệ thống lưu trữ năng lượng Hornsdale Power Reserve. Đây là một loại pin khổng lồ có dung lượng 194 MWh và công suất 150 MW. Chúng ta có thể sử dụng nguồn năng lượng lưu trữ này vào buổi tối, hoặc chuyển hóa thành khí hydro cho các loại phương tiện sử dụng nguồn nhiên liệu này, hoặc cũng có thể xuất khẩu điện.

Điện mặt trời dư thừa cũng có thể gây nguy hiểm cho sự ổn định của lưới điện do không thể lưu trữ điện. Vì thế, nhà điều hành thị trường năng lượng Australia (AEMO) đang phát triển các công cụ kỹ thuật mới cho phép can thiệp và ngắt kết nối từ xa trong trường hợp điện mặt trời áp mái bị quá tải.

Thông thường, 100% sản lượng điện do nhà máy sản xuất sẽ được tải lên mạng lưới truyền tải điện cao áp. Trong khi đó, hệ thống phi tập trung của bang Nam Australia tránh được bước này vì điện mặt trời được sản xuất ngay trên mạng lưới phân phối. Hệ thống này giúp người tiêu dùng kết nối với lưới điện mà không cần lưu tâm đến yếu tố địa lý.

Phương thức sản xuất phi tập trung mới này giúp tránh việc sử dụng mạng lưới điện cao áp vào ban ngày. Bà Audrey Zibelman, Tổng giám đốc AEMO, cho biết: Bang Nam Australia đang tăng cường lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái.

AEMO cũng có kế hoạch mua 36.000 thiết bị quang điện mới trong vòng 14 tháng tới. Điều đó có nghĩa lưới điện Nam Australia sẽ không còn truyền tải điện nữa vì điện mặt trời áp mái có thể đáp ứng 100% nhu cầu.

Mô hình của Australia cho thấy tiềm năng cao. Vì trước mắt, dù có xử lý kỹ thuật không kịp thời thì hệ thống điện mặt trời 100% (hay 100% năng lượng tái tạo) vẫn có thể hoạt động mà không gây nguy hiểm đến sự ổn định của lưới điện.

Điều đó cũng là minh chứng hùng hồn về tính khả thi của sản xuất điện mặt trời cục bộ và phi tập trung. Việc xây dựng các cánh đồng pin năng lượng mặt trời nay đã lỗi thời. Tuy nhiên, điện mặt trời và điện lượng gió vẫn không đủ cho đến khi công nghệ lưu trữ năng lượng quy mô lớn được đưa vào sử dụng. Do đó, việc duy trì tạm thời một số nhà máy nhiệt điện là điều cần thiết với Australia.