Cuộc đại tu nghìn tỉ của lưới điện châu Âu

Phòng thí nghiệm Năng lượng Bền vững của Đại học Delft (Hà Lan) nằm trong một nhà xưởng mái nhọn cao 25 mét, trông như sự lai tạo giữa kho rơm và nhà chứa máy bay, cách không xa nơi danh họa Vermeer từng vẽ khung cảnh nổi tiếng của thành phố. Bên trong mang dáng dấp của một phòng thí nghiệm quái dị, với những dãy vòng chắn điện từ treo trên cột, một tháp pin nhiều tầng có khả năng mô phỏng sấm sét. Siêu máy tính được đặt trên tầng, bên nằm gọn trong lồng Faraday để chống nhiễu từ trường. Nhưng điều đặc biệt nhất là phần mềm chạy trên siêu máy tính đó là một “bản sao số” của lưới điện cao thế, bao gồm đầy đủ các nhà máy điện, đường dây truyền tải và trạm biến áp.

Theo ông Peter Palensky, người đứng đầu phòng thí nghiệm, mô hình này thuộc hàng hiện đại nhất châu Âu. “Suốt 150 năm qua, các kỹ sư điện đã cố gắng dự đoán phản ứng của lưới điện bằng các phương trình vi phân", ông nói. Giờ đây, họ có thể thử nghiệm trên một mô hình mô phỏng dựa trên dữ liệu thực. Một thay đổi bất ngờ có thể gây hiệu ứng domino dẫn đến mất điện diện rộng, như vụ tin tặc Nga cài mã độc vào cầu dao điện ở Ukraine năm 2022, hay sự cố tần số làm sập lưới điện Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha tháng 4 vừa qua.

Ngoài việc ứng phó thảm họa, “bản sao số” còn mang sứ mệnh lớn hơn là giải mã sự phức tạp của lưới điện hiện đại. Ô tô, nhà ở và các ngành công nghiệp đang chuyển từ nhiên liệu hóa thạch sang điện năng, trong khi cơn khát năng lượng của các trung tâm dữ liệu dường như không đáy. Các nguồn điện tái tạo như gió và mặt trời vốn phập phù. Do đó, lưới điện cần điều phối dòng điện khổng lồ khắp châu Âu, ngắt các nút quá tải hoặc sử dụng pin để lưu trữ năng lượng.

Tất cả đòi hỏi những đợt nâng cấp quy mô lớn. Các nhà phân phối điện địa phương, hay đơn vị vận hành hệ thống phân phối (DSO), có hàng dài doanh nghiệp đang chờ được đấu nối. Các đơn vị vận hành hệ thống truyền tải (TSO), quản lý lưới điện khu vực hoặc quốc gia để dẫn điện đến DSO, đang gấp rút xây dựng đường dây cao thế, trạm biến áp và các kết nối quốc tế. Terna, nhà vận hành lưới điện quốc gia Ý, đang đầu tư 18 tỉ euro (21 tỉ USD) trong giai đoạn 2024-2028. RTE của Pháp dự kiến chi 100 tỉ euro từ năm 2025 đến 2040. TenneT, TSO duy nhất tại Hà Lan và lớn nhất tại Đức, lên kế hoạch chi con số khổng lồ 200 tỉ euro đến năm 2034. ENTSO-E, cơ quan quản lý các TSO châu Âu, ước tính để đạt mục tiêu điện hóa đến 2050, EU cần tới 800 tỉ euro.

Các hệ quả kinh tế đang hiện rõ. Báo cáo năm ngoái về vấn đề năng lực cạnh tranh của EU do ông Mario Draghi, cựu Chủ tịch Ngân hàng Trung ương châu Âu và cựu Thủ tướng Ý, soạn thảo, đã đặt chi phí năng lượng lên đầu danh mục khuyến nghị. Giá điện châu Âu thường cao gấp hai đến ba lần Mỹ. Lục địa già gần như đã cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và cấm khí đốt Nga. Điều đó buộc họ chỉ còn cách dựa vào năng lượng tái tạo, đồng nghĩa với việc phải sửa sang lưới điện.

Một thước đo cho thách thức này là sự ùn ứ trong khâu đấu nối. Kế hoạch năng lượng tái tạo quốc gia của Ý đặt mục tiêu 65 gigawatt (GW) công suất vào năm 2030. Thực tế, nước này đã nhận đơn đăng ký lên tới 350 GW. Tại Hà Lan, tình trạng nghẽn mạng nghiêm trọng đến mức chính phủ từng phải chặn cấp phép cho các đấu nối phi dân dụng. Tại Đức, các dự án pin nộp đơn xin đấu nối có tổng công suất 500 GW, gấp hơn 20 lần công suất hiện tại. Tất nhiên không phải dự án nào cũng nghiêm túc: Quy tắc “đến trước phục vụ trước” khuyến khích các doanh nhân nộp đơn đầu cơ để “xí chỗ”.

Trong 8 tháng đầu năm nay, giá điện âm đã tăng lên 10%.

Một dấu hiệu khác là tần suất xuất hiện giá điện âm ngày càng tăng. Khi cung vượt cầu, do thiếu nơi lưu trữ hoặc không thể truyền tải điện đến nơi cần thiết, nhiều nhà vận hành lưới điện phải trả tiền để người tiêu dùng dùng bớt điện. Năm 2024, Đức ghi nhận giá âm trong 5% thời gian, tăng từ mức 3% của năm 2023 (dù vẫn chưa bằng mức 25% ở một số vùng của Úc). Trong 8 tháng đầu năm nay, con số đó đã tăng lên 10%. Ông Michael Waldner, CEO của Pexapark, một công ty tư vấn năng lượng tái tạo tại Zurich, nhận định: “Thị trường đang kêu cứu vì thiếu công suất”.

Tuy nhiên, thị trường biến động lại tạo động lực cho các kho lưu trữ phát triển. Các nhà vận hành pin kiếm lời bằng cách nạp điện từ lưới khi giá thấp và bán lại khi giá tăng. Hoạt động kinh doanh chênh lệch giá này là lý do pin bùng nổ tại châu Âu. Năm 2024, lưới điện đã bổ sung kỷ lục 8,8 GWh lưu trữ, gấp 10 lần năm 2020.

Thế nhưng, nếu pin được xây dựng tràn lan ở bất cứ đâu đất rẻ, chúng sẽ là bài toán “đau đầu” của các nhà vận hành lưới điện khi phải đấu nối và truyền tải điện qua những đường dây vốn đã tắc nghẽn. Bà Vera Brenzel, Giám đốc Chính sách tại TenneT, cho rằng các chính phủ nên yêu cầu doanh nghiệp xây trạm pin gần các nguồn điện tái tạo.

Năm 2024, lưới điện đã bổ sung kỷ lục 8,8 GWh lưu trữ, gấp 10 lần năm 2020.

Một số vấn đề châu Âu gặp phải cũng là bài toán chung toàn cầu. Năng lượng tái tạo không cung cấp quán tính hệ thống, khả năng các máy phát truyền thống chống sai lệch tần số. Do đó, lưới điện hiện đại cần các thiết bị điện tử để tạo ra quán tính ảo. Năng lượng xanh cũng khó cung cấp công suất phản kháng, cần thiết để duy trì dòng điện.

Nhưng các thách thức khác lại nằm ở cơ chế, không phải công nghệ. Về lý thuyết, châu Âu cần một thị trường liền mạch kết nối những nơi giàu năng lượng (như vùng Scandinavia với các đập thủy điện) với những nơi đói năng lượng (như các nhà máy phía nam nước Đức). Nhưng các quốc gia có nguồn điện rẻ, ổn định thường lo ngại việc kết nối với láng giềng sẽ đẩy giá điện trong nước tăng cao.

Thực tế, một đánh giá của ENTSO-E chỉ ra rằng sự chậm trễ trong cấp phép là rào cản lớn nhất đối với việc nâng cấp lưới điện. Một dự án liên kết giữa Ý và Slovenia đã được phía Ý phê duyệt từ năm 2012 nhưng nay mới hoàn tất quy trình cấp phép, trong khi phía Slovenia vẫn đang xem xét. Để tăng tốc, mùa hè vừa qua, nhà vận hành lưới điện Ý đã giới thiệu một hệ thống mới chia đất nước thành các “tiểu vùng”, trong đó vùng nào cấp phép nhanh hơn sẽ được ưu tiên đấu nối.

Bản chất xuyên biên giới của lưới điện biến đây thành nhiệm vụ hợp lý của EU. Ngân sách 7 năm tiếp theo của khối đề xuất tăng chi tiêu cho lưới điện lên hơn 30 tỉ euro, từ mức 5,8 tỉ euro của kỳ trước. Nhưng cuối cùng, liệu châu Âu có thể giảm giá điện đủ nhanh để duy trì năng lực cạnh tranh hay không phụ thuộc vào tốc độ ngành công nghiệp này xây dựng đường dây, trạm pin và trạm biến áp.

Có thể bạn quan tâm:

Tây Ban Nha và cuộc chuyển mình năng lượng

Nguồn The Economist