Những lưới điện siêu nhỏ kiểu tự cung tự cấp bằng năng lượng tái tạo trong phạm vi một vài hộ gia đình hay một khu phố được kỳ vọng giúp giảm tải cho lưới điện quốc gia.

Ở thị trấn nhỏ Dietfurt miền nam nước Đức, bảy hộ gia đình đã tham gia một chương trình thử nghiệm lắp đặt pin năng lượng mặt trời vừa để phục vụ nhu cầu sử dụng điện của gia đình, vừa có thể bán cho hàng xóm khi dư thừa và mua lại của các hộ khác khi có nhu cầu.

Những mô hình lưới điện siêu nhỏ (microgrid) kiểu như vậy đã xuất hiện ở một số nước trong những năm gần đây và phần nào cho thấy hiệu quả trong việc giúp các cộng đồng tăng tự chủ về năng lượng, giảm lệ thuộc vào lưới điện quốc gia hay chịu sự chi phối bởi các công ty độc quyền cung ứng điện.

Nhưng vẫn còn nhiều rào cản phải vượt qua để nó trở thành "mô hình năng lượng của tương lai" như tầm nhìn của những nơi triển khai.

Có nhiều cách định nghĩa khác nhau về microgrid, nhưng phổ biến nhất là "một khu vực tách khỏi lưới điện truyền thống và được cung cấp điện bằng năng lượng tái tạo", theo trang Popular Science.

Trong bảy hộ gia đình tham gia thử nghiệm ở Dietfurt từ tháng 7-2021 đến tháng 1-2022, mỗi hộ được trang bị hệ thống năng lượng mặt trời, bộ trữ điện và ôtô điện đi kèm trạm sạc do đơn vị triển khai cung cấp.

Những người tham gia có thể mua hoặc bán điện lẫn nhau thông qua một nền tảng giao dịch trung tâm sử dụng công nghệ blockchain để xử lý các hợp đồng điện tử, theo trang PV Europe.

Việc kiểm soát được thực hiện theo mô hình đèn giao thông: màu xanh lá nghĩa là không có hạn chế nào và những người có dư thừa điện có thể tự do tiêu thụ, hòa vào lưới điện hoặc bán cho hàng xóm; màu vàng là có nguy cơ tắc nghẽn lưới điện và mức phí hòa lưới sẽ được điều chỉnh phù hợp; màu đỏ là có tình trạng quá tải lưới điện cấp tính và người vận hành phải can thiệp ngay lập tức.

Kết quả thử nghiệm cho thấy chỉ cần sự tham gia của một số lượng nhỏ hộ gia đình (trong trường hợp này là bảy) là đủ để hoạt động mua bán năng lượng trên microgrid có thể diễn ra suôn sẻ.

Một bài báo từ năm 2019 của ABC News cũng cho biết cộng đồng dân cư ở thị trấn Yackandandah miền nam nước Úc đã bắt tay vào xây dựng ba mạng microgrid trong nỗ lực trở thành một thị trấn sử dụng 100% năng lượng tái tạo.

Mục tiêu dài hạn là năng lượng được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời có thể được chia sẻ giữa những người hàng xóm với nhau.

"Chúng ta từng quan niệm rằng các microgrid chỉ hiện diện ở khu vực nông thôn tại những nơi không có kết nối với lưới điện quốc gia, nhưng ngày càng có nhiều khu vực thành thị triển khai mô hình này" - GS Kammen nói với Popular Science. "Năng lượng mặt trời chắc chắn là phổ biến nhất vì nó quá dễ tiếp cận. Với pin năng lượng mặt trời và bộ trữ điện, về cơ bản bạn có thể làm mọi thứ mà điện lưới có thể làm".

Một báo cáo năm 2017 của tổ chức môi trường CDP và Viện Trách nhiệm khí hậu (CAI) cho thấy chỉ 100 doanh nghiệp trong danh sách các công ty lớn nhất thế giới là nguồn gốc của hơn 70% phát thải khí nhà kính kể từ năm 1988, theo báo The Guardian.

Nhưng vậy không có nghĩa là việc cố gắng cứu vãn môi trường của cộng đồng bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo là vô nghĩa.

Trong tương lai, "các công ty điện lực có thể đóng vai trò như sàn eBay của năng lượng, theo nghĩa mọi người đều có thể mua điện từ lưới và bán điện lên lưới và họ phải được trả tiền một cách công bằng", Popular Science dẫn lời GS Kammen.

Một lợi ích khác của lưới điện siêu nhỏ là chúng có thể giúp tăng khả năng chống chịu của cộng đồng trước các sự cố mất điện diện rộng mà một lưới điện trung tâm có thể thỉnh thoảng gặp phải.

Chúng ta đã từng chứng kiến các bang như California hay Texas của Mỹ đối phó với tình trạng mất điện diện rộng nghiêm trọng do những nguyên nhân như cháy rừng và thời tiết khắc nghiệt.

Vì vậy, việc hình thành một lưới điện mini cho từng cộng đồng nhỏ có thể giúp các gia đình tránh mất điện thời gian dài trong những tình huống khẩn cấp.

"Một điều không thể tránh khỏi là các microgrid sẽ giành phần thắng, bởi vì chúng thông minh hơn rất nhiều so với các hệ thống phân phối điện kiểu cũ" - GS Kammen nhận định. Khi đó, các tập đoàn điện lực khổng lồ sẽ không biến mất mà phải thích ứng với vai trò mới là điều phối - thay vì chi phối - năng lượng.

Căn nhà mới của bà Trần Thu Hà ở TP Thủ Đức được lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái. Với hệ thống điện mặt trời này, gia đình bà dùng chạy những thiết bị công suất nhỏ như quạt máy, thắp sáng… mà vẫn không hết điện.

Bà Hà muốn kết nối đường dây chia sẻ nguồn điện mặt trời này với nhà người em bên cạnh nhưng không biết lắp dặt như thế nào cho an toàn và đúng quy định.

Chia sẻ với Tuổi Trẻ Cuối Tuần, kỹ sư điện Trần Nguyên Châu (Công ty Thí nghiệm điện Sài Gòn - Miền Tây) nói về mặt kỹ thuật, hai nhà lắp đặt chung một hệ thống điện mặt trời hoặc một nhà lắp rồi chia sẻ cho nhà khác dùng hoàn toàn có thể làm được.

Lắp đặt điện mặt trời tại TP.HCM. Ảnh: LÊ PHAN

Lúc này, điện từ hệ thống điện mặt trời sẽ chia làm hai nhánh đi qua hai CB khác nhau vào hai gia đình. Nhưng với trường hợp hệ thống điện mặt trời có nối với điện lưới, họ sẽ vướng một số điều trong hợp đồng mua bán điện của người dân và ngành điện.

Vì hiện tại, ngành điện quản lý cấp điện cho mỗi gia đình bằng một hợp đồng, mua điện từ hệ thống điện mặt trời cũng có hợp đồng. Nếu chia sẻ hoặc dùng chung điện mặt trời thì lưới điện hai nhà sẽ liên kết, họ rất khó quản lý.

Ngược lại, với trường hợp điện mặt trời không nối lưới, người dân tùy nghi sử dụng theo thỏa thuận giữa các gia đình với nhau.

Tiến sĩ Nguyễn Phúc Khải, khoa điện - điện tử Đại học Bách khoa TP.HCM, ví việc xài chung một hệ thống điện mặt trời như việc "một căn nhà có hai cửa ra vào", sẽ khó quản lý.

Theo tiêu chuẩn an toàn điện, mỗi nhà phải lắp đặt một hệ thống điện riêng, để khi nhà này gặp sự cố thì không gây ảnh hưởng đến nhà khác, nhất là những trường hợp hệ thống điện gây cháy nổ.

Lãnh đạo một số công ty điện lực tại TP.HCM cho biết hiện chưa ghi nhận trường hợp nào đến xin đăng ký lắp đặt một hệ thống điện mặt trời áp mái để dùng chung nhiều nhà.

Quy định về lắp đặt điện mặt trời áp mái cũng chưa có. Nếu người dân có nhu cầu thì các công ty con sẽ báo cáo về tổng công ty và đề nghị Bộ Công Thương hướng dẫn.

Ông Bùi Trung Kiên, phó tổng giám đốc Tổng công ty Điện lực TP.HCM, cũng khẳng định quy định hiện hành chưa đề cập đến trường hợp này. Tuy nhiên, ông Kiên khuyến cáo người dân không nên làm như vậy. Việc này có thể gây ảnh hưởng tới hệ thống điện gia đình và khi được nối lưới thì cũng sẽ gặp khó khăn.

Đang mùa nắng, nhiều nơi thiếu điện phải tính đến việc cắt điện luân phiên, ban ngày dành điện cho sản xuát, ban đêm dành điện cho sinh hoạt.

Nhiều hệ thống điện mặt trời áp mái đã được lắp đặt chưa thể kết nối với điện lưới quốc gia vì chờ hướng dẫn của Bộ Công Thương. Nếu hệ thống điện mặt trời của các nông trại, nhà dân có thể chia sẻ cho hàng xóm dùng chung thì sẽ giảm được sự bất tiện trong sinh hoạt của người dân khi bị cắt điện ban ngày.

Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050 (quy hoạch điện 8) đặt mục tiêu Việt Nam phấn đấu đến năm 2030 có 50% các tòa nhà công sở và 50% nhà dân sử dụng điện mặt trời mái nhà tự sản, tự tiêu (phục vụ tiêu thụ tại chỗ, không bán điện vào hệ thống điện quốc gia).

Giữa tháng 6 vừa qua, Bộ Công Thương cũng trình Thủ tướng một số cơ chế khuyến khích điện mặt trời mái nhà lắp đặt tại nhà ở, trụ sở doanh nghiệp, công sở để sử dụng tại chỗ.

Theo đó, bên lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái được miễn giấy phép hoạt động điện lực, giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh điện; hệ thống điện mặt trời áp mái tại công sở ưu tiên bố trí ngân sách để thực hiện.

Tổ chức, cá nhân đầu tư hệ thống này sẽ được miễn hoặc giảm các loại thuế phí và được vay vốn với lãi suất ưu đãi theo quy định.

Tuy nhiên, trong đề xuất trên, Bộ Công Thương cũng quy định những trường hợp này chỉ sản xuất điện tiêu thụ tại chỗ, không bán cho tổ chức, cá nhân khác.

Theo quy định thì người dân tự chịu trách nhiệm về an toàn cháy nổ trong nhà của mình nên việc lắp hệ thống điện dùng chung cho hai nhà phải bảo đảm về mặt kỹ thuật.

Đối với các tòa nhà lớn, công trình tập trung đông người, có quy định chặt chẽ về an toàn phòng cháy chữa cháy thì việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời phải tuân thủ các quy định này.

Gia đình ông Trịnh Quang Dũng ở quận Tân Bình là một trong những hộ dân lắp đặt điện mặt trời áp mái đầu tiên tại TP.HCM. Đến nay, ông Dũng đã sử dụng điện mặt trời gần 20 năm. Ông Dũng cho biết hệ thống điện mặt trời gói 10kWh/ngày có chi phí lắp đặt khoảng 160 triệu đồng. Nếu xài điện lưới, mỗi tháng gia đình ông phải trả khoảng 1,5 triệu tiền điện, nhưng có hệ thống điện mặt trời có nối lưới thì số tiền điện lực trả cho ông và số tiền ông phải trả cho điện lực hằng tháng gần như bù trừ nhau. Như vậy, khoảng bảy năm thì ông "lấy lại vốn" đầu tư hệ thống điện mặt trời. Với tuổi thọ của hệ thống pin điện mặt trời khoảng 15 năm thì 8 năm còn lại, gia đình ông Dũng xài điện miễn phí. Theo ông Dũng, thời gian thu hồi vốn đầu tư hệ thống điện mặt trời ở miền Trung thì khoảng năm năm, miền Bắc khoảng tám năm do số ngày nắng và khí hậu từng vùng miền khác nhau.

Mục tiêu 100% các phương tiện giao thông đều sử dụng điện khó thành hiện thực nếu sản lượng điện không tăng nhanh.

Xe điện đang trở thành xu thế bùng nổ. Khắp thế giới, người cao tuổi, lao động thích đi buýt điện đến cơ quan và xí nghiệp, doanh nhân ngày càng ưa thích taxi điện như một kiểu thời trang hiện đại, học sinh, sinh viên ưa dùng xe máy điện vì êm ái và linh hoạt. Trong tương lai không xa, lần lượt xe tải, đầu kéo container đến máy bay sẽ từ bỏ động cơ đốt trong để chuyển sang dùng điện.

Nhưng đó có thể là vấn đề lớn với ngành điện của Việt Nam: nhu cầu điện tăng vọt nhưng hạ tầng truyền tải và năng lực sản xuất không kịp đáp ứng. Kết quả là có thể trong tương lai không xa, chúng ta sẽ đối mặt với thực trạng mất điện thường xuyên, tương tự những gì đang diễn ra năm nay.

Chưa bao giờ nguy cơ mất điện lại ám ảnh đến thế. Ảnh hưởng của nắng nóng bất thường, hồ thủy điện cạn kiệt nước, nguyên liệu khí, than đá không đủ cung ứng khiến tình trạng mất điện trở nên trầm trọng.

Ở miền Nam, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) kiến nghị các nhà máy sản xuất đạm Cà Mau và Phú Mỹ tạm dừng hoạt động để ưu tiên nguồn khí cho sản xuất điện.

Ở phía Bắc, một số khu công nghiệp mất điện đột ngột khiến các tập đoàn điện tử, cơ khí, sắt thép… bị gián đoạn sản xuất. Không đảm bảo được an ninh năng lượng có thể tạo ra hình ảnh xấu trong giới đầu tư quốc tế, khi mà Việt Nam đang nỗ lực quảng bá là điểm đến đầu tư an toàn, ổn định.

Ở Mỹ, nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia (NREL) đánh giá nếu 66% tất cả ô tô đều chạy bằng điện vào 2050, nước Mỹ sẽ cần tăng gấp đôi công suất phát điện so với năm 2018 (lên xấp xỉ 2.300 GW).

Các thành phố lớn như Austin, nhiều ô tô điện xuống đường hơn đòi hỏi cả cơ sở hạ tầng sạc và công suất lưới điện lớn hơn hiện nay rất nhiều. Thời tiết cực đoan ngày càng phổ biến cũng gây khó khăn thêm cho kế hoạch phát triển năng lượng của các thành phố.

Tại California, các quan chức bang từng tuyên bố 12,5 triệu xe điện dự kiến chạy trên đường ở tiểu bang này vào năm 2035.

Một số nhà phân tích chỉ ra con số đó đòi hỏi phải xây dựng nhanh chóng các trang trại điện mặt trời và điện gió với sản lượng gấp 5 lần quy mô đầu tư trong thập niên vừa qua, ngay cả khi các bác tài chỉ sạc ô tô vào giờ thấp điểm.

Điều này đồng nghĩa để "xanh" trên đường, nhiều đô thị có nguy cơ phải trở lại với các nguồn phát điện bằng nhiên liệu hóa thạch hoặc cần rất nhiều bộ lưu trữ lưới điện để đảm bảo cung cấp vào ban đêm với chi phí tốn kém.

Quay trở lại với câu chuyện của Việt Nam. Mất điện diện rộng và thường xuyên gần đây đã phơi bày lỗ hổng trong khả năng theo kịp tốc độ tiêu thụ điện tại các khu vực phát triển kinh tế quá nhanh.

Ví dụ tại miền Bắc, EVN cho biết công suất lắp đặt là 28.000 MW, trong đó thủy điện và nhiệt điện chiếm khoảng 97%.

Khi không có mưa và nắng nóng kéo dài, hầu hết các hồ thủy điện về mực nước chết, nguồn thủy điện chiếm tới 43,6% cơ cấu nguồn cấp điện cho miền Bắc đã không thể phát điện. Trong khoảng 7-8 năm qua, miền Bắc không có dự án nguồn điện mới nào được khởi công.

Ở khía cạnh tiêu thụ, công suất huy động Pmax trong năm 2022 đạt 22.800 MW. Con số này, tuy chỉ bằng khoảng 81,4% công suất phát điện về mặt lý thuyết, nhưng khi hạn hán xảy ra, các nhà máy thủy điện sẽ không đủ nước để vận hành hết công suất.

Chưa kể tốc độ tăng trưởng nhu cầu năng lượng mỗi năm của miền Bắc là khoảng 11% - cao hơn tốc độ gia tăng công suất lắp đặt.

Nguyên liệu cho nhà máy thủy điện và nhiệt điện đang là nguy cơ lớn. Thời tiết cực đoan tương tự như hạn hán 2023 dự báo sẽ xuất hiện thường xuyên hơn, khiến các hồ thủy điện cạn kiệt nước.

Còn các nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí) cho sản xuất điện không đáp ứng được yêu cầu vận hành. Tất cả đang gây áp lực rất lớn cho khả năng cung ứng điện năng trong tương lai.

Việt Nam đã đặt ra kế hoạch đến năm 2050, 100% phương tiện giao thông cơ giới đường bộ chuyển sang sử dụng điện, năng lượng xanh, đồng thời hoàn thiện hạ tầng sạc điện để cung cấp năng lượng xanh trên toàn quốc.

Nhưng cho đến nay vẫn chưa có những nghiên cứu sâu rộng để tính toán xe điện bùng nổ sẽ tác động như thế nào đến nhu cầu năng lượng. Liệu 20%, rồi 50% tổng lượng xe của người dân chuyển sang sử dụng điện thì điện năng tiêu thụ sẽ tăng đến mức nào?

Nếu đa số các xe điện cùng sạc một lúc vào giờ cao điểm thì công suất thiết kế của hệ thống truyền tải có chịu được áp lực tăng vọt? Rất nhiều câu hỏi tương tự chưa được trả lời.

Tháng 12-2022, cứ 10 ô tô mới bán ra ở Na Uy thì có 8 chiếc là xe điện. Còn nơi nào tốt hơn để tìm bài học kinh nghiệm về chuẩn bị hạ tầng cho số lượng xe điện khổng lồ đang được sử dụng thực tế?

Phải mất bốn năm để bán được 10.000 chiếc xe điện đầu tiên ở Na Uy, từ năm 2008 đến năm 2011. Nhưng vào năm 2022, chỉ trong khoảng bốn tuần, cũng từng ấy xe đã rời showroom về tay chủ. Nếu hạ tầng không sẵn sàng, quốc gia Bắc Âu này sẽ không thể nào đạt được tốc độ chuyển đổi sang xe điện vũ bão như thế.

Một trạm sạc bên đường ở Oslo (Na Uy).

Theo một bài viết của hãng tư vấn McKinsey hồi tháng 3, Na Uy là một trong những quốc gia đầu tiên có ưu đãi khi mua xe điện, từ hỗ trợ thuế đến giảm phí đường bộ, cộng thêm miễn phí đậu xe trong thành phố và được sử dụng làn đường xe buýt. Các ưu đãi này dần bị loại bỏ khi tốc độ chuyển đổi sang xe điện tăng.

Mặt khác, nguồn năng lượng sạch dồi dào giúp Na Uy xây dựng được một hệ thống điện "đáng tin cậy", có thể cung cấp điện với chi phí thấp, ổn định thông qua các trạm sạc công cộng và hệ thống sạc tại nhà ("chốn ở" của 73% xe điện ở Na Uy là nhà ở riêng lẻ, theo khảo sát tháng 4-2022 của Hiệp hội Xe điện Na Uy).

Đến nay, hơn 22.000 bộ sạc công cộng đã được lắp đặt để phục vụ hơn nửa triệu xe điện lăn bánh ở Na Uy. Các trạm sạc mới nhanh chóng xuất hiện tại các trung tâm thương mại, phòng tập thể dục, trường đại học và dọc đường cao tốc. Tại một số trạm xăng đô thị hạn chế về không gian, bộ sạc EV nhỏ gọn đang thay thế các trụ bơm xăng cồng kềnh.

Nhóm nghiên cứu xem xét áp lực do việc sở hữu xe điện ngày càng tăng gây ra cho lưới điện của toàn bộ miền tây Hoa Kỳ vào năm 2035.

Với giả định rằng việc sạc điện vào ban đêm vẫn là cách làm phổ biến, thói quen này có thể làm tăng nhu cầu điện cao điểm lên tới 25%. Ở cấp địa phương, nếu một phần ba số hộ trong một khu phố có xe điện và hầu hết cắm sạc từ 11h đêm hoặc các khung giờ thấp điểm, lưới điện địa phương có thể trở nên không ổn định.

Theo Stanford, phát hiện này có ý nghĩa về chính sách và đầu tư đối với miền tây Hoa Kỳ và ngành điện, nhất là khi California có kế hoạch cấm bán ô tô và xe tải nhẹ chạy bằng xăng từ năm 2035.

Hiện tại, California dư điện vào cuối buổi sáng và đầu giờ chiều, chủ yếu nhờ có điện mặt trời. Nếu hầu hết các xe điện đều được sạc trong thời gian này, nguồn điện giá rẻ sẽ được tận dụng thay vì bỏ phí.