Điện mặt trời, điện gió và thời tiết: Vì sao sản lượng điện tái tạo lên xuống từng ngày, từng mùa
Việt Nam đang là một trong những nước phát triển điện mặt trời và điện gió nhanh nhất trong khu vực, với hàng loạt trang trại năng lượng tái tạo mọc lên ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và các tỉnh ven biển. Nhưng khác với nhà máy nhiệt điện hay thủy điện có thể chạy ổn định theo ý muốn, sản lượng điện mặt trời và điện gió lại phụ thuộc gần như hoàn toàn vào ông trời. Một buổi trưa nắng gắt có thể tạo ra lượng điện gấp nhiều lần so với một ngày mưa âm u, và một đợt gió mùa mạnh có thể khiến cả cánh đồng turbine quay hết công suất, trong khi vài ngày sau lại đứng gần như im vì lặng gió. Hiểu vì sao thời tiết chi phối nguồn điện "xanh" này giúp chúng ta nhìn bản tin dự báo theo một góc hoàn toàn khác, không chỉ để biết mai nắng hay mưa mà còn để hiểu vì sao có những ngày lưới điện quốc gia phải "gồng" nhiều hơn bình thường.
Vì sao sản lượng điện mặt trời lên xuống từng giờ, từng ngày
Tấm pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng thành điện, nên sản lượng của nó gắn chặt với cường độ nắng chiếu xuống mặt đất. Vào buổi trưa trời quang, cường độ ánh sáng đạt mức cao nhất, tấm pin phát điện gần với công suất thiết kế. Nhưng chỉ cần một đám mây dày trôi qua, sản lượng có thể tụt giảm nhanh trong vài phút rồi phục hồi ngay khi mây tan – đó là lý do các trạm điện mặt trời lớn thường có biểu đồ công suất "răng cưa" vào những ngày mưa dông buổi chiều, đặc trưng của mùa hè.
Theo mùa, sự khác biệt còn rõ hơn. Mùa khô ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên trời trong, ít mây, số giờ nắng nhiều nên sản lượng cao và ổn định suốt nhiều tuần liền. Bước vào mùa mưa, mây dày đặc kéo dài nhiều ngày, độ ẩm không khí tăng khiến ánh sáng bị khuếch tán, tấm pin nhận được ít năng lượng hơn hẳn dù thời gian mặt trời mọc – lặn không thay đổi nhiều. Góc chiếu của mặt trời cũng đổi theo mùa: mùa hè mặt trời lên cao, chiếu gần như vuông góc với tấm pin ở nhiều nơi; mùa đông góc chiếu xiên hơn nên hiệu suất giảm nhẹ dù trời vẫn quang. Ngoài ra, bụi bám trên tấm pin sau một mùa khô kéo dài cũng làm giảm sản lượng đáng kể, đây là lý do các trang trại điện mặt trời phải vệ sinh tấm pin định kỳ trước khi vào cao điểm nắng nóng.
Điện gió: khi gió mùa "cấp điện", khi bão về phải tắt máy
Turbine gió hoạt động theo nguyên tắc thú vị hơn: gió quá yếu thì không đủ lực quay cánh quạt, nhưng gió quá mạnh cũng buộc turbine phải tự động dừng để bảo vệ thiết bị. Mỗi turbine có một dải tốc độ gió lý tưởng, ở đó cánh quạt quay đều và ổn định nhất; dưới ngưỡng đó cánh quạt gần như bất động, còn vượt ngưỡng an toàn hệ thống sẽ tự "gập cánh" nghỉ máy dù gió đang rất lớn.
Ở Việt Nam, các trang trại điện gió ven biển và cao nguyên thường sản xuất tốt nhất vào giai đoạn gió mùa Đông Bắc hoạt động mạnh, khi gió thổi đều và duy trì nhiều giờ liên tục cả ngày lẫn đêm. Ngược lại, vào giai đoạn chuyển mùa hoặc những ngày hè oi ả ít gió, sản lượng có thể giảm rõ rệt và thất thường theo từng giờ. Đáng chú ý nhất là khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới tiến vào gần khu vực đặt turbine: gió giật vượt xa giới hạn an toàn buộc toàn bộ cánh đồng gió phải ngừng phát điện, chờ bão đi qua mới vận hành trở lại. Đây là lý do các đơn vị quản lý trang trại gió luôn theo dõi sát bản tin bão để chủ động ngắt máy đúng lúc, tránh hư hỏng cánh quạt và hệ thống điều khiển.
Bài toán cân bằng lưới điện khi trời "trở tính" bất ngờ
Vì sản lượng điện mặt trời và điện gió biến động liên tục theo thời tiết, đơn vị vận hành lưới điện quốc gia phải luôn có nguồn điện dự phòng – thường là thủy điện hoặc nhiệt điện – để bù đắp ngay khi mây kéo đến hay gió lặng bất ngờ. Ngược lại, vào những ngày nắng to gió mạnh, sản lượng tái tạo tăng vọt cũng cần được điều tiết hợp lý để tránh quá tải cục bộ ở những khu vực có nhiều trang trại tập trung gần nhau. Đây là bài toán kỹ thuật mà ngành điện gọi là "tích hợp nguồn năng lượng tái tạo", và dự báo thời tiết chi tiết theo giờ, theo từng khu vực chính là dữ liệu đầu vào quan trọng để lập kế hoạch vận hành mỗi ngày, thay vì chỉ phản ứng khi sự việc đã xảy ra.
Với hộ gia đình lắp điện mặt trời áp mái, nên theo dõi thời tiết thế nào
Không chỉ các trang trại lớn, ngày càng nhiều gia đình ở Việt Nam lắp điện mặt trời áp mái để tự dùng và bán phần dư lên lưới. Với quy mô nhỏ này, thời tiết cũng ảnh hưởng trực tiếp đến hóa đơn điện mỗi tháng. Vào mùa mưa hoặc những ngày nhiều mây liên tục, tấm pin phát ít điện hơn hẳn, nên nếu gia đình có hệ thống lưu trữ pin, cần chủ động sạc đầy vào những ngày nắng và ưu tiên dùng điện lưới vào những ngày âm u kéo dài. Trước mùa bão, nên kiểm tra lại khung đỡ và ốc vít của tấm pin, đảm bảo hệ thống chống sét hoạt động tốt, vì tấm pin lắp trên cao rất dễ bị ảnh hưởng khi có dông sét hoặc gió giật mạnh bất ngờ. Sau những đợt nắng hạn kéo dài, bụi và cát bám nhiều trên bề mặt cũng nên được lau dọn để duy trì hiệu suất, đặc biệt ở các khu vực khô nóng như Tây Nguyên hay duyên hải Nam Trung Bộ.
Nhìn xa hơn: biến đổi khí hậu và quy hoạch năng lượng tái tạo
Về lâu dài, sự thay đổi của các quy luật thời tiết – như El Niño, La Niña hay xu hướng nóng lên toàn cầu – cũng tác động đến cách quy hoạch năng lượng tái tạo. Những năm nắng nóng kéo dài bất thường có thể giúp sản lượng điện mặt trời tăng, nhưng cũng thường đi kèm nguy cơ hạn hán ảnh hưởng đến thủy điện, khiến cả hệ thống điện quốc gia thêm áp lực trong cùng một thời điểm. Vì vậy, giới chuyên môn ngày càng xem dữ liệu khí hậu dài hạn, chứ không chỉ số liệu nắng gió của vài năm gần nhất, là một phần không thể thiếu khi lựa chọn vị trí xây dựng trang trại điện mặt trời, điện gió mới.
Điện mặt trời và điện gió là nguồn năng lượng sạch, nhưng "tính khí" của chúng gắn liền với bầu trời mỗi ngày, mỗi mùa. Hiểu được mối liên hệ này giúp chúng ta nhìn bản tin thời tiết không chỉ để biết mai có mưa hay nắng, mà còn để hiểu vì sao đôi khi cả lưới điện quốc gia cũng "lên xuống" theo từng cơn gió, từng đám mây trôi qua. Bạn có thể theo dõi thời tiết tại những vùng có nhiều trang trại năng lượng tái tạo như Đắk Lắk để cảm nhận rõ hơn sự thay đổi này qua từng ngày, hoặc xem dự báo thời tiết mới nhất tại đây.