Người điều độ không ra lệnh được cho mặt trời và gió, nên họ đối phó bằng dự báo: ước trước sản lượng của từng nhà máy điện gió, điện mặt trời theo các nhịp từ vài ngày tới vài phút, rồi giữ sẵn nguồn linh hoạt để bù phần sai lệch. Dự báo cho ngày mai dựa chủ yếu vào mô hình thời tiết số; dự báo vài phút tới dựa vào ảnh vệ tinh, camera chụp bầu trời và số đo trực tiếp từ nhà máy. Sai số không bao giờ bằng không, nên nghề này là nghề quản lý sai số chứ không phải xoá bỏ nó.
Vì sao nắng gió khó hơn phụ tải
Phụ tải điện của cả một quốc gia khá "ngoan": hàng chục triệu người dùng điện độc lập, nhưng cộng lại thì ngày nào cũng có hình dạng gần giống ngày trước, chỉ đổi theo nhiệt độ và lịch nghỉ. Dự báo phụ tải ngày tới của một lưới lớn thường sai lệch chỉ vài phần trăm.
Gió và nắng thì khác. Một đám mây đi qua có thể làm sản lượng một trang trại điện mặt trời tụt hơn một nửa trong vòng một phút. Một đợt gió mạnh trước dông có thể đẩy cánh quạt lên tối đa rồi buộc tuabin tự dừng để bảo vệ. Khi hàng chục trang trại nằm cạnh nhau trong cùng một vùng khí hậu, chúng tăng giảm cùng lúc, chứ không bù trừ cho nhau.
Vì vậy, khi tỷ trọng điện gió và điện mặt trời tăng, dự báo của chúng trở thành một đầu vào quan trọng ngang với dự báo phụ tải trong mọi kế hoạch vận hành.
Các nhịp dự báo
| Tầm dự báo | Công cụ chính | Dùng để làm gì |
|---|---|---|
| Vài ngày tới một tuần | Mô hình dự báo thời tiết số toàn cầu và khu vực | Xếp lịch tổ máy nhiệt cần khởi động, kế hoạch nước cho thuỷ điện |
| Ngày tới | Mô hình thời tiết số độ phân giải cao, kết hợp mô hình thống kê từng nhà máy | Lập lịch huy động nguồn theo từng chu kỳ, tính dự phòng |
| Trong ngày (vài giờ) | Cập nhật mô hình, ảnh vệ tinh mây, số liệu nhà máy gửi về | Điều chỉnh lại lịch, gọi thêm hoặc cho nghỉ tổ máy |
| Vài phút đến một giờ (dự báo cực ngắn) | Ảnh vệ tinh liên tục, camera bầu trời, số đo SCADA | Chuẩn bị cho các cú dốc tăng giảm, hướng dẫn AGC |
Càng gần thời điểm thực, dự báo càng chính xác, nhưng thời gian để phản ứng cũng càng ngắn. Nghệ thuật của điều độ nằm ở chỗ đặt mỗi quyết định ở đúng nhịp: tổ máy than cần vài giờ để khởi động thì phải quyết từ dự báo ngày tới; thuỷ điện tăng trong vài phút thì có thể để dành cho dự báo cực ngắn.
Dự báo điện mặt trời: đuổi theo những đám mây
Từ bức xạ đến công suất
Mô hình thời tiết cho ra bức xạ mặt trời ở mặt đất, nhiệt độ, độ che phủ mây. Người dự báo phải chuyển chúng thành công suất của từng nhà máy: tính góc nghiêng tấm pin, hướng đặt, hiệu suất giảm khi nóng (tấm pin nóng thì phát kém đi), tổn thất bộ biến tần, và giới hạn công suất được phép phát lên lưới. Nhà máy càng gửi về nhiều số liệu thực đo, mô hình càng được hiệu chỉnh tốt.
Những thứ dễ đoán sai
- Mây tích đối lưu buổi chiều: những đám mây nhỏ, mọc nhanh vào mùa mưa, khó mô hình nào bắt được chính xác vị trí.
- Sương mù và mây tầng thấp buổi sáng: tan sớm hay muộn chỉ một giờ đã làm lệch cả buổi.
- Khói bụi, mù khô: làm giảm bức xạ đều đặn trên diện rộng, dễ bị đánh giá thấp.
- Điện mặt trời mái nhà: điều độ thường không đo trực tiếp được hàng trăm nghìn hệ thống nhỏ, phải ước gián tiếp qua phụ tải "biến mất" vào buổi trưa.
Nhật thực: một sự kiện biết trước
Nhật thực là trường hợp hiếm hoi mà mặt trời "tắt" theo lịch chính xác tới từng phút. Ngày 20 tháng 3 năm 2015, nhật thực một phần quét qua châu Âu đúng buổi sáng, khi điện mặt trời của Đức và các nước láng giềng đã rất lớn. Các nhà vận hành truyền tải châu Âu chuẩn bị nhiều tháng: giữ thêm dự phòng, phối hợp trao đổi qua biên giới, tập dượt kịch bản. Sự kiện diễn ra êm và trở thành một bài tập mẫu về điều phối trước những cú dốc lớn.
Dự báo điện gió: chuyện của từng cơn gió
Công suất tuabin gió tăng rất nhanh theo tốc độ gió trong một khoảng nhất định: gió mạnh gấp đôi thì năng lượng trong luồng gió tăng khoảng tám lần. Nghĩa là sai số nhỏ trong dự báo tốc độ gió biến thành sai số lớn trong dự báo công suất.
Ba hiện tượng người điều độ sợ nhất với điện gió:
- Cú dốc do front thời tiết: một khối không khí lạnh tràn về có thể làm gió cả vùng mạnh lên hay yếu đi trong vài giờ. Dự báo đúng hiện tượng nhưng sai thời điểm một hai giờ cũng đủ làm khó ca trực.
- Dừng do gió quá mạnh: khi gió vượt ngưỡng an toàn của tuabin, thường vào khoảng 25 m/s với nhiều dòng máy, tuabin tự quay cánh về vị trí an toàn và ngừng phát. Cả trang trại có thể từ đầy tải xuống không chỉ trong ít phút.
- Bão: ở vùng có bão như ven biển Việt Nam, khi bão tiến gần, các nhà máy điện gió thường chủ động dừng. Điều độ phải tính trước phần công suất sẽ mất và giữ nguồn thay thế.
Ở Việt Nam, điện gió tập trung nhiều ở dải ven biển Nam Trung Bộ, đồng bằng sông Cửu Long và một số vùng Tây Nguyên. Gió mạnh nhất thường rơi vào mùa gió mùa đông bắc, từ khoảng cuối năm tới đầu năm sau, trùng với mùa khô, khi thuỷ điện cần tiết kiệm nước. Sự bổ sung theo mùa này là điều có lợi cho người lập kế hoạch.
Khi dự báo sai: những công cụ xử lý
- Dự phòng tính theo sai số: lượng dự phòng không chỉ tính theo tổ máy lớn nhất mà còn theo độ bất định của dự báo gió, nắng trong giờ tới.
- Giới hạn tốc độ thay đổi: quy định đấu nối ở nhiều nước yêu cầu nhà máy điện gió, điện mặt trời không được tăng công suất quá nhanh, và có khả năng giảm phát theo lệnh.
- Giảm phát (curtailment): khi thừa nguồn hoặc đường dây quá tải, điều độ yêu cầu nhà máy giảm phát. Đây là công cụ cuối cùng vì nó bỏ phí năng lượng gần như miễn phí.
- Pin lưu trữ tại nhà máy: làm phẳng những dao động ngắn, giúp sản lượng gửi lên lưới mượt hơn.
- Dàn trải địa lý: nhiều trang trại ở nhiều vùng khí hậu khác nhau bù trừ cho nhau tốt hơn so với dồn vào một vùng.
Ai làm dự báo
Trên thế giới thường có hai lớp dự báo song song. Mỗi nhà máy điện gió, điện mặt trời tự làm hoặc thuê đơn vị chuyên dự báo cho riêng mình, rồi gửi lên đơn vị vận hành hệ thống theo quy định. Đơn vị vận hành hệ thống lại có hệ thống dự báo tập trung của riêng họ, nhìn cả lưới, để so sánh và phát hiện chỗ bất thường. Ở nhiều thị trường điện, nhà máy dự báo sai quá nhiều còn phải chịu chi phí mất cân bằng, nên họ có động lực đầu tư vào dự báo tốt.
Các quy định về đấu nối và vận hành nguồn năng lượng tái tạo của Việt Nam cũng yêu cầu nhà máy cung cấp số liệu thời gian thực và dự báo công suất cho cấp điều độ có quyền điều khiển.
Góc nhìn hôm nay: nhìn trời bằng mắt người điều độ
- Lần tới khi thấy mây dông đen kéo đến lúc trưa, hãy nghĩ rằng ở đâu đó một điều độ viên đang nhìn ảnh vệ tinh cùng đám mây ấy và tính xem bao nhiêu MW sắp biến mất.
- Các ứng dụng thời tiết hiển thị ảnh vệ tinh mây và ra-đa mưa là cách dễ nhất để tự tập "đọc" bầu trời như một người dự báo năng lượng.
- Muốn đọc sâu, tìm các báo cáo công khai của các nhà vận hành truyền tải châu Âu về nhật thực năm 2015, hoặc tài liệu về dự báo năng lượng tái tạo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA).
Câu hỏi thường gặp
Dự báo điện mặt trời được làm thế nào?
Dự báo điện mặt trời chuyển dự báo bức xạ, mây và nhiệt độ từ mô hình thời tiết thành công suất của từng nhà máy, có tính góc đặt tấm pin và hiệu suất thiết bị. Với vài phút đến một giờ tới, người ta dùng thêm ảnh vệ tinh mây, camera bầu trời và số đo thực tế từ nhà máy.
Vì sao tuabin gió dừng khi gió quá mạnh?
Khi gió vượt ngưỡng thiết kế, thường quanh 25 m/s với nhiều loại tuabin, hệ thống điều khiển xoay cánh và hãm rô-to để tránh hư hỏng. Tuabin ngừng phát cho tới khi gió dịu lại, nên công suất cả trang trại có thể tụt rất nhanh.
Curtailment là gì?
Curtailment là việc điều độ yêu cầu nhà máy điện gió hay điện mặt trời giảm công suất dưới mức có thể phát. Lý do thường là lưới thừa nguồn, đường dây quá tải hoặc cần giữ an ninh hệ thống. Đây là biện pháp cuối vì làm mất phần năng lượng gần như miễn phí.
Nhật thực ảnh hưởng đến lưới điện thế nào?
Nhật thực làm sản lượng điện mặt trời giảm rồi tăng lại rất nhanh trong vài chục phút đến vài giờ. Vì biết trước thời điểm chính xác, các đơn vị vận hành chuẩn bị thêm dự phòng và phối hợp liên vùng, như châu Âu đã làm với nhật thực ngày 20/3/2015.
Mùa nào điện gió ở Việt Nam mạnh nhất?
Ở nhiều vùng ven biển phía Nam và Nam Trung Bộ, điện gió thường cao hơn trong mùa gió mùa đông bắc, khoảng cuối năm tới đầu năm sau. Thời gian này trùng mùa khô nên điện gió bổ sung tốt cho thuỷ điện đang phải tiết kiệm nước.
