Hệ số khả dụng ảnh hưởng thế nào đến độ tin cậy cung ứng điện năng?

Theo dõi KTMT trên

Về hệ số khả dụng:

Hệ số khả dụng (Availability factor hay AF) của nhà máy điện là khoảng thời gian nhà máy có thể sản xuất điện trong một thời gian nhất định, chia cho lượng thời gian trong khoảng thời gian đó. Những dịp chỉ có một phần công suất có thể được khấu trừ hoặc không, trong trường hợp này, hệ số khả dụng tương đương (EAF) được áp dụng. Không nên nhầm lẫn hệ số khả dụng với hệ số công suất (capacity factor). Hệ số công suất trong một khoảng thời gian nhất định không bao giờ được vượt quá hệ số khả dụng trong cùng thời kỳ. Sự khác biệt phát sinh khi nhà máy chạy dưới công suất tối đa, trong trường hợp này, hệ số công suất nhỏ hơn hệ số khả dụng.

Theo trang tin công nghệ trực tuyến Thụy Sỹ Giessereilexikon: Hệ số khả dụng (còn gọi là tính khả dụng) là thước đo tổn thất do tổng số thời gian ngừng hoạt động của máy ngoài kế hoạch và được định nghĩa theo công thức:

Hệ số khả dụng = Thời gian hoạt động/(Thời gian hoạt động + Thời gian ngừng hoạt động).

Hệ số khả dụng bị giảm do thời gian ngừng hoạt động của máy, hoặc thiết bị ngoài kế hoạch do các sự cố như: Đang chờ bảo trì, chờ đợi các bản phát hành chất lượng, nhân viên tạm thời không có mặt, thiếu tài liệu, thiếu việc, mất điện, tai nạn, hỏng máy, gián đoạn hoạt động... Hệ số khả dụng được sử dụng để tính toán hiệu quả tổng thể của thiết bị (Overall Equipment Effectiveness hay OEE). Phần mềm hiện đại với dữ liệu quy trình và đăng ký thời gian sẽ giúp chúng ta nắm bắt và hình dung được hệ số khả dụng nhanh và dễ dàng hơn.

Hệ số khả dụng của nhà máy điện đa dạng và biến thiên tùy thuộc vào nhiên liệu đầu vào, thiết kế và cách vận hành của nhà máy. Mọi thứ khác đều bình đẳng, các nhà máy được vận hành ít thường xuyên hơn có hệ số khả dụng cao hơn vì chúng cần ít bảo trì hơn, lịch kiểm tra và bảo trì phải lên kế hoạch nhiều hơn trong thời gian nhàn rỗi.

Hầu hết các nhà máy nhiệt điện, chẳng hạn như các nhà máy điện than, địa nhiệt và điện hạt nhân, có hệ số khả dụng từ 70% đến 90%. Các nhà máy mới hơn có xu hướng có hệ số AF cao hơn đáng kể, nhưng bảo trì phòng ngừa cũng quan trọng như cải tiến về thiết kế và công nghệ. Tua bin khí có hệ số AF tương đối cao, từ 80% đến 99%. Tua bin khí thường được sử dụng cho các nhà máy điện cần đạt công suất đỉnh, nhà máy đồng phát và giai đoạn đầu của nhà máy chu trình hỗn hợp.

Ban đầu, thuật ngữ hệ số khả dụng chỉ được sử dụng cho các nhà máy điện phụ thuộc vào nguồn cung cấp nhiên liệu chủ động, có kiểm soát, thường là hóa thạch hoặc sau này là hạt nhân. Sự xuất hiện của năng lượng tái tạo như thủy điện, năng lượng gió và năng lượng mặt trời, hoạt động mà không có nguồn cung cấp nhiên liệu chủ động, được kiểm soát và đi vào bế tắc khi nguồn cung cấp năng lượng tự nhiên của chúng ngừng lại, đòi hỏi sự phân biệt cẩn thận hơn giữa hệ số khả dụng và hệ số công suất.

Hệ số khả dụng trong sản xuất năng lượng:

Theo trang tin trực tuyến Anh, Internet Geography: Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng cung cấp năng lượng hay tính có sẵn năng lượng. Rất đa dạng, gồm các yếu tố vật chất, chi phí khai thác và sản xuất, công nghệ và các yếu tố chính trị.

Yếu tố địa chất ảnh hưởng đến sự sẵn có của nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt tự nhiên và than đá. Sự hình thành nhiên liệu hóa thạch liên quan đến việc lưu trữ các chất hữu cơ trong trầm tích hoặc đá trầm tích. Do đó, các khu vực có địa chất trầm tích chủ yếu có khả năng có sẵn nhiên liệu hóa thạch. Khí hậu cũng có thể ảnh hưởng đến việc khai thác nhiên liệu hóa thạch. Các khu vực miền núi và các khu vực có khí hậu khắc nghiệt đang đặt ra những thách thức đối với việc khai thác nhiên liệu hóa thạch và vận chuyển chúng. Ví dụ về các khu vực như vậy bao gồm Alaska và Siberia.

Trữ lượng nhiên liệu hóa thạch đáng kể được tìm thấy bên dưới các đại dương và biển sâu. Điều này đặt ra những thách thức đáng kể trong việc khai thác nhiên liệu hóa thạch. Các vùng cao là nơi lý tưởng để xây dựng các đập và hồ chứa để sản xuất thủy điện. Các khu vực có ánh nắng mặt trời đáng tin cậy có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng mặt trời. Cuối cùng, các địa điểm có gió có thể được sử dụng để tạo ra điện qua các tua bin.

Các yếu tố chính trị như xung đột xảy ra dẫn đến mất an ninh năng lượng. Ví dụ, ở Trung Đông, các luồng năng lượng có thể bị gián đoạn do tranh chấp. Bằng chứng, xuất khẩu dầu của Libya giảm mạnh do xung đột. Hay xung đột xảy ra giữa Ukraine - Nga hiện nay cũng ảnh hưởng lớn đến hệ số khả dụng năng lượng.

Hệ số khả dụng trong năng lượng tái tạo:

Khi các nguồn năng lượng không thể tái tạo trở nên cạn kiệt khiến chi phí khai thác ngày càng thêm đắt đỏ. Chi phí khai thác tăng làm cho cung - cầu mất cân bằng. Nhờ công nghệ phát triển cho phép khai thác các nguồn năng lượng mới thuận lợi hơn, chẳng hạn như năng lượng tái tạo. Như vậy, công nghệ đã làm cho năng lượng này trở nên hiệu quả hơn về mặt kinh tế.

Theo quy ước, các khoảng thời gian sản xuất bằng không được tính dựa vào hệ số công suất nhưng không dựa vào hệ số khả dụng, do đó vẫn được xác định là phụ thuộc vào nguồn cung cấp nhiên liệu hoạt động, có kiểm soát, cùng với các yếu tố liên quan đến độ tin cậy và bảo trì. Tua bin gió không thể hoạt động ở tốc độ gió dưới một giới hạn nhất định, điều này được tính vào hệ số khả dụng của nó. Với định nghĩa như trên, các tua bin gió hiện đại đòi hỏi rất ít bảo trì, có hệ số khả dụng rất cao, lên tới khoảng 98%. Các trạm phát điện mặt trời PV có ít hoặc không có bộ phận chuyển động và có thể được kiểm tra và bảo dưỡng theo kế hoạch vào ban đêm có hệ số khả dụng gần bằng hoặc bằng 100% khi mặt trời chiếu sáng.

Trạm năng lượng quang điện, còn được gọi là công viên năng lượng mặt trời, trang trại năng lượng mặt trời hoặc nhà máy điện mặt trời, là hệ thống điện quang điện kết nối lưới quy mô lớn (hệ thống PV) được thiết kế để cung cấp điện thương mại. Chúng được phân biệt với hầu hết các loại năng lượng mặt trời được lắp đặt trong tòa nhà và các loại năng lượng mặt trời phi tập trung khác.

Nguồn năng lượng mặt trời thông qua mô-đun quang điện chuyển đổi ánh sáng trực tiếp thành điện năng. Tuy nhiên, điều này khác và không nên nhầm lẫn với điện mặt trời tập trung (CSP), một công nghệ sản xuất năng lượng mặt trời quy mô lớn khác, sử dụng nhiệt để điều khiển một loạt các hệ thống máy phát điện thông thường. Cả hai cách tiếp cận đều có những ưu và nhược điểm riêng, nhưng cho đến nay, vì nhiều lý do, công nghệ quang điện đã được sử dụng rộng rãi hơn. Tính đến năm 2019, các hệ thống CSP chiếm khoảng 3% công suất điện mặt trời quy mô lớn.

Ở một số quốc gia, công suất trên bảng tên của các trạm phát quang điện được đánh giá bằng megawatt-đỉnh (MWp), dùng để chỉ sản lượng điện DC tối đa trên lý thuyết của năng lượng mặt trời. Ở các nước khác, nhà sản xuất cho bề mặt hiệu quả. Tuy nhiên, tại Canada, Nhật Bản, Tây Ban Nha và Hoa Kỳ thường chỉ định sử dụng sản lượng điện danh nghĩa quy đổi thấp hơn trong MWAC, một biện pháp có thể so sánh trực tiếp với các hình thức phát điện khác. Xếp hạng thứ ba và ít phổ biến hơn là megavolt-ampe (MVA). Hầu hết các công viên năng lượng mặt trời được phát triển với quy mô ít nhất là 1 MWp. Tính đến năm 2018, các trạm năng lượng quang điện hoạt động lớn nhất thế giới đã vượt qua 1 gigawatt (GW). Tính đến cuối năm 2019, khoảng 9.000 nhà máy với tổng công suất trên 220 GWAC là các trang trại năng lượng mặt trời lớn hơn 4 MWAC (quy mô tiện ích).

Hầu hết các nhà máy điện quang điện quy mô lớn hiện có đều do các nhà sản xuất điện độc lập sở hữu và vận hành, nhưng sự tham gia của các dự án thuộc sở hữu cộng đồng và công ty tiện ích ngày càng tăng. Trước đây hầu hết tất cả đều được hỗ trợ ít nhất một phần bởi các biện pháp khuyến khích như thuế nhập khẩu hoặc Fit-In-Tarrif, nhưng do chi phí quy dẫn đã giảm đáng kể từ những năm 2010 và tỷ lệ ngang bằng trong lưới điện đã đạt được ở hầu hết các thị trường, nên các biện pháp khuyến khích nói trên thường không cần thiết.

Qua phân tích sơ bộ hệ số khả dụng, làm sáng tỏ câu hỏi: Vì sao giá điện mặt trời giảm, nhưng sử dụng không tăng? Ngoài câu chuyện chi phí thấp còn phải kể đến các yếu tố khác như: Địa chất, địa lý, chính trị cho đến các yếu tố duy tu bảo dưỡng… khiến hệ số khả dụng gần bằng hoặc bằng 100%. Tất cả những yếu tố này góp phần cho việc sản xuất năng lượng tái tạo phát triển thiếu cân đối. Ví dụ tại Việt Nam, NLTT phát triển chủ yếu ở miền Trung và Nam, do thiếu lưới truyền tải điện đến các tâm phụ tải xa nên việc phát triển vẫn chưa được như mong muốn.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM (THEO: EWO/HC/MPC/GC/IGC - 5/2022)

Link tham khảo:

1/ https://en.wikipedia.org/wiki/Availability_factor#:~:text=The%20availability%20factor%20of%20a,or%20may%20not%20be%20deducted.

2/ http://www.huronwind.com/main.php?page=data

3/ https://www.mornsun-power.com/html/news-detail/blog-posts/418.html

4/ https://www.giessereilexikon.com/en/foundry-lexicon/Encyclopedia/show/availability-factor-4526/?cHash=b1d0ac45efe8ba47e7c0b3be4472681c

5/ https://www.internetgeography.net/topics/what-factors-affect-energy-availability

Theo Tạp chí Năng lượng Việt Nam