Châu Âu – Ngành công nghiệp điện mặt trời thường phân chia công nghệ quang điện (PV – photovoltaic) thành các danh mục khác nhau. Phân khúc PV mái nhà thường gắn liền với các hộ gia đình, trong khi phân khúc PV quy mô tiện ích (utility-scale) (*) lại tập trung vào các dự án có công suất megawatts, chủ yếu triển khai trên những cánh đồng rộng lớn. Hai lĩnh vực này có ít điểm chung, ngoại trừ việc cùng sử dụng công nghệ năng lượng mặt trời. (*) Utility-scale: là thuật ngữ để chỉ các nhà máy điện mặt trời quy mô lớn được xây dựng để phát điện trực tiếp vào lưới điện.
Bất chấp ưu thế trên thị trường của hai phân khúc nêu trên, sự thành công của quá trình chuyển đổi năng lượng, vốn được thúc đẩy bởi tỷ trọng lớn của điện mặt trời và các nguồn điện biến thiên khác, lại phụ thuộc vào một công nghệ bắt nguồn từ lĩnh vực PV độc lập (off-grid) (1) vốn có quy mô nhỏ từ trước đến nay: đó là biến tần tạo lưới (grid-forming inverter) (2). (1) Off-grid: hệ thống không nối lưới điện quốc gia, thường dùng ở vùng nông thôn. (2) Grid-forming inverter: biến tần tạo lưới có khả năng tự thiết lập điện áp và tần số. Nó đóng vai trò như một “máy phát điện kỹ thuật số”, giúp hệ thống điện giữ được sự ổn định khi có quá nhiều nguồn điện không liên tục tham gia vào lưới.
Đến giữa những năm 2010, các loại bộ biến tần này chỉ được sử dụng trong các hệ thống lưới điện vi mô (microgrid) độc lập. Chúng có khả năng tạo ra một hệ thống điện tự chủ thông qua việc thiết lập tần số và điện áp, đồng thời có thể thực hiện khởi động đen (black start) (*). Một lưới điện vi mô là một mạng lưới điện giới hạn trong phạm vi địa phương, bao gồm các nguồn phát (ví dụ: điện mặt trời/gió), hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS – battery energy storage systems) và các hộ tiêu thụ. Hệ thống này có thể vận hành song song với lưới điện quốc gia và tiếp tục hoạt động như một hệ thống điện độc lập khi cần thiết. (*) Black start: là khả năng của một nguồn phát điện có thể tự khởi động mà không cần nguồn điện hỗ trợ từ lưới bên ngoài.
Biến tần tạo lưới chính thức gia nhập vào hệ thống điện quốc gia Với sự gia tăng của năng lượng tái tạo trong hệ thống điện, các bộ biến tần tạo lưới, và theo đó là công nghệ tạo lưới, đã tiến xa khỏi các ứng dụng lưới điện vi mô để tích hợp vào mạng lưới điện công cộng. Hiện nay, chúng đảm nhận các chức năng nền tảng thông qua việc cung cấp các dịch vụ hệ thống nhằm duy trì sự ổn định của lưới điện, điển hình như việc cung cấp quán tính hệ thống (system inertia) (*) cho hệ thống điện. (*) Quán tính hệ thống: Trong lưới điện truyền thống, các tua-bine khổng lồ trong nhà máy nhiệt điện hoặc thủy điện có khối lượng quay rất lớn. Khi có sự cố (ví dụ một nhà máy khác bị sập nguồn), các turbine này vẫn tiếp tục quay theo đà, giúp duy trì tần số lưới điện không bị sụt giảm đột ngột. Đó chính là “quán tính vật lý”. Vấn đề của năng lượng tái tạo, điện mặt trời và điện gió kết nối qua inverter không có các tua-bin này. Nếu lưới điện chỉ toàn điện mặt trời, khi có sự cố, tần số sẽ rơi rất nhanh vì không có “đà” để giữ lại, dẫn đến rã lưới toàn diện.
Các hệ thống lưới điện vi mô (microgrid) quy mô cực lớn (XXL) Các nhà máy năng lượng tái tạo và lưới điện vi mô dựa trên hệ thống lưu trữ pin, vốn được hiện thực hóa nhờ biến tần tạo lưới, cũng đã có những bước tiến vượt bậc. Nếu ban đầu, các lưới điện vi mô chỉ được dùng để tạo ra công suất vài trăm kilowatt (kW) cho các khu dân cư nhỏ, thì ngày nay, chúng đã đảm bảo nguồn cung điện cho toàn bộ các hòn đảo và thị trấn. Đồng thời, công nghệ này còn cung cấp giải pháp cho các ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng tại các vùng xa, đặc biệt là ngành khai thác khoáng sản.
Dưới đây, hai ứng dụng đổi mới của công nghệ tạo lưới sẽ được giới thiệu: lĩnh vực lưới điện độc lập/ siêu nhỏ, và lĩnh vực hình thành mạng lưới điện quốc gia (tạo lưới). Cả hai công nghệ này đều chứng minh tiềm năng to lớn của biến tần tạo lưới trong các hệ thống lưới điện vi mô cũng như đối với mạng lưới điện công cộng.
Dự án Biển Đỏ (Red Sea project): lưới điện vi mô với kích thước lớn – thí nghiệm thực tế cho công nghệ tạo lưới Tại bờ biển phía tây của Ả Rập Xê-út, hệ thống lưới điện vi mô thuộc dự án Biển Đỏ (The Red Sea project) đóng vai trò là chuẩn mực toàn cầu cho hệ thống cung cấp điện thế hệ mới. Đây là một hệ thống lưới điện vi mô kết hợp giữa điện mặt trời và lưu trữ năng lượng bằng pin (PV+BESS) quy mô công nghiệp, hoạt động hoàn toàn độc lập với lưới điện quốc gia. Trạm phát điện này kết hợp gần 400 megawatt (MW) điện mặt trời với gần 1,3 gigawatt giờ (GWh) lưu trữ pin, được tập đoàn Huawei và các đối tác đánh giá là hệ thống lưới điện vi mô PV+BESS lớn nhất thuộc loại này.
Mục tiêu của dự án là cung cấp năng lượng tái tạo 24/7 cho toàn bộ cơ sở hạ tầng du lịch của dự án Biển Đỏ, bao gồm sân bay, các khách sạn và các hệ thống hậu cần. Việc triển khai kỹ thuật tại khu vực này được xem là đặc biệt khó khăn do độ ẩm cao, hàm lượng muối trong không khí lớn, cùng với mức nhiệt độ có thể đến 50°C.
Các đặc tính kỹ thuật chính của lưới điện vi mô Biển Đỏ: – Điều phối hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS – power conversion system) tạo lưới: Hệ thống này có khả năng thiết lập điện áp và tần số, cho phép khởi động “black start” và duy trì sự ổn định cho mạng lưới điện độc lập trước các biến động phụ tải đột ngột và các sự cố nhiễu loạn. – Cấu trúc chuỗi thông minh (smart-string): việc sử dụng nhiều hệ thống PCS kết nối song song giúp tăng cường tính dự phòng và độ tin cậy của hệ thống, đồng thời cho phép khả năng điều khiển linh hoạt và mở rộng quy mô một cách chính xác. – Tích hợp cấp lưới điện (110 kilovolts): hệ thống được tích hợp sẵn máy biến áp, thiết bị đóng cắt và công nghệ bảo vệ nhằm đảm bảo vận hành an toàn cho mạng lưới điện độc lập ở cấp điện áp 110 kV. – Bộ điều khiển lưới điện vi mô/ hệ thống quản lý năng lượng (EMS – energy management system): đóng vai trò điều phối các chế độ vận hành và huy động nguồn, bao gồm quản lý trạng thái nạp (SoC – state of charge) và dự phòng, phối hợp bảo vệ hệ thống và thực hiện tái hòa đồng bộ.
Tập đoàn Huawei báo cáo rằng hệ thống lưới điện vi mô (microgrid) này đã vận hành ổn định trong gần hai năm, cung cấp hơn 1 tỷ kilowatt giờ (kWh) điện sạch trong thời gian đó. Quy mô sản xuất điện này là minh chứng cho việc một hệ thống như vậy có thể hoạt động hiệu quả trong thực tế suốt một thời gian dài, một bước tiến quyết định trong việc chuyển đổi công nghệ tạo lưới từ giai đoạn thử nghiệm sang quy mô megawatt.
Tập đoàn Huawei cho biết thêm rằng hệ thống có khả năng đảm bảo nguồn cung năng lượng cho tối đa 1 triệu người. Điều này chứng minh cách thức công nghệ biến tần tạo lưới hỗ trợ các hệ thống lưới điện vi mô kết hợp điện mặt trời và lưu trữ pin (PV+BESS), những giải pháp mà chỉ vài năm trước đây vốn chỉ có thể thực hiện được thông qua các mô hình nhà máy điện truyền thống.
Hai trạm biến áp Blackhillock và Kilmarnock South: mô hình chuẩn của Anh về dịch vụ hệ thống thông qua nhà máy BESS tạo lưới Tại Anh, việc ứng dụng công nghệ tạo lưới vào mạng lưới điện công cộng đã vượt xa giai đoạn thử nghiệm. Trong giai đoạn 2 của đợt đấu thầu Stability Pathfinder năm 2022, NESO (doanh nghiệp vận hành hệ thống truyền tải điện của Anh) đã định danh cụ thể các nhà máy sử dụng biến tần tạo lưới (ví dụ: BESS) là “các trạm phát điện không sử dụng nhiên liệu hóa thạch” chuyên cung cấp các dịch vụ hệ thống. Kết quả là, nhà máy BESS Kilmarnock tại Scotland đã giành được hợp đồng cung cấp 65% trong tổng số 6,8 gigavoltampere (GVA) quán tính của toàn hệ thống điện.
Tài sản này từ nhà phát triển lưu trữ pin Zenobē, với công suất 300 MW/600 MWh, đã bắt đầu đi vào vận hành từ tháng 1/2026, đánh dấu cột mốc quan trọng thứ hai cho nước Anh: Blackhillock, cũng được Zenobē phát triển tại Scotland, hiện là ví dụ thực tiễn nổi bật nhất về công nghệ tạo lưới tại Châu Âu. Nhà máy pin này bắt đầu hoạt động từ tháng 3 năm 2025 với quy mô 200 MW/400 megawatt giờ (MWh) và hiện đang được mở rộng lên 300 MW/600 MWh. Blackhillock là một dự án đặc biệt vì đây là dự án lưu trữ pin đầu tiên cung cấp các dịch vụ hệ thống tại Anh với một gói giải pháp toàn diện về công suất tác dụng (active power) và công suất phản kháng (reactive power) giúp ổn định lưới điện. Toàn bộ biến tần tạo lưới cho cả hai nhà máy này đều do tập đoàn SMA cung cấp.
Scotland: khu vực hình mẫu cho công nghệ tạo lưới Scotland có thể được xem là khu vực hình mẫu cho việc triển khai thực tế công nghệ tạo lưới tại châu Âu. Sự mở rộng mạnh mẽ của năng lượng gió, cùng với sự sụt giảm của các nguồn phát đồng bộ truyền thống, đã làm gia tăng đáng kể nhu cầu về các giải pháp ổn định mạng lưới bằng năng lượng tái tạo, đặc biệt khi khu vực này có kết nối hạn chế với các trung tâm phụ tải ở miền nam do những điểm nghẽn trong truyền tải. Các đơn vị vận hành lưới điện đang ứng phó với tình trạng này bằng cách huy động dịch vụ hệ thống từ các nhà máy dựa trên bộ biến tần, từ đó thúc đẩy mạnh mẽ quá trình gia nhập thị trường. Theo đó, danh mục các dự án nhà máy lưu trữ pin quy mô lớn đang ngày càng mở rộng. Bên cạnh Blackhillock, nhà máy công suất 400 MW/800 MWh tại vùng Eccles cũng đã bắt đầu được triển khai xây dựng.
Để xem các tin bài khác về “Biến tần tạo lưới”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Intersolar
