Việc sử dụng các nguồn năng lượng xanh, sạch, hay năng lượng tái tạo đang là chủ đề được dư luận quan tâm khi mục tiêu trung hòa cacbon, hay Net zero đang đến gần, nhưng đi sâu vào từng phân khúc của các chuyên ngành, chúng ta sẽ thấy những rào cản lớn đang kìm hãm tốc độ phát triển. Dưới đây, chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam cập nhật những thách thức lớn mà ngành công nghiệp điện gió đang, sẽ phải đối mặt và một vài giải pháp tình thế để vượt qua.
Những thách thức lớn của điện gió và giải pháp khắc phục:
Ngành công nghiệp năng lượng gió đang phát triển nhanh chóng, được hỗ trợ bởi nỗ lực toàn cầu nhằm đóng góp cho quá trình đạt được mức phát thải ròng bằng không. Tuy nhiên, có những vấn đề nghiêm trọng với tua bin và toàn bộ ngành công nghiệp cần được khắc phục để cho phép các trang trại gió tiếp tục phát triển.
Nhiều thách thức trong số này đòi hỏi giải pháp từ các nhà cung cấp thượng nguồn, hoặc đặt lên vai các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM - Original Equipment Manufacturing). Tuy nhiên, các nhà quản lý trang trại gió có thể giải quyết một số vấn đề bằng cách theo đuổi chiến lược số hóa hiệu quả.
Dưới đây là những thách thức cụ thể của ngành điện gió và cách các giải pháp tiên tiến nhất có thể giúp giải quyết nhiều thách thức, làm tăng lợi nhuận cho chủ đầu tư:
1. Chi phí nguyên liệu sản xuất và chi tiết dự phòng tăng cao:
Chi phí vật liệu được sử dụng để sản xuất tua bin mới và các bộ phận thay thế gần đây đã tăng vọt. Thép là một trong những vật liệu cốt lõi được sử dụng trong tua bin và có rất nhiều loại vật liệu này, nhưng vào năm 2022, giá thép đã tăng 86% ở Mỹ và 53% ở châu Âu.
Ngoài ra, nhiều tua bin mới hơn với tua bin truyền động trực tiếp yêu cầu các nguyên tố đất hiếm (REE) để tạo ra nam châm vĩnh cửu. Trung Quốc sản xuất 63% REE của thế giới và 92% sản lượng nam châm đất hiếm, nhưng quốc gia này cũng có các dự án gió và tái tạo tiêu thụ các nguồn tài nguyên này.
Điều này có ý nghĩa gì đối với các trang trại gió? Việc bắt đầu một trang trại gió mới sẽ tốn kém hơn, trong khi một số bộ phận thay thế cho các tua bin hiện có lại đắt hơn và có thể khó tìm hơn.
2. Tính có sẵn của chất bôi trơn dùng trong bảo trì:
Tua bin gió phụ thuộc vào chất bôi trơn để hoạt động, cũng như việc thay thế các loại dầu này là công việc bảo trì cần thiết và thường xuyên. Tuy nhiên, sự sẵn có của các chất bôi trơn này đã nhanh chóng trở thành một vấn đề quan trọng khi các trang trại gió phát triển và ngày càng trở nên quan trọng đối với các mục tiêu phát thải ròng bằng không.
Trong một nghiên cứu năm 2022, người ta đã xác định rằng: Chất bôi trơn có nhu cầu cao nhất trên toàn cầu được chia theo nhóm (gồm 57% dầu bánh răng, 27% dầu thủy lực và 16% dầu mỡ). Việc thay thế hoàn toàn các loại dầu này chỉ cần thiết sau mỗi 7-10 năm, nhưng các tua bin vẫn cần phải bổ sung hàng năm. Phân khúc thị trường dầu nhờn dự kiến sẽ tăng 40% trong 10-15 năm tới - điều này có thể gây ra vấn đề về hiệu quả của các trang trại gió nếu nguồn cung, cầu mất cân bằng.
3. Quản lý bảo trì tua bin gió thường gặp:
Bảo trì tua bin là ưu tiên hàng đầu của các nhà quản lý trang trại gió, đồng thời đóng góp đáng kể vào chi phí vận hành. Một số vấn đề bảo trì tua bin gió hàng đầu là:
- Bảo trì cánh tua bin: Bảo dưỡng đúng cách sẽ giúp ngăn ngừa việc thay thế và duy trì hiệu quả trong suốt tuổi thọ của chúng. Việc kiểm tra các cánh tua bin, phân tích kết quả và xác định lịch bảo trì cho phép các trang trại gió xác định và khắc phục mọi sự cố trước khi chúng trở nên nghiêm trọng hơn.
- Thay thế phanh cổ quay đầu máy (Yaw brake) - đây là một bộ phận thiết yếu hỗ trợ hướng dẫn hướng của tua bin. Nói cách khác, phanh cổ quay đầu máy cung cấp một phương tiện hiệu quả để điều khiển trơn tru vỏ bọc tua bin gió khi nó “quay theo chiều gió”. Hệ thống phanh đảm bảo vị trí sau khi được điều chỉnh, khiến nó trở thành một bộ phận quan trọng của tua bin. Tua bin có thể có tới 20 phanh loại này, nên việc thay thế chúng là cần thiết và tốn nhiều thời gian.
- Làm sạch và loại bỏ bụi phanh: Bụi phanh cổ quay đầu máy tạo ra do sử dụng thường xuyên cũng phải được ngăn chặn và loại bỏ sau khi thay phanh. Nếu không được kiểm soát, bụi phanh có thể gây ô nhiễm môi trường. Việc chọn vật liệu má phanh phù hợp và luôn kiểm soát bụi là điều quan trọng để vận hành bền vững.
- Làm lại bề mặt đĩa phanh: Phanh cổ quay đầu máy rất lớn và nặng trong khi việc bảo dưỡng chúng đòi hỏi phải tháo rời hoàn toàn vỏ tua bin. Những khiếm khuyết nhỏ trong dịch vụ phanh có thể gây ra sự xuống cấp sớm, do đó việc kiểm tra, cũng như làm lại bề mặt má phanh khi cần thiết sẽ kéo dài tuổi thọ của chúng và trì hoãn việc thay thế hoàn toàn.
- Chắc chắn còn có nhiều vấn đề bảo trì khác cần được quản lý một cách hiệu quả. Nếu không, việc bảo trì tua bin không đúng cách có thể dẫn đến thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến, việc sửa chữa tốn kém hơn và làm giảm tổng sản lượng điện của trang trại điện gió.
4. Nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) choáng ngợp trước các yêu cầu bảo hành:
Hàng năm, các OEM tua bin gió thường lên kế hoạch duy tu bảo dưỡng cụ thể. Tuy nhiên, một số OEM gần đây đã bị choáng ngợp khi nhận được nhiều yêu cầu bảo hành hơn dự kiến. Ví dụ, GE Renewable Energy báo cáo khoản lỗ 2,2 tỷ USD (trong đó, Công ty trích dẫn các điều khoản bảo hành là nguyên nhân quan trọng gây ra những khoản lỗ này).
Vấn đề này chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến một số khía cạnh của ngành. Chỉ có thời gian mới có thể biết chính xác các OEM sẽ phản ứng như thế nào, nhưng bất cứ điều gì từ bảo hành chặt chẽ hơn đến cắt giảm chi phí sản xuất đều có thể xảy ra.
5. Khoảng cách công nghệ:
Nhiều trang trại gió vẫn chưa áp dụng các công nghệ tiên tiến nhất để hỗ trợ kiểm tra và cho phép dự đoán việc bảo trì. Việc áp dụng công cụ phù hợp và tích hợp chúng vào quy trình cốt lõi là điều quan trọng để hiểu được khi nào các thành phần cụ thể cần được duy trì. Ngoài ra, ngay cả những nhà đầu tư đã áp dụng công nghệ mới cũng phải đối mặt với việc quản lý các bảng thông tin và hệ thống khác nhau trong suốt quá trình hoạt động bình thường.
Việc tạo ra sự tích hợp liền mạch giữa các công cụ khác nhau sẽ giúp ích rất nhiều trong việc mở ra khả năng truy cập vào dữ liệu, khuyến khích sự hợp tác giữa các nhóm và giúp việc quản lý trang trại gió trở nên hợp lý hơn.
Số hóa - giải pháp khả thi cho nhiều vấn đề cốt lõi của ngành điện gió:
Nhiều vấn đề mà ngành điện gió phải đối mặt có thể được giải quyết bằng số hóa. Mặc dù một số thách thức thiên về các OEM, hoặc điều kiện thị trường rộng lớn hơn, nhưng nó có thể được giải quyết trực tiếp bởi các nhà quản lý trang trại gió, nếu mạnh tay ứng dụng công nghệ tiên tiến nhất.
Số hóa, hoặc chuyển đổi kỹ thuật số cho phép các trang trại gió bước vào tương lai và vượt qua những thách thức quan trọng để duy trì hiệu quả về mặt chi phí, cũng như lợi nhuận. Các giải pháp như kiểm tra bằng máy bay không người lái tự động và bản sao kỹ thuật số cho phép hiểu biết sâu hơn về từng tua bin.
Việc áp dụng phần mềm, phần cứng mới trong suốt quá trình vận hành có thể mang lại lợi ích cho từng trang trại gió và toàn ngành. Một vài lợi ích tiềm năng của số hóa bao gồm:
1. Quản lý chi phí thông qua phân tích dữ liệu: Việc triển khai chiến lược số hóa có thể liên quan đến việc sử dụng phân tích dữ liệu để tối ưu hóa quy trình phân tích dự đoán nhằm dự đoán nhu cầu bảo trì, giảm thời gian ngừng hoạt động và tối ưu hóa tuổi thọ của tua bin. Điều này có thể dẫn đến việc sử dụng vật liệu và tài nguyên hiệu quả hơn, giảm thiểu tác động của chi phí vật liệu tăng cao.
2. Quản lý yêu cầu bảo hành của OEM: Song sinh kỹ thuật số (Digital Twins) cho phép giám sát liên tục các thông số vận hành của tua bin. Điều này cho phép phát hiện sớm các lỗi tiềm ẩn, giảm số lượng yêu cầu bảo hành. Ngoài ra, những hiểu biết triệt để thu được từ bản sao kỹ thuật số có thể cung cấp những cải tiến trong quy trình sản xuất và thiết kế tua bin để nâng cao độ tin cậy.
3. Một nền tảng trung tâm để quản lý dữ liệu từ nhiều công nghệ khác nhau: Digital Twins có thể đóng vai trò là trung tâm cung cấp nền tảng thống nhất có thể tổng hợp dữ liệu từ nhiều hệ thống khác nhau thông qua API (giao diện lập trình ứng dụng) của đối tác. Chế độ xem tập trung này tăng cường sự hợp tác giữa các nhóm và tạo điều kiện cho việc ra quyết định dựa trên dữ liệu. Bằng cách sử dụng Digital Twins, người vận hành trang trại điện gió có thể quản lý, giám sát các thành phần khác nhau một cách liền mạch, giảm sự phức tạp liên quan đến việc quản lý nhiều bảng thông tin và hệ thống. Vượt qua các thách thức với bản song sinh kỹ thuật số để đạt được hiệu quả và tính bền vững.
Mặc dù tua bin gió không phải là một phát minh mới, nhưng bản thân ngành công nghiệp này vẫn đang phát triển nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu năng lượng và hướng tới mục tiêu không khí thải. Những thách thức luôn song hành với sự tăng trưởng này và chúng cần được vượt qua để đảm bảo lợi nhuận, cũng như tính bền vững lâu dài.
Mặc dù nhiều thách thức trong số này là trách nhiệm của các OEM, hoặc nó phản ánh điều kiện thị trường tổng thể, nhưng một số thách thức trong số đó có thể được các nhà quản lý trang trại điện gió giải quyết trực tiếp thông qua số hóa hiệu quả.
Công nghệ Digital Twin nổi lên như một giải pháp mạnh mẽ, tạo ra các bản sao ảo của tua bin, cho phép bảo trì tua bin hiệu quả với các phân tích kiểm tra do AI cung cấp, phát hiện sớm lỗi để giảm yêu cầu bảo hành và tổng hợp dữ liệu từ các hệ thống khác nhau một cách hợp lý. Bằng cách áp dụng các chiến lược song sinh kỹ thuật số, ngành điện gió có thể nâng cao hiệu quả hoạt động, giảm chi phí và đóng góp đáng kể vào các mục tiêu năng lượng tái tạo trên toàn cầu./.
BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM
Nguồn:https://nangluongvietnam.vn/nam-thach-thuc-lon-cua-chuyen-nganh-dien-gio-va-mot-so-giai-phap-tinh-the-kha-thi-32257.html