Giới thiệu về các loại xe ô-tô điện

Có thể chia xe điện làm 4 loại như hình dưới đây, trong đó bao gồm xe thuần điện (Battery Electric Vihicle - BEV), xe điện lai (Hybrid Electric Vehicle - HBE), xe điện lai sạc ngoài (Plug-in Hybrid Electric Vehicle-PHEV) và xe nhiên liệu hydro (Fuel cell Electric Vehicle - FCEV).

Hình 1. Các loại xe ô-tô điện [1]

Xu hướng phát triển xe điện trên thế giới

Trong những năm gần đây, lượng xe điện trên thế giới, trong đó chủ yếu là xe thuần điện và xe điện lai sạc ngoài, đã có sự tăng trưởng mạnh mẽ. Năm 2022 thế giới có tổng 26 triệu xe ô-tô điện lưu thông, tăng 60% so với 2021, và gấp 5 lần so với số xe năm 2018. Trong tổng số xe ô-tô điện lưu thông năm 2022, số xe tại Trung Quốc chiếm khoảng 50% và số xe tại cả Mỹ và Châu Âu chiếm khoảng 40%. Xe thuần điện chiếm đến 70% trong tổng số xe ô-tô điện thế giới.

Hình 2. Tổng số xe điện đang lưu thông trên thế giới, 2010 -2022 [2]

Tỉ trọng xe điện đăng ký nội địa tại các quốc gia từ 2018 đến 2022 cho thấy rõ xu hướng thay thế xe xăng/dầu bởi xe điện trên thế giới. Năm 2022, NaUy dẫn đầu thế giới với tỉ lệ 88%, theo sau lần lượt là Thụy Điển, Hà Lan, Đức, Trung Quốc, Pháp, Canada, Hàn Quốc, Mỹ, Nhật, như thể hiện trong hình dưới đây. Tỉ trọng xe điện toàn thế giới đến hết năm 2022 là 14%. Các nước có tỉ trọng xe điện đăng ký nội địa cao hiện này đều có các chính sách khuyến khích phát triển xe điện từ nhiều năm trước.  

Hình 3. Số xe đăng ký hằng năm và tỉ lệ đăng ký nội địa tương ứng, 2018 -2022 [2]

Theo các phân tích, dự báo của IEA, với kịch bản trung hòa cacbon năm 2050, tỉ trọng xe điện năm 2030 trong các loại xe hạng nhẹ, xe buýt và xe tải lần lượt là trên 60%, trên 50% và 30%, như thể hiện ở hình dưới đây. IEA cũng cho rằng trong phạm vi phát triển xe điện hiện đang có khoảng cách lớn giữa các chính sách và hành động hiện tại của các chính phủ so với mục tiêu trung hòa cacbon vào năm 2050.

Hình 4. Dự báo của IEA về tỉ trọng xe điện (BEV, PHEV) đến 2030 [2]

Một số tính chất của phụ tải xe điện

• Đặc tính phát thải

Tổng lượng phát thải phát sinh trong vòng đời xe ô-tô (xe thuần điện hay xe xăng dầu) có thể được chia thành các phân lượng: phát thải trong quá trình sản xuất xe, phát thải trong quá trình sản xuất/ khai thác và truyền dẫn/ vận chuyển điện năng/ nhiên liệu cho xe tiêu thụ (well-to-tank, WTT), và phát thải trong quá trình sử dụng điện năng/ nhiên liệu để chạy xe (tank-to-wheel, TTW). Theo tài liệu của Hội đồng quốc tế giao thông sạch năm 2022 cũng như tài liệu của VAMA, tương quan so sánh chỉ số lượng phát thải trên mỗi km di chuyển giữa xe thuần điện và xe xăng/dầu phụ thuộc khá nhiều vào độ “sạch” của điện năng mà xe tiêu thụ. Với hệ số phát thải của lưới điện Việt Nam được trình bày ở bảng 1, để các xe điện sản xuất năm 2020 chạy ở Việt Nam “sạch” hơn xe xăng/dầu, hệ số phát thải lưới điện Việt Nam trung bình các năm sau 2020 cần giảm xuống dưới mức 701 gCO2/kWh. 

Hình 5. So sánh phát thải CO2 giữa xe xăng/dầu và xe thuần điện năm 2020

 (Nguồn: VAMA) 

Bảng 1 – Hệ số phát thải lưới điện Việt Nam (gCO₂/kWh)

(Nguồn: Cục BĐKH-Bộ TNMT)

• Đặc tính phụ thuộc

Đặc tính tiêu thụ của phụ tải nói chung đều có sự phụ thuộc vào các đặc trưng cá nhân của người sử dụng. Trong trường hợp xe điện, đặc tính tiêu thụ điện sẽ phụ thuộc vào khoảng cách nơi làm việc và nơi ở, các thói quen di chuyển trong công việc, vị trí trạm sạc và các địa điểm sinh hoạt khác…

Để có thể đánh giá, đưa ra các giả thiết hay mô hình đường cong nạp/xả của xe điện phục vụ cho bài toán tích hợp xe điện – hệ thống điện (V2G) tại một khu vực, cần thực hiện việc thu thập dữ liệu thói quen di chuyển, đặc điểm vị trí trạm sạc, dữ liệu đo nạp/xả của các nhóm xe điện trong khu vực… tương ứng với các thói quen sinh hoạt khác nhau.

Hình dưới đây trình bày phân phối Gausian 2 chiều của dữ liệu thời điểm xuất phát và thời điểm về đến nhà của các xe điện được quan sát trong một thử nghiệm tại thành phố Toyota năm 2013. Dữ liệu thói quen di chuyển này có tác động trực tiếp đến đường cong nạp/xả của xe điện, nếu chúng chỉ sạc tại nhà. Trong trường hợp này, có xác suất rất cao phụ tải lưới điện sẽ gia tăng xung quanh thời điểm 7h30 và 20h do việc sạc của xe điện ngay khi về nhà buổi tối và trước khi rời nhà vào buổi sáng.

Hình 6. Dữ liệu về thời điểm xuất phát và về đến nhà của 32 xe điện được quan sát từ 1/8/2013 đến 31/10/2013 tại thành phố Toyota [3]

Hình 7 cho thấy mối liên hệ giữa việc sạc nhanh xe điện và thói quen ăn trưa, ăn tối và mua sắm tại công quốc Monaco. Tại 2 trạm sạc đông khách nhất Monaco (lắp đặt tại hai trung tâm thương mại lớn), tần suất xe đến sạc cao nhất xảy ra vào thời điểm ăn trưa, ăn tối và mua sắm buổi tối. 

Hình 7. Dữ liệu thống kê tần suất xe đến sạc và rời trạm sạc tại 2 trạm sạc đông khách nhất Monaco, 2019 [4]

• Đặc tính nạp xả của pin xe điện

Đây là nhóm các đặc tính khá quan trọng khi xem xét bài toán tích hợp xe điện – hệ thống điện, trong đó bao gồm đặc tính tổn thất khi nạp/xả pin, đặc tính tuổi thọ pin theo độ sâu xả và theo trình tự nạp xả. Các đặc tính này thường được lưu ý đặc biệt trong các bài toán tối ưu chiến lược nạp/xả cho các nhóm xe điện.

Hình 8 minh họa về việc suy giảm tuổi thọ pin NMC so với thiết kế (100%) ứng với các độ sâu xả khác nhau, theo một nghiên cứu đăng trên Journal of The Electrochemical Society [5]. Kết quả nghiên cứu cho thấy ứng với độ sâu xả lớn nhất (nạp đến 100% dung lượng pin và chạy xe/xả cho đến hết dung lượng trước lần nạp kế tiếp), tuổi thọ pin NMC sẽ suy giảm nhiều nhất. Mức độ suy giảm tuổi thọ cũng khác nhau với các loại pin khác nhau.

Hình 8. Ảnh hưởng của độ sâu xả đến tuổi thọ pin NMC [5]

Các vấn đề cần quan tâm trong tích hợp xe điện – hệ thống điện

Qua tham khảo nhiều tài liệu liên quan và theo nhận định của người viết, đối với việc tích hợp xe điện – hệ thống điện, cần quan tâm đến các vấn đề sau:

•  Cung ứng năng lượng cho xe điện

Trong vấn đề cung ứng năng lượng cho xe điện, cần xem xét các khía cạnh sau đây: năng lượng cần cung ứng, công suất cần đáp ứng, xây dựng hạ tầng trạm sạc, các quy định và tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp cho tích hợp xe điện - hệ thống điện, và sự tham gia của nhóm xe điện vào việc điều độ hệ thống điện và trong thị trường điện. Đặc biệt, khía cạnh đáp ứng công suất cần chú ý đến các mức công suất sạc tăng cao giờ cao điểm do sạc nhanh. Việc phối hợp một cách hợp lý công tác điều độ hệ thống điện và vận hành thị trường điện, trong đó có chính sách giá điện hai chiều cho xe điện, có thể góp phần giảm gánh nặng công suất sạc giờ cao điểm.  

Hình 9. Minh họa các khía cạnh của vấn đề cung ứng năng lượng với xe điện

• Các chính sách, quy định quy hoạch hỗ trợ tích hợp xe điện – hệ thống điện

Để bảo đảm các yếu tố trong việc cung ứng năng lượng cho xe điện, cần có các chính sách, quy định liên quan nhằm hoạch định phát triển lưới điện trong sự phù hợp với sự phát triển của xe điện. Cụ thể là cần nghiên cứu ban hành các chính sách, quy định liên quan trong các khía cạnh quy hoạch như sau: quy hoạch phụ tải điện và quy hoạch pin tích trữ có xem xét đến xe điện, quy hoạch nguồn và hạ tầng lưới có xét đến nguồn năng lượng và hạ tầng truyền tải cho sạc xe điện; quy hoạch lưới điện phân phối đồng bộ với quy hoạch trạm sạc và sự phát triển xe điện.

• Dữ liệu, kết nối và các mô hình kinh doanh mới

Sự phát triển của xe điện dẫn đến sự hình thành các trao đổi thông tin và dịch vụ thông tin một cách tự nhiên, chẳng hạn như các ứng dụng, tiện ích phục vụ cho việc kiểm soát nạp/xả, tìm kiếm trạm sạc phù hợp, khuyến nghị sạc tối ưu…Từ đây sẽ phát sinh các vấn đề cần quan tâm về mặt dữ liệu như hạ tầng dữ liệu, bảo mật và quản trị dữ liệu, khai thác dữ liệu liên quan đến xe điện và người dùng. Bên cạnh đó, sự xuất hiện của các mô hình kinh doanh mới dựa trên xe điện và dữ liệu liên quan cũng cần được xem xét, tạo điều kiện và quản lý một cách phù hợp.

Tình hình phát triển xe điện tại Việt Nam

Trong những năm gần đây, tại Việt Nam đang có sự phát triển rất nhanh chóng của xe điện và hạ tầng trạm sạc, chủ yếu do sự chủ động của Vinfast. Bảng 2 và 3 sau trình bày một số thống kê về xe điện và trạm sạc phát triển gần đây tại Việt Nam, theo tài liệu của Bộ Giao thông vận tải:

Bảng 2 – Số xe điện được kiểm tra, chứng nhận mỗi năm tại Việt Nam 

Bảng 3 – Thống kê trạm sạc nhanh xe điện tại Việt Nam 

Theo Quyết định 876/QĐ-TTg ngày 22/7/2022 về Chương trình chuyển đổi năng lượng xanh, giảm phát thải khí carbon và khí metan của ngành giao thông vận tải, từ năm 2030 tỷ lệ phương tiện giao thông đô thị (xe buýt, taxi) sử dụng điện, năng lượng xanh đạt tối thiểu 50%, 100% xe taxi thay thế, đầu tư mới sử dụng điện, năng lượng xanh. Cũng theo Quyết định này, từ nay đến năm 2040 sẽ từng bước hạn chế và tiến tới dừng sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu xe ô tô, xe mô tô, xe gắn máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch để sử dụng trong nước. Đến 2050, 100% xe buýt, taxi, phương tiện giao thông cơ giới đường bộ, xe máy thi công tham gia giao thông chuyển đổi sang sử dụng điện, năng lượng xanh.

Chính phủ Việt Nam cũng đã ban hành nhiều chính sách khuyến khích phát triển xe điện, bao gồm cả các chính sách (ưu đãi thuế nhập khẩu, hỗ trợ chi phí R&D, mua bán, chuyển giao công nghệ…) đối với khối sản xuất, lắp ráp ô-tô điện và khối hỗ trợ công nghiệp ô-tô điện sản xuất cũng như các chính sách hỗ trợ người dùng xe điện (giảm lệ phí trước bạ, giảm thuế tiêu thụ đặc biệt).  

Sự chủ động của các doanh nghiệp xe điện, cùng với tầm nhìn và các hỗ trợ tương ứng của chính phủ như trên sẽ thúc đẩy việc sử dụng tại Việt Nam phát triển nhanh chóng trong những năm tới. Tuy vậy, nhìn từ khía cạnh tích hợp xe điện – hệ thống điện, có thể thấy đang có nhiều vấn đề cần được sớm quan tâm và thực hiện đồng bộ, đặc biệt là các vấn đề liên quan đến hệ thống điện, như sau: 

• Cụ thể hóa lộ trình phát triển xe điện theo Quyết định 876/QĐ-TTg;
• Xem xét việc quy hoạch nguồn và lưới điện có xét đến phụ tải xe điện;
• Nghiên cứu xây dựng các chính sách, quy định liên quan đến tích hợp xe điện – lưới điện như các quy định về trạm sạc liên quan đến đấu nối vào lưới điện, giới hạn công suất, quy định giá điện hai chiều;
• Nghiên cứu xây dựng, bổ sung các quy định và tiêu chuẩn liên quan để tạo điều kiện phù hợp và thuận lợi cho việc vận hành trạm sạc, xe điện, cụ thể là các Quy chuẩn Việt Nam (QCVN) về thiết bị sạc, trạm sạc, an toàn sạc, QCVN cho dòng xe ô-tô điện, tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về kỹ thuật và an toàn cho sạc nhanh, TCVN về sạc tự động, tương thích điện từ…;
• Sớm hoàn thiện thị trường bán buôn cạnh tranh và triển khai thị trường bán lẻ cạnh tranh để tạo điều kiện cho các mô hình kinh doanh mới với xe điện.

Thực hiện: Trần Huỳnh Ngọc

Tham khảo