Sự kiện nhật thực toàn phần có thể quan sát ở Hoa Kỳ gần đây nhất xảy ra vào ngày 21 tháng 8 năm 2017. Thời điểm đó, bầu trời trở nên tối sầm khi Mặt Trăng di chuyển qua phía trước Mặt Trời, che khuất hầu hết ánh sáng Mặt Trời – ngoại trừ ánh sáng từ một chiếc vòng vàng xung quanh Mặt Trăng, được gọi là vành nhật hoa (corona). Không có gì đáng ngạc nhiên khi sản lượng điện Mặt Trời trên khắp Bắc Mỹ giảm mạnh trong vài giờ, kể từ lúc Mặt Trăng bắt đầu che khuất Mặt Trời cho đến khi Mặt Trời sáng trở lại.
Vào ngày 8 tháng 4 năm 2024 tới, một đợt nhật thực toàn phần khác sẽ diễn ra trên lãnh thổ Hoa Kỳ, dự đoán sẽ gây ra tổn thất lớn hơn trong việc sản xuất năng lượng Mặt Trời. Mặc dù đây sẽ là lần nhật thực toàn phần thứ hai có thể quan sát ở Hoa Kỳ trong vòng chưa tới 7 năm, nhưng những sự kiện này rất hiếm khi xảy ra. Các nhà khai thác mạng lưới điện sẽ phải đối mặt với một thách thức đặc biệt.
Khi bóng của Mặt Trăng che khuất Mặt Trời
Khi sự kiện nhật thực diễn ra, Mặt Trăng che khuất một phần hoặc toàn bộ ánh sáng của Mặt Trời. Vì Mặt Trăng nhỏ hơn Mặt Trời gần 400 lần, và ở gần Trái Đất hơn gần 400 lần, nên bóng của Mặt Trăng (có thể nhìn thấy từ Trái Đất) thu nhỏ lại với chiều rộng từ 70 đến 100 dặm (112 đến 161 km).
Trong khu vực này, được gọi là khu vực nằm trong dải toàn phần, người ta sẽ quan sát được sự kiện nhật thực toàn phần (total solar eclipse). Những người ở gần nhưng không ở trong khu vực này sẽ chứng kiến sự kiện nhật thực bán phần (partial eclipse), Mặt Trăng che khuất một phần ánh sáng Mặt Trời.
Trong sự kiện nhật thực ngày 8/4/2024, dải toàn phần ở Hoa Kỳ sẽ trải dài từ phía nam Texas đến phía đông bắc Maine. Ở những khu vực khác của Hoa Kỳ, Miami sẽ chứng kiến nhật thực bán phần, Mặt Trời bị che khuất tối đa 46%. Ở Seattle, khá xa dải toàn phần, Mặt Trời sẽ bị che phủ tối đa chỉ 20%. Ở phía nam Texas, nơi dải toàn phần lần đầu tiên bắt đầu qua lãnh thổ Hoa Kỳ, sự kiện nhật thực sẽ diễn ra trong khoảng chưa tới 3 tiếng đồng hồ, trong đó nhật thực toàn phần sẽ diễn ra trong khoảng 4 phút 27 giây.
Sự phụ thuộc vào năng lượng Mặt Trời ngày càng tăng
Trong khuynh hướng toàn cầu chuyển sang năng lượng tái tạo, sản xuất điện Mặt Trời (hay quang điện, photovoltaic) đã gia tăng đáng kể trong thập niên qua. Công suất sản xuất năng lượng Mặt Trời dự kiến sẽ tăng gấp đôi trên toàn thế giới từ năm 2022 đến năm 2028. Hiện nay, Hoa Kỳ có khả năng sản xuất năng lượng Mặt Trời nhiều gấp ba lần so với thời điểm xảy ra nhật thực toàn phần năm 2017.
Trở ngại rõ ràng nhất đối với việc sản xuất năng lượng Mặt Trời là mây che phủ. Vào những ngày nhiều mây, năng lượng do các tấm pin Mặt Trời tạo ra giảm xuống 10% đến 25% so với những ngày nắng.
Mạng lưới truyền tải điện năng Bắc Mỹ được chia thành 6 khu vực chính và hơn 150 mạng lưới phụ ở địa phương và khu vực. Các nhà vận hành hệ thống điện ở mỗi mạng lưới điện địa phương phải liên tục cân bằng sản lượng điện với "tải" (load), tức là nhu cầu về điện của người tiêu dùng.
Nhà vận hành hệ thống có thể khai thác năng lượng từ nhiều cơ chế sản xuất điện khác nhau, như năng lượng Mặt Trời, gió, thủy điện, khí đốt tự nhiên và than đá. Mạng lưới điện địa phương cũng có thể nhập điện vào và xuất điện ra khi cần thiết.
Các nhà vận hành hệ thống có các mô hình chính xác về lượng điện Mặt Trời được tạo ra mỗi ngày trên toàn Hoa Kỳ, và những mô hình này có tính đến các khu vực ở Hoa Kỳ có thể có nhiều mây. Năng lượng Mặt Trời có thể được lưu trữ bằng pin, nên người ta có thể sử dụng điện từ nguồn năng lượng Mặt Trời ngay cả khi không có ánh sáng Mặt Trời, chẳng hạn như vào những ngày nhiều mây hoặc vào ban đêm.
Để chuẩn bị ứng phó sự kiện nhật thực, các nhà vận hành hệ thống điện cần tính toán mức sản xuất năng lượng sẽ giảm bao nhiêu và mức sử dụng điện năng từ nguồn dự trữ là bao nhiêu. Thí dụ, vào ngày xảy ra sự kiện nhật thực toàn phần năm 2017, sản lượng điện Mặt Trời ở Hoa Kỳ đã giảm 25% so với mức trung bình.
Do sản lượng điện Mặt Trời sụt giảm nhanh chóng trong thời gian sự kiện nhật thực đạt đỉnh, nên các nhà vận hành lưới điện có thể phải sử dụng nguồn dự trữ với mức độ có thể gây căng thẳng cho đường dây truyền tải điện. Để giữ cho hệ thống ổn định, họ sẽ dựa vào nguồn dự trữ địa phương và giảm thiểu việc chuyển điện giữa các mạng lưới trong thời gian diễn ra nhật thực. Việc này sẽ giảm bớt áp lực cho các đường dây truyền tải trong mạng lưới điện địa phương, và tránh tình trạng cúp điện tạm thời.
Năng lượng tái tạo trong thời gian xảy ra nhật thực
Năng lượng Mặt Trời không phải là loại năng lượng tái tạo duy nhất bị ảnh hưởng khi xảy ra nhật thực. Vì trời không có nhiều nắng nên nhiệt độ dọc theo khu vực xảy ra nhật thực giảm tới 10 độ F (5.5 độ C). Nhiệt độ thấp hơn sẽ khiến tốc độ gió chậm hơn, và sản xuất năng lượng gió cũng ít hơn.
Trong đợt nhật thực tháng 8 năm 2017, lượng năng lượng tái tạo bị giảm tới gần 6 gigawatt, tương đương với mức sử dụng năng lượng của 600 triệu bóng đèn LED hoặc 4.5 triệu ngôi nhà.
Các nhà vận hành mạng lưới điện đã ứng phó bằng cách lên kế hoạch trước và tăng cường sản xuất điện tại các nhà máy sử dụng khí đốt tự nhiên và than, không phụ thuộc vào ánh sáng Mặt Trời.
Trong suốt thời gian diễn ra nhật thực, sự gia tăng sử dụng các loại năng lượng không tái tạo đã khiến cho lượng khí thải carbon dioxide tăng thêm khoảng 10 triệu pound. Con số này tương đương với lượng khí thải carbon dioxide hàng năm của 1,000 chiếc xe.
Vào ngày 8 tháng 4, rất nhiều người trên khắp Hoa Kỳ sẽ quan sát sự kiện nhật thực. Nhờ sự cảnh giác của các nhà vận hành lưới điện, chúng ta sẽ có thể tận hưởng màn trình diễn tuyệt vời trên bầu trời mà không phải lo lắng về bất cứ điều gì.
Nguồn: "April's eclipse will mean interruptions in solar power generation, which could strain electrical grids" được đăng trên trang TheConversation.com.