Giới thiệu
“Lưới điện” là mạng điện phục vụ mọi người dân, doanh nghiệp và dịch vụ cơ sở hạ tầng trong thành phố. “Lưới điện thông minh” là thế hệ tiếp theo của các hệ thống năng lượng đã được cập nhật công nghệ truyền thông và khả năng kết nối để thúc đẩy việc sử dụng tài nguyên thông minh hơn, tiết kiệm năng lượng và giảm lượng khí thải carbon.
Các công nghệ giúp lưới năng lượng hỗ trợ IoT ngày nay trở nên “thông minh” bao gồm các thiết bị không dây như cảm biến, mô-đun vô tuyến, cổng và bộ định tuyến. Các thiết bị này cung cấp khả năng kết nối và liên lạc tinh vi giúp người tiêu dùng đưa ra quyết định sử dụng năng lượng tốt hơn, cho phép các thành phố tiết kiệm điện và chi phí, đồng thời cho phép các cơ quan điện lực khôi phục điện nhanh hơn sau khi mất điện.
Xu hướng ngày càng tăng hiện nay là các đô thị chuyển sang sử dụng công nghệ lưới điện thông minh vì nhiều lý do. Chúng bao gồm nhu cầu cải thiện việc sử dụng năng lượng, cung cấp dịch vụ khách hàng tốt hơn cho người dân, chuẩn bị cho thảm họa và nâng cấp công nghệ lỗi thời có thể tốn kém nhiều chi phí để duy trì. Ngoài ra, những tiến bộ trong công nghệ đã làm cho mạng không dây, cả di động và RF (tần số vô tuyến) có giá cả phải chăng và dễ sử dụng trong các ứng dụng lưới điện thông minh.
Hoạt động của lưới điện thông minh
Các doanh nghiệp, dịch vụ và công dân tư nhân cần điện từ lưới điện và do đó sẽ được hưởng lợi khi các chính quyền thành phố áp dụng công nghệ lưới điện thông minh, mở rộng đến mọi cư dân, dịch vụ thành phố và lắp đặt cơ sở hạ tầng quan trọng. Lưới điện thông minh cho phép công ty điện lực đánh giá tình trạng hệ thống chi tiết hơn đáng kể so với trước đây.
Ví dụ: với đồng hồ thông minh, công ty điện lực có thể phát hiện nhu cầu điện năng theo thời gian thực với độ chi tiết và độ chính xác cao mà công nghệ cũ không thể thực hiện được. Điều này có thể cho phép họ dự đoán và ứng phó tốt hơn với nhu cầu tăng đột ngột, từ đó có thể giúp ngăn ngừa tình trạng mất điện.
Trong trường hợp mất điện, các thiết bị Internet vạn vật (IoT) sử dụng công nghệ di động và RF được cài đặt trong máy biến áp và trạm biến áp có thể tự động chuyển hướng nguồn điện. Điều đó có thể cho phép khắc phục nhanh hơn, dễ dàng hơn so với việc phải cử nhân viên lên xe mỗi khi mất điện. Như đã nêu trên lưới điện thông minh là:
“Một lưới điện thông minh hơn sẽ tăng cường khả năng phục hồi cho hệ thống điện của chúng ta và giúp hệ thống này được chuẩn bị tốt hơn để giải quyết các trường hợp khẩn cấp như bão lũ, động đất, bão mặt trời và những sự cố ngoài dự kiến khác. Do khả năng tương tác hai chiều, Lưới điện thông minh sẽ cho phép tự động định tuyến lại khi thiết bị gặp sự cố hoặc mất điện.”
Thành phố thông minh áp dụng công nghệ lưới điện thông minh như thế nào?
Các ứng dụng của thành phố thông minh rất rộng lớn và bao gồm mọi thứ từ chiếu sáng thông minh, quản lý năng lượng và quản lý giao thông thông minh đến xử lý nước và quản lý nước thải thông minh.
Các cảm biến trong đèn giao thông có thể gửi thông tin trở lại trung tâm điều khiển tập trung để ra quyết định. Thậm chí hơn thế nữa, với hệ thống giao thông thông minh, toàn bộ hệ thống giao thông công cộng đều có thể được quản lý bằng định tuyến và đèn giao thông để cải thiện hoặc loại bỏ tắc nghẽn giao thông.
Các cảm biến IoT trong đèn đường cũng có thể điều chỉnh thời gian tắt, bật và độ chiếu sáng theo điều kiện thời gian thực và môi trường xung quanh. Thêm hoặc bớt một vài watt nghe có vẻ không nhiều. Tuy nhiên, khi xem xét hàng nghìn hoặc hàng chục nghìn đèn đường có thể được tìm thấy ở bất kỳ thành phố nào, mức tiết kiệm và tác động đến môi trường sẽ ảnh hưởng rất đáng kể. Những cảm biến tương tự cũng có thể gửi cảnh báo nếu đèn cần được bảo trì. Không cần phải mất thời gian chờ đợi cuộc gọi từ một người dân đang phàn nàn về việc đèn đường bị tắt hoặc hư hỏng chưa được thay thế kịp thời.
Ngoài ra, với giải pháp quản lý từ xa phức tạp, nhân viên kỹ thuật có thể khắc phục sự cố từ xa và xác định xem có nên cử nhân sự đến trực tiếp xử lý sự cố hay không. Đồng hồ thông minh cho phép đáp ứng nhu cầu, cho phép chủ sở hữu gia đình và doanh nghiệp xem thông tin về giá theo thời gian thực để họ có thể điều chỉnh mức sử dụng năng lượng điện cho phù hợp. Ví dụ: tắt điều hòa hoặc tắt máy sưởi vào mùa đông. Hầu hết tất cả các đồng hồ thông minh sẽ mang lại lợi ích cho chủ sở hữu ô tô điện. Với thông tin về giá theo thời gian thực, chủ sở hữu xe điện sẽ có thể sạc ô tô của mình khi điện rẻ nhất và tránh sạc trong thời gian có nhu cầu cao nhất.
Lợi ích hàng đầu của lưới điện thông minh
Lưới điện thông minh cho phép sản xuất năng lượng tái tạo
Lưới điện truyền thống được thiết kế để truyền tải điện từ một nhà máy điện tập trung lớn đến mạng lưới rộng khắp tới các hộ gia đình và doanh nghiệp trong khu vực. Ở giai đoạn này, lưới điện không được thiết kế để tiếp nhận đầu vào từ các hộ gia đình và doanh nghiệp đang tạo ra điện thông qua các tấm pin mặt trời hoặc cối xay gió. Lưới điện thông minh được thiết kế để tiếp nhận năng lượng từ các nguồn tài nguyên tái tạo.
Điều quan trọng là lưới điện thông minh kết hợp với đồng hồ thông minh kích hoạt không dây có thể theo dõi lượng năng lượng mà một cơ sở có điện lưới đang tạo ra và hoàn trả cho chúng một cách tương ứng. Lưới điện thông minh cũng cho phép giám sát các tấm pin mặt trời và các thiết bị đi kèm.
Lưới điện thông minh có thể giảm thiểu tác động của thảm họa như tấn công khủng bố hoặc thiên tai đối với nhà máy điện. Theo mô hình truyền thống, một số ít nhà máy điện cung cấp năng lượng cho thành phố. Điều này khiến các dịch vụ này dễ bị đe dọa trước các mối đe dọa dẫn đến mất điện và thiếu năng lượng trên diện rộng. Với mô hình phi tập trung, ngay cả khi nhà máy điện tập trung ngừng hoạt động, nhiều nguồn thay thế, bao gồm cả gió và mặt trời, vẫn có thể thay thế các nguồn tài nguyên trong lưới điện. Hệ thống phi tập trung này khó hoạt động ngoại tuyến hơn nhiều và có thể mang lại sự mạnh mẽ mà không thể có được khi một nhà máy cung cấp năng lượng cho toàn bộ thành phố.
Thanh toán tốt hơn, dự đoán tốt hơn
Đồng hồ thông minh mang lại hai lợi ích. Đầu tiên, thông qua các thiết bị IoT không dây, họ có thể thu thập một lượng dữ liệu khổng lồ, những dữ liệu mà trước đây chưa từng có quyền truy cập. Các đơn vị liên quan có thể sử dụng thông tin đó để dự báo tốt hơn khi nào nhu cầu điện sẽ cao và nhu cầu sẽ cao nhất từ khu vực nào để có chính sách điều chỉnh, điều phối điện một cách hiệu quả và hợp lý.
Thứ hai, đối với người tiêu dùng, lưới điện thông minh có nghĩa là thanh toán hiệu quả hơn. Trước đây, chi phí điện trong thời gian cao điểm được tính trung bình giữa các cộng đồng dân cư và khu vực lân cận. Bây giờ, nếu bạn sử dụng điện trong khi giá điện cao thì bạn sẽ phải trả phí tiêu thụ cao. Và nếu bạn tắt các thiết bị gia dụng và tiết kiệm điện, hóa đơn của bạn sẽ giảm theo. Điều này làm tăng động lực khuyến khích mọi người sử dụng điện có trách nhiệm hơn.
Lưới điện thông minh có khả năng phục hồi tốt hơn
Theo nghiên cứu cho thấy tình trạng mất điện hàng năm trên thế giới khiến các doanh nghiệp thiệt hại khoảng 150 tỷ USD. Mặc dù đó chỉ là ước tính, ngay cả khi chỉ mất 50 tỷ USD mỗi năm thì những sự cố ngừng hoạt động này vẫn là một vấn đề cần phải giải quyết.
Với công nghệ lưới điện thông minh, nguồn điện có thể được tự động định tuyến lại ngay khi xảy ra mất điện, giảm thiểu ảnh hưởng đến các hộ gia đình và doanh nghiệp. Các cảm biến IoT cũng có thể báo cáo về tình trạng của thiết bị để có thể sửa chữa trước khi hỏng hóc có thể xảy ra. Các tiện ích dịch vụ có thể thông báo cho khách hàng của họ (qua email/mạng xã hội) khi bị mất điện thay vì phản hồi lại các cuộc gọi của khách hàng về báo cáo mất điện.
Lưới điện thông minh: xương sống của thành phố thông minh hiện đại
Theo số liệu từ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), đến hết năm 2022, đã có 8908 MW điện mặt trời, 7660MW điện mặt trời áp mái, 5059 MW điện gió, 395 MW điện sinh khối và điện chất thải rắn trong tổng công suất nguồn điện. Tổng công suất đặt của các nguồn điện gió và mặt trời đã chiếm gần 27% tổng công suất đặt của hệ thống trong đó điện gió chiếm 6,27% và điện mặt trời chiếm 19,53%, đưa Việt Nam trở thành một trong các nước đi đầu về công suất lắp đặt điện năng lượng mặt trời trên thế giới và trong khu vực. Các thành phố ngày càng nhận thức được tầm quan trọng của việc tạo ra điện từ các nguồn tái tạo và việc hỗ trợ tất cả năng lượng được tạo ra từ các phương pháp tái tạo đòi hỏi phải có lưới điện thông minh. Lưới điện thông minh cũng sẽ trở nên cần thiết hơn khi ngày càng có nhiều hộ gia đình mua ô tô điện cần phải sạc điện.
Lưới điện thông minh cho tương lai
Công nghệ lưới điện thông minh có thể được diễn đạt bằng một câu duy nhất: một lưới điện mới với khả năng liên lạc hai chiều. Lần đầu tiên, các doanh nghiệp và người tiêu dùng có thể nhận được thông tin thanh toán theo thời gian thực trong khi các công ty tiện ích dịch vụ có thể đáp ứng tốt hơn nhu cầu của khách hàng khi họ phản ứng trước nhu cầu tăng đột biến và khắc phục hoặc quản lý tình trạng mất điện cũng như các thách thức khác. Lưới điện thông minh có khả năng phục hồi, hiệu quả và xanh, tốt cho người tiêu dùng, cho các công ty dịch vụ và môi trường. Công nghệ không dây sẽ thay thế hàng ngàn dặm cáp cần thiết để phát triển lưới điện thông minh như ngày nay.
Tài liệu tham khảo
[1] Momoh J (2012) Smart grid: fundamentals of design and analysis. John Wiley & Sons Ltd. Publication.
[2] Mitsubishi Electric (2013) Environmental technology R&D achievements. Available via
Online.http://www.mitsubishielectric.com/company/environment/report/products/randd/smart grid/. Cited 06 Feb 2013.
[3] Department of Energy, U.S. (2009) Smart grid system report. Available via Online. http://www.doe.energy.gov/. Cited 30 Jan 2013.
TS. Hồ Đức Chung