Mô hình triển khai lưới điện thông minh tại Nga

Mô hình lưới điện thông minh

Tại Nga, dự kiến đến năm 2020, toàn bộ lưới điện cũ của Nga sẽ được thay thế bằng hệ thống lưới điện thông minh. Dựa trên hệ thống các khái niệm cơ bản về lưới điện thông minh, Nga đã xây dựng cho mình những khái niệm riêng về "Smart Grid" sao cho phù hợp với các điều kiện kinh tế - xã hội trong nước. Như vậy, định nghĩa về lưới điện thông minh tại Nga - chủ yếu và nhất thiết là phải sáng tạo, phải có sự chuyển đổi đồng thời của tất cả các đơn vị trong ngành điện. Bản chất các dự án tại Nga nằm trong dây chuyền dự án lưới điện thông minh là giải quyết các vấn đề về môi trường, sử dụng năng lượng tái tạo, nâng cao chất lượng điện và độ tin cậy của hệ thống điện, cho phép tạo nguồn điện dự phòng để sử dụng trong các tình huống khẩn cấp.

Một trong những mô hình lưới điện thông minh được triển khai tại Nga là mô hình của công ty Federal Grid Company of Unified Energy System (thuộc nhóm các công ty điều hành lưới điện quốc gia của Nga - UNEG). Các bước triển khai của mô hình như sau:

1. Kế hoạch triển khai mô hình tại Nga

Theo mô hình thiết kế này, hệ thống lưới điện thông minh tại Nga sẽ được xây dựng theo nhiều giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên được tiến hành cho đến năm 2020, bao gồm việc xây dựng hệ thống cơ bản về mô hình lưới điện thông minh trong hệ thống lưới điện quốc gia của Nga.

Giai đoạn thứ hai và thứ ba được thực hiện song song. Các giai đoạn này chủ yếu xây dựng các giao diện nhằm thể hiện sự tương tác qua lại giữa bên cung cấp và bên tiêu dùng điện; xây dựng hệ thống cho phép trao đổi thông tin và điện năng hai chiều giữa nhà cung cấp với khách hàng sử dụng điện; đồng thời tiến hành các dự án thí điểm tại nhiều nơi để đánh giá các lợi ích do lưới điện thông minh mang lại.

2. Hiện đại hóa lưới điện

Mạng lưới điện hiện nay được sử dụng để cung cấp cho người tiêu dùng bằng cách truyền tải từ máy phát điện đến các trạm cao thế, trạm trung thế, hạ thế tại các khu vực đô thị và cung cấp vào nhà dân. Dựa trên nhu cầu phát triển thị trường điện hiện nay, tại Nga ngày càng có nhiều các công ty điện lực tiến hành hiện đại hoá lưới điện phân phối theo hướng áp dụng các công nghệ mới, đặc biệt là điện tử công suất thế hệ mới (STATCOM, HVDC). Các công ty xây dựng cho mình hệ thống truyền tải và phân phối điện đạt tiêu chuẩn, giảm thiểu tổn thất điện năng trong việc truyền tải điện từ các nhà máy điện đến các trạm biến áp bằng cách ứng dụng hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible Alternating Current Transmission System - FACTS ). Đây là hệ thống bao gồm các thiết bị tĩnh để sử dụng cho việc truyền tải dòng điện xoay chiều. FACTS dùng để nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện và tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây, đặc biệt là khả năng truyền được dòng xoay chiều rất lớn mà không gây nguy hiểm cho lưới điện.

Thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS

Mô hình lưới điện của FGC cũng tham gia vào việc phát triển và thử nghiệm các công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ cao. Vào cuối năm 2009, công ty này đã hoàn thành thử nghiệm đầu tiên trên đường dây cáp siêu dẫn nhiệt độ cao dài 200 m ở 20 kV.

Hệ thống lưới điện thông minh FGC áp dụng nhiều công nghệ mới. Các trạm biến áp UNEG đã được trang bị các thiết bị chuyển mạch bằng điện khí, đảm bảo bảo mật và độ tin cậy cao hơn, giảm nguy cơ xảy ra các lỗi hệ thống. Xây dựng hệ thống kiểm soát, thu thập và xử lý thông tin, điều khiển trạng thái lưới điện thông qua các thiết bị kỹ thuật số. Phát triển và xây dựng các trạm biến áp quang học kĩ thuật số FGC bắt đầu từ tháng 12/2010 tại Moscow, đây là trạm biến áp thế hệ mới có độ chính xác cao và tính tự động hóa, góp phần tăng năng suất lao động và giảm chi phí vận hành. Đến cuối năm 2012 tại thành phố Skolkovo của Nga, đã hoàn thành việc xây dựng hai trạm biến áp ngầm 220 kV đầu tiên với tổng công suất 252 MVA.

Hệ thống giám sát và điều khiển theo mô hình cụm năng lượng

3. Xây dựng hệ thống liên lạc và truyền dữ liệu giữa các thiết bị

Ngày nay, việc truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị được thực hiện bằng nhiều phương thức truyền thông khác nhau như: bằng cáp điện hạ thế, vô tuyến, cáp quang, hay cáp điện đường dây cao thế. Trong những năm gần đây, Nga đẩy mạnh việc áp dụng công nghệ mạng Ethernet/Internet trong môi trường truyền tin ở khoảng cách xa. Yêu cầu của việc truyền tin là phải linh động phù hợp với các điều kiện địa lý và hạ tầng khác nhau.

Một trong những tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị ở cự ly ngắn (dành cho các công tơ gần nhau, các công tơ trong cùng một tòa nhà, trong TBA, nhà máy thủy điện..) được sử dụng tại Nga là giao thức Modbus, giao thức DLMS/COSEM.... Modbus là chuẩn truyền thông trong công nghiệp, rất hiệu quả và phổ biến, vì chúng đơn giản trong truyền nhận. Không những các thiết bị thông minh như các vi điều khiển, PLC có thể truyền thông với Modbus, mà còn các cảm biến thông minh được trang bị Modbus Interface gửi dữ liệu của chúng đến các máy chủ. Modbus, cũng có các mở rộng cho các chuẩn truyền thông không dây và các mạng TCP/IP.

4. Hệ thống đo đếm điện tiên tiến

Sử dụng thiết bị đo đếm hiện đại được lập trình bằng các dòng vi điều khiển như công tơ điện tử 1 pha, 3 pha, rơ le bảo vệ, cảm biến nhiệt độ, cảm biến dòng…. Các thiết bị đo đếm hiện đại nâng cao tính chính xác, giảm hao phí trong việc đo đếm điện năng và tăng khả năng cảnh báo cho người sử dụng. Không ngừng nâng cao tính năng của các thiết bị điện, ví dụ như rơ le bảo vệ cần phải được kết hợp với các chức năng khác của hệ thống đo đếm, thực hiện việc đo dòng, áp, tự động lưu trữ các thông tin về tình trạng khẩn cấp xảy ra việc đóng ngắt. Các thông tin lưu trữ này có thể được sử dụng trực tiếp trong việc kiểm soát số liệu, thông tin về việc đo đếm của hệ thống.

Các thiết bị đo đếm thông minh

Dựa trên lộ trình đó, Nga đã từng bước xây dựng một mô hình lưới điện thông minh hoàn chỉnh. Năm 2013 chứng kiến sự phát triển của lưới điện thông minh trên toàn thế giới với qui mô lớn nhỏ khác nhau. Bên cạnh đó cũng nổi lên một xu hướng mới là triển khai lưới điện thông minh đồng bộ giữa các quốc gia. Tất cả đều phấn đấu cho một mục tiêu chung là tạo ra một lưới điện thông minh hoàn chỉnh, đáp ứng mọi yêu cầu tối ưu hóa hiệu suất của lưới điện hiện hành.

Nguồn: CPC