Chuyển đổi số trong ngành năng lượng và kết quả nghiên cứu của IEA

Chuyển đổi số và hệ thống năng lượng: Cơ hội lớn để ‘lột xác’

Chuyển đổi số trong công nghiệp dầu khí: Thực trạng và triển vọng tại Việt Nam

Xu hướng chuyển đổi số trong lĩnh vực dầu khí


Kỹ thuật số hóa và năng lượng là nỗ lực toàn diện đầu tiên của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) nhằm mô tả kỹ thuật số hóa có thể biến đổi các hệ thống năng lượng của thế giới. IEA cũng đã xem xét tác động của công nghệ kỹ thuật số đối với các lĩnh vực nhu cầu năng lượng, xem xét cách các nhà cung cấp năng lượng có thể sử dụng các công cụ kỹ thuật số để cải thiện hoạt động và khám phá tiềm năng chuyển đổi của số hóa để giúp tạo ra một hệ thống năng lượng có tính kết nối cao.

Các nghiên cứu của IEA cũng nhằm cung cấp sự rõ ràng hơn cho các nhà hoạch định chính sách trong chính phủ và ngành công nghiệp về ý nghĩa của số hóa đối với năng lượng, làm sáng tỏ tiềm năng to lớn và những thách thức cấp bách nhất của nó, đồng thời cũng đưa ra các khuyến nghị mạnh mẽ để giúp thế giới hướng tới một tương lai năng lượng an toàn hơn, bền vững hơn, thông minh hơn.

Sự phát triển theo cấp số nhân của lưu lượng truy cập internet hàng năm trên toàn cầu đã vượt qua ngưỡng Exabyte (EB = 10¹⁸bytes) vào năm 2001 và vượt qua ngưỡng zettabyte (ZB = 10²¹bytes) vào năm 2017 cho thấy vai trò to lớn của công nghệ kỹ thuật số đến đời sống hàng ngày của con người trên hành tinh.

Ngành năng lượng đã sớm áp dụng công nghệ kỹ thuật số. Trong những năm 1970, các công ty điện lực là những người tiên phong về kỹ thuật số, sử dụng các công nghệ mới nổi để tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý và vận hành lưới điện.

Các công ty dầu khí từ lâu đã sử dụng công nghệ kỹ thuật số để cải thiện việc ra quyết định đối với các tài sản khai thác và thăm dò (bao gồm các mỏ và đường ống).

Lĩnh vực công nghiệp đã sử dụng các biện pháp kiểm soát quá trình và tự động hóa trong nhiều thập kỷ, đặc biệt là trong công nghiệp nặng, để tối đa hóa chất lượng, sản lượng trong khi giảm thiểu việc sử dụng năng lượng. Tốc độ số hóa năng lượng ngày càng tăng, đầu tư vào công nghệ kỹ thuật số của các công ty năng lượng đã tăng mạnh trong vài năm qua.

Ví dụ, đầu tư toàn cầu vào cơ sở hạ tầng kỹ thuật số và phần mềm đã tăng trên 20% hàng năm kể từ năm 2014, đạt 47 tỷ USD vào năm 2016. Đầu tư kỹ thuật số ngành điện trong năm 2016 cao hơn gần 40% so với đầu tư vào các nhà máy chạy điện bằng khí đốt trên toàn thế giới (34 tỷ USD) và gần bằng tổng vốn đầu tư vào lĩnh vực điện của Ấn Độ (55 tỷ USD).

Công nghệ kỹ thuật số đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sử dụng năng lượng cuối cùng, chẳng hạn, ngành giao thông vận tải hiện chiếm 28% nhu cầu năng lượng cuối cùng toàn cầu và 23% lượng khí thải CO2 toàn cầu do đốt cháy nhiên liệu.

Trong Kịch bản Trung tâm của IEA, mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng cho giao thông tăng gần một nửa lên 165 exajoules (10¹⁸joules) vào năm 2060, với phần lớn nhu cầu đến từ các phương tiện vận tải đường bộ (36%) và xe chở khách hạng nhẹ (28%).

Trên tất cả các phương thức vận tải, công nghệ kỹ thuật số đang giúp cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm chi phí bảo trì.

Trong ngành hàng không, các máy bay thương mại mới nhất được trang bị hàng nghìn cảm biến, tạo ra gần một terabyte (TB =10¹²bytes) dữ liệu trên một chuyến bay trung bình. Phân tích dữ liệu lớn tối ưu hóa việc lập kế hoạch đường bay và có thể giúp phi công đưa ra quyết định trong chuyến bay và giảm mức sử dụng nhiên liệu. Các con tàu cũng đang được trang bị nhiều cảm biến hơn, giúp phi hành đoàn thực hiện các hành động để tối ưu hóa các tuyến đường, trong khi những tiến bộ trong liên lạc vệ tinh đang cho phép kết nối tốt hơn.

Theo nghiên cứu gần đây của IEA cho thấy rằng, việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật số cho hoạt động xe tải và hậu cần có thể giảm mức sử dụng năng lượng của vận tải hàng hóa đường bộ xuống 20 - 25%.

Ví dụ về các giải pháp như vậy bao gồm hệ thống định vị địa lý (GPS) kết hợp với thông tin giao thông thời gian thực để tối ưu hóa tuyến đường, giám sát và phản hồi trên xe để nâng cao hiệu suất lái xe sinh thái, kết nối phương tiện có thể giảm khoảng cách an toàn giữa các xe tải để cải thiện hiệu suất nhiên liệu và chia sẻ dữ liệu giữa các công ty xuyên suốt chuỗi cung ứng để vận chuyển nhiều hàng hóa hơn với ít di chuyển hơn.

Các tòa nhà chiếm gần 1/3 lượng tiêu thụ năng lượng cuối cùng trên toàn cầu và 55% nhu cầu điện toàn cầu. Tăng trưởng nhu cầu điện trong các tòa nhà đặc biệt nhanh chóng trong 25 năm qua, chiếm gần 60% tổng mức tăng trưởng tiêu thụ điện toàn cầu.

Theo tính toán của IEA, việc sử dụng điện trong các tòa nhà tăng gần gấp đôi từ 11 petawatt giờ (PWh = 10¹²kWh) vào năm 2014 lên khoảng 20 PWh vào năm 2040, đòi hỏi sự gia tăng lớn trong công suất phát điện và mạng lưới điện.

Kỹ thuật số hóa, bao gồm cả bộ điều nhiệt thông minh và chiếu sáng thông minh, với khả năng cắt giảm tổng mức sử dụng năng lượng trong các tòa nhà dân cư và thương mại từ năm 2017 đến năm 2040 tới 10%, với giả định có những tác động phục hồi hạn chế trong nhu cầu năng lượng của người tiêu dùng.

Tiết kiệm năng lượng tích lũy trong giai đoạn đến năm 2040 sẽ lên tới 65 PWh - bằng tổng năng lượng cuối cùng được tiêu thụ ở các nước không thuộc OECD vào năm 2015.

Ngành công nghiệp chiếm khoảng 38% mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng trên toàn cầu và 24% tổng lượng khí thải CO2. Với dự kiến ​​sẽ tiếp tục mở rộng sản xuất công nghiệp trong những thập kỷ tới, đặc biệt là tại các nền kinh tế mới nổi, giá trị của số hóa trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và nguyên liệu sẽ chỉ tăng lên.

Việc sử dụng rộng rãi công nghệ kỹ thuật số có thể làm giảm chi phí sản xuất từ ​​10% đến 20%, bao gồm thông qua xử lý nâng cao dữ liệu địa chấn, sử dụng cảm biến và mô hình mỏ nâng cao. Các nguồn tài nguyên dầu khí có thể phục hồi về mặt kỹ thuật có thể tăng khoảng 5% trên toàn cầu, với lợi nhuận lớn nhất được kỳ vọng là khí đá phiến.

Các công nghệ kỹ thuật số đang được sử dụng trong toàn bộ chuỗi cung ứng than để giảm chi phí sản xuất và bảo trì, đồng thời tăng cường an toàn cho người lao động.

Ví dụ bao gồm các hệ thống bán tự động, hoặc hoàn toàn tự động, khai thác bằng robot, khai thác từ xa, tự động hóa hoạt động, mô hình hóa và mô phỏng mỏ, cũng như việc sử dụng các công cụ của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và hệ thống thông tin địa lý (GIS).

Dữ liệu kỹ thuật số và phân tích có thể giảm chi phí hệ thống điện ít nhất theo bốn cách:

1/ Giảm chi phí vận hành và bảo trì (O&M).

2/ Nâng cao hiệu suất nhà máy điện và mạng lưới.

3/ Giảm thời gian ngừng hoạt động theo kế hoạch và ngoài kế hoạch.

4/ Kéo dài thời gian hoạt động của tài sản.

Tổng tiết kiệm từ các biện pháp kỹ thuật số này có thể là 80 tỷ USD mỗi năm trong giai đoạn 2016 - 2040, hoặc khoảng 5% tổng chi phí phát điện hàng năm dựa trên việc tăng cường triển khai toàn cầu các công nghệ kỹ thuật số sẵn có cho tất cả các nhà máy điện và mạng lưới cơ sở hạ tầng.

Kỹ thuật số hóa có thể giúp tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo (mặt trời, gió) bằng cách tạo điều kiện cho lưới điện đáp ứng tốt hơn nhu cầu năng lượng vào những thời điểm khi mặt trời chiếu sáng và gió thổi.

Riêng tại Liên minh châu Âu, việc tăng cường lưu trữ và đáp ứng nhu cầu kỹ thuật số có thể làm giảm việc cắt giảm năng lượng mặt trời và năng lượng gió từ 7% xuống còn 1,6% và tránh phát thải 30 triệu tấn carbon dioxide vào năm 2040.

Việc phát triển các công nghệ sạc điện thông minh cho xe ô tô điện có thể giúp chuyển thời gian sạc vào lúc nhu cầu điện thấp và nguồn cung dồi dào. Điều này sẽ cung cấp tính linh hoạt hơn nữa cho lưới điện đồng thời tiết kiệm từ 100 tỷ USD đến 280 tỷ USD (tùy thuộc vào số lượng xe điện được triển khai) trong đầu tư tránh được vào cơ sở hạ tầng điện lực mới từ năm 2016 đến năm 2040.

Về lâu dài, một trong những lợi ích tiềm năng quan trọng nhất của số hóa trong ngành điện có thể là khả năng kéo dài tuổi thọ hoạt động của các nhà máy điện và các thành phần mạng, thông qua việc cải tiến bảo trì và giảm căng thẳng vật lý trên thiết bị.

Ví dụ: Nếu thời gian tồn tại của tất cả các tài sản điện năng trên thế giới được kéo dài thêm 5 năm, thì khoản đầu tư tích lũy gần 1,3 nghìn tỷ USD có thể được hoãn lại trong giai đoạn 2016 - 2040. Trung bình, đầu tư vào các nhà máy điện sẽ giảm 34 tỷ USD mỗi năm và vào mạng lưới giảm 20 tỷ USD mỗi năm./.

TS. NGUYỄN MẠNH HIẾN - HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

Digitalization and Energy - IEA Technology Report Digitalization and the future of energy - Lucy Craig, Senior Vice President of Growth Innovation and Digital.