Kết nối điện mặt trời mái nhà, pin lưu trữ, xe điện... thành nhà máy điện ảo (VPP) và nền tảng của Việt Nam

Sau khi người sử dụng điện làm quen với tín hiệu giá, thị trường điện Việt Nam sẽ phát triển theo hướng nào? Sau khi Bộ Công Thương đề xuất nghiên cứu áp dụng giá bán lẻ điện theo thời gian sử dụng (Time of Use - TOU, hay còn gọi là giá điện theo giờ) đối với khách hàng sinh hoạt, một câu hỏi tiếp theo được đặt ra là: Sau khi người sử dụng điện làm quen với tín hiệu giá, thị trường điện Việt Nam sẽ phát triển theo hướng nào? Kinh nghiệm quốc tế cho thấy, giá điện theo thời gian sử dụng (TOU) mới chỉ là bước khởi đầu, ở giai đoạn tiếp theo, khách hàng không chỉ thay đổi thói quen sử dụng điện, mà còn có thể trực tiếp tham gia hỗ trợ vận hành hệ thống thông qua cơ chế điều chỉnh phụ tải (Demand Response - DR). Đây được xem là một trong những giải pháp quan trọng giúp nâng cao tính linh hoạt của hệ thống điện, giảm chi phí đầu tư nguồn điện mới và từng bước hình thành thị trường điện hiện đại.

Nhà máy điện ảo là gì? Vì sao thế giới đang chuyển sang mô hình này?

Trong hơn một thế kỷ phát triển của ngành điện, hệ thống điện được xây dựng theo mô hình tập trung. Cụ thể là điện năng được sản xuất tại các nhà máy quy mô lớn như thủy điện, nhiệt điện, điện khí, hoặc điện hạt nhân, sau đó truyền tải qua lưới điện đến các hộ tiêu dùng. Mô hình này đã vận hành hiệu quả trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, quá trình chuyển dịch năng lượng đang làm thay đổi căn bản cấu trúc của hệ thống điện. Ngày càng nhiều nguồn điện quy mô nhỏ xuất hiện ngay tại nơi tiêu thụ, như điện mặt trời mái nhà, hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS), xe điện có khả năng sạc/xả hai chiều và các phụ tải có thể điều chỉnh theo tín hiệu của hệ thống. Thay vì chỉ quản lý vài trăm nhà máy điện lớn, ngành điện trong tương lai sẽ phải điều phối hàng nghìn nguồn lực phân tán với quy mô và trạng thái vận hành khác nhau. Điều đó đặt ra một yêu cầu hoàn toàn mới: Làm thế nào để hàng nghìn nguồn lực nhỏ có thể hoạt động đóng góp vào hệ thống thống nhất, thay vì vận hành riêng lẻ? Đó chính là lý do Nhà máy điện ảo (Virtual Power Plant - VPP) ra đời.

Hiểu một cách đơn giản, VPP không phải là một nhà máy điện được xây dựng tại một địa điểm cụ thể, mà là một nền tảng điều hành số có khả năng kết nối và điều phối nhiều nguồn lực phân tán, bao gồm điện mặt trời mái nhà, BESS, xe điện, máy phát điện dự phòng và cả các phụ tải có khả năng điều chỉnh. Thông qua hệ thống điều khiển thông minh, các nguồn lực này được quản lý như một “nhà máy điện linh hoạt” - có thể phát điện, lưu trữ điện, điều chỉnh phụ tải, hoặc cung cấp các dịch vụ hỗ trợ vận hành theo yêu cầu của đơn vị điều độ.

Nói cách khác, VPP không tạo ra nguồn điện mới, mà tối ưu hóa việc huy động và khai thác các nguồn lực đã có trong hệ thống.

Sự xuất hiện của VPP phản ánh một bước chuyển quan trọng trong tư duy phát triển ngành điện. Nếu trước đây, giải pháp chủ yếu khi nhu cầu điện tăng là xây dựng thêm nhà máy điện và đường dây truyền tải, thì hiện nay nhiều quốc gia ưu tiên khai thác tối đa tính linh hoạt của các nguồn lực hiện hữu trước khi đầu tư bổ sung nguồn phát mới. Xu hướng này càng trở nên rõ nét khi tỷ trọng điện gió và điện mặt trời ngày càng tăng. Do phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, các nguồn năng lượng tái tạo luôn biến động theo thời gian, khiến hệ thống điện cần nhiều nguồn lực có khả năng phản ứng nhanh để duy trì cân bằng cung - cầu theo thời gian thực. Trong bối cảnh đó, VPP được xem là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để kết nối, điều phối và tối ưu hóa các nguồn điện phân tán, góp phần nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện; đồng thời hạn chế nhu cầu đầu tư thêm các nguồn điện phủ phụ tải đỉnh. Đây hiện là xu hướng được nhiều quốc gia như Hoa Kỳ, Đức, Nhật Bản, Australia và nhiều nước châu Âu thúc đẩy trong quá trình xây dựng hệ thống điện thông minh và phát triển thị trường điện cạnh tranh. Ở nhiều nơi, VPP không còn là mô hình thí điểm, mà đã trở thành một cấu phần quan trọng của hạ tầng điện hiện đại.

Nhà máy điện ảo hoạt động như thế nào?

Điểm khác biệt lớn nhất giữa nhà máy điện truyền thống và nhà máy điện ảo (VPP) nằm ở cấu trúc vận hành. Nếu nhà máy điện truyền thống tập trung các tổ máy phát điện tại một địa điểm, thì VPP tập hợp hàng nghìn, thậm chí hàng triệu nguồn lực phân tán ở nhiều địa điểm khác nhau, nhưng được điều khiển như một “nhà máy điện linh hoạt”. Các nguồn lực này có thể bao gồm điện mặt trời mái nhà, hệ thống BESS, xe điện có khả năng sạc hai chiều (Vehicle-to-Grid), máy phát điện dự phòng của doanh nghiệp, các chương trình điều chỉnh phụ tải (DR) và nhiều thiết bị tiêu thụ điện thông minh. Thông qua hạ tầng số, toàn bộ các nguồn lực trên được kết nối với một trung tâm điều hành. Hệ thống liên tục thu thập dữ liệu về công suất phát điện, mức tiêu thụ, trạng thái vận hành, dung lượng pin, cũng như nhu cầu của hệ thống điện theo thời gian thực. Trên cơ sở đó, các thuật toán tối ưu sẽ quyết định nguồn lực nào cần được huy động, lưu trữ, hay điều chỉnh để đạt hiệu quả cao nhất.

Ví dụ, vào buổi trưa khi điện mặt trời phát dư thừa, hệ thống có thể ưu tiên sạc BESS, hoặc xe điện. Đến buổi tối, khi phụ tải tăng cao và điện mặt trời không còn phát điện, lượng điện đã lưu trữ sẽ được phát ngược trở lại lưới điện để hỗ trợ cân bằng cung - cầu. Trong trường hợp xuất hiện nguy cơ quá tải, VPP còn có thể kích hoạt các chương trình điều chỉnh phụ tải, hoặc điều khiển các nguồn lưu trữ nhằm giảm áp lực cho hệ thống. Toàn bộ quá trình này diễn ra gần như tự động thông qua các thuật toán điều khiển và dự báo, hầu như không làm ảnh hưởng đến sinh hoạt, hay hoạt động sản xuất của người sử dụng điện.

Có thể hình dung, VPP giống như một “nhạc trưởng”. Mỗi hệ thống điện mặt trời mái nhà, mỗi bộ pin lưu trữ, hay mỗi xe điện chỉ giống như một “nhạc công”. Khi hoạt động riêng lẻ, đóng góp của từng nguồn lực khá nhỏ, nhưng khi được điều phối đồng bộ, chúng có thể tạo thành một “dàn nhạc” đủ khả năng cung cấp hàng trăm, thậm chí hàng nghìn MW công suất linh hoạt cho hệ thống điện.

Vì sao điện mặt trời mái nhà, BESS và xe điện chỉ thực sự phát huy giá trị khi được kết nối thành nhà máy điện ảo?

Điểm mạnh của VPP không nằm ở từng công nghệ riêng lẻ, mà ở khả năng kết hợp nhiều nguồn lực có đặc tính khác nhau để bù đắp hạn chế của nhau.

Trong nhiều năm qua, điện mặt trời mái nhà chủ yếu được nhìn nhận là giải pháp giúp hộ gia đình và doanh nghiệp giảm chi phí tiền điện. Tuy nhiên, nguồn điện này chỉ phát vào ban ngày và phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện thời tiết. Trong khi đó, phụ tải của hệ thống thường đạt đỉnh vào buổi tối - thời điểm điện mặt trời gần như không còn phát điện. BESS giúp khắc phục hạn chế này bằng cách tích trữ điện vào thời điểm nguồn tái tạo dư thừa và phát điện trở lại khi hệ thống cần. Xe điện cũng không chỉ là phương tiện giao thông; với công nghệ sạc hai chiều (Vehicle-to-Grid), bộ pin của xe có thể trở thành một nguồn lưu trữ điện phân tán có quy mô rất lớn. Trong khi đó, các chương trình điều chỉnh phụ tải lại cho phép giảm, hoặc dịch chuyển nhu cầu tiêu thụ điện trong những thời điểm hệ thống căng thẳng. Nếu mỗi nguồn lực hoạt động độc lập, hiệu quả mang lại cho toàn hệ thống vẫn còn hạn chế. Giá trị lớn nhất chỉ xuất hiện khi tất cả được kết nối thông qua một nền tảng điều hành thống nhất. Khi đó, VPP có thể phối hợp đồng thời nhiều giải pháp: Huy động điện từ BESS, điều chỉnh thời điểm sạc xe điện, kích hoạt chương trình DR, hoặc tận dụng tối đa nguồn điện mặt trời đang dư thừa. Thay vì mỗi thiết bị chỉ tối ưu cho lợi ích của riêng mình, toàn bộ các nguồn lực sẽ được tối ưu cho lợi ích chung của hệ thống điện. Nhờ vậy, VPP không chỉ nâng cao hiệu quả khai thác của từng thiết bị, mà còn giúp giảm phụ tải đỉnh, hạn chế cắt giảm công suất điện tái tạo, giảm nhu cầu đầu tư nguồn điện và lưới truyền tải mới; đồng thời tăng khả năng vận hành an toàn của hệ thống điện trong bối cảnh tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng cao.

Nhà máy điện ảo (VPP) không còn là tương lai xa:

Trên thế giới, VPP đã vượt qua giai đoạn thử nghiệm để trở thành một cấu phần quan trọng của quá trình chuyển đổi năng lượng và phát triển hệ thống điện thông minh.

Tại Hoa Kỳ, nhiều đơn vị vận hành hệ thống điện như PJM, CAISO, hay ISO New England đã cho phép VPP tham gia thị trường điện, thị trường công suất và thị trường dịch vụ phụ trợ với vai trò tương đương các nhà máy điện truyền thống. Hàng trăm nghìn hộ gia đình sở hữu điện mặt trời mái nhà, BESS và xe điện được kết nối thông qua các nền tảng số để cung cấp các dịch vụ như điều tần, dự phòng công suất và hỗ trợ cân bằng hệ thống.

Tại châu Âu, cùng với sự gia tăng nhanh của điện gió và điện mặt trời, VPP trở thành công cụ quan trọng nhằm bổ sung tính linh hoạt cho hệ thống điện. Nhiều quốc gia đã xây dựng khung pháp lý cho các đơn vị tổng hợp nguồn lực (Aggregator), cho phép tập hợp hàng nghìn nguồn điện và phụ tải quy mô nhỏ thành một thực thể đủ điều kiện tham gia thị trường điện.

Australia hiện được xem là một trong những quốc gia đi đầu trong triển khai VPP quy mô hộ gia đình. Hàng chục nghìn hộ gia đình đã được kết nối thành các “nhà máy điện” có tổng công suất lên tới hàng trăm MW, đủ khả năng thay thế một phần các nhà máy điện phủ đỉnh trong những thời điểm hệ thống thiếu công suất.

Còn với Nhật Bản và Hàn Quốc xem VPP là giải pháp nâng cao khả năng chống chịu của hệ thống điện trước thiên tai; đồng thời hỗ trợ tích hợp ngày càng nhiều nguồn năng lượng tái tạo.

Thông tin trên cho thấy, mặc dù cách triển khai ở mỗi quốc gia có khác nhau, nhưng đều hướng tới một mục tiêu chung: Thay vì chỉ tiếp tục đầu tư thêm các nhà máy điện mới, họ đã khai thác tối đa tính linh hoạt của những nguồn lực đã tồn tại trong hệ thống thông qua công nghệ số và cơ chế thị trường. Đây cũng là xu hướng đang định hình mô hình phát triển của ngành điện trong kỷ nguyên chuyển dịch năng lượng.

Việt Nam cần chuẩn bị gì để phát triển nhà máy điện ảo?

Đối với Việt Nam, mặc dù khái niệm “nhà máy điện ảo” chưa được quy định chính thức trong hệ thống pháp luật, nhưng nhiều điều kiện nền tảng đang từng bước hình thành.

Thực tiễn đã cho thấy, nguồn lực phân tán đang phát triển nhanh hơn trước. Điện mặt trời mái nhà bước vào giai đoạn mở rộng mới; Quy hoạch điện VIII điều chỉnh xác định phát triển hệ thống pin lưu trữ năng lượng, nguồn điện linh hoạt và lưới điện thông minh là những hợp phần quan trọng của hệ thống điện tương lai. Đồng thời, việc áp dụng giá điện theo thời gian sử dụng (TOU) và mở rộng các chương trình điều chỉnh phụ tải (DR) đang tạo điều kiện để khách hàng tham gia sâu hơn vào vận hành hệ thống điện. Tuy nhiên, để VPP có thể vận hành trên thực tế, Việt Nam vẫn cần hoàn thiện ba nhóm điều kiện then chốt.

1. Hạ tầng số: Công tơ thông minh, hệ thống đo đếm thời gian thực và nền tảng quản lý dữ liệu là điều kiện tiên quyết để theo dõi, điều phối hàng triệu nguồn lực phân tán. Nếu thiếu dữ liệu chính xác và cập nhật liên tục, VPP sẽ không thể vận hành hiệu quả.

2. Khung pháp lý và mô hình kinh doanh: Việt Nam cần xây dựng cơ chế cho các đơn vị tổng hợp nguồn lực (Aggregator) - chủ thể đóng vai trò kết nối hàng nghìn khách hàng với đơn vị vận hành hệ thống điện và thị trường điện. Đây sẽ là mắt xích quyết định khả năng thương mại hóa mô hình VPP.

3. Cơ chế thị trường: Đây là điều kiện tối quan trọng. Khi thị trường dịch vụ phụ trợ được hình thành đầy đủ, VPP cần được phép cung cấp các dịch vụ như điều tần, điều áp, dự phòng công suất, hay điều chỉnh phụ tải; đồng thời được thanh toán theo đúng giá trị mà các dịch vụ đó mang lại. Song song với đó là cơ chế phân chia lợi ích minh bạch giữa khách hàng, Aggregator và đơn vị vận hành hệ thống để tạo động lực phát triển lâu dài.

Có thể thấy, những nền tảng đầu tiên cho VPP tại Việt Nam đang dần xuất hiện. Vấn đề còn lại là xây dựng lộ trình và cơ chế phù hợp để các nguồn lực phân tán có thể tham gia thị trường điện một cách hiệu quả, minh bạch.

Từ nhà máy điện truyền thống, đến hệ thống điện số:

Nếu giá điện tính theo thời gian sử dụng (TOU) thay đổi hành vi sử dụng điện, còn điều chỉnh phụ tải (DR) đưa khách hàng tham gia hỗ trợ vận hành hệ thống, thì nhà máy điện ảo (VPP) là bước phát triển tiếp theo, kết nối các nguồn lực phân tán thành một thực thể có khả năng được điều phối và huy động như một nguồn lực thống nhất. Đây là bài toán mà các phương thức điều hành truyền thống khó có thể đáp ứng. Trong bối cảnh đó, dữ liệu thời gian thực, trí tuệ nhân tạo, các thuật toán tối ưu và nền tảng điều hành số sẽ trở thành những thành phần không thể thiếu để kết nối và điều phối các nguồn lực phân tán.

Kết luận:

Trong nhiều thập kỷ, bảo đảm an ninh cung cấp điện chủ yếu dựa vào việc mở rộng nguồn phát và lưới truyền tải. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của năng lượng tái tạo, hệ thống lưu trữ, xe điện và công nghệ số, cách tiếp cận này đang từng bước thay đổi. Bên cạnh đầu tư thêm nguồn điện mới, khai thác hiệu quả các nguồn lực phân tán sẽ trở thành một trụ cột quan trọng của hệ thống điện hiện đại.

Đối với Việt Nam, quá trình nghiên cứu áp dụng giá điện theo thời gian sử dụng, mở rộng các chương trình điều chỉnh phụ tải và từng bước hoàn thiện thị trường điện cạnh tranh đang tạo nền tảng để phát triển những mô hình tiên tiến như nhà máy điện ảo. Khi hạ tầng số, công tơ thông minh, cơ chế cho các đơn vị tổng hợp nguồn lực (Aggregator) và thị trường dịch vụ phụ trợ được hoàn thiện, VPP sẽ có điều kiện phát huy đầy đủ vai trò trong vận hành hệ thống điện. Có thể xem TOU, DR và VPP là ba bước phát triển liên tiếp trên lộ trình xây dựng hệ thống điện thông minh. Nếu TOU tạo tín hiệu giá để định hướng hành vi sử dụng điện, DR biến phụ tải thành một nguồn lực linh hoạt của hệ thống, thì VPP sẽ kết nối và điều phối các nguồn lực phân tán thành một thực thể có khả năng tham gia trực tiếp vào vận hành và thị trường điện. Đây không chỉ là bước tiến về công nghệ, mà còn là bước chuyển trong tư duy phát triển hệ thống điện của Việt Nam - từ mở rộng nguồn cung, sang khai thác tối ưu tính linh hoạt của toàn bộ hệ thống./.

TS. NGUYỄN HUY HOẠCH - HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

1. Thủ tướng Chính phủ (2025): Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050 (Quy hoạch điện VIII điều chỉnh).

2. Bộ Công Thương (2025-2026): Các văn bản về phát triển lưới điện thông minh, hệ thống lưu trữ năng lượng, cơ chế điều chỉnh phụ tải và thị trường điện cạnh tranh.

3. International Energy Agency (IEA) (2024-2025): Electricity 2025; Designing Electricity Markets for Power System Flexibility.

4. Tạp chí Năng lượng Việt Nam (2025-2026).:Chuỗi bài nghiên cứu về giá điện theo thời gian sử dụng, điều chỉnh phụ tải, nguồn điện linh hoạt, hệ thống lưu trữ năng lượng và thị trường điện cạnh tranh.