Lưới điện thông minh - phát huy hiệu quả sử dụng năng lượng điện

Mô hình lưới điện thông minh

Các công ty điện cần hiểu rõ động lực của sự biến chuyển và làm thế nào họ có thể tối ưu hóa việc sử dụng các thiết bị đo đếm thông minh và những công nghệ tự động. Những chương trình này sẽ giúp cung cấp đầy đủ thông tin có tính thời gian thực cho khách hàng để họ kịp thời đưa ra quyết định sử dụng điện năng một cách hiệu quả.

Điều chỉnh nhu cầu điện năng sẽ có một vai trò to lớn trong việc đóng góp vào chuỗi giá trị của các công ty điện lực cũng như các đơn vị vận hành hệ thống độc lập (ISOs). Và các khách hàng cũng có thể thay đổi mức tiêu thụ điện để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống cũng như giảm công suất đặt hệ thống - đó cũng chính là 2 mục tiêu cơ bản của lưới điện thông minh.

Tăng cường khả năng tự động hóa

Trước đây, các nỗ lực điều chỉnh nhu cầu điện năng thường được tiếp cận theo một phương thức đơn giản và thống nhất, đặc biệt với các hộ phụ tải sinh hoạt. Đối với các phụ tải thương mại và công nghiệp, điều chỉnh nhu cầu điện năng chủ yếu dựa vào mô hình tổng hợp nguồn - tải, trong đó yêu cầu sự tham gia của một bên thứ ba giữa các công ty điện lực và khách hàng.

Khách hàng được ký hợp đồng để sẵn sàng chịu sa thải một lượng công suất nhất định, chủ yếu quyết định bởi công suất của các nguồn dự phòng của khách hàng. Điều này dẫn tới yêu cầu khách hàng đó phải có trách nhiệm tự điều chỉnh phụ tải của mình tương ứng với hợp đồng.

Các công ty điện lực thông báo cho các nhà tổng hợp thông tin nguồn - tải về các thời điểm phụ tải đỉnh và các thông báo này sẽ được chuyển cho khách hàng qua điện thoại và email.

Phản ứng của khách hàng chủ yếu là chuyển sang hệ thống máy phát điện dự phòng chạy bằng dầu diesel hoặc tiết giảm bớt phụ tải của mình. Điều này sẽ góp phần làm giảm đỉnh phụ tải của hệ thống nhưng có ít hiệu quả trong việc hạn chế tổng nhu cầu và tổng lượng khí thải carbon, đồng thời cũng khó để tự động quá trình trên.

Với lưới điện thông minh, chúng ta sẽ thấy một sự thay đổi mạnh mẽ từ thủ công sang tự động trong việc đáp ứng nhu cầu sử dụng điện năng. Lưới điện được phát triển với các thiết bị truyền tải, phân phối và đo đếm mới. 

Các công ty điện có thể trực tiếp kết nối với khách hàng một cách chặt chẽ hơn và cung cấp cho khách hàng các thông tin thời gian thực chuyên sâu hơn, điều mà cả ngành công nghiệp còn đang thiếu.

Cụ thể, lưới điện thông minh sẽ đưa tới việc ra đời các hệ thống định giá động (ví dụ, giá theo thời gian thực, giá lúc cao điểm), giúp liên kết chặt chẽ hơn tổng nhu cầu với việc chi phí cung cấp điện.

Kết quả là, khách hàng sẽ có nhu cầu muốn thay đổi hoặc giảm lượng điện năng tiêu thụ trong giờ cao điểm. Các cấu trúc định giá động có thể tăng 10 lần hoặc cao hơn thế ở thời điểm phụ tải đỉnh, và các công ty điện lực của Mỹ đang chuyển đổi các khách hàng thương mại và công nghiệp sang cơ cấu giá này. Đó là thời điểm có thể áp dụng khả năng tự động điều chỉnh theo nhu cầu điện năng.

Khả năng tự động điều chỉnh nhu cầu điện năng cho phép các khách hàng điều chỉnh theo sự biến động về giá bằng cách ứng dụng các công nghệ và kịch bản để tự động điều chỉnh khi xuất hiện giá phụ tải đỉnh. 

Các hệ thống quản lý tòa nhà đều có thể chủ động điều chỉnh phụ tải của mình và tiết kiệm thêm các chi phí trong vận hành. Họ thấy rằng mình có khả năng linh hoạt trong quản lý điện năng, điều có thể giúp họ có thể điều chỉnh trước những thay đổi về giá điện, tuy nhiên họ lại thiếu những công cụ để tham gia một cách tự tin trong việc điều chỉnh nhu cầu điện năng.

Đối với các công ty điện lực, phương pháp này cung cấp những lợi ích trong việc việc điều chỉnh nhu cầu điện năng một cách mạnh mẽ và chính xác.

Giá điện lúc cao điểm

Công ty điện lực Southern California Edison (SCE) và các công ty điện lực khác tại California là những công ty đầu tiên sử dụng cơ cấu giá điện theo giờ cao điểm.

Honeywell đang triển khai chương trình điều chỉnh theo mức giá giờ cao điểm cho gần 700 khách hàng thương mại và công nghiệp trong phạm vi cung cấp điện của SEC.

Chương trình này được tài trợ bởi Ban Đầu tư Lưới điện Thông minh thuộc Bộ Năng lượng Mỹ. Tham gia chương trình này, các khách hàng có thể điều chỉnh nhu cầu điện năng tự động khi có sự thay đổi về giá điện và tự động cắt giảm điện năng tiêu thụ để giảm chi phí.

Mục đích chính của chương trình là giảm phụ tải đỉnh ở phía nguồn hơn 80 MW- tương đương với công suất phát của gần hai nhà máy điện sử dụng khí đốt.

Thực hiện chương trình này là một máy chủ tự động điều chỉnh nhu cầu điện năng từ Akuacom, đây là công nghệ dựa trên chuẩn liên lạc mở về tự động điều chỉnh theo nhu cầu (OpenADR). Máy chủ Akuacom giúp kết nối trực tiếp tới khách hàng bằng cách cho phép các công ty điện lực thông báo rộng rãi giá điện lúc cao điểm trước khi thời điểm cao điểm diễn ra.

Các khách hàng sẽ nhận được hỗ trợ về công nghệ và thực hiện tự động tối ưu khi điều chỉnh sa thải điện năng với mức chi phí thấp hoặc hoàn toàn không mất phí.

Với sức mạnh của hệ thống NiagaraAX Framework và bộ điều khiển JACE từ Tridium, hệ thống sẽ nhận tín hiệu từ máy chủ tự động điều chỉnh nhu cầu điện năng và liên lạc với hệ thống tự động thu thập thông tin tại khách hàng.

Sau đó thiết bị tự động thu thập thông tin của khách hàng sẽ điều chỉnh dựa trên các thông số sa thải phụ tải được cài đặt sẵn. Hệ thống này linh hoạt và có khả năng mở rộng, có thể giao tiếp với các công nghệ và hệ thống phần mềm khác sử dụng các tiêu chuẩn mở, cung cấp khả năng hoạt động tương thích cần thiết nhằm mang lại những kết quả tích cực cho lưới điện thông minh.

Công nghệ nâng cao độ tin cậy trong việc điều chỉnh nhu cầu sử dụng điện năng một cách hiệu quả. Vì vậy tự động điều chỉnh nhu cầu điện năng có thể mang lại gấp đôi dự trữ tải so với các cách điều chỉnh nhu cầu điện năng truyền thống. Lưới điện thông minh cũng cung cấp giải pháp mới cho các công ty điện lực để kết nối trực tiếp với khách hàng vốn là bài toán đầy khó khăn trước đây.

Ngôi nhà thông minh

Đối với các khách hàng hộ gia đình, chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng sử dụng các rơ-le điều chỉnh phụ tải của các công ty điện lực lắp trong mạch điện của hệ thống điều hòa không khí bên ngoài nhà cho phép công ty điện có thể lập chu kì bật/tắt khi cần thiết vào các giờ cao điểm.

Các rơ-le giúp công ty điện lực có thể tiết giảm điện năng, tuy nhiên, các khách hàng không biết thời điểm điều chỉnh nhu cầu phụ tải cực đại và cần tiết giảm bao nhiêu phụ tải, dẫn đến hạn chế những thay đổi lâu dài mà chương trình hướng tới.

Các công nghệ mới được sử dụng trong việc điều chỉnh nhu cầu điện năng sẽ cung cấp nhiều thông tin hơn cho khách hàng, đồng thời nâng cao tiện ích và tăng cường khả năng quản lý.

Các công nghệ sử dụng bao gồm các cảm biến nhiệt thông minh, màn hình hiển thị trong nhà và các bộ quản lý sử dụng điện năng của khách hàng.

Những công nghệ này có khả năng cung cấp các thông số đo lường theo thời gian thực, chi phí và xu hướng tiêu thụ điện năng, cách xác định phụ tải và hệ thống trao đổi dữ liệu hai chiều tới hệ thống của các công ty điện lực.

Khách hàng có thể theo dõi mức tiêu thụ điện của mình trong thời gian thực và sử dụng khả năng tự động hóa để quản lý một cách thuận tiện và kinh tế.

Các công ty điện lực được hưởng lợi thông qua sự tham gia chương trình của nhiều khách hàng và đồng thời nâng cao tính cam kết của khách hàng.

Rơ le nhiệt điều chỉnh nhu cầu điện năng sẽ tạo đòn bẩy giúp cho lưới điện thông minh cải thiện hiệu suất và độ tin cậy.

Bằng cách thay các công tắc thông thường bằng rơ le nhiệt, các công ty điện lực có thể thiết lập các chương trình thuận tiện và hấp dẫn đối với người sử dụng. Chức năng của nó sẽ không chỉ đơn thuần là bật/tắt định kỳ các thiết bị điều hòa không khí.

Các công ty điện lực có thể triển khai các chiến lược phức tạp hơn chẳng hạn như điều chỉnh tăng ngưỡng nhiệt độ đặt lên một vài độ, đồng thời, cũng có thể giao tiếp với khách hàng qua tính năng nhận gửi tin nhắn tích hợp sẵn và các tính năng khác như cập nhật thông tin về điều chỉnh nhu cầu sử dụng điện năng, giá điện và dự báo thời tiết.

Các cảm biến nhiệt còn giúp tiết kiệm chi phí hàng ngày trong các chế độ sưởi hoặc làm mát - đem lại lợi ích rất lớn trong việc làm giảm mối lo về giảm giá chi phí và các khuyến khích khác.

Và các cảm biến này được trang bị khả năng liên lạc hai chiều để sử dụng hiệu quả hệ thống đo đếm hiện đại thông qua các giao thức mở như Zigbee. Điều này cho phép các công ty điện lực cung cấp cho khách hàng thông tin chi tiết, thực tế về điện năng sử dụng cũng như cách để sử dụng hiệu quả hơn nữa.

Công nghệ này còn có thể giúp tập hợp dữ liệu trên màn hình hiển thị trong nhà, giúp khách hàng có thể quản lý điện năng sử dụng một cách chủ động và tích cực hơn.

Bước tiếp theo là kết nối với các thiết bị trong nhà khác. Mặc dù theo số liệu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, hơn một nửa tổng lượng điện tiêu thụ trong sinh hoạt là dành cho hệ thống sưởi và làm mát, vẫn có nhiều dư địa dành cho việc hạn chế nhu cầu tiêu thụ điện năng trong chiếu sáng, ướp lạnh, thiết bị điện tử và các thiết bị gia dụng khác.

Khả năng điều chỉnh tự động các thiết bị này thông qua rơ le nhiệt sẽ giúp đem lại cơ hội trong quản lý sử dụng điện trong từng gia đình. Các nhà cung cấp công nghệ cũng đang làm việc để đơn giản hóa các giao diện trong thiết bị để có thể dễ dàng lập trình và mang lại cho người sử dụng khả năng tùy biến và tiết kiệm điện năng sử dụng theo nhu cầu của mình.

Với khả năng liên lạc hai chiều, các công ty điện cũng có thể xác định được phụ tải và tác động của các chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng với độ chính xác cao hơn, nhanh chóng cô lập sự cố và các tác động khác.

Mở rộng sự hiểu biết

Lưới điện thông minh đang phát triển mạnh mẽ đã thúc đẩy sự ra đời của các công nghệ mới giúp mở rộng chức năng và hiệu quả của các chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng.

Ngoài ra, động lực của sự thay đổi còn có nguyên nhân từ sự thay đổi nhận thức của khách hàng, mặc dù nguyên nhân này khó nhận thấy. Điều này còn bao gồm nhận thức ngày càng tăng về những áp lực lên hệ thống lưới điện, cùng với những mối lo ngại về an toàn mạng lưới điện quốc gia và nhu cầu phải có một cơ sở hạ tầng điện thông minh hơn và tự chủ hơn, một yếu tố quan trọng đối với việc tích hợp khả năng đáp ứng theo nhu cầu sử dụng.

Việc thay đổi nhận thức của khách hàng cũng bao gồm sự đồng thuận của các khách hàng sinh hoạt, công nghiệp và thương mại về giá trị của các chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng và các dịch vụ của nó.

Các công ty điện sẽ trở nên tốt hơn trong việc điều chỉnh và làm quen với các nhu cầu sử dụng điện cũng như thói quen sử dụng của khách hàng và có thể cung cấp các thông tin chính xác đến khách hàng để tất cả các bên có thể khai thác tối đa lợi ích của chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng. Lưới điện thông minh tạo ra các mối liên kết trực tiếp, từ đó các công ty điện có thể thiết lập và củng cố các mối quan hệ khách hàng của mình.

Cụ thể, các khách hàng công nghiệp và thương mại là các hộ sử dụng có phụ tải lớn  và có nhiều tiềm năng trong tiết giảm điện năng  - có xu hướng mở hơn đối với các chương trình  điều chỉnh nhu cầu điện năng. Các khách hàng này dễ tham gia chương trình, có kiến thức hơn và nhận thấy những lợi ích và giá trị họ có thể mang lại cho các công ty điện và các tổ chức của mình, cũng như cho nền kinh tế và xã hội ở phạm vi rộng hơn.

Những người tham gia chương trình hiện nay có nhiều hiểu biết hơn về việc tiết kiệm điện năng và họ hiện đang tham gia những chương trình của các công ty điện lực hay các công ty vận hành hệ thống độc lập (ISO) khác. Họ cũng muốn giữ quyền kiểm soát và được hưởng lợi qua những nỗ lực của chính mình, điều này ngày càng trở nên khả thi hơn với sự giúp đỡ của lưới điện thông minh.

Đối với nhiều tổ chức, sự gắn kết chặt chẽ với các đối tác là công ty điện lực cũng đi kèm với những sáng kiến phát triển bền vững, và các cơ hội cho công tác bảo vệ môi trường.

Nỗ lực chuẩn hóa

Cùng với những sáng kiến có tầm nhìn, sự tham gia của các tổ chức của chính phủ và các đơn vị bên ngoài có thể giúp đẩy nhanh tốc độ phát triển và sự đồng thuận của cộng đồng. Đối với các chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng, các chính sách và áp lực từ nhà nước và các cơ quan liên bang có thể giúp thúc đẩy sự thay đổi và tạo ra các liên kết chặt chẽ hơn giữa các công ty điện và khách hàng. Sự phát triển của các tiêu chuẩn mở cũng chính là chìa khóa mang đến phát triển của lưới điện thông minh và các chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng.

Cụ thể là các cơ quan của bang và liên bang yêu cầu kêu gọi tăng cường sử dụng công nghệ tái tạo, bao gồm cả áp lực từ Ủy ban Quản lý Điện năng Liên bang (FERC), được coi là động lực để nâng cao sự phổ biến và sự tham gia của khách hàng vào các chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng, giúp các công ty điện lực quản lý tốt hơn các thung lũng vốn giàu tài nguyên năng lượng tái tạo như gió và bức xạ mặt trời.

Hơn nữa, các khoản đầu tư vào lưới điện thông minh bao gồm cả việc thông qua đạo luật Tái Đầu tư và Phục hồi của Mỹ (Amecican Recovery and Reinvestment Act-ARRA) đang giúp ngành công nghiệp chuyển đổi sang các chương trình quản lý điện thông minh.

Thêm vào đó, nhân tố  thúc đẩy sự thay đổi mạnh mẽ này là sự ra đời và việc áp dụng các tiêu chuẩn mở, yêu cầu  sự cạnh tranh và đổi mới, từ đó dẫn tới việc ra đời các công nghệ có độ tin cậy cao hơn và thân thiện với người sử dụng hơn.

Trọng tâm của sự phát triển lưới điện thông minh là tiêu chuẩn OpenADR được công bố bởi phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley. Với sự thành lập  Nhóm OpenADR gần đây, với các thành viên là các công ty điện, các nhà cung cấp và các bên liên quan khác trong ngành công nghiệp, đều hướng tới mục đích thúc đẩy sự phát triển, ứng dụng và tuân thủ luật của tiêu chuẩn này. Tiêu chuẩn Open ADR sẽ giúp giảm chi phí, nâng cao độ tin cậy, đẩy nhanh tốc độ triển khai các chương trình tự động điều chỉnh nhu cầu điện năng và lưới điện thông minh trên toàn cầu.

Một thực tại mới

Có rất nhiều nhân tố đang ảnh hưởng và định hướng cho việc chuyển đổi sang lưới điện thông minh, báo hiệu giai đoạn tiếp theo của các chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng là tích hợp sâu hơn vào lưới điện phân phối của các công ty điện lực. Khách hàng sẽ có sự chủ động chưa từng có trong việc quản lý sử dụng điện năng, đặc biệt càng hiệu quả hơn nếu được sử dụng cùng với các công cụ và công nghệ phù hợp.

Đổi lại, các công ty điện có một cơ hội to lớn để sử dụng hiệu quả liên kết, xây dựng các mối quan hệ khăng khít với các khách hàng và cho phép các khách hàng đóng vai trò tích cực hơn trong các hoạt động của lưới điện thông minh. Đây không phải là giải pháp phù hợp cho mọi hoàn cảnh nhưng với sự tham gia tích cực, cả hai bên đều có thể nhận được những thành quả từ các chương trình điều chỉnh nhu cầu điện năng trên hệ thống lưới điện thông minh.

Theo: DDDN