Phát triển hệ thống điện thông minh [kỳ 4]: Sáng kiến của Ấn Độ

Phát triển hệ thống điện thông minh [kỳ 3]: Phương pháp tiếp cận của Hoa Kỳ Thuật ngữ lưới điện thông minh đã xuất hiện hơn một thập kỷ, nhưng việc triển khai thực tế vẫn còn hạn chế. Để phục vụ cho chương trình chuyển đổi năng lượng, hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0, Hoa Kỳ đang khẩn trương ứng dụng công nghệ mới để cải tạo lưới điện, nâng cao độ bền bỉ, dẻo dai và cho ra đời hệ thống lưới điện thông minh để đáp ứng nhiệm vụ trong tình hình mới.

Phát triển hệ thống điện thông minh [kỳ 2]: Lộ trình 25 năm của Malaysia Việc hiện đại hóa cơ sở hạ tầng sẽ đảm bảo năng suất, hiệu quả, độ tin cậy của mạng lưới cung cấp điện cho người dân, đồng thời hỗ trợ các hoạt động kinh doanh và phát triển kinh tế. Đó là mục tiêu được Tập đoàn Điện lực Quốc gia Malaysia Tenaga Nasional Berhad (TNB) đang âm thầm thực hiện. Cập nhật của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam về tính cấp thiết và 4 kế hoạch phát triển lưới điện thông minh ở Malaysia...

Phát triển hệ thống điện thông minh [kỳ 1]: Tính cấp thiết trong khu vực ASEAN Ngành năng lượng ASEAN đang ở điểm “bước ngoặt”, hay thời điểm tăng trưởng và thay đổi đáng kể trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Bởi vậy, nên ASEAN cần chuyển đổi số hóa càng nhanh càng tốt, nó rất quan trọng để đạt được mục tiêu khử cacbon, nâng lưới điện lên trạng thái số hóa và an toàn hơn... Trong kỳ 1 của chuyên đề này, chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam tổng hợp về hiệu quả đem lại cho ngành năng lượng nhờ số hóa trên thế giới nói chung, cũng như khu vực ASEAN nói riêng và năm bước số hóa lưới điện “tự phục hồi” theo kinh nghiệm của Malaysia.

Đôi nét về thị trường hệ thống lưới điện thông minh Ấn Độ:

Trong một thông điệp gửi tới các sinh viên tốt nghiệp đại học trên toàn thế giới (năm 2017), Bill Gates đã xác định năng lượng là một trong ba lĩnh vực mà ông sẽ xem xét nếu bản thân là sinh viên sắp tốt nghiệp. Điều này là do “tạo ra năng lượng sạch, giá cả phải chăng và đáng tin cậy sẽ là điều cần thiết để chống đói nghèo, biến đổi khí hậu”.

Và đúng như dự đoán, sự gia tăng sử dụng các nguồn năng lượng sạch và tái tạo đã được ghi nhận trên toàn cầu, tính đến tháng 3 năm 2021, 24% công suất phát điện của Ấn Độ là từ các nguồn năng lượng tái tạo, tương đương 91 GW (không bao gồm các trạm thủy điện) trong tổng số tổng cộng 377 GW. Con số này đã được thiết lập để đạt 175 GW vào năm 2022 và 450 GW vào năm 2030. Do đó, các ứng dụng của các nguồn năng lượng sạch cũng ngày càng phát triển với các ứng dụng không chỉ cho mục đích sử dụng trong sinh hoạt và công nghiệp mà còn trong các lĩnh vực sắp tới như xe điện.

Tuy nhiên, có những thách thức liên quan đến việc thích ứng với hoàn cảnh thay đổi. Lưới điện với tỷ lệ ngày càng tăng của các nguồn năng lượng tái tạo không liên tục và thay đổi đòi hỏi một loạt các công nghệ mới để ổn định lưới điện. Trong lưới điện mới, cần có rất nhiều điểm cung cấp năng lượng từ các nguồn tài nguyên phân tán trong khi trong lưới điện mà Ấn Độ vận hành đã hơn một thế kỷ, có nhiều nhà máy điện lớn với công suất phát điện có thể điều độ được. Các công nghệ mới như hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS), đáp ứng nhu cầu, công nghệ số, xe điện tích hợp lưới điện và lưới điện siêu nhỏ đang trở thành một thành phần thiết yếu của lưới điện xanh và thông minh mới.

Những thách thức khác bao gồm theo dõi phân tích sử dụng và quản lý năng lượng không hiệu quả, thiếu hệ thống giám sát thời gian thực cho lưới điện trung tâm để tránh mất điện và các tai nạn khác, lưới điện tự phục hồi, quản lý mất điện tự động, phục hồi điện nhanh hơn… Ấn Độ nhận thấy nhu cầu về điện ngày càng tăng và quá trình đô thị hóa tiếp tục ở các khu vực nông thôn với tỷ lệ sử dụng điện ngày càng nhiều, nhu cầu thay đổi cấu trúc lưới điện hiện tại để đáp ứng các yêu cầu mới là rất cần thiết.

Theo dự báo của hãng tư vấn Mỹ Marketsandmarkets: Thị trường mạng lưới điện thông minh của Ấn Độ ​​sẽ tăng trưởng với tốc độ hàng năm hơn 3% trong giai đoạn 2022 - 2027. Đại dịch Covid-19 không ảnh hưởng nhiều đến thị trường lưới điện thông minh Ấn Độ. Thậm chí, thiết bị mạng lưới thông minh (như đo đếm thông minh) không chỉ giúp giảm tổn thất, cải thiện hiệu suất vận hành và ổn định lưới điện mà còn tạo cơ hội tăng doanh thu để bù đắp tổn thất.

Về tốc độ tăng trưởng của thị trường, các yếu tố như tăng cường đầu tư và triển khai các công nghệ lưới điện thông minh như: Đồng hồ thông minh, bộ sạc EV và các công nghệ hạ tầng lưới điện thông minh liên quan khác dự kiến ​​sẽ thúc đẩy thị trường trong những năm tới.

Hơn nữa, ở Ấn Độ, xu hướng bổ sung thêm nhiều nguồn năng lượng tái tạo và lưới điện thông minh sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc tích hợp những nguồn này vào lưới điện truyền tải và phân phối. Tuy nhiên, một khoản đầu tư lớn cần thiết để thiết lập và hiện đại hóa mạng lưới phát điện, truyền tải, hoặc phân phối và đầu tư yếu kém của khu vực tư nhân có thể hạn chế thị trường lưới điện thông minh ở Ấn Độ trong giai đoạn dự báo.

Cơ sở hạ tầng đo lường nâng cao (AMI) dự kiến ​​sẽ chứng kiến ​​sự tăng trưởng đáng kể trong giai đoạn dự báo, do việc triển khai ngày càng nhiều công nghệ lưới điện thông minh trên toàn quốc. Ngành công nghiệp đo lường đã có những bước tiến nhanh chóng trong những năm gần đây bằng cách chuyển từ phương thức đọc công tơ tự động (AMR) sang đo lường thông minh, sử dụng giao tiếp hai chiều, nhờ đó mang lại lợi ích lớn hơn cho các công ty phân phối điện (DISCOMs), khách hàng và xã hội.

Cơ sở hạ tầng đo lường tiên tiến đang được Chính phủ Ấn Độ thúc đẩy nhằm để giảm lãng phí điện và giảm nhân viên ghi công tơ. Để thúc đẩy đồng hồ thông minh, Chính phủ đã bắt đầu “Chương trình quốc gia về đồng hồ thông minh”, dự kiến ​​sẽ là chương trình chung để mở rộng đồng hồ thông minh cho mọi hộ gia đình được sử dụng điện trong cả nước.

Sáng kiến nghiên cứu lưới điện thông minh của Ấn Độ:

Theo Vụ Khoa học và Công nghệ (DST) thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ Ấn Độ: Nhằm sớm hoàn thiện mạng lưới điện thông minh, Chính phủ Ấn Độ đã khởi xướng Sáng kiến nghiên cứu lưới điện thông minh (Smart Grids Research Initiative -SGRI) nhằm tạo ra “mạng lưới phân phối điện hoàn toàn tự động có thể đảm bảo dòng điện và thông tin hai chiều giữa lưới điện, các thiết bị và tất cả các điểm ở giữa”.

Sáng kiến SGRI là chuyển tiếp liền mạch từ mạng lưới điện tập trung hiện tại được cung cấp năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch sang các hệ thống phát điện phi tập trung được cung cấp từ năng lượng tái tạo. Sáng kiến này cũng nhằm mục đích tiến hành nghiên cứu, phát triển và trình diễn để thúc đẩy các đổi mới công nghệ khả thi về mặt kỹ thuật, mạnh mẽ và tiết kiệm chi phí, tạo điều kiện chia sẻ nhiều hơn năng lượng tái tạo trong hỗn hợp năng lượng tổng thể và phát triển các lộ trình nghiên cứu để cuối cùng cho phép sử dụng 100% lưới điện tái tạo. Dự kiến Ấn Độ ​​sẽ phát triển các công nghệ và phát triển các phương pháp có thể điều chỉnh theo nhu cầu của địa phương, cũng như toàn cầu thông qua việc thiết lập Trung tâm năng lượng sạch chung ảo ở chế độ tập đoàn.

Mục tiêu chính của sáng kiến SGRI là xây dựng hệ thống lưới và lưu trữ năng lượng thông minh (SEGS). DST phối hợp với Hội đồng nghiên cứu Vương quốc Anh (RCUK) do Hội đồng nghiên cứu khoa học vật lý và kỹ thuật (EPSRC) đứng đầu đang hướng tới tăng cường hợp tác giữa các tổ chức nghiên cứu của Anh và Ấn Độ. Đồng thời xác định lưới năng lượng thông minh và hệ thống năng lượng là lĩnh vực có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp các giải pháp cho vấn đề đáp ứng nhu cầu năng lượng trong tương lai. Các đề xuất nghiên cứu đã được hỗ trợ tập trung vào các lĩnh vực cụ thể là công nghệ lưu trữ phân tán phù hợp, bật/tắt hệ thống năng lượng lưới, mạng DC, điều khiển và truyền thông.

Sáng kiến SGRI sẽ tạo ra trung tâm ảo chung về năng lượng sạch. Hướng tới cam kết chung về năng lượng sạch dẫn đến nền kinh tế carbon thấp, DST và Anh đã cùng nhau thành lập Trung tâm năng lượng sạch chung ảo về năng lượng sạch. Các trung tâm ảo này sẽ tập trung vào việc tích hợp năng lượng sạch không liên tục với bộ lưu trữ để cung cấp điện ổn định tại lưới điện, cũng như các cộng đồng bị cô lập với lưới điện với tổng vốn đầu tư là 10 triệu bảng Anh. Các đối tác của Anh bao gồm các trung tâm SUPERGEN của Anh sẽ liên kết với các trung tâm học thuật hàng đầu ở Ấn Độ trong các lĩnh vực năng lượng mặt trời, lưu trữ năng lượng và mạng lưới. Các trung tâm được đề xuất sẽ hoạt động thông qua một tập đoàn của Anh được liên kết với hai tập đoàn của Ấn Độ hoạt động trong các lĩnh vực năng lượng mặt trời, lưu trữ năng lượng và mạng.

Ngoài hợp tác với Anh, Ấn Độ còn hợp tác với Hoa Kỳ để mở rộng Trung tâm nghiên cứu và phát triển năng lượng sạch chung Ấn - Mỹ (JCERDC) bằng cách tài trợ cho nghiên cứu mới trong hai lĩnh vực quan trọng để cải thiện độ tin cậy, tính linh hoạt và hiệu quả của hệ thống cung cấp điện - tức là lưới năng lượng thông minh và lưu trữ năng lượng.

Ấn Độ cũng hợp tác và nghiên cứu công nghiệp với Thụy Điển, đặc biệt là các dự án R&D ứng dụng tập trung vào việc đồng phát triển các công nghệ, dịch vụ, hoặc quy trình mới để giải quyết các thách thức trong bối cảnh lưới điện thông minh với tiềm năng thương mại hóa mạnh mẽ trong tương lai.

Sáng kiến chung giữa Ấn Độ và Liên minh châu Âu (EU) giúp Ấn Độ phát triển và chứng minh các giải pháp mới, tích hợp tất cả các vectơ năng lượng như điện, sưởi ấm, làm mát, nước, chất thải… bao gồm các khả năng do pin và xe điện mang lại, kết nối chúng với nhau và tối ưu hóa hoạt động chung với tỷ lệ tăng lên của năng lượng tái tạo và hiệu suất năng lượng cao hơn. Hệ thống được phát triển phải mạnh mẽ, có thể nhân rộng, có thể mở rộng, bền vững và tiết kiệm chi phí với chi phí bảo trì thấp.

Tiến độ lưới điện thông minh ở Ấn Độ:

Đã có những bước nhảy vọt về tiến bộ công nghệ để phát điện, nhưng quốc gia này vẫn chưa tiết kiệm được nhiều năng lượng. Tính đến năm 2016, ước tính khoảng cách trung bình giữa cung và cầu điện (nhu cầu cao điểm) là khoảng 14%. Tổn thất truyền tải và phân phối ước tính từ 26% đến 32%. Có một nhu cầu cấp thiết là làm cho các quy trình truyền tải và phân phối năng lượng hiệu quả hơn, với tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng trên khắp đất nước và đây là lúc công nghệ lưới điện thông minh phát huy tác dụng.

Vào tháng 5 năm 2015, Chính phủ Ấn Độ, trong một động thái đáng hoan nghênh nhằm thu hẹp khoảng cách này, đã khởi động Sứ mệnh Lưới điện Thông minh Quốc gia (NSGM) với kinh phí 135,1 triệu USD và hỗ trợ ngân sách 46,6 triệu USD. Các nhiệm vụ lưới điện thông minh cấp nhà nước và các tiện ích phân phối được tích hợp vào cấu trúc của NSGM và việc thiết lập cấu trúc này sẽ dẫn đến sự phối hợp dễ dàng hơn, nhanh hơn với các bên tham gia khác nhau trong chuỗi giá trị lưới điện thông minh, bao gồm các nhà hoạch định chính sách, nhà cung cấp tiện ích, nhà sản xuất linh kiện và nhà cung cấp giải pháp quản lý.

Theo Báo cáo thực trạng dự án của NSGM (tháng 1 năm 2021), 9 dự án thí điểm lưới điện thông minh (thuộc Đề án phát triển điện tích hợp) đã được hoàn thành, bao gồm thí điểm thành phố thông minh IIT Kanpur và các dự án khác liên quan đến các chức năng như Cơ sở hạ tầng đo lường tiên tiến (AMI), Quản lý mất điện hệ thống (OMS) và một số dự án khác.

Nếu Ấn Độ muốn đạt được sự tinh vi như mạng lưới điện thông minh của Trung Quốc, thì những khoảng trống đáng kể cần phải được lấp đầy bằng công nghệ bản địa. Ngoài ra, sự thiếu cơ chế theo dõi và phản hồi trực tiếp của khách hàng, lực lượng lao động lành nghề trong chuỗi giá trị và triển khai hiệu quả là một số vấn đề những khoảng trống cần được lấp đầy, từ đó mở ra những cơ hội rõ ràng cho các công ty khởi nghiệp hoạt động trong lĩnh vực này.

Diễn đàn Lưới điện Thông minh Ấn Độ (ISGF) được Bộ Điện lực (MoP) thành lập vào năm 2011 như một sáng kiến đối tác công - tư, với nhiệm vụ hỗ trợ Chính phủ, các công ty điện lực, cơ quan quản lý về các chính sách và chương trình nhằm thúc đẩy lưới điện thông minh ở Ấn Độ.

Theo Reji Kumar Pillai - Chủ tịch ISGF: “Mặc dù Ấn Độ đã bắt đầu với các dự án thí điểm lưới điện thông minh từ năm 2013, nhưng vẫn còn một chặng đường dài phía trước vì các công ty phân phối thuộc sở hữu nhà nước đang phải vật lộn với việc mở rộng lưới điện đến các vùng nông thôn để tiếp cận năng lượng, giảm tổn thất và các ưu tiên khác. Giờ đây, Ấn Độ đã điện khí hóa tất cả các ngôi làng và kết nối 99% hộ gia đình trong cả nước, ưu tiên là chuyển sang nguồn cung cấp đáng tin cậy 24/7 trên khắp Ấn Độ và việc cạnh tranh bán lẻ cũng là điều Ấn Độ phải đối mặt. Ngoài ra, mục tiêu đầy tham vọng của Ấn Độ là 450 GW năng lượng tái tạo vào năm 2030 sẽ cần tới hệ thống lưu trữ năng lượng và công nghệ kỹ thuật số, bao gồm công tơ thông minh để vận hành lưới điện hiệu quả. Đại dịch đã thúc đẩy các tiện ích bắt đầu số hóa nhanh chóng và chúng tôi coi đây là xu hướng không thể đảo ngược. Do đó, cơ hội cho sự đổi mới trong lĩnh vực này là rất lớn trong những năm tới”.

Ấn Độ đã có những bước tiến lớn với các biện pháp chính sách được thiết lập để mang lại sự thay đổi của hệ thống điện. Có nhiều chính sách và sáng kiến về vấn đề này. Năm 2019, Chính phủ đã phân bổ 911,4 triệu USD cho Sứ mệnh thành phố thông minh, nhiều hơn khoảng 7% so với năm 2018. Việc triển khai đồng hồ đo điện thông minh trên toàn quốc của Ấn Độ, nhằm hỗ trợ các tiện ích đang gặp khó khăn và tăng cường cung cấp điện đáng tin cậy - Bộ trưởng Năng lượng Sanjiv Nandan Sahai cho biết: Chi phí đầu tư là khoảng 21 tỷ USD.

Việc Chính phủ Ấn Độ tăng cường đầu tư cùng với các công ty tư nhân cho thấy niềm tin lâu dài của hệ sinh thái vào lưới điện thông minh, cũng như đổi mới năng lượng của quốc gia trên tỷ dân này và cũng là cách làm mà nhiều nước có thể học hỏi.

Đón đọc kỳ tới...

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

(THEO: UNESCAP/EWO/MIC/DQINDIA - 5/2023)

Link tham khảo:

1/ https://www.iitk.ac.in/npsc/Papers/NPSC2014/1569993451.pdf

2/ https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772783122000103

3/ https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/smart-grid-market-208777577.html

4/ https://www.dqindia.com/smart-grid-tech-dark-horse-indias-smart-city-race/