Mạng lưới điện thông minh (Smart Grid) là gì?

Mặc dù thực tế là thuật ngữ SMART GRID đã được sử dụng chính thức từ năm 2003 sau khi MT Burr xuất bản “Nhu cầu về độ tin cậy sẽ thúc đẩy đầu tư”, nhưng vẫn chưa được giải thích một cách thống nhất về khái niệm này. Trong thực tế thế giới, để xác định lưới điện thông minh, các thuộc tính hoặc đặc điểm của nó được sử dụng:

Việt Nam cần hơn 11.5 tỷ USD mỗi năm phát triển và nâng cấp nguồn, lưới điện từ nay tới 2030 và nhiều hơn ở những giai đoạn sau đó. Nhưng đây là kế hoạch dài hơi và cốt lõi để theo kịp xu hướng phát triển của xã hội số. Hãy tưởng tượng trong vài thập kỷ tới, hệ thống điện đáp ứng thế nào với nhu cầu sử dụng điện ngày càng gia tăng mà gần nhất là xu hướng sử dụng ô tô điện ngày càng nhiều?

I. Lưới điện thông minh (Smart Grid) là gì?

Có thể hiểu đơn giản mạng lưới điện thông minh là hệ thống giúp quản lý điện từ nơi sản xuất điện cho đến nơi tiêu thụ bằng cách kết hợp viễn thông (internet) và công nghệ (technology). Như vậy kế hoạch phát triển smart grid bao gồm:

• Nâng cấp mạng lưới điện hiện có;
• Tích hợp các thiết bị công nghệ cao vào vận hành, giám sát;
• Chuyển đổi quy trình quản lý sang hướng công nghệ giám sát + xử lý sự cố tự động và từ xa.

Có thể nói chất xúc tác mạnh mẽ cho sự phát triển của smart grid là việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo khiến cho con người không thể đoán trước được khả năng sản xuất điện, gây ra khó khăn cho việc điều tiết điện của hệ thống điện. Do đó mục đích của smart grid là giúp quản lý mạng lưới điện quốc gia, vùng tới địa bàn thôn xã một cách thông minh hơn, đảm bảo truyền tải điện hiệu quả hơn:

• Phục hồi điện nhanh hơn;
• Giảm chi phí vận hành và quản lý;
• Giảm nhu cầu tiêu thụ điện đỉnh điểm;
• Tăng  cường tích hợp các hệ thống năng lượng tái tạo quy mô lớn;
• Cải thiện an ninh…

Hiệu quả của việc triển khai smart grid không chỉ là phải giảm phát thải khí nhà kính, giảm tình trạng thiếu điện khi tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo mà còn phải đảm bảo sự thay đổi trong vai trò của người tiêu dùng, người cung cấp, cũng như điện dư thừa được tạo ra bởi các nguồn địa phương. Và lợi ích kinh tế quan trọng nhất của smart grid là với nhu cầu điện ngày càng tăng, vẫn không cần phải xây dựng thêm đường dây và nhà máy điện.

Thuật ngữ SMART GRID này lần đầu tiên được Massoud Amin và Bruce Wollenberg sử dụng trong ấn phẩm “Hướng tới lưới điện thông minh” vào năm 1998. Các ứng dụng đầu tiên là bộ điều khiển đặc biệt được thiết kế để vận hành và đồng bộ hóa các máy phát điện gió tự động với mạng điện. Sau đó, thuật ngữ này được sử dụng để chỉ các công tơ điện có vi xử lý, đánh giá thông tin một cách độc lập.

Dự án lớn đầu tiên trong mạng lưới điện thông minh có thể coi là dự án Telegestore của Ý, quy tụ 27.000.000 ngôi nhà sử dụng đồng hồ thông minh được kết nối qua mạng kỹ thuật số. Ý tưởng đằng sau dự án này là các thiết bị gia đình như điều hòa không khí, tủ lạnh và máy sưởi, theo đó mạng lưới có thể tự điều chỉnh mức độ vận hành để tránh thời gian tiêu thụ điện cao điểm.

Hoặc ví dụ khác như mạng lưới điện của Đan Mạch, một ngôi nhà sẽ được kết nối với nhiều nguồn điện. Nếu nguồn điện A gặp sự cố thì lập tức hệ thống sẽ báo cho người quản lý thay đổi sang sử dụng nguồn điện B dự phòng, đồng thời cử người xử lý sự cố ở nguồn A… Tất cả đều được quản lý bằng các thiết bị thông minh, thiết bị chuyên dụng, phần mềm chuyên dụng…

II. Các thành phần của lưới điện thông minh

1. Quản lý và giám sát diện rộng SCADA/DMS (Supervisory Control and Data Acquitsition/Distribution Management System): tổ hợp hệ thống giám sát theo thời gian thực giúp thu thập dữ liệu, điều khiển trên cơ sở dữ liệu thu thập được, thực hiện các bài toán quản lý lưới điện phân phối DMS (như tính ngăn mạch, trào lưu công suất, tối ưu hóa vận hành lưới điện …). Nó sẽ giúp đơn vị quản lý có được thông tin chính xác để đưa ra các quyết định kịp thời nhằm tránh sự cố, tăng độ tin cậy của lưới điện.
2. Giải pháp tích hợp công nghệ thông tin và truyền thông (Information and communications technology integration): Tập hợp các phần cứng (thiết bị máy chủ, chuyển mạch, thông tin liên lạc di động, vô tuyến, liên lạc qua đường dây điện…) và các phần mềm (ERP, quản lý tính cước và thông tin khách hàng – Billing & Customer Information System) giúp hỗ trợ trao đổi thông tin.
3. Hệ thống quản lý các nguồn năng lượng tái tạo (Renewable Energy System (RES) kết nối vào lưới điện, giúp phân tích, dự báo nhu cầu phụ tải cũng như khả năng đáp ứng của hệ thống để điều chỉnh lượng công suất điện một cách phù hợp. Hệ thống này sẽ giúp cân bằng giữa cung cấp, tiêu thụ thông qua tự động hóa cung cấp điện tái tạo.
4. Quản lý lưới điện phân phối (Distribution grid management): Tập hợp các thiết bị phần cứng (cảm biến đường dây, cảm biến trạm biến áp, trạm biến áp tự động…), phần mềm (Geographic information system (GIS), outage management system (OMS)….) nhằm tăng chất lượng điện, hạn chế mất điện cũng như giảm thời gian khắc phục sự cố.
5. Hạ tầng đo lường thông minh (Advanced metering infrastructure): Gồm các công tơ thông minh (smart meter), các phần cứng, hạ tầng viễn thông, hệ thống phần mềm (HES – Head End System, MDMS, Automated meter reading (AMR), Advanced Metering Infrastructure (AMI)…). Hệ thống này cung cấp cho các công ty cung cấp điện, khách hàng nhiều tiện ích nổi bật như: thu thập, lưu trữ, phân tích dữ liệu sử dụng điện theo thời gian thực, hỗ trợ biểu giá điện phức tạp theo thời gian, phân tích tải tiêu thụ, tăng hiệu quả thu cước, quản lý nợ…
6. Các hệ thống khách hàng (Customer-side systems): Phần cứng và phần mềm (Customer Relationship Management (CRM), Customer Information System (CIS), Customer Managerment Information System (CMIS)) giúp quản lý, phân tích sự tương tác với khách hàng,  cải thiện quan hệ kinh doanh.

III. So sánh lưới điện thông minh và lưới điện truyền thống

• Một sơ đồ hai chiều tích cực để tương tác trao đổi thông tin theo thời gian thực giữa tất cả người tham gia mạng lưới, từ nhà máy phát điện đến người tiêu dùng.
• Bao phủ toàn bộ chuỗi công nghệ của hệ thống từ các nhà máy điện, mạng lưới phân phối điện đến người tiêu dùng.
• Đảm bảo sự cân bằng được kiểm soát gần như liên tục giữa nhu cầu và khả năng đáp ứng điện.
• Lưới điện thông minh có thể tự bảo vệ và tự phục hồi một cách hiệu quả sau những sự cố lớn, thiên tai và các mối đe dọa từ bên ngoài.

Nhờ các công nghệ hiện đại, Lưới điện thông minh có thể được sử dụng ở cả quy mô tòa nhà, doanh nghiệp và cho các thiết bị điện gia dụng thông thường như tủ lạnh hoặc máy giặt.

Ảnh: EnergyAtlas, 2018