by Các hệ thống lưới điện hiện hành hầu hết đang sử dụng công nghệ của những năm 1970. Tuy nhiên, với sự ra đời của các công nghệ sản xuất điện tiên tiến, cùng với các vấn đề về thiếu điện, mất cắp điện cũng như nhu cầu sử dụng điện tăng cao, đã dẫn tới yêu cầu về một mạng lưới điện hiện đại, đáp ứng được tất cả các yêu cầu của hộ tiêu thụ. Một lưới điện như vậy được gọi là lưới điện thông minh.
Lưới điện thông minh mang lại rất nhiều cải tiến như: tăng cường sự ổn định, độ tin cậy và hiệu năng của lưới điện, giảm thiểu mất mát trên đường dây tải điện. Các công nghệ hiện đại như cảm biến và đo lường, các thiết bị điện nâng cao được áp dụng để phát triển các tính năng của lưới điện. Trong bài báo này, các tính năng của lưới điện thông minh và công nghệ sử dụng tương ứng sẽ được thảo luận và đánh giá.
Giới thiệu về lưới điện thông minh
Khái niệm lưới điện nói chung đề cập tới tất cả hoặc một phần của lưới điện, nói một cách đơn giản đó là một cách thức để truyền tải và phân phối điện năng. Lưới điện phân phối điện từ các điểm phát điện tới người sử dụng. Mạng phân phối điện thực hiện chức năng phân phối thông qua hai hệ thống chính: hệ thống truyền dẫn và hệ thống phân phối. Các hệ thống truyền dẫn truyền tải điện từ các nhà máy điện tới các trạm phân phối, trong khi đó các hệ thống phân phối sẽ phân phối điện từ các trạm phân phối tới hộ tiêu dùng.
Lưới điện cũng bao gồm vô số các mạng khu vực cung cấp tài nguyên năng lượng tới các tải đáp ứng yêu cầu của một số ứng dụng đòi hỏi cấp điện ở xa, điện chất lượng cao hay bảo vệ các tải quan trọng.
Không có một định nghĩa chuẩn cho lưới điện thông minh, nhưng có thể hiểu đó là hệ thống lưới điện sử dụng công nghệ tiên tiến để tăng độ tin cậy và hiệu suất của lưới, kể từ khâu truyền tải cho tới khâu phân phối. Lưới điện thông minh mang đến một cơ sở hạ tầng phân phối điện tốt hơn so với lưới điện thông thường.
Các nhà máy điện và mạng lưới truyền tải điện hiện nay đã và đang ngày càng trở nên cũ kỹ, lạc hậu. Điều đó đồng nghĩa với việc rất khó để có thể quản lý và điều tiết các nhu cầu sử dụng điện năng. Nhu cầu sử dụng điện có thể giảm nhưng cũng có thể liên tục tăng cao. Một giải pháp có thể xem xét đến là xây dựng thêm các đường dây tải điện, nhưng như vậy thì các hệ thống cũ kỹ hiện có sẽ bị bỏ đi một cách lãng phí.
Bởi vậy, thay vì sử dụng một giải pháp mang tính tạm thời, cần phải tìm được một giải pháp tin cậy hơn và lâu dài hơn. Một giải pháp được xem là tối ưu nhất để hướng tới một hệ thống lưới điện thông minh là sử dụng các đồng hồ đo thông minh.
Vì sao cần một hệ thống lưới điện được hiện đại hóa?
Có 4 lí do chính dẫn đến nhu cầu phải hiện đại hóa lưới điện hiện nay, đó là:
- Cần phải nâng cao độ tin cậy, hiệu suất và độ an toàn cho lưới điện
- Cần phải cho phép phân tán việc sản xuất điện để các hộ tiêu dùng có thể vừa là khách hàng, vừa là nhà cung cấp (cung cấp cho các hộ tiêu dùng các công cụ tương tác để quản lý năng lượng sử dụng)
- Cần phải đa dạng hóa việc sử dụng năng lượng ở phía khác hàng, cho phép khách hàng lựa chọn nhà cung cấp (điện nhà máy, điện mặt trời, điện gió hay điện sinh học).
- Hiện đại hóa lưới điện giúp tăng cường GDP của một quốc gia nhờ tạo ra nhiều việc làm mới liên quan đến ngành công nghiệp tái tạo năng lượng, các thiết bị điện, pin mặt trời, máy phát điện tuabin gió…
Các mục tiêu của lưới điện thông minh
Lưới điện thông minh có 02 mục tiêu chính:
Mục tiêu thứ nhất: giám sát hệ thống truyền tải, bảo đảm những yêu cầu sau:
- Giám sát theo thời gian thực các điều kiện của lưới điện
- Cải thiện tính năng chẩn đoán tự động các nhiễu loạn trên lưới, hỗ trợ người vận hành trong việc xử lí các vấn đề phát sinh
- Tự động phản ứng với các lỗi trên lưới, cách ly vùng nhiễu loạn trên lưới nhằm ngăn chặn các lỗi lan truyền
- Có khả năng kết nối các nhà máy điện mới vào lưới theo mô hình “Plug & Play”, giảm thời gian cần thiết để nghiên cứu kết nối cũng như nâng cấp vật lý các thiết bị trong lưới
- Tự động khôi phục điện lưới nhờ kết hợp các cảm biến, phân tích trên máy tính và các thiết bị trạm điện cao cấp. Đồng thời có khả năng định tuyến lại đường truyền tải khi cần
- Nâng cao khả năng quản lý các nguồn năng lượng điện mặt trời và năng lượng điện gió
Mục tiêu thứ 2: quản lý tiêu thụ năng lượng điện
- Lưới điện thông minh ít nhất phải truyền tải được thông điệp tới người sử dụng hoặc đơn vị kinh doanh điện: điện năng rất đắt và không dễ truyền tải. Điều này có thể thực hiện dễ dàng thông qua các bộ hiện thị, qua trình duyệt web hoặc qua phần mềm trên máy tính. Mục tiêu là giúp khách hàng hiểu rõ tầm quan trọng của việc tiết kiệm điện.
- Tiếp theo là cho phép tự động giảm mức độ sử dụng điện năng của các hộ tiêu dùng khi chi phí điện tăng quá cao. Có thể quản lý được vấn đề này thông qua khả năng liên kết dữ liệu giữa các đồng hồ đo thông minh và các thiết bị gia dụng của hộ tiêu dùng.
- Lưới điện thông minh sẽ tự động phát hiện các lỗi trên đường dây tải điện, xác định chính xác thiết bị lỗi và hỗ trợ đưa ra các kế hoạch tối ưu để sửa chữa, khắc phục sự cố. Lưới điện thông minh còn có thể cách ly vùng bị lỗi khỏi các vùng lân cận để tránh gây tổn thất lớn trên hệ thống.
- Lưới điện thông minh sẽ giúp cho việc lắp đặt các hệ thống phân phối năng lượng dễ dàng hơn, ví dụ lắp đặt các tấm panel pin mặt trời trên mái nhà. Nó cũng cho phép đo lường toàn mạng lưới, cũng như quản lý kết nối của hàng triệu thiết bị trong toàn hệ thống điện.
Tập trung vào các công nghệ tiên tiến
Lưới điện thông minh được xây dựng và phát triển dựa trên sự phát triển của công nghệ thông tin và công nghệ truyền thông. Các công nghệ này được ứng dụng vào các quá trình chính của lưới điện: dây dẫn truyền tải và dây dẫn phân phối điện, các thiết bị đo tại nơi tiêu thụ điện, các thiết bị điện gia dụng của hộ tiêu dùng và các mạng hộ gia đình HAN (Home Area Networks).
Dây dẫn
Các dự án lưới điện thông minh tập trung vào dây dẫn điện sẽ hướng tới các mục tiêu:
• Các đường dây tải điện siêu dẫn nhiệt độ cao sẽ thay thế cho các đường dây tải điện cũ kỹ
• Dây dẫn điện mới có thể lắp đặt dưới lòng đất để không gây ảnh hưởng tới cảnh quan chung
• Các công nghệ cảm biến và điều khiển. Các công nghệ này cho phép báo cáo và giải quyết các sự cố của lưới theo thời gian thực.
• Các thiết bị điện tử thông minh dùng trong quá trình truyền tải và phân phối. Các thiết bị này giúp đưa ra cảnh báo, tự động phản ứng với các vấn đề và tích hợp vào các nguồn tài nguyên năng lượng tái tạo mới.
Cảm biến và đo lường
Nhiệm vụ cốt lõi của cảm biến và đo lường trong mạng lưới là đánh giá sự ổn định và trạng thái của lưới điện, theo dõi tình trạng hoạt động của các thiết bị, ngăn chặn hiện tượng lấy cắp điện và hỗ trợ các chiến lược quản lý, vận hành mạng lưới. Ngày nay, có rất nhiều công nghệ tiên tiến đã được sử dụng như: đồng hồ đo thông minh, hệ thống cảm biến, thiết bị đóng cắt nâng cao, Relay bảo vệ kỹ thuật số…Trong đó, đồng hồ đo thông minh đóng một vai trò hết sức quan trọng.
Trong đo lường thông minh, cơ sở hạ tầng đo lường nâng cao (AMI) của các đồng hồ đo và hệ thống truyền thông hai chiều sẽ hoạt động giống như một cổng tương tác giữa nhà cung cấp và hộ tiêu thụ. Đo lường thông minh có thể giúp giảm chi phí cho cả nhà cung cấp và người sử dụng điện.
Khi nhìn vào các đồng hồ đo điện hiện hành, ta sẽ thấy nó có các cơ cấu và con số hiển thị mang tính rất cơ khí. Một nhân viên của công ty điện lực sẽ đến đọc nó, xác định điện năng sử dụng trong tháng của bạn và cuối cùng đưa cho bạn một hóa đơn. Với các đồng hồ đo điện thông minh thì khác. Nó sử dụng công nghệ giám sát theo thời gian thực (RTM). Một màn hình hiển thị sẽ cho người dùng biết lượng điên năng mà mình sử dụng một cách chính xác và trực quan nhất.
Các thiết bị nâng cao
Sự cải tiến trong công nghệ siêu dẫn, lưu trữ, xác định lỗi, điện tử công suất và các thiết bị chẩn đoán đang làm thay đổi cơ bản khả năng và đặc tính của lưới điện. Nhờ sự phát triển trong nghiên cứu và phát triển, một loạt các thiết bị thông minh đã ra đời, mang đến sự đa dạng và phát triển cho lưới điện: dây cáp siêu dẫn nhiệt độ cao, các thiết bị lưu trữ và phân phối năng lượng điện, thiết bị dẫn composite, thiết bị gia dụng thông minh…Các thiết bị này đóng góp rất lớn vào sự hình thành và mở rộng của lưới điện thông minh.
Năng lượng tái tạo và lưới điện thông minh
Lưới điện thông minh có thể được xem như một nguồn năng lượng thay thế. Bên cạnh việc thay đổi lại tuyến cấp điện, lưới điện thông minh còn có khả năng lấp đầy khoảng trống của những nguồn năng lượng thay thế. Một cách thức để thực hiện điều này là sử dụng kết hợp cùng công nghệ dùng năng lượng thay thế - xe điện, đặc biệt là xe điện lai kiểu plug-in (PHEV). Trong trường hợp sử dụng cùng PHEV, lưới điện thông minh hoạt động dựa trên khái niệm lưu trữ năng lượng, hay còn gọi là V2G - xe cộ tới lưới điện. Nó sử dụng các nguồn năng lượng thay thế như năng lượng gió, năng lượng mặt trời để làm giảm sự phụ thuộc của quốc gia vào các nhiên liệu đốt, cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường do hoạt động của các nhà máy sản xuất điện.
KẾT LUẬN
Nguồn năng lượng chính mà loài người đang sử dụng là điện. Không có điện, sẽ không thể phát triển bất kỳ một công nghệ hay khoa học nào. Mặc dù vậy, có rất nhiều vấn đề liên quan tới hiệu quả sử dụng của lưới điện có thể gây rất thất thoát và khan hiếm điện trong tương lai. Các nguồn năng lượng tái tạo cũng đòi hỏi phải được ứng dụng bằng các cách thức hiệu quả và tối ưu. Bởi thế, để khai thác và sử dụng lưới điện một cách hiệu quả hơn, cần phải phát triển lưới điện thông minh trên toàn thế giới. Lưới điện thông minh chính là chìa khóa giúp vận hành lưới điện hiệu quả, tiết kiệm chi phí cho người sử dụng và giúp các công ty khai thác điện quản lý phân phối điện năng chính xác và phù hợp nhất.
*Theo www.electrical-engineering-portal.com
0 comments: