Lưới điện đã có nhiều thay đổi cho phép tích hợp điện từ các nguồn năng lượng phân tán (DER). Trong nền kinh tế điện mới đang nổi lên này, các nhà máy điện ảo (VPP) đang mở đường bằng cách cho thấy khả năng tập hợp điện năng từ các DER khác nhau và cung cấp một nền tảng hiệu quả cho giao dịch năng lượng.

Nhà máy điện ảo (VPP) là một mạng lưới các cơ sở phát điện phi tập trung, chẳng hạn như tuabin gió nhỏ, tấm pin mặt trời quang điện và các cơ sở phát điện tại chỗ khác, cũng như các hộ tiêu thụ điện linh hoạt và các hệ thống tích trữ bằng acquy.

VPP hoạt động từ xa để kết hợp một số nguồn năng lượng độc lập từ các địa điểm rời rạc thành một mạng lưới cung cấp điện đáng tin cậy 24 giờ một ngày. VPP khác với các nhà máy điện truyền thống ở chỗ chúng không chỉ dựa vào một nguồn điện tập trung mà kết hợp một số nguồn năng lượng tái tạo phân tán với năng lượng truyền thống. Tập hợp điện từ các nguồn năng lượng khác nhau có thể giúp đáp ứng mức tiêu thụ năng lượng tăng đột biến trong thời gian cao điểm; Công ty điện lực không cần phải xây dựng thêm các nhà máy điện để cân bằng cung-cầu vừa không hiệu quả, vừa không kinh tế.

Những thách thức chính trong các nhà máy điện ảo

Tích hợp các DER vào Lưới điện. Sự thâm nhập cao của các DER vào lưới điện có thể gây ra nhiều điều kiện bất lợi như điện áp thay đổi đột ngột và dòng công suất đảo chiều có thể gây mất ổn định lưới điện. Hầu hết các lưới điện phải được trang bị thêm để có thể tích hợp điện từ các DER, tăng công suất dung nạp và tối ưu hóa điện từ các DER. Các hộ tiêu thụ cũng cần có một phương cách thuận tiện để mua điện từ các nhà tập hợp DER với giá cả kinh tế.

Các thiết bị kiểm soát và theo dõi ở lề lưới điện, đặc biệt là những thiết bị liên quan đến các DER, là những vấn đề quan trọng. Các VPP cần có khả năng thu thập và xử lý dữ liệu từ lề lưới điện để các nhà điều hành biết điều gì sẽ xảy ra. Các thiết bị lề lưới điện, chẳng hạn như các bộ nghịch lưu, cần được theo dõi để tích hợp hệ thống tốt hơn và ngăn chặn sự mất ổn định của lưới điện.

Hệ thống quản lý nguồn năng lượng phân tán (DERMS) là một nền tảng phần mềm được sử dụng để quản lý một nhóm các tài sản nguồn năng lượng phân tán để cung cấp các dịch vụ lưới điện quan trọng và cân bằng cung-cầu, giúp các công ty điện lực đạt được các kết quả nhiệm vụ quan trọng.

Các VPP đòi hỏi các giải pháp liên lạc liền mạch để duy trì lưới điện ổn định. Các cổng IIoT (Internet vạn vật kết nối công nghiệp), với năng lực tính toán lớn và các giao diện truyền thông tích hợp, có thể giúp cung cấp nền tảng để thu thập và xử lý dữ liệu liền mạch. Dữ liệu thu được từ các bộ nghịch lưu, công tơ, máy biến áp và các thiết bị lề lưới điện khác có thể được gửi đến hệ thống quản lý DER để duy trì lưới điện ở trạng thái ổn định và đáp ứng nhu cầu năng lượng của khách hàng.

Ước tính công suất từ các nguồn năng lượng tái tạo. Yếu tố quan trọng đối với sự thành công của mô hình VPP là khả năng ước tính công suất cần thiết từ các nguồn năng lượng tái tạo để đáp ứng nhu cầu của các hộ tiêu thụ. Để có thể ước tính chính xác công suất phát ra, cần kết hợp dữ liệu từ các nhà tập hợp cũng như các công ty điện lực để có được bức tranh toàn cảnh về cung-cầu.

Khả năng cung cấp dự báo sản lượng điện phụ thuộc vào khả năng thu thập được nhiều giá trị tham số thời tiết (chẳng hạn như nhiệt độ môi trường xung quanh, độ ẩm tương đối và tốc độ gió), dữ liệu về sự hao mòn thiết bị tại hiện trường và hiệu suất chuyển đổi của các bộ nghịch lưu, v.v.

Có thể sử dụng giải pháp bao gồm cổng IIoT và các thiết bị đầu vào-đầu ra (I/O) từ xa để thu thập dữ liệu một cách an toàn từ các thiết bị lề lưới điện khác nhau, chẳng hạn như các trang trại quang điện mặt trời nằm ở những môi trường xa xôi và khắc nghiệt. Các nhà điều hành trang trại năng lượng mặt trời có thể truy cập tức thời những khối lượng dữ liệu khổng lồ từ các bộ nghịch lưu và các thiết bị theo dõi thời tiết, và sử dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) để dự báo chính xác công suất cần thiết từ các nguồn năng lượng tái tạo để có thể đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng của các hộ tiêu thụ.

Các cổng IIoT cho phép thu thập dữ liệu nhanh chóng và dễ dàng, ghi và xử lý dữ liệu hiệu quả cũng như đảm bảo kết nối dữ liệu.

Thực hiện và Quản lý các Chương trình Phản ứng theo Yêu cầu (DR). Tổng hợp năng lượng là cách tốt để kết nối các nhà sản xuất năng lượng với lưới điện sao cho năng lượng dư thừa sản xuất ra có thể bán lại cho lưới điện, giúp duy trì sự cân bằng cung-cầu. Để tránh lãng phí, năng lượng sản xuất dư thừa có thể được tích trữ trong acquy và chỉ được đưa lên lưới điện khi được yêu cầu, chẳng hạn như trong thời gian tiêu thụ cao điểm.

Một cách khác để bảo toàn năng lượng là chuyển đổi hoặc loại bỏ các đỉnh tiêu thụ năng lượng thông qua các chương trình DR, đặc biệt là trong các ứng dụng phụ tải lớn.

Theo dõi tiêu thụ điện năng là chìa khóa để duy trì cân bằng cung-cầu. Để cung cấp một nền tảng hiệu quả cho giao dịch năng lượng, các VPP đòi hỏi các giải pháp đo đếm tiên tiến. Các cổng IIoT, với năng lực giao tiếp và tính toán có sẵn và nhiều giao diện, có thể cho phép thực hiện các giải pháp đo đếm tiên tiến trong VPP, nhờ đó duy trì cân bằng cung-cầu.

VPP cung cấp cho người tiêu dùng kiêm sản xuất điện quyền trao đổi điện năng dư thừa với những người khác trong mạng lưới của họ hoặc bán lại cho lưới điện.

Các cổng IIoT được lắp đặt trong hệ thống năng lượng mặt trời có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu sản xuất và tiêu thụ năng lượng từ acquy và bộ nghịch lưu thông qua giao tiếp Modbus, sau đó truyền dữ liệu lên đám mây với nền tảng thu thập dữ liệu sẵn sàng chạy qua mạng không dây. Các cổng IIoT cho phép các công ty năng lượng mặt trời truy xuất dữ liệu liên quan đến tích trữ và tiêu thụ năng lượng mặt trời trong thời gian thực từ các địa điểm trải rộng trên một khu vực địa lý rộng lớn.

Phát huy lợi thế của khả năng kết nối IIoT thành các nhà máy điện ảo

Các công nghệ 4G-LTE và 5G đang giúp xây dựng các mạng lưới ổn định cho các VPP để chúng có thể kết nối với các địa điểm và tài sản vùng xa. Mặt khác, kết nối đám mây cho phép sử dụng các hệ thống quản lý năng lượng (EMS) dựa trên đám mây để quản lý tốt hơn các nguồn lực và duy trì cân bằng cung-cầu. Ngoài trang thiết bị đo, các VPP còn phụ thuộc nhiều vào công nghệ tính toán và truyền thông để tạo điều kiện thuận lợi cho việc mua điện suôn sẻ từ các DER và tích hợp điện năng vào lưới điện chính mà không gây nguy hiểm cho sự ổn định của lưới điện.

Biên dịch: Phạm Gia Đại

Các bài khác