Đăng ký thành viên

Hiện đại hóa lưới điện với điện toán và AI lề lưới điện thế hệ tiếp theo

Các cải tiến phần mềm từ thế giới công nghệ thông tin – như ảo hóa, điện toán lề lưới điện và trí tuệ nhân tạo (AI) – có thể đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng thách thức về tăng trưởng nhu cầu năng lượng (Ảnh st)

Những cải tiến về ảo hóa, điện toán lề lưới điện và AI lề lưới điện đang giúp các công ty điện lực đạt được những lợi ích đáng kể.

600GW. Đó là công suất điện mặt trời mới mà các công ty điện lực châu Âu cần bổ sung vào năm 2030 để đáp ứng các mục tiêu của REPowerEU⁽¹⁾ về độc lập năng lượng – và điện mặt trời chỉ là một phần của bức tranh ngành điện. Các công ty điện lực cũng có kế hoạch bổ sung hàng trăm GW công suất điện gió trên bờ và ngoài khơi, và chuẩn bị cho hàng triệu xe điện (EV) mới, máy bơm nhiệt và các công nghệ hộ tiêu thụ xanh mới nổi khác.

  Trong khi đó, châu Âu cũng phải đối mặt với nhu cầu năng lượng tăng trưởng bùng nổ đang diễn ra, đặc biệt là đối với các công nghệ mới nổi như AI tạo sinh⁽²⁾ (genAI), đang tiêu thụ một phần điện năng ngày càng lớn trên thế giới.

Để đáp ứng những thách thức này, EU đang đầu tư hàng nghìn tỷ Euro để đưa các nguồn năng lượng tái tạo mới vào vận hành. Nhưng chúng cũng phải trở nên hiệu quả hơn nhiều trong cách truyền tải điện và quản lý cũng như vận hành lưới điện.

Quá trình chuyển dịch năng lượng diễn ra thành công tại các trạm phân phối, nơi các công ty điện lực đang hình dung lại công nghệ trạm biến áp từ đầu (Ảnh st)

Quá trình chuyển dịch năng lượng này hiện đang diễn ra trong các trạm phân phối, nơi các công ty điện lực đang hình dung lại công nghệ trạm biến áp từ đầu. Khi làm điều đó, nhiều người nhận thấy rằng các cải tiến phần mềm từ thế giới công nghệ thông tin – như ảo hóa, điện toán lề lưới điện và trí tuệ nhân tạo (AI) – có thể đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng thách thức này. Và họ đang chuyển sang các công ty dẫn đầu về chuyển đổi số như VMware (Mỹ) để hỗ trợ thực hiện mục tiêu này.

Thách thức về năng lượng đang hiển hiện trước mắt

Nếu chỉ là vấn đề bổ sung thêm nhiều trạm biến áp hơn, việc nâng cấp lưới điện là đã đủ khó khăn. Nhưng việc điều hướng các nguồn lực tái tạo mới đang đưa vào sử dụng, cùng với sự tăng trưởng bùng nổ của xe điện và năng lượng mặt trời hộ sinh hoạt, đòi hỏi một cách tiếp cận hoàn toàn khác đối với truyền tải điện.

Các lưới điện hiện có có thiết kế như các cơ sở hạ tầng một chiều truyền năng lượng từ các tổ máy phát điện đi tới các hộ tiêu thụ. Tuy nhiên, trong thế giới mới nổi của các nguồn năng lượng phân tán - nơi mà điện có thể phát ra từ hàng trăm vị trí lề lưới điện, các trạm sạc EV nằm dọc mọi xa lộ và hàng triệu hộ sinh hoạt trở thành nhà sản xuất năng lượng ròng - cách tiếp cận đó sẽ không hiệu quả. Hiện nay, lưới điện phải hoạt động giống như một mạng mắt lưới đa hướng hơn. Ngoài ra, phải quản lý một cách thông minh các nguồn lực như gió và mặt trời có tính chu kỳ, tạo ra các đỉnh và đáy về công suất.

Các xu hướng này tạo ra một cơn bão hoàn hảo đối với các công ty điện lực. Ngoài việc nhanh chóng xây dựng các trạm biến áp mới, họ cần phải cải tạo các trạm hiện có, bổ sung các công cụ để theo dõi và quản lý công nghệ vận hành (OT) từ lề lưới điện. Nhưng có nhiều rào cản đáng kể cản trở trên đường:

• Công nghệ đang lão hóa, tập trung vào phần cứng: Hầu hết các trạm biến áp vẫn chạy trên thiết bị điện cơ cũ, một số trong đó đã có từ nhiều thập kỷ trước. Ngay cả khi sử dụng các bộ vi xử lý mới hơn, các chức năng OT như bảo vệ, tự động hóa và điều khiển (PAC) vẫn yêu cầu phần cứng độc quyền chuyên dụng. Do đó, các công ty điện lực có ít sự linh hoạt để tiến hóa các tính năng và năng lực trong các trạm biến áp có sẵn.
• Vận hành chậm, kém hiệu quả: Vận hành và bảo trì trạm biến áp cũng đặt ra nhiều thách thức. Các khoang thiết bị đang lão hóa chật kín trong các trạm phân phối đòi hỏi những lượng lớn hệ thống dây điện phức tạp (nhiều khi nguy hiểm), nhân công và chi phí tốn kém. Điều này đòi hỏi chuyên môn thực hành tại mọi địa điểm phân phối, khiến việc mở rộng công suất trở thành một đề xuất chậm chạp và tốn kém.
• Thiếu trí tuệ dựa trên dữ liệu: Thách thức trong việc quản lý hiệu quả các dòng công suất đa hướng không phải là không thể vượt qua. Các thuật toán AI và học máy (ML) hiện đại có nhiều năng lực tối ưu hóa hơn, nếu không muốn nói là tự động hóa hoàn toàn quy trình này. Tuy nhiên, để áp dụng khoa học dữ liệu hiện đại, các công ty điện lực cần có khả năng hiển thị dữ liệu trạm biến áp. Hiện nay, phần lớn dữ liệu bị khóa trong các vách ngăn thiết bị cũ, khiến việc thu thập số liệu thống kê về tình trạng và tính năng của trạm biến áp trở nên khó khăn, chưa nói đến việc phân tích và hành động dựa trên dữ liệu cục bộ đó.

Các công ty điện lực sẽ rất khó khăn trong việc đáp ứng các nhu cầu năng lượng của ngày mai bằng công nghệ của ngày hôm qua. Họ phải hiện đại hóa lưới điện.

Hiện đại hóa các trạm biến áp

Các công ty điện lực đang có những bước tiến lớn trong việc vượt qua những thách thức này để tái hiện OT của trạm biến áp (Ảnh st)

Các phương pháp tiếp cận phần mềm hiện đại có thể mở khóa tiềm năng của dữ liệu cảm biến phân tán để mở rộng công suất, tối ưu hóa các hoạt động và áp dụng suy luận AI trên toàn bộ lưới điện. Nhưng việc đưa các phương pháp tiếp cận công nghệ thông tin hiện đại vào môi trường OT cũ thì “nói dễ hơn làm.” Hầu hết các trạm này có thiết kế cho các môi trường trung tâm dữ liệu và doanh nghiệp chứ không phải cho hàng chục nghìn trạm biến áp phân tán, vì vậy, nhiều trạm có kết nối không đáng tin cậy và không có nhân viên tại chỗ.

Ngày nay, các công ty điện lực đang có những bước tiến lớn trong việc vượt qua những thách thức này để hình dung lại OT trạm biến áp. VMware đang làm việc với các nhóm như Edge for Smart Secondary Substation Alliance (Liên minh lề dùng cho trạm biến áp thứ cấp thông minh - E4S) để khiến cho việc triển khai ảo hóa, điện toán lề và các cải tiến AI lề trên khắp lưới điện trở nên dễ dàng hơn

Bằng cách ảo hóa PAC và các ứng dụng phân tán khác, cũng như hợp nhất khối lượng công việc trên các máy chủ thương mại có sẵn, các công ty điện lực có thể nhận được những lợi ích đáng kể – bao gồm thời gian triển khai nhanh hơn và chi phí thấp hơn.

Đối với các trạm biến áp triển khai “trên vị trí mới”, một số công ty điện lực đã cắt giảm một nửa chi phí xây dựng và giảm 85% các chi phí bảo trì đang thực hiện. Bằng cách áp dụng các phương pháp tiếp cận hiện đại do phần mềm điều khiển, các công ty điện lực cũng có thể:

• Đẩy nhanh việc triển khai bằng cách sử dụng mặt bằng OT nhỏ hơn, đã tiêu chuẩn hóa trên hàng nghìn trạm biến áp vùng xa
• Thay thế nhiều khoang lộ thiết bị cũ bằng một máy chủ duy nhất, nhờ đó giảm số lượng thiết bị cần triển khai và bảo trì tại hiện trường
• Sử dụng các ứng dụng tiện ích thế hệ tiếp theo – như cân bằng thông minh dòng năng lượng, đo đếm thông minh và bảo trì tiên đoán – để tối ưu hóa dòng điện và tối đa hóa hiệu quả
• Giải phóng sự đổi mới bằng cách bổ sung các năng lực phần mềm tốt nhất trong hệ sinh thái các nhà cung cấp đang tăng trưởng nhanh chóng, đồng thời sử dụng cùng một phần cứng và hoạt động nhất quán
• Tăng sự linh hoạt để cập nhật các tính năng và năng lực của thiết bị trạm biến áp thông qua các bản cập nhật phần mềm, thay vì phải hoán đổi phần cứng
• Liên tục tối ưu hóa vận hành lưới điện bằng cách thu thập và đưa dữ liệu vào các công cụ phân tích, mô hình suy luận AI và hệ thống quản lý phân phối tiên tiến.

Giải phóng trí tuệ điện toán lề lưới điện

Ảo hóa thiết bị phân tán chỉ là bước đầu tiên. Đáp ứng yêu cầu năng lượng của ngày mai cũng đòi hỏi trí thông minh phân tán. Điều đó có nghĩa là đưa phân tích thời gian thực và ra quyết định đến hàng nghìn địa điểm vùng xa, nhiều địa điểm có kết nối không đáng tin cậy và ít hoặc không có hỗ trợ tại chỗ.

Nền tảng Ngăn xếp Edge Compute của VMware

Nền tảng Ngăn xếp Edge Compute của VMware (Ảnh st)

Nền tảng Edge Compute Stack của Vmware cung cấp khả năng thực thi thời gian thực tối ưu cho lưới điện, đồng thời hỗ trợ điều phối hiệu quả, giúp quản lý dễ dàng các ứng dụng và hạ tầng lưới điện ở quy mô lớn.

Bằng cách sử dụng phần mềm theo dõi máy ảo mà các doanh nghiệp trên toàn thế giới tin tưởng, các công ty điện lực có thể hỗ trợ cùng khối lượng công việc AI/ML và năng lực phần mềm như bất kỳ trung tâm dữ liệu nào khác. Với khả năng tự động phân bổ tài nguyên tính toán cho từng địa điểm, nền tảng Edge Compute Stack còn cho phép mở rộng các năng lực này đến tận các trạm biến áp ở vùng xa.

Nền tảng Ngăn xếp Edge Compute của VMware cung cấp:

• Tính linh hoạt của mặt phẳng điều khiển: Các công ty điện lực có thể đẩy các chức năng của hệ thống điều khiển ra khỏi lề lưới điện để cho phép ra quyết định AI/ML cục bộ theo thời gian thực, đồng thời quản lý hàng nghìn thiết bị lề lưới điện từ một vị trí tập trung.
• Hoạt động không chạm: Thay vì đẩy các cấu hình ra khỏi lề lưới điện với bộ điều khiển tập trung (một vấn đề đối với các địa điểm ở xa có kết nối kém), nền tảng Edge Compute Stack điều phối dựa trên phương thức kéo⁽³⁾. Bằng cách sử dụng các kỹ thuật cơ sở hạ tầng dưới dạng mã⁽⁴⁾, các công ty điện lực có thể xác định một mẫu trạng thái cuối cho các trạm biến áp.
• Tối ưu hóa OT: Các công ty điện lực có thể sử dụng các phương pháp GitOps⁽⁵⁾ hiện đại để quản lý hàng nghìn nút lề lưới điện ở quy mô lớn, nhưng theo cách tối ưu hóa cho các môi trường OT có điều kiện vận hành khắc nghiệt và kết nối mạng không đáng tin cậy.

Hiện nay, các công ty điện lực có thể thu thập nhiều dữ liệu hơn từ nhiều nguồn hơn và áp dụng trí tuệ AI/ML để tác động lên dữ liệu tại lề lưới điện – đẩy nhanh các triển khai trạm biến áp và tối ưu hóa dòng điện cho một lưới điện đa hướng. Trong khi đó, bằng cách phân tích dữ liệu trạm biến áp và đánh dấu các vấn đề tiềm ẩn, các công ty điện lực có thể thực hiện bảo trì chủ động, tránh các sự cố thảm khốc và kéo dài tuổi thọ của thiết bị trạm biến áp.

REPowerEU (1): Kế hoạch của Ủy ban Châu Âu nhằm chấm dứt sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch của Nga trước năm 2030 

(2) AI tạo sinh: loại hệ thống AI có khả năng tạo ra văn bản, hình ảnh hoặc các phương tiện truyền thông khác dựa trên các lệnh nhắc

(3) Điều phối dựa trên phương thức kéo: Hệ thống hoặc thành phần nào đó chủ động yêu cầu hoặc "kéo" dữ liệu hoặc nguồn lực từ một nguồn, thay vì được "đẩy" tới.

(4) Kỹ thuật cơ sở hạ tầng dưới dạng mã: Phương pháp quản lý hạ tầng công nghệ, trong đó hạ tầng (như máy chủ, mạng, lưu trữ) được định nghĩa và quản lý thông qua mã lập trình thay vì thao tác thủ công.

(5) Phương pháp GitOps: là một phương pháp quản lý và triển khai hạ tầng và ứng dụng sử dụng Git làm nguồn chính để lưu trữ và quản lý cấu hình

Biên dịch: Chu Thanh Hải

Theo “smart-energy”, số tháng 10/2024