Đăng ký thành viên

Tự động hóa phân phối do trí tuệ nhân tạo thúc đẩy đang mở đường tới một hệ thống điện phản ứng nhanh hơn.

Việc bổ sung hạ tầng truyền tải điện mất nhiều thời gian (Ảnh st)

Kể từ khi Nhà máy điện Pearl Street của Công ty Edison (Mỹ) đi vào hoạt động, việc cân bằng sản lượng điện phát ra với phụ tải biến động của khách hàng đã trở thành một thách thức. Đây là sự cân bằng tinh tế đòi hỏi phải theo dõi và điều chỉnh liên tục. Quá nhiều điện phát ra có nghĩa là lãng phí điện và mất tiền. Không đủ điện thì hệ thống trở nên không ổn định. Tình trạng này cần một giải pháp năng động, nhưng nó chỉ trở nên khó khăn hơn khi chúng ta chuyển dịch sang năng lượng sạch. Ngoài ra, các sự kiện thời tiết cực đoan không giúp ích gì, chúng còn tác động nghiêm trọng đến hệ thống điện.

Đây là những lời nhắc nhở liên tục rằng cần nâng cấp cơ sở hạ tầng đang lão hóa của lưới điện, nhưng việc này tốn kém và chậm chạp. Tại Mỹ, hơn 70% các đường dây truyền tải đã hơn 25 năm tuổi, một số đã đạt đến tuổi đời 100 năm. Năm 2024, chỉ có khoảng 201km đường dây truyền tải được bổ sung. Độ tuổi trung bình của các máy biến áp điện lực tại Mỹ là khoảng 40 năm, điều này không tốt khi xét đến tuổi thọ của chúng chỉ khoảng 25 năm. Điểm mấu chốt ở đây là lưới điện đã xây dựng từ rất lâu rồi, vào thời điểm và địa điểm không còn tồn tại nữa. Ngoài ra, việc xây dựng các đường dây truyền tải này là theo các tiêu chuẩn đã lỗi thời, không còn phù hợp với hệ sinh thái năng lượng hiện nay.

Tại Mỹ, hơn 70% đường dây truyền tải đã hơn 25 năm tuổi, một số đã đạt đến độ tuổi 100 năm (Ảnh st)

Đã vậy, vào những năm 1960, chất lượng điện đơn giản chỉ là giữ cho đèn sáng, nhưng trong thế giới kết nối ngày nay, ngay cả một thăng giáng điện trung bình cũng khiến khách hàng của chúng ta tốn rất nhiều tiền. Thuật ngữ “sau công tơ" (behind-the-meter - BTM) không có ý nghĩa gì vào những năm 1970, nhưng trong hệ thống điện hiện đại của chúng ta, phân khúc BTM là một phần không thể thiếu của hệ thống cung cấp điện. Vào những năm 1980, những cơn bão 100 năm còn là những cơn bão hiếm, nhưng ngày nay chúng trở nên phổ biến và những cơn bão 500 năm đang xảy ra thường xuyên hơn.

Đâu chỉ có thế, trong nhiều thập kỷ, nhu cầu điện tương đối ổn định và sau đó các trung tâm dữ liệu quy mô siêu lớn đã bắt đầu ra đòn. Năm 2024, EIA (Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ) đã công bố rằng mức tiêu thụ điện tăng khoảng 2% mỗi năm và sẽ tiếp tục tăng với tốc độ đó trong 25 năm tới. Con số đó có vẻ không nhiều, nhưng tốc độ tăng trưởng hàng năm 2% tương đương với mức tăng tiêu thụ 50% trong 25 năm đó. Tuy nhiên, vẫn có các giải pháp công nghệ giải quyết những vấn đề này.

Đã đến lúc cần có một cách tiếp cận mới

AI đang định hình lại hệ thống cung cấp điện (Ảnh st)

Adnan Chaudhry, chuyên gia về lưới điện số của Công ty Siemens Energy (Mỹ) đã đưa ra một số bình luận thú vị về cách AI đang định hình lại hệ thống cung cấp điện. Lưới điện “cần số hóa toàn diện từ đầu đến cuối” và trí tuệ nhân tạo (AI) chính là chất xúc tác giúp điều đó xảy ra.

Việc bổ sung chức năng của AI vào các ứng dụng lưới điện thông minh như AMI (cơ sở hạ tầng đo lường tiên tiến), lưới điện siêu nhỏ cộng đồng và các VPP (nhà máy điện ảo) đã chứng minh là một sự bổ sung hiệu quả cho cuộc chiến cân bằng cung-cầu. AI giúp chế ngự dòng thác dữ liệu từ hàng triệu công tơ của khách hàng và giúp quản lý các loại DER (nguồn năng lượng phân tán). AI cho phép tổng hợp tất cả các DER quy mô nhỏ đó thành một nguồn lực quy mô điện lực, giải quyết trực tiếp các vấn đề cung-cầu mà chúng ta đang phải đối mặt.

Khi năm 2024 kết thúc, ước tính có khoảng 55GW các DER nằm ở phân khúc BTM và chúng chủ yếu là các hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời trên mái nhà nhỏ. Công suất 55GW có nghĩa là có rất nhiều DER. Do báo động về tiêu thụ của EIA, hiện nay người ta quan tâm rất nhiều đến việc khai thác lượng lớn các DER chưa được tận dụng này, điều này sẽ góp phần đáng kể trong việc giải quyết bài toán cung – cầu điện. Hãy nhớ rằng, không thể quản lý số lượng các DER khổng lồ này là không thể nếu không có AI.

Nói về các con số, hãy nhớ đến định lý hình học cũ, "Liệu tổng thể có lớn hơn tổng các phần riêng lẻ?". Trong trường hợp này, các phần riêng lẻ đó là các AI lưới điện siêu nhỏ, các VPP AI và AMI AI, nhưng nó đòi hỏi một công nghệ tiên tiến hơn. Nó phải là thể loại do AI thúc đẩy, là AI sáng tạo nhất. Nó sử dụng AI làm lực lượng chủ đạo đằng sau chức năng của hệ thống. Ngoài ra, còn có một thành phần khác cần thiết cho "tổng thể này,” và đó là tự động hóa phân phối do AI thúc đẩy. Nó giữ cho tất cả các thành phần khác hoạt động cùng nhau. Trước khi đi sâu hơn vào tự động hóa phân phối do AI thúc đẩy, chúng ta hãy xem xét lại một số điều cơ bản liên quan đến gói tự động hóa phân phối tiêu chuẩn.

Quản lý sự phức tạp

Khi độ phức tạp của các hệ thống tự động hóa phân phối tăng lên, thì số lượng dữ liệu lớn cũng tăng theo (Ảnh st)

Các hệ thống tự động hóa phân phối thông thường đã cho phép các công ty điện lực kiểm soát và theo dõi từ xa sự hoạt động của các hệ thống phân phối của họ trong nhiều năm. Các hệ thống sớm nhất bị hạn chế về khả năng so với các chương trình hiện đại. Chúng bị căng ra đến giới hạn của chúng khi cố gắng đáp ứng các yêu cầu luôn thay đổi của hệ thống điện. Ngoài ra, phản ứng theo thời gian thực đối với các thay đổi của lưới điện còn ít. Việc đưa vào áp dụng các công nghệ lưới điện thông minh đã mang lại sự kết nối và dữ liệu lớn, giúp cải thiện nhận thức về hệ thống điện.

Khi độ phức tạp của các hệ thống tự động hóa phân phối tăng lên, thì các đại lượng dữ liệu lớn cũng tăng theo và tính thân thiện với người dùng đã giảm xuống đáng kể. Các hình thức đầu tiên của học máy đã được đưa vào áp dụng và chúng đã trở thành một công cụ thay đổi cuộc chơi thực sự. Ngày nay, nhiều hình thức AI tinh vi hơn đã trở nên phổ biến và tự động hóa phân phối đã phát triển mạnh mẽ. Công ty nghiên cứu MarkertsandMarkets, dự đoán thị trường tự động hóa phân phối toàn cầu sẽ tăng trưởng từ mức ước tính 20,56 tỷ USD vào năm 2025 lên 40,40 tỷ USD vào năm 2030. Họ lưu ý rằng thị trường tự động hóa phân phối toàn cầu đang mở rộng do sự chuyển đổi toàn cầu sang hiện đại hóa lưới điện.

Đã có các câu trả lời ở đó

Nhìn sâu hơn một chút vào chức năng do AI thúc đẩy như khi áp dụng vào tự động hóa phân phối cho thấy nó đã cách mạng hóa việc ra quyết định, khả năng thích ứng và thông tin chi tiết được dữ liệu thúc đẩy và đó mới chỉ là một số tính năng. Một trong những điểm mạnh của tự động hóa phân phối do AI thúc đẩy là phân tích dữ liệu lớn và sử dụng nó để dự báo và tiên đoán. Nó cũng đã cải thiện khả năng chọc thủng các hàng rào phân cách các kho dữ liệu bị chia cắt để khai thác những thông tin trước đây chưa thể tiếp cận.

Nó có thể mang lại cho nhóm quy hoạch ngành điện ngày nay lợi thế của việc biết các hình mẫu thời tiết và khả năng chuyển đổi thông qua dữ liệu lịch sử. Việc bảo trì và các hoạt động giờ đây có thể liên kết với thông tin về tần suất một mạch phân phối bị quá tải theo thời gian thực. Thực vậy, các hệ thống tự động hóa phân phối do AI thúc đẩy có thể khai thác nhiều cơ sở dữ liệu có sẵn khác nhau sử dụng chung vì quá phức tạp đối với việc khai thác dữ liệu thủ công, và chỉ chạm đến bề mặt.

Một tính năng cuối cùng trước khi tiến lên. Chạm chập xảy ra ngay cả với các mạch phân phối có thiết kế tốt nhất, nhưng tự động hóa phân phối do AI thúc đẩy cung cấp khả năng phát hiện nhanh chạm chập, nhận dạng và khôi phục hệ thống nhanh chóng, điều này rất quan trọng đối với khách hàng. Các tính năng này và nhiều tính năng khác đã được phát triển để cải thiện hệ thống cung cấp điện và chúng ta sẽ khám phá thêm về chúng sau, nhưng hiện tại chủ đề đang được đề cập là hỗ trợ cung-cầu. Điều này đưa chúng ta trở lại với vô số gigawatt BTM có thể trở thành các VPP (nhà máy điện ảo) do AI thúc đẩy.

Cần có sự linh hoạt

Việc tổng hợp các nguồn lực BTM đã trở nên quen thuộc với các bên thứ ba và các công ty điện lực từ nhiều năm nay, nhưng cách tiếp cận này có phần khác biệt. Tuy nhiên, tự động hóa phân phối do AI thúc đẩy, kết hợp với hạ tầng đo đếm tiên tiến (AMI), và công nghệ nhà máy điện ảo (VPP) cũng do AI hỗ trợ, đang cung cấp cho lưới điện một nguồn cung điện linh hoạt. Nó cung cấp một phản ứng nhanh với các biến động trong việc cân bằng cung và cầu điện. Điều đó làm giảm nguy cơ mất điện và giảm sự mất ổn định điện áp và cung cấp khả năng kiểm soát và theo dõi theo thời gian thực tốt hơn, cho phép VPP tiên tiến sử dụng các DER của mình hiệu quả hơn.

VPP là các giải pháp tiết kiệm chi phí để cân bằng lưới điện, có thể triển khai ở quy mô lớn trong vòng sáu tháng để tối đa hóa việc sử dụng và giá trị của cơ sở hạ tầng hiện có (Ảnh st)

Các nền tảng VPP tự động hóa phân phối do AI thúc đẩy là một ứng dụng công nghệ phản ứng nhanh, linh hoạt và thích ứng với các biến động thường gặp khi cân bằng cung và cầu điện. Do đặt trên mạng lưới phân phối nên chúng gần với phụ tải, nghĩa là chúng không cần bổ sung thêm hoặc bổ sung nhiều đường dây truyền tải, nếu chậm trễ trong việc cấp phép hoặc kết nối. Cấu hình của chúng có thể điều chỉnh để mang lại các yêu cầu tính năng chính xác dựa trên nhu cầu, các ưu tiên của công ty điện lực và chúng thực sự thân thiện với người dùng.

Vào đầu năm 2025, DOE (Bộ Năng lượng Mỹ) đã cập nhật nghiên cứu về các ứng dụng VPP của họ. Nghiên cứu mở đầu bằng việc cho rằng chúng là giải pháp quan trọng cho các thách thức mà lưới điện của chúng ta đang phải đối mặt. Nghiên cứu tiếp tục cho rằng, "Các VPP là các giải pháp tiết kiệm chi phí để cân bằng lưới điện, có thể triển khai ở quy mô lớn trong vòng sáu tháng nhằm tối đa hóa việc sử dụng và giá trị của cơ sở hạ tầng hiện có." DOE cảm thấy rằng "hầu hết các công ty điện lực có thể triển khai một số hình thức các VPP hiện nay mà không cần bất kỳ thay đổi nào về chính sách hoặc quy định. Tuy nhiên, việc triển khai VPP đang ở mức cao nhất ở những khu vực mà các cơ quan quản lý và hoạch định chính sách của bang đã thực hiện các hành động hỗ trợ VPP."

VPP đang tiến hóa

Các VPP là một phương pháp hiệu quả đang thay đổi bối cảnh năng động của cung và cầu, nhưng như DOE chỉ ra rằng, cần hỗ trợ và khuyến khích các công ty điện lực và các nhà điều hành lưới điện. Có hơn 33GW VPP hoạt động tại Mỹ vào cuối năm 2024, vì vậy công nghệ này đã được chứng minh. Vẫn cần thêm sự hỗ trợ về mặt quy định và chính sách. Công nghệ VPP là một công nghệ có sẵn và đã được sử dụng trên nhiều hệ thống cung cấp điện.

Các nền tảng VPP tự động hóa phân phối do AI thúc đẩy này là một sự chuyển đổi lớn từ các hệ thống năng lượng truyền thống và bối cảnh năng lượng cho thấy điều đó. Chúng là những giải pháp tiết kiệm chi phí đang ngày càng trở nên tinh vi hơn. Các VPP đang phát triển nhiều tính năng tự động hơn cho hoạt động của chúng. Các tính năng này là cần thiết để nhanh chóng cân bằng các vấn đề cung-cầu của hệ thống điện. Việc duy trì điểm cân bằng quan trọng đó trong một lưới điện đang hiện đại hóa đang ngày càng trở nên khó khăn hơn. Việc theo dõi công nghệ lưới điện kỹ thuật số này tiến hóa sẽ rất thú vị!