Tiếp năng lượng cho kỷ nguyên xe điện

Các lưới điện đang chịu áp lực rất lớn khi nhu cầu điện tới năm 2050 dự kiến sẽ tăng gần 20%, xuất phát từ xe điện và các sáng kiến công nghệ sạch khác. Nhiều quốc gia, nơi cơ sở hạ tầng đang xuống cấp và quá tải, sẽ không thể hỗ trợ được mức tăng trưởng này với các chuỗi giá trị hiện tại trong ngành điện; qua các thông số phát điện, truyền tải, phân phối và tiêu thụ. Để thành công trong việc cung cấp năng lượng cho quá trình chuyển đổi, các công ty điện lực và hệ sinh thái rộng lớn hơn cần hợp tác và đưa ra những phương pháp mới để đánh giá công suất điện.

Khi số lượng xe điện tham gia giao thông tăng, đi cùng với đó là sự tăng trưởng của các mạng sạc nhanh, phụ tải trên lưới điện sẽ tăng, và có thể dẫn đến mất cân đối cung cầu, làm tăng khả năng xảy ra sự cố trên toàn hệ thống. Trong tương lai, khả năng tương tác và quản lý năng lượng thông minh sẽ là các yếu tố quan trọng, đòi hỏi tất cả các bên, bao gồm chính phủ các nước, phải xây dựng lộ trình nhằm bảo đảm công suất cần thiết.

Trong lộ trình này, các nguồn năng lượng tái tạo, bao gồm gió và mặt trời sẽ có đóng góp hữu ích. Tuy nhiên, sự không ổn định của các nguồn này có thể làm trầm trọng hơn nữa các thách thức về mất cân bằng cung/cầu. Chính vì thế, vai trò của lưu trữ năng lượng là rất quan trọng. Phối hợp thận trọng và tiêu thụ năng lượng thông minh là các yêu cầu trọng yếu để đảm bảo cân bằng giữa nhu cầu và phát điện.

Hãy cùng nhau hướng tới tương lai trên quan điểm năng lượng thông minh, để xem lĩnh vực này cần gì để có thể hỗ trợ xe điện.

Hoạt động phát và phân phối điện

Phát điện tập trung và cấp điện một chiều không phải là lời giải cho vấn đề này. Thay vào đó, những đổi mới sáng tạo như cấp điện hai chiều: sạc xe từ lưới điện khi nhu cầu thấp và bán điện dư thừa lại cho lưới, sẽ có vai trò quan trọng. Chương trình tham gia tùy chọn của Tesla đưa điện từ pin xe trở lại lưới trong thời gian cao điểm.

Chuyển dịch sang công nghệ vehicle-to-grid (V2G - xe-tới-lưới điện) sẽ biến xe điện thành hệ thống lưu trữ năng lượng, giúp giảm áp lực lên lưới điện. Công nghệ đổi điện thông minh mới và tính năng kết nối với công ty điện có sẵn trong xe điện và các trạm sạc tạo sẽ điều kiện triển khai V2G. Ngoài ra, các công nghệ này cho phép ô tô kết nối với lưới điện và giúp ổn định bằng cách sử dụng pin trên xe như một hệ thống lưu trữ năng lượng gắn với lưới điện.

Bộ sạc hai chiều đang được đưa ra thị trường, và Nissan đã ra mắt phiên bản đầu tiên của giải pháp này. Tuy nhiên, các bộ sạc này còn đắt tiền và thường yêu cầu phần cứng chuyên dụng bổ sung. Các công ty điện lực cũng phải tổ chức triển khai các chương trình nhằm khuyến khích các cá nhân ứng dụng công nghệ V2G.

Cần có sự hợp tác giữa các công ty điện lực, công ty ô tô và các tổ chức cung cấp cơ sở hạ tầng sạc để có thể sử dụng xe điện làm nguồn lưu trữ năng lượng phân tán (DER) hỗ trợ lưới điện và cải thiện khả năng phục hồi. Cần bổ sung các giải pháp lưu trữ năng lượng đổi mới sáng tạo, vì lưới điện hiện có không thể gia tăng thêm công suất. Tỷ lệ năng lượng tái tạo cao hơn tiếp sức cho các nỗ lực phát triển bền vững và các sáng kiến phát thải ròng bằng không.

Thomas Goetzl, Phó Chủ tịch & Tổng Giám đốc, bộ phận Giải pháp Ô tô & năng lượng, Keysight Technologies

Khả năng tương tác & Tiêu chuẩn hóa

Một thành phần khác của quản lý năng lượng thông minh là đưa khả năng tương tác trở thành tính năng bắt buộc. Lưới điện hiện tại đang bị phân mảnh, và hệ sinh thái công nghiệp cần có các quy định để có thể hoạt động đồng bộ. Chẳng hạn, xe điện và trạm sạc phải đáp ứng các tiêu chuẩn mới cũng như các tiêu chuẩn thay đổi về kết nối DER và khả năng tương tác với lưới điện. Cần vượt qua các rào cản pháp lý để hỗ trợ công nghệ V2G, sao cho các phương tiện giao thông vận tải tích cực tham gia vào quá trình đảm bảo sức khỏe thay vì chỉ lấy điện từ lưới. Khi đã có quy định, các công ty điện lực có thể quản lý DER như một nguồn lực hỗ trợ cơ cấu điện đa dạng và đáp ứng nhu cầu luôn thay đổi.

Tại Mỹ, các tổ chức FERC và NERC đang nỗ lực xây dựng lộ trình nâng cao vai trò của DER hơn trong hệ sinh thái năng lượng. Chẳng hạn, chỉ thị FERC 2222 cho phép các DER tham gia thị trường năng lượng bán buôn do các nhà khai thác lưới điện khu vực điều hành. Chỉ thị này khuyến khích áp dụng DER, và giảm chi phí, tăng tính linh hoạt và khả năng phục hồi để hỗ trợ tốt hơn đổi mới sáng tạo.

Khả năng hiển thị giám sát

Các công ty điện lực cần số hóa cơ sở hạ tầng của mình để có khả năng hiển thị giám sát cần thiết, phục vụ triển khai linh hoạt các loại nguồn điện. Khi ứng dụng DERs, việc quản lý mạng lưới phân phối trở nên phức tạp hơn đáng kể. Ngoài ra, các mạng sạc nhanh sẽ tạo ra các tình huống gia tăng phụ tải không thể đoán định, do đó giám sát chi tiết sẽ đóng vai trò ngày quan trọng.

Theo thời gian, trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML) sẽ được kết hợp để cung cấp thông tin nghiệp vụ phục vụ công tác dự đoán, lập kế hoạch và quản lý sạc xe điện, đảm bảo khả năng phục hồi và hỗ trợ quản lý phụ tải động theo yêu cầu. Các công ty điện lực cần có thấu hiểu chi tiết để quản lý máy phát và phân phối điện.

Đo kiểm công suất cao tại biên lưới

Trong quá trình phát triển, lưới điện hiện đại sẽ dần được số hóa để quản lý và tối ưu hóa phân phối điện. Các DER sẽ kết hợp các bộ chuyển đổi nguồn và biến tần tiên tiến, tạo điều kiện lưu chuyển dòng công suất theo cả hai chiều. Hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS) sẽ lưu trữ năng lượng dư thừa có thể đưa lại lưới điện khi nhu cầu đạt cao điểm. Cần đo kiểm bộ chuyển đổi nguồn và bộ biến tần trong lưới điện, khả năng tương tác giữa các thiết bị này và với các công ty điện và hệ thống quản lýnăng lượng khác để đảm bảo an toàn và hiệu năng trên các mạng DER phức tạp. 

Điều chỉnh giá điện ngoài giờ cao điểm để phân bổ nhu cầu

Các công ty điện lực đang bắt đầu áp dụng cơ cấu giá linh hoạt để cân bằng nhu cầu tốt hơn và giảm áp lực lên lưới điện. Vào ban ngày, giá điện sẽ thấp hơn trong thời gian thấp điểm. Các chương trình này và các chương trình khác như giảm thuế cho xe điện và điện mặt trời, là những công cụ quan trọng để các nhà cung cấp khuyến khích sự tham gia và xây dựng sự chấp nhận của xã hội. 

Việc phổ cập xe điện là công việc rất phức tạp, và khả năng quản lý năng lượng thông minh là một cấu phần nền tảng để thực hiện công việc này. Khi nhu cầu về điện tăng cao, các ngành năng lượng và ô tô phải hợp tác và hoạt động đồng bộ để chuyển đổi điện thành công.

Thomas Goetzl

Giới thiệu về tác giả

Thomas Goetzl là Phó Chủ tịch kiêm Tổng Giám đốc phụ trách bộ phận Giải pháp Ô tô và Năng lượng (AES) của Nhóm Giải pháp công nghiệp điện tử tại Keysight, đồng thời là Giám đốc điều hành của Keysight Technologies tại Đức.

Trước đó, Tom là Giám đốc Kinh doanh AES phụ trách các ứng dụng nguồn điện, tập trung vào các giải pháp đo kiểm cho Lưới điện thông minh, Bán dẫn công suất, Pin và EV/HEV. Trong thời gian làm việc cho HP, Agilent Technologies, và hiện giờ là Keysight Technologies, Tom đã quản lý các dự án nghiên cứu phát triển R&D, phát triển kênh bán hàng cho các sản phẩm quản lý máy chủ từ xa. Năm 2012, Tom trở thành giám đốc tiếp thị toàn cầu của Bộ phận Đo kiểm điện tử (ETD).

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng