Đây là một trong những bài viết giới thiết về Microgrid (một dạng lưới điện thông minh nhỏ) để người đọc có thể bắt đầu tiếp cận một dạng lưới điện sẽ phát triển trong tương lai ....... Chi tiết bài viết được trích dẫn:
Khi siêu bão Sandy đổ bộ vào nước Mỹ (năm 2012) đã gây ra thiệt hại ước tính lên đến 71 tỷ USD, trong đó có thiệt hại nặng nề của hệ thống lưới điện, gây mất điện trên diện rộng cho 3,5 triệu hộ dân sử dụng điện. Từ đó đến nay, đã có nhiều cuộc tranh luận về hiệu quả của lưới điện phân tán so với lưới điện tập trung, đặc biệt là việc khai thác các lưới điện siêu nhỏ sẽ giảm thiểu thiệt hại của toàn bộ hệ thống điện trong trường hợp xảy ra thiên tai.
Vậy lưới điện siêu nhỏ là gì? Có thể có nhiều định nghĩa cho khái niệm này, nhưng định nghĩa tương đối đầy đủ là của Navigan Research: “Lưới điện siêu nhỏ là một hệ thống năng lượng tích hợp bao gồm các nguồn năng lượng phân tán (DER - distributed energy resources), một số phụ tải và hệ thống đo đếm, hệ thống này có thể hoạt động như một lưới điện độc lập, tách khỏi lưới điện phân phối hiện hành”...
Thị phần của lưới điện siêu nhỏ
Theo các nhà nghiên cứu năng lượng, chính nhu cầu rất lớn về các hệ thống phát và phân phối năng lượng có thể hoạt động độc lập với lưới điện tập trung đã thúc đẩy sự phát triển của thị trường lưới điện siêu nhỏ.
Các nghiên cứu mở rộng của hãng Navigant Research cho thấy có 5 phân khúc thị trường cơ bản về năng lượng đang được hưởng lợi từ sự phát triển của thị trường lưới điện siêu nhỏ, đó là:
* Thương mại/Công nghiệp (5,6%)
* Cộng đồng dân cư/Các ngành phục vụ (31,7%)
* Các tổ chức/Ngành giáo dục (44,6 %)
* Quân đội (6,3%)
* Vùng sâu, vùng xa/Khu vực chưa có điện (11,8%)
(Theo thống kê năm 2011)
Về tỷ trọng của thị trường lưới điện siêu nhỏ theo khu vực địa lý, khu vực Bắc Mỹ chiếm tỷ trọng lớn nhất, đạt đến 2.088 MW cho tất cả các dự án tiền khả thi, khả thi, đang xây dựng và đã đi vào hoạt động.
Các khu vực còn lại của thế giới chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ của thị trường lưới điện siêu nhỏ từ 0,1% vào giữa năm 2011 lên đến 12,7%, tương đương 404 MW vào cuối năm 2012.
Khu vực Châu Á – Thái Bình Dương có giảm sút về tỷ trọng, trong khi châu Âu duy trì thị phần vào khoảng 12%.
Các nghiên cứu mở rộng của hãng Navigant Research cho thấy có 5 phân khúc thị trường cơ bản về năng lượng đang được hưởng lợi từ sự phát triển của thị trường lưới điện siêu nhỏ, đó là:
* Thương mại/Công nghiệp (5,6%)
* Cộng đồng dân cư/Các ngành phục vụ (31,7%)
* Các tổ chức/Ngành giáo dục (44,6 %)
* Quân đội (6,3%)
* Vùng sâu, vùng xa/Khu vực chưa có điện (11,8%)
(Theo thống kê năm 2011)
Về tỷ trọng của thị trường lưới điện siêu nhỏ theo khu vực địa lý, khu vực Bắc Mỹ chiếm tỷ trọng lớn nhất, đạt đến 2.088 MW cho tất cả các dự án tiền khả thi, khả thi, đang xây dựng và đã đi vào hoạt động.
Các khu vực còn lại của thế giới chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ của thị trường lưới điện siêu nhỏ từ 0,1% vào giữa năm 2011 lên đến 12,7%, tương đương 404 MW vào cuối năm 2012.
Khu vực Châu Á – Thái Bình Dương có giảm sút về tỷ trọng, trong khi châu Âu duy trì thị phần vào khoảng 12%.
Lưới điện siêu nhỏ 42 MW tại San Diego, Hoa Kỳ
Với công suất 42 MW, lưới điện siêu nhỏ tại Đại học California, thành phố San Diego đang dẫn đầu trong lĩnh vực này.
Lưới điện siêu nhỏ tại đây gồm: Một pin nhiên liệu có công suất 2,8 MW sử dụng khí sinh học từ nhà máy xử lý nước thải của thành phố; một pin quang năng có công suất 1,2 MW với 2 bộ tập trung quang năng; một hệ thống tồn trữ quang năng tích hợp công suất 30 kWh; cộng với một nhà máy điện công suất 27 MW có hệ thống làm mát và một hệ thống dự trữ nhiệt năng dung tích 15 triệu lít.
Lưới điện siêu nhỏ tại Đại học California còn có một trạm biến áp trung gian 69kV, 96 mạch feeder 12 kV đi ngầm và 4 trạm biến áp phân phối phân bổ trên một diện tích khoảng 500 hecta. Theo đánh giá của Đại học California thì lưới điện siêu nhỏ này có hiệu suất rất ấn tượng, đáp ứng đến 92% nhu cầu về điện hằng năm của trường đại học này, đảm bảo đáp ứng đến 95% nhu cầu sưởi ấm và làm mát của toàn bộ các khu nhà của Nhà trường trong mùa Đông và mùa Hè..
Tuy nhiên, lợi ích ấn tượng nhất của việc triển khai lưới điện siêu nhỏ tại Đại học California với một cộng đồng lên đến 45.000 ngàn người là hàng tháng Trường đã tiết kiệm được 850.000 USD so với việc sử dụng điện trực tiếp từ lưới điện tập trung.
Lưới điện siêu nhỏ của Mỹ tại Afghanistan
Lưới điện siêu nhỏ tại đây gồm: Một pin nhiên liệu có công suất 2,8 MW sử dụng khí sinh học từ nhà máy xử lý nước thải của thành phố; một pin quang năng có công suất 1,2 MW với 2 bộ tập trung quang năng; một hệ thống tồn trữ quang năng tích hợp công suất 30 kWh; cộng với một nhà máy điện công suất 27 MW có hệ thống làm mát và một hệ thống dự trữ nhiệt năng dung tích 15 triệu lít.
Lưới điện siêu nhỏ tại Đại học California còn có một trạm biến áp trung gian 69kV, 96 mạch feeder 12 kV đi ngầm và 4 trạm biến áp phân phối phân bổ trên một diện tích khoảng 500 hecta. Theo đánh giá của Đại học California thì lưới điện siêu nhỏ này có hiệu suất rất ấn tượng, đáp ứng đến 92% nhu cầu về điện hằng năm của trường đại học này, đảm bảo đáp ứng đến 95% nhu cầu sưởi ấm và làm mát của toàn bộ các khu nhà của Nhà trường trong mùa Đông và mùa Hè..
Tuy nhiên, lợi ích ấn tượng nhất của việc triển khai lưới điện siêu nhỏ tại Đại học California với một cộng đồng lên đến 45.000 ngàn người là hàng tháng Trường đã tiết kiệm được 850.000 USD so với việc sử dụng điện trực tiếp từ lưới điện tập trung.
Lưới điện siêu nhỏ của Mỹ tại Afghanistan
Quân đội Mỹ đã triển khai thử nghiệm Dự án Năng lượng điện đi động (PM MEP) gồm hệ thống lưới điện siêu nhỏ tại Afghanistan
Với công suất 1 MW, lưới điện siêu nhỏ của quân đội Mỹ tại Afghanistan sẽ thay thế 22 bộ phát điện phức tạp bằng bốn bộ phát điện lớn hơn, đơn giản hóa bảo trì cũng như cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu. Sự thông minh của hệ thống lưới điện siêu nhỏ còn thể hiện ở khả năng linh hoạt trong quản lý điện, cung cấp nhiệt độ phù hợp với con người và môi trường. Nếu nhiệt độ bên ngoài quá cao, điều hòa cần lạnh hơn thì bộ xử lý của hệ thống sẽ báo số liệu đến các máy phát điện để các máy phát điện tự kết nối với nhau và điều chỉnh nguồn điện cung cấp cho phù hợp. Bên cạnh đó, việc lắp mới các thiết bị vào hệ thống lưới điện siêu nhỏ cũng dễ dàng hơn nhiều so với hệ thống điện hiện nay.
Với công suất 1 MW, lưới điện siêu nhỏ của quân đội Mỹ tại Afghanistan sẽ thay thế 22 bộ phát điện phức tạp bằng bốn bộ phát điện lớn hơn, đơn giản hóa bảo trì cũng như cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu. Sự thông minh của hệ thống lưới điện siêu nhỏ còn thể hiện ở khả năng linh hoạt trong quản lý điện, cung cấp nhiệt độ phù hợp với con người và môi trường. Nếu nhiệt độ bên ngoài quá cao, điều hòa cần lạnh hơn thì bộ xử lý của hệ thống sẽ báo số liệu đến các máy phát điện để các máy phát điện tự kết nối với nhau và điều chỉnh nguồn điện cung cấp cho phù hợp. Bên cạnh đó, việc lắp mới các thiết bị vào hệ thống lưới điện siêu nhỏ cũng dễ dàng hơn nhiều so với hệ thống điện hiện nay.
Dự án ‘Perfect Power’ tại Viện Công nghệ Illinois
Dự án ‘Perfect Power’ tại Viện Công nghệ Illinois – Hoa Kỳ (IIT) có mục tiêu là tổng kiểm tra toàn bộ hệ thống cung cấp điện của cơ sở khoa học này. Điểm nổi bật của Dự án là triển khai một lưới điện siêu nhỏ tại đây. Tính trung bình, hằng năm IIT bị mất điện khoảng 3 lần, ảnh hưởng lớn đến hoạt động nghiên cứu và giảng dạy của Viện. Năm 2008, IIT hợp tác với Ủy ban Năng lượng quốc gia Hoa Kỳ và Công ty Điện lực khu vực triển khai Dự án ‘Perfect Power’ với số tiền tài trợ từ Ủy ban Năng lượng quốc gia Hoa Kỳ là 7 triệu USD.
Tổng vốn đầu tư cho toàn bộ Dự án vào khoảng 14 triệu USD, nhưng dựa trên cơ sở số tiền tiết kiệm được khoảng 1,3 triệu USD/năm từ việc giảm mua điện từ lưới điện tập trung sẽ giúp cho IIT sớm hoàn vốn.
Về nhà máy điện ảo (VPP - Virtual Power Plant)
Tổng vốn đầu tư cho toàn bộ Dự án vào khoảng 14 triệu USD, nhưng dựa trên cơ sở số tiền tiết kiệm được khoảng 1,3 triệu USD/năm từ việc giảm mua điện từ lưới điện tập trung sẽ giúp cho IIT sớm hoàn vốn.
Về nhà máy điện ảo (VPP - Virtual Power Plant)
Một trong những dự án VPP đang được triển khai tại đảo Bornholm thuộc Đan Mạch, nơi có khoảng 42.000 người sinh sống bằng nghề trồng trọt và đánh bắt hải sản. Dự án VPP thực hiện ở đảo này là Dự án EcoGrid, lớn nhất thế giới. Trong 4 năm, 28 triệu USD được giải ngân để triển khai EcoGrid nhằm kết nối 2.000 hộ dân trên đảo với lưới điện trải dài dọc hòn đảo, giúp họ tiết giảm lượng điện sử dụng vào giờ cao điểm, bán lại lượng điện dư thừa vào giờ thấp điểm cho công ty điện lực.
Như tên gọi của nó, VPP thực sự không tồn tại về mặt vật lý. Trong thực tế VPP sử dụng một cấu trúc lưới điện thông minh nhằm liên kết một cách chặt chẽ nhiều nguồn phát điện độc lập với nhau thành một nguồn phát thống nhất. Một đặc điểm của VPP là cho phép liên kết nhiều chủng loại nguồn phát. Dự án EcoGrid bao gồm một nhà máy điện gió công suất 36 MW và một nhà máy điện sử dụng nhiên liệu sinh khối công suất 16 MW. Để vận hành các nhà máy này cần có một hệ thống quản lý trung tâm với phần mềm khá phức tạp.
Hãng nghiên cứu Navigant Research ước lượng sản lượng về VPP toàn cầu có thể lên đến 107 GW vào năm 2017, doanh thu khoảng 6,5 tỷ USD. Mặc dù các nghiên cứu về lưới điện siêu nhỏ vẫn vấp phải một số khó khăn về chi phí và khả năng tích hợp hệ thống nhưng lĩnh vực này vẫn sẽ tiếp tục phát triển và hoàn thiện dần. Chúng ta có thể hy vọng vào một tương lai tươi sáng cho lĩnh vực lưới điện siêu nhỏ.
Một số dự án lưới điện siêu nhỏ khác
Như tên gọi của nó, VPP thực sự không tồn tại về mặt vật lý. Trong thực tế VPP sử dụng một cấu trúc lưới điện thông minh nhằm liên kết một cách chặt chẽ nhiều nguồn phát điện độc lập với nhau thành một nguồn phát thống nhất. Một đặc điểm của VPP là cho phép liên kết nhiều chủng loại nguồn phát. Dự án EcoGrid bao gồm một nhà máy điện gió công suất 36 MW và một nhà máy điện sử dụng nhiên liệu sinh khối công suất 16 MW. Để vận hành các nhà máy này cần có một hệ thống quản lý trung tâm với phần mềm khá phức tạp.
Hãng nghiên cứu Navigant Research ước lượng sản lượng về VPP toàn cầu có thể lên đến 107 GW vào năm 2017, doanh thu khoảng 6,5 tỷ USD. Mặc dù các nghiên cứu về lưới điện siêu nhỏ vẫn vấp phải một số khó khăn về chi phí và khả năng tích hợp hệ thống nhưng lĩnh vực này vẫn sẽ tiếp tục phát triển và hoàn thiện dần. Chúng ta có thể hy vọng vào một tương lai tươi sáng cho lĩnh vực lưới điện siêu nhỏ.
Một số dự án lưới điện siêu nhỏ khác
Tập đoàn Toshiba của Nhật Bản đang triển khai một lưới điện siêu nhỏ tại đảo Miyako với sự phối hợp của Công ty Điện lực Okinawa. Sau khi hoàn thành, dự án này sẽ là dự án lưới điện siêu nhỏ có quy mô lớn nhất tại Nhật Bản.
Nhà tù khổng lồ Santa Rita tại California – Hoa Kỳ cũng đang vận hành một lưới điện siêu nhỏ với số tiền tiết kiệm được là 100.000 USD mỗi năm. Lưới điện này do Công ty Các giải pháp năng lượng Chevron xây dựng và vận hành, bao gồm một pin nhiên liệu 1 MW, 2 hệ thống quang năng 1,2 MW, 5 tuabin gió với công suất 2,3 kW/tuabin và một hệ thống tồn trữ năng lượng 2 MW.
Nhà tù khổng lồ Santa Rita tại California – Hoa Kỳ cũng đang vận hành một lưới điện siêu nhỏ với số tiền tiết kiệm được là 100.000 USD mỗi năm. Lưới điện này do Công ty Các giải pháp năng lượng Chevron xây dựng và vận hành, bao gồm một pin nhiên liệu 1 MW, 2 hệ thống quang năng 1,2 MW, 5 tuabin gió với công suất 2,3 kW/tuabin và một hệ thống tồn trữ năng lượng 2 MW.
