Nghiên cứu tình hình triển khai và ứng dụng smart grid trên thế giới

SG dựa trên các ứng dụng công nghệ thông tin tiên tiến cho phép sử dụng truyền thông hai chiều và điều phối thông tin thời gian thực giữa các nhà máy phát điện, nguồn phân phối và nhu cầ

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

và tiết kiệm năng lượng đã trở thành một nhu cầu của thời đại Các hệ thống phân phối truyền tải điện (T&D) vẫn còn vận hành theo phương cách nhiều thập kỷ trước Thiếu sự đầu tư cho việc cài đặt mới kết hợp với các thành phần mạng (lưới điện hiện hành trên 40 tuổi) đã dẫn đến hệ thống điện không hiệu quả và ngày càng không

ổn định [1]

Hiện việc cung cấp điện hầu như chỉ dựa trên mục tiêu thỏa mãn tối đa nhu cầu bằng các biện pháp tăng nguồn cung cấp Ngành điện có những đặc quyền kinh doanh, do Nhà nước quy định trong lĩnh vực này, cho nên cũng phải có nghĩa vụ cung cấp một nguồn năng lượng dồi dào ở mọi nơi và vào mọi lúc với giá rẻ cho xã hội và nền kinh tế vì mục tiêu tăng trưởng, thỏa mãn tối đa nhu cầu Trong khi đó, các công ty điện lực đang vận hành không tạo ra được các phương thức khuyến khích

đủ mạnh đối với người sử dụng, cũng như cơ quan điều tiết của Chính phủ Và ngay

cả chính các công ty này, để vận hành hệ thống đạt hiệu suất cao thì cũng gặp không

ít khó khăn ban đầu

Thực tế cho thấy ngành điện cần phải được thay đổi để đáp ứng với nhu cầu của xã hội kỹ thuật số hiện đại Khách hàng không chỉ yêu cầu về lượng điện đơn thuần cho sản xuất và sinh hoạt mà còn yêu cầu về chất lượng, độ tin cậy và cần có nhiều dịch vụ cung ứng điện để chọn lựa Và đồng thời giá điện ngày càng tăng là một trong những vấn đề đáng quan tâm hiện nay

Bên cạnh đó, mọi người ngày càng nhận ra những ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường khi con người đốt các loại năng lượng hóa thạch để sản xuất điện, thiên tai xảy ra nhiều hơn với cường độ phá hoại ngày càng nghiêm trọng hơn và các nỗ lực đang được xây dựng trên nhiều lĩnh vực để giảm thiểu sự phát thải CO2 Sự nóng lên của trái đất do việc sử dụng năng lượng theo cách hiện nay đang được cho là quá sức chịu đựng của trái đất vào năm 2050 với dân số khoảng 9,5 tỷ người Do đó tình hình biến đổi khí hậu hiện nay gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành điện, đặc biệt

là việc cung cấp điện Nguồn nhiên liệu hóa thạch cũng sẽ cạn kiệt và đất nước chúng ta là phụ thuộc khá nhiều vào tài nguyên thiên nhiên hữu hạn cho các nhà máy điện [2] Vấn đề bảo tồn năng lượng, tăng cường sự độc lập về năng lượng và vấn đề nóng lên của trái đất đang là sự quan tâm hàng đầu của Chính phủ nhiều nước trên thế giới Một loạt các chính sách bao gồm thuế, luật tiết kiệm năng lượng và các chính sách khác được thiết lập để giảm thiểu việc đốt các dạng năng lượng hóa thạch đang được xem xét trên phạm vi toàn cầu Vì vậy, hơn bao giờ hết, chúng ta cần phải thực hiện một số thay đổi trong ngành công nghiệp tiện ích này

Smart Grid - mạng lưới điện thông minh – được nâng cấp từ mạng lưới điện thông thường của thế kỷ XX có khả năng định tuyến điện và tính phí điện cho những người sử dụng năng lượng trong giờ cao điểm theo những cách tối ưu hơn Do đó, sự

ra đời của SG có ý nghĩa rất quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề bất cập trong việc sản xuất và phân phối điện hiện nay

Lưới điện thông minh (SG), là một giải pháp nhằm tối ưu hóa chất lượng, hiệu suất truyền tải và phân phối của lưới điện hiện tại, đồng thời ưu tiên hỗ trợ khai thác các nguồn điện thay thế SG dựa trên các ứng dụng công nghệ thông tin tiên tiến cho phép sử dụng truyền thông hai chiều và điều phối thông tin thời gian thực giữa các nhà máy phát điện, nguồn phân phối và nhu cầu của các thiết bị đầu cuối Giải pháp này được đưa ra nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng bức thiết về việc phân phối điện năng, quản lý, giám sát điện năng tiêu thụ, cũng như mong muốn sử dụng hiệu

quả năng lượng trên toàn cầu

Theo ước tính đến năm 2020 sẽ có hơn 30 thành phố lớn xuất hiện trên Trái Đất Dân số tăng cùng với nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng sẽ đòi hỏi công

nghệ mới để có thể đáp ứng yêu cầu cao về nguồn năng lượng Ước tính sơ bộ cho thấy đến năm 2050, cung cấp điện của thế giới sẽ cần phải tăng gấp ba lần để theo kịp với nhu cầu phát triển Khách hàng không những ngày càng tiêu thụ nhiều điện hơn và công suất đỉnh tăng hàng năm (ở Việt Nam vào khoảng 14-15%/năm) mà nhu cầu về chất lượng điện năng ngày càng cao do những đòi hỏi về chất lượng cuộc sống và việc sử dụng rộng rãi các loại thiết bị điện tử giá rẻ Ngoài ra, việc trao đổi

và giám sát được sử dụng điện của chính bản thân khách hàng cũng là một nhu cầu của khách hàng thay vì chỉ hàng tháng nhận được một hóa đơn tiền điện khô khan Theo điều tra, khi khách hàng có thể giám sát được việc sử dụng điện của mình thì

họ có xu hướng giảm mức tiêu thụ khoảng từ 5% đến 10% Việc trao đổi hai chiều giữa các công ty điện lực và khách hàng để tạo điều kiện cho khách hàng hiểu rõ hơn

về ngành điện và ngược lại là nhu cầu của cả hai bên, nhưng chỉ có các công ty điện lực mới có thể triển khai với hệ thống SG

Năm 2003 tại Austin, Texas đã xây dựng mạng thông minh nhằm thay thế 1/3 công tơ thông minh kết nối qua lưới quản lý 200.000 thiết bị (công tơ, cảm biến nhiệt

và các cảm biến) và dự kiến quản lý tới 500.000 thiết bị thời gian thực năm 2009 phục vụ khoảng 1 triệu hộ và 43.000 doanh nghiệp Từ năm 1990 cơ quan quản lý điện của Bonneville Hoa Kỳ đã mở rộng nghiên cứu SG trong đó tích hợp các cảm biến có khả năng phân tích nhanh các hiện tượng bất thường về chất lượng điện trên diện rộng Tại Hoa Kỳ, quan niệm về hệ thống điện thông minh được xác định theo yêu cầu hiện đại hoá hệ thống truyền tải và phân phối điện để nâng cao độ tin cậy và

an toàn của cấu trúc hạ tầng ngành điện nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển trong tương lai theo các đặc trưng của hệ thống điện thông minh

Ở Anh quốc, lưới điện truyền tải đã được xây dựng một cách tương đối thông minh với hệ thống tự động, giám sát từ xa và các nút mạng quản lý lưới điện Hiện nay quốc gia này đang tập trung thông minh hóa lưới điện phân phối Nhưng những vấn đề cơ bản của kế hoạch xây dựng lưới điện thông minh tại đây có vẻ vẫn chưa hoàn chỉnh cho đến năm 2020 khi khoảng 30 triệu khách hàng sử dụng điện (hộ gia đình và công ty) được lắp đặt công tơ điện tử thông minh Kế hoạch này sẽ được triển khai từ năm 2014 và dự kiến hoàn thành vào năm 2019 Nhìn chung toàn Châu

Âu sẽ đầu tư khoảng 1,4 tỷ USD và có thể còn cao hơn nữa vào năm 2014 khi Pháp

và Anh đẩy mạnh việc lắp đặt công tơ điện tử thông minh

Rõ ràng là có rất nhiều quốc gia, tổ chức và cá nhân đang bỏ công nghiên cứu xây dựng một hệ thống điện với một bộ não hiện đại của thế kỷ 21 – một hệ thống

mà trong đó các bộ phận cấu thành của hệ thống có thể tương tác với nhau, hoạt động một cách tự động, tự điều khiển và vận hành, làm cho khách hàng sử dụng điện trở thành những người quản lý năng lượng thông minh và đặc điểm chính của hệ thống này là nó có tốc độ biến đổi nhanh đến chóng mặt trong tất cả các lĩnh vực liên quan Điều này thể hiện ở tổng vốn đầu tư của toàn thế giới cho lưới điện thông minh vào năm 2010 là 16,2 tỷ USD, nhưng 2 năm sau đã tăng gấp đôi: 36,5 tỷ USD vào năm 2012

Con số nói trên thực sự cũng không đáng ngạc nhiên, bởi vì lưới điện thông minh hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích to lớn như giảm thiểu chi phí, nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện có khả năng tích hợp với năng lượng tái tạo, giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường Với ưu điểm vượt trội là

có thể tự quản lý dữ liệu, lưới điện thông minh có khả năng giải quyết nhiều vấn đề gai góc nhất trong quá trình vận hành một lưới điện thông thường Chính vì vậy ý tưởng về lưới điện thông minh đã lan truyền đến mọi ngóc ngách của ngành công nghiệp điện, biến những bản vẽ, phác thảo thành những khoản đầu tư khổng lồ trên toàn cầu từ Châu Âu, Châu Á đến Bắc Mỹ

Lưới điện thông minh đang được phát triển theo nhiều cách khác nhau, một số quốc gia tập trung vào các hệ thống công nghệ mới, các quốc gia khác lại đầu tư cho các thiết bị chuyên dụng Ngày càng có nhiều người đặt câu hỏi về tác động thực sự từ sự ra đời của SG là như thế nào Câu trả lời rất đơn giản: SG sẽ mang rất nhiều lợi ích Mặc dù không phải tất cả những lợi ích này đều ở dạng tiền tệ (tức là độ tin cậy

và sự hài lòng của khách hàng) Thêm vào đó, những lợi ích này có thể ở hình thức giảm chi phí hiện tại hoặc giảm chi phí trong tương lai SG còn có thể giúp cho khách hàng kiểm soát lượng điện tiêu thụ Kinh nghiệm của thế giới cho thấy, triển khai SG với công nghệ tự động điều chỉnh phụ tải có thể tiết kiệm được từ 20-25% nguồn năng lượng

Vì vậy, nghiên cứu và phát triển SG góp phần giải quyết một phần thách thức đặt ra trong quá trình phát triển của ngành điện hiện tại và tương lai SG là cơ sở hạ tầng quan trọng phục vụ việc vận hành thị trường điện theo các cấp độ, là nền tảng

để triển khai các ứng dụng, quản lý, thu thập, xử lý thông tin để bảo đảm tính kịp thời và minh bạch trong giao dịch, mua bán và thanh toán tiền điện trên thị trường điện SG là một giải pháp hiệu quả nhằm đạt lợi ích tổng hợp Chính vì vậy, nhiều nước phát triển trên thế giới đang nỗ lực đầu tư hàng tỷ USD để xây dựng hệ thống

SG Tuy nhiên, việc triển khai này mới đang ở giai đoạn thử nghiệm và thống nhất các tiêu chuẩn công nghệ

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới minh chứng cho những tiện ích của SG, tuy nhiên SG vẫn phải đối mặt với một số thách thức trong việc thuyết phục các nhà đầu tư và người tiêu dùng Họ vẫn còn hoài nghi về lợi ích của công nghệ

SG Tuy nhiên, đây mới chỉ là những bước đầu của một hệ thống SG quy mô và cần nhiều nghiên cứu, đầu tư hơn nữa Do đó, đây là một đề tài cấp thiết để các nhà nghiên cứu tiến hành trong thời điểm hiện nay tại Việt Nam

1.3 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm tìm hiểu tình hình triển khai và ứng dụng SG trên thế giới Đồng thời tìm hiểu về các công nghệ của SG trên thế giới nhằm đề ra những giải pháp cho việc áp dụng SG tại Việt Nam

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu này mục đích tìm hiểu về tình hình triển khai và ứng dụng SG trên thế giới Do đó, kết quả của nghiên cứu này chỉ đúng với các đối tượng tham gia nghiên cứu và thời điểm nghiên cứu Tuy nhiên, với hy vọng là kết quả nghiên cứu này sẽ đóng góp phần nào vào nguồn tài liệu nghiên cứu về vấn đề SG trên thế giới cũng như tại Việt Nam đồng thời là nền tảng cho những nghiên cứu trong các lĩnh vực có liên quan đến ngành công nghiệp điện

1.5 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu trên, nghiên cứu này được tiến hành nhằm giải quyết các vấn đề sau:

- Tình hình triển khai và ứng dụng SG trên thế giới

 Tình hình triển khai và mức độ ứng dụng SG ở các nhà máy, công ty điện trên thế giới như thế nào?

 Hiệu quả mang lại về mặt kinh tế và phi kinh tế của SG so với mạng lưới điện thông thường là gì?

 Nhận thức của các công ty điện lực về tính tiện ích của SG là như thế nào?

- Tìm hiểu các công nghệ ứng dụng của SG trên thế giới

 Tình hình triển khai công nghệ của SG trên thế giới như thế nào?

- Các giải pháp khả thi nhằm để áp dụng SG tại Việt Nam

Để trả lời được các câu hỏi nghiên cứu trên, các nội dung nghiên cứu mà đề tài đã thực hiện bao gồm:

Nội dung 1: Nghiên cứu về tình hình triển khai và ứng dụng của SG trên thế giới Nội dung 2: Tìm hiểu về công nghệ của SG trên thế giới

Nội dung 3: Xu hướng phát triển SG trên thế giới

Nội dung 4: Đề xuất các giải pháp cho việc áp dụng hiệu quả SG tại Việt Nam 1.6 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

1.6.1 Phương pháp luận

- Thu thập các tài liệu từ các báo cáo khoa học, sách báo, tạp chí chuyên ngành; các luận án, luận văn trong và ngoài nước có liên quan đến các ứng dụng của SG trong ngành công nghiệp năng lượng điện

- Phân tích, đánh giá, xử lý và tổng hợp các tài liệu, số liệu từ các tài liệu khoa học

đã được chọn lọc

1.6.2 Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề ra, các phương pháp nghiên cứu sau đây đã được thực hiện:

1.6.2.1 Phương pháp thu thập thông tin

 Thu thập các tài liệu tổng quan tình hình nghiên cứu về công nghệ SG từ các bài báo, tạp chí chuyên ngành, các luận án, luận văn trên thế giới

 Thu thập thông tin, ý kiến, quan điểm của các nhà đầu tư, nhà máy cung cấp năng lượng về các tính năng ưu việt của SG so với mạng lưới điện thông thường đang được vận dụng hiện nay

 Thu thập các tài liệu nước ngoài về các công nghệ, ứng dụng của SG được áp dụng hiện nay trên thế giới

 Thu thập các tài liệu nước ngoài về xu hướng phát triển của SG được áp dụng hiện nay trên thế giới

1.6.2.2 Phương pháp chuyên gia

Tham vấn từ các chuyên gia trong ngành điện nhằm hoàn thiện các giải pháp về

áp dụng công nghệ SG tại Viêt Nam

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

2.1 Định nghĩa Smart Grid

Thuật ngữ Smart Grid xuất hiện đầu tiên vào năm 2005, khi bài báo “Toward

A Smart Grid” của S Massoud Amin và Bruce F Wollenberg xuất hiện trên IEEE P&E (tập 3, N0 5, trang 34-41) [3] Thực ra, thuật ngữ này đã xuất hiện sớm hơn vào năm 1998 khi nhiều định nghĩa về SG với một số chức năng và định hướng sử dụng được công bố Yếu tố chung nhất của SG là việc tham gia của kỹ thuật vi tính xử lý

và truyền thông kỹ thuật số vào các hoạt động vận hành và quản lý hệ thống điện

Theo Ủy ban Châu Âu EU Commission, SG là một mạng lưới điện mà có thể tích hợp một cách thông minh những hoạt động của tất cả người sử dụng được kết nối với nó bao gồm máy phát điện, người tiêu dùng và điều đó tăng cường hiệu quả việc cung cấp điện bền vững, kinh tế và an toàn [4] Hình 2.1 bên dưới là ví dụ minh

họa cho hệ thống SG

Hình 2.1 Hệ thống Smart Grid

Theo cơ quan năng lượng Mỹ, “Lưới điện thông minh tích hợp công nghệ cảm

biến tiên tiến, phương pháp kiểm soát và truyền thông tích hợp vào lưới điện hiện nay" Về nguyên tắc hệ thống SG là sự nâng cấp và cập nhật hệ thống điện hiện có

bằng công nghệ đo lường, điều khiển và bảo vệ kỹ thuật số với hệ thống truyền thông hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu về độ tin cậy, an toàn, chất lượng điện, tiết kiệm

năng lượng

Tuy nhiên, chức năng cơ bản của SG không phải là việc tích hợp các mạng đơn lẻ và các công ty phát điện với trình độ công nghệ khác nhau Nó còn tăng cường kết nối, nâng cao trình độ tự động hoá và điều phối các nhà cung cấp, các hộ tiêu thụ và lưới điện nhằm thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện trên phạm vi rộng cũng như cục bộ SG phải có khả năng tự duy trì hoạt động trước các thay đổi bất thường

Lưới truyền tải cự ly xa và trung bình nói chung được kết nối bằng hệ thống siêu cao áp 500 kV, 220 kV, lưới địa phương qua đường dây 110 kV và thấp hơn Kỹ thuật số cho phép trên cùng một thiết bị phần cứng có thể thực hiện nhiều chức năng điều khiển khác nhau, vấn đề chỉ cần thay đổi phần mềm

Sau đây là một số định nghĩa của SG:

 Là một hệ thống điện có chứa nhiều hệ thống truyền tải và phân phối tự động (T & D), tất cả các hoạt động được thực hiện một cách đồng bộ, hiệu quả và đáng tin cậy

 Là một hệ thống điện phục vụ hàng triệu khách hàng và có một cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc thông minh, cho phép dòng thông tin kịp thời, an toàn và khả năng thích ứng cao cần thiết để cung cấp điện cho nền kinh tế kỹ thuật số đang phát triển hiện nay

 Là một hệ thống điện để tự xử lý, điều chỉnh trong những tình trạng khẩn cấp bằng cách những hành động "tự điều chỉnh" và đáp ứng nhu cầu tiện ích và thị trường năng lượng hiện nay

 Là một tập hợp rộng lớn của công nghệ truyền tải điện một cách linh hoạt, dễ tiếp cận, đáng tin cậy và có tính kinh tế SG đáp ứng mong muốn của người sử dụng điện về việc phân phối, việc triển khai của hệ thống quản lý nhu cầu và lưu trữ năng lượng hoặc mở rộng tối ưu và quản lý tài sản lưới điện [5]

Từ quan điểm Công nghệ thông tin trên, công nghệ lưới điện SG sẽ tăng đáng

kể về số lượng, chất lượng và việc sử dụng các dữ liệu nhận được từ các cảm biến và thiết bị đo khác nhau Điều này sẽ giúp giải quyết hai vấn đề chính cấp bách hiện nay

về lưới điện là vấn đề về môi trường và rối loạn điện Sự ra đời của mạng lưới điện thông minh SG sẽ khắc phục cả vấn đề an ninh và tăng tính hiệu quả của việc cung cấp điện

Giải pháp SG được đưa ra với ý tưởng quản lý thiết bị tiêu thụ điện để giảm

tải trong giờ cao điểm, kết nối các nguồn điện gia đình (điện mặt trời, điện gió, trạm thủy điện nhỏ) vào lưới, điều khiển các hệ thống lưu điện (lưu điện khi máy phát dư công suất và phát điện khi máy phát thiếu công suất) nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng bức thiết về việc phân phối điện năng, quản lý/giám sát điện năng tiêu thụ, cũng như mong muốn sử dụng năng lượng hiệu quả trên toàn cầu SG áp dụng các tiến bộ công nghệ kỹ thuật số vào lưới điện, cho phép sử dụng 2 đường truyền và điều phối thông tin thời gian thực giữa các nhà máy phát điện/nguồn phân phối và nhu cầu của các thiết bị đầu cuối (phía khách hàng)

Sau khi phân tích những định nghĩa trên, SG có các đặc điểm sau đây:

Hình 2.2 Các chức năng của Smart Grid [25]

 Thoả mãn yêu cầu thực tế ngày càng tăng

 Dễ dàng kết nối và đảm bảo vận hành cho tất cả các nguồn điện với các kích

cỡ và công nghệ khác nhau, kể cả các nguồn điện phân tán như các nguồn năng lượng tái tạo, làm cho toàn bộ hệ thống vận hành hiệu quả hơn

 Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đối với khách hàng

 Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng máy tính

 Nâng cao độ tin cậy, chất lượng và an toàn của hệ thống cung cấp điện

 Hiệu quả cao trong sản xuất, truyền tải, phân phối, tiết kiệm điện

 Duy trì và cải tiến các dịch vụ hiện hành một cách hiệu quả

 Sử dụng rộng rãi các nguồn năng lượng tái tạo

 Cho phép các hộ gia đình dùng điện chủ động tham gia vào việc vận hành tối

ưu hệ thống, làm cho thị trường điện phát triển

 Cung cấp cho các hộ dùng điện đầy đủ thông tin và các lựa chọn nguồn cung cấp

 Giảm thiểu các tác động ảnh hưởng tới môi trường

 Tích hợp (theo dõi, kiểm soát, bảo vệ, bảo trì, EMS, DMS, AMI)

Hình 2.3 và Bảng 2.1 bên dưới so sánh các đặc tính của mạng lưới điện truyền thống

và mạng lưới điện SG

Hình 2.3 Lưới truyền thống so với lưới thông minh

Bảng 2.1 So sánh mạng lưới điện truyền thống và Smart Grid

STT Cơ sở hạ tầng lưới điện hiện tại Cơ sở hạ tầng lưới điện Smart Grid

1 Phát điện tập trung Phát điện phân tán

2 Dòng điện một chiều Dòng điện hai chiều

3 Vận hành dựa trên kinh nghiệm

(chỉ số tải)

Hoạt động dựa trên dữ kiện thời gian thực

4 Hạn chế khả năng tiếp cận của

nhà sản xuất điện mới

Mở rộng khả năng tiếp cận lưới điện Khách hàng tham gia vào thị trường điện

5 Sử dụng chủ yếu nguồn năng

lượng hóa thạch Hạn chế hoặc

khó để tích hợp các nguồn năng

lượng thay thế

Dễ dàng kết nối và đảm bảo vận hành cho tất cả các nguồn điện với các kích

cỡ và công nghệ khác nhau

6 Quản lý và kiểm soát mạng lưới

phân phối kém Khả năng mất

truyền điện lên đến 20%, mất

phân phối lên đến 30%

Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đối với khách hàng

7 Không theo kịp với những thử

thách thức hiện tại

Áp dụng các tiến bộ công nghệ kỹ thuật số vào lưới điện

Sau khi phân tích mục đích và các khả năng của SG, có thể rút ra các sự biến đổi đáng kể của lưới điện thông minh SG so với mạng lưới điện hiện hành (Hình 2.4)

Hệ thống lưới điện hiện hành Hệ thống lưới điện Smart Grid

Hình 2.4 Các sự biến đổi đáng kể của lưới điện thông minh SG so với mạng lưới điện hiện hành [6]

Nhìn chung, SG có thể được định nghĩa là "một hệ thống của nhiều hệ thống” Nó có thể được xem như là một cơ sở hạ tầng tốt hơn trong việc cung cấp điện

Dễ bị tắt nghẽn, mất điện tạm thời

Mạng lưới thông tin liên lạc thông minh đồng nhất bằng giao thức liên mạng và đường truyền tốc độ cao kết nối tất cả các các thành phần

Tình trạng thiết bị chính không có

khả năng tích hợp tất cả

Do con người trực tiếp điều hành và

kỹ thuật chuyên sâu phức tạp

Tự động hóa các trạm biến áp thông minh

An toàn, bền vững, hiệu suất cung cấp điện cao

Phát điện tập trung và tiêu thụ phi tập

trung

Mạng lưới thông tin liên lạc không

đồng nhất khác nhau về điện dung và

Quản lý được việc tải điện và định lượng thông minh

Không quản lý tốt được việc tiêu thụ

điện hoặc không rõ ràng

Hướng dẫn và phản ứng dựa trên kinh

nghiệm điều hành trong các tình

huống nghiêm trọng

Khả năng tự khôi phục khi có sự cố xảy ra

Tối ưu hóa cấu trúc hiệu quả chu kỳ

mạng lưới điện như một tiến trình

độc lập

Tham gia tích cực vào việc xây dựng

hệ thống lưới điện bao gồm cả người tiêu dùng, nhà sản suất và các thiết bị lưu trữ điện

2.2 Những yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện Smart Gird

Tổng quan về mạng lưới điện hiện hành thì cơ sở hạ tầng ngày càng già cỗi và khó khăn về vốn Hiện tại, rất nhiều các nhà máy điện, đường dây truyền tải và phân phối đã trở nên già cỗi sau 20-30 năm vận hành và được thiết kế để cung cấp điện trong những thời đại trước Các công ty điện lực thường có xu hướng giảm thiểu đầu

tư vào cơ sở hạ tầng này và rất khó khăn tìm kiếm các nguồn đầu tư tin cậy để đảm bảo sự phát triển hợp lý các cơ sở hạ tầng này trong những thập kỷ tiếp theo

Hình 2.5 Mạng lưới điện thông thường

Bên cạnh đó, vấn đề về chất lượng điện năng và tổn thất phi kỹ thuật là một trong những vấn đề được quan tâm trong ngành điện hiện nay Với các nước đang phát triển như Việt Nam thì giảm được tổn thất phi kỹ thuật trong vận hành hệ thống điện cũng là các mối quan tâm hàng đầu Trong đó các tổn thất phi kỹ thuật bao gồm

ăn cắp điện, hư hỏng hoặc bất thường của thiết bị đo đếm làm phát sinh tranh chấp

và chu kỳ thu tiền kéo dài

"SG là một phản ứng cần thiết cho nhu cầu về môi trường, xã hội và chính trị được đặt trên cung cấp năng lượng" Theo một nghiên cứu gần đây bởi công ty điện lực Na Uy, phần lớn các ngành phục vụ công cộng cho rằng công nghệ được xem là

sự tiến bộ hàng đầu của SG

Hình 2.6 Mạng lưới điện Smart Grid

SG có những đặc điểm kỹ thuật nổi trội hơn mạng lưới điện thông thường là

do các đặc tính sau:

 Truyền băng thông rộng trong toàn hệ thống đường dây điện cho phép hệ thống thông tin hai chiều

 Thiết bị giám sát và rơle đặt tại các trạm biến áp

 Thiết bị giám sát đặt tại các máy biến áp và bộ ngắt điện

 Điện kế hai chiều với hệ thống truyền thông hai chiều (vô tuyến điện)

Do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật đo lường, điều khiển thông minh và hệ thống truyền thông hiện đại dựa trên nền tảng kỹ thuật số tích hợp tất cả các lĩnh vực hoạt động trong hệ thống điện tạo nên hệ thống điện thông minh SG có kỹ thuật công nghệ tiên tiến nổi trội được thể hiện trong bảng 2.2 [7]

Bảng 2.2 Tổng quan về các yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện SG

Công nghệ tiên tiến

• Lưới điện thông minh có thể được xem như là sự hội tụ của CNTT, viễn thông và các thị trường năng lượng

• Các sản phẩm và giải pháp mới thông qua công nghệ tiên tiến

• Nguồn vốn đầu tư đáng kể vào các giải pháp và công nghệ lưới điện thông minh

SG

Hiệu quả cao hơn với sự tối ưu hóa lưới điện

• Nhiều điểm tích hợp cho phần cứng và phần mềm lưới điện từ việc truyền tải đến tiêu thụ

• Các cảm biến được cài đặt ứng dụng và có khả năng giám sát

• Triển khai mạng lưới thông tin liên lạc hai chiều tiên tiến

• Tăng cường cung cấp năng lượng tái tạo và lưu trữ điện

• Cấu trúc mạng và các hệ thống có khả năng hỗ trợ cho nhiều hình thức của việc phát, phân phối và lưu trữ điện

• Hỗ trợ thông minh cho nhiều hình thức của các nguồn năng lượng tái tạo liên tục (Tập trung và / hoặc phân phối)

Dịch vụ khách hàng tiên tiến

• Hệ thống quản lý năng lượng tiêu dùng tiên tiến và đơn giản

• Cài đặt thiết bị nối mạng trong "ngôi nhà thông minh"

• Mô hình định giá mới có hiệu quả cho việc sử dụng điện

Một yếu tố khác của lưới điện thông minh là các phương pháp “thông minh” mới trong sử dụng năng lượng Điều đó có nghĩa là tối ưu hóa nguồn năng lượng (ví

dụ như việc phát điện riêng hoặc lưới điện phân phối), cũng như tối ưu hóa thời gian

sử dụng (ví dụ như tránh việc sử dụng trong giờ cao điểm) Lưới điện SG có đặc tính thân thiện môi trường và hiệu quả kinh tế

2.2.1 Chất lượng điện

Ngày nay, mọi người đang rất phụ thuộc vào điện Nó là một phần không thể thiếu trong cuộc sống con người hiện nay Người sử dụng điện không chỉ quan tâm đến việc cung cấp nguồn năng lượng đáng tin cậy mà còn nhu cầu về chất lượng điện

đủ để hỗ trợ nhu cầu hiện đại của cuộc sống số

Các nhà vận hành mạng lưới điện hiện nay chủ yếu tập trung giải quyết vấn

đề mất điện hơn là vấn đề chất lượng Nhưng điều này sẽ sớm thay đổi khi các nhà quản lý đưa ra các quy định chặt chẽ hơn liên quan đến chất lượng điện năng Nếu không có chất lượng năng lượng thích hợp, một thiết bị điện có thể hư hỏng hoặc

không hoạt động Với tất cả các trung tâm dữ liệu hiện nay, các mạng di động và các thiết bị y tế, con người dễ dàng nhận ra rằng chất lượng điện năng đáng tin cậy là điều vô cùng quan trọng

2.2.2 An toàn điện

An toàn điện là một yếu tố quan trọng trong mạng lưới Hệ thống phân phối điện SG dựa vào phần cứng và phần mềm ngày càng tinh vi An toàn điện đang ngày càng phụ thuộc vào thông tin hai chiều giữa các hệ thống và phản ứng của hệ thống đối với đầu vào Chức năng an toàn phụ thuộc vào thiết bị hoặc hệ thống hoạt động một cách chính xác để đáp ứng với đầu vào năng lượng của nó

Chức năng an toàn điện bao gồm:

• Phần mềm

• Phần cứng

• Khả năng tương thích điện từ

• Quản lý an toàn Chức năng an toàn điện nhằm giảm thiểu nguy cơ chấn thương thể chất và sức khỏe của con người (trực tiếp hoặc thông qua môi trường) Việc tạo ra lưới điện an toàn là một yếu tố quan trọng trong mạng lưới SG

2.2.3 Tính năng dự đoán của lưới điện Smart Grid

SG không chỉ thông minh mà nó còn có thể dự đoán trước những vấn đề có thể xảy ra trên hệ thống nhờ vào các bộ cảm biến và các bộ xử lý tập trung Lưới điện thông minh có thể dự đoán và cảnh báo cho những người quản lý hệ thống về những vấn đề trên lưới điện ngay khi nó xảy ra, hoặc thậm chí là trước khi nó xảy ra Một khi sự cố xảy ra, lưới điện thông minh có thể biết trước khi khách hàng gọi đến

để thông báo về sự cố nhờ vào các công tơ thông minh

Ngoài các công tơ thông minh, các thiết bị giám sát hoạt động của các máy biến áp cũng có hiệu quả rất lớn trong việc thu thập thông tin về các sự cố có thể xảy

ra Việc này khá quan trọng vì các máy biến áp có thời gian sử dụng lâu năm thì càng

có khả năng xảy ra sự cố và sự cố của máy biến áp thường gây ảnh hưởng tiêu cực trong phạm vi rộng lớn

Ngoài ra, trên hệ thống điện phân phối, SG còn có khả năng dò tìm sự cố và duy trì hoạt động cấp điện một cách tự động Hiệu quả là rất lớn do khách hàng có điện sử dụng liên tục, còn công ty điện lực thì duy trì được sản lượng và doanh thu bán điện

2.2.4 Tính độc lập năng lượng và an ninh trong việc cung cấp điện

Độc lập về năng lượng là một trong những vấn đề nóng được thảo luận trong các chương trình nghị sự chính trị [8] Nhập khẩu nguồn cung cấp khí đốt và các nguồn khác cho việc sản xuất năng lượng từ nước ngoài đã được chứng minh là không đáng tin cậy Điều quan trọng là SG có khả năng tự cung cấp các nguồn cho việc sản xuất năng lượng Điều này được thực hiện bằng cách tối ưu hóa sử dụng năng lượng (đáp ứng nhu cầu) và tăng sản xuất năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo cũng như sự phát điện phân phối

Ví dụ:

Xe điện cũng được xem là một giải pháp để giảm sự phụ thuộc vào năng lượng nước ngoài vì họ không sử dụng dầu nhập khẩu từ nước ngoài Tuy nhiên, công nghệ này không thể thành công mà không cần đến lưới điện thông minh Cụ thể như hệ thống điều khiển nâng cao và mạng lưới giao thông là một phần của lưới điện thông minh có khả năng sạc điện mà không gây ra các sự cố do tải điện vào giờ cao điểm do hàng ngàn hộ gia đình nạp điện vào xe của họ sau giờ làm việc

2.2.5 Phát triển việc phát điện từ các nguồn năng lượng tái tạo

Nếu không có sự ra đời của SG, các nguồn năng lượng tái tạo vẫn chưa được tận dụng triệt để Cả khách hàng và các dịch vụ sẽ được hưởng lợi ích từ việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện thông thường Rất nhiều quốc gia châu Âu đang chạy đua hướng tới mục tiêu “20/20/20” Đó là mục tiêu cắt giảm 20% lượng khí thải nhà kính vào năm 2020 so với mức của năm 1990, gia tăng 20% trong

tỷ trọng nguồn năng lượng tái tạo trong năng lượng tích hợp và cắt giảm 20% tiêu thụ năng lượng

Sự ra đời của lưới điện SG sẽ không chỉ giúp để đạt được mục tiêu trên mà còn hứa hẹn sẽ cung cấp khả năng lưu trữ năng lượng bổ sung Vấn đề lưu trữ năng lượng được thảo luận thêm trong mục 2.3.2 của nghiên cứu này

2.2.6 Phát triển công nghệ

Có một số kỹ thuật, công nghệ cho phép lưới điện thông minh có thể sử dụng được trên thị trường hiện nay Lưới thông minh góp phần quan trọng trong việc biến đổi ngành công nghiệp tiện ích trở thành thời đại thông tin vì tất cả các thông tin, dữ liệu về tiêu thụ năng lượng, phát điện, phân phối và lưu trữ sẽ luôn sẵn sàng và được tính theo thời gian thực

Đến ngày hôm nay, ngành điện đã tụt lại phía sau so với các ngành công nghiệp khác do không nắm bắt cơ hội trong thời đại truyền thông hiện đại và công nghệ mạng Vì vậy, bước đầu tiên trong việc giới thiệu mạng lưới thông minh SG sẽ không phải là sáng tạo công nghệ mới mà là giới thiệu các công nghệ hiện nay

2.2.7 Nhu cầu năng lượng

Nhu cầu năng lượng toàn cầu dự kiến sẽ tăng cao 44% vào năm 2030 (xem hình 2.7) với hầu hết các nhu cầu đến từ các nước đang phát triển như Trung Quốc, Nga, Ấn Độ và Brazil

Hình 2.7 Dự báo nhu cầu về năng lượng

Tuy nhiên, các nước EU cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng cao, đồng thời giá điện liên tục tăng Do đó, các nguồn năng lượng thay thế cần được xem xét Và đã đến lúc thị trường nên thích ứng với các công nghệ mới.

Bộ điều khiển SG sẽ hỗ trợ cả những nỗ lực tiết kiệm năng lượng trực tiếp và gián tiếp Nâng cao cơ sở hạ tầng đo tiên tiến hứa hẹn sẽ cung cấp cho các trung tâm điều khiển với các thông tin thời gian thực về vấn đề tiêu thụ điện Điều này sẽ cải thiện đáng kể hiệu quả hoạt động của lưới điện phân phối và cho phép các ứng dụng năng lượng hiệu quả như nhu cầu cung được đăng ký với quy mô đầy đủ

2.2.8 Mức tải đỉnh và giá thành theo thời gian sử dụng thực

Để làm giảm nhu cầu tải điện trong các giờ cao điểm với giá điện rất cao, các thiết bị thông minh chức năng có liên quan đến các phương tiện liên lạc và công nghệ đo được lắp đặt tại nhà hoặc trong văn phòng, khi nhu cầu năng lượng cao Các thiết bị này lần lượt theo dõi số lượng điện tiêu thụ và đăng nhập thời gian sử dụng của nó

Để khuyến khích khách hàng phải cắt giảm năng lượng sử dụng trong giờ cao điểm, ngành điện đã tăng giá điện trong giai đoạn nhu cầu sử dụng điện cao và giảm giá điện trong giai đoạn nhu cầu sử dụng điện thấp Dự kiến người tiêu dùng và các ngành kinh doanh sẽ có xu hướng tiêu thụ ít năng lượng hơn trong giờ cao điểm vì

họ nhận thức được giá điện sẽ cao khi sử dụng điện trong giờ cao điểm Ví dụ, một

số hộ gia đình có thể nấu bữa tối lúc 9 giờ tối thay vì lúc 5 giờ chiều

Người ta cho rằng với chính sách như vậy sẽ làm giảm lượng dự trữ quay mà công ty điện lực phải hoạt động liên tục Các biểu đồ phụ tải sẽ tự chỉnh mức thông qua việc kết hợp của giá thành và trung tâm điều khiển một số các thiết bị dịch vụ quản lý điện năng (tập hợp) chi trả cho người tiêu dùng một phần công suất tải đỉnh được tiết kiệm khi người tiêu dùng tắt các thiết bị điện của họ trong giờ cao điểm

2.3 Ứng dụng của Smart Grid

2.3.1 Thiết bị phụ tải (DR)

DR gần đây đã nhận được nhiều sự quan tâm từ các cơ quan quản lý và chính phủ Nó là một khái niệm tương đối đơn giản phục vụ lợi ích người tiêu dùng điện Các thiết bị phụ tải khuyến khích khách hàng để giảm tiêu thụ điện năng trong giờ cao điểm Các thiết bị phụ tải khác nhau từ hệ thống đo lường tiên tiến đơn giản đến

hệ thống điện hoàn toàn tự động trong nhà

Trước đây, việc kiểm soát của khách hàng trong vấn đề tải điện gần như là không kiểm soát được Các cấu hình tải trung bình của các loại bằng ngày và giờ (ngày làm việc, thứ bảy, chủ nhật) tương đối ổn định Các cấu hình tải phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thời tiết và thời gian của ánh sáng trong ngày Việc phát điện và

dự trữ năng lượng tải từ phía khách hàng là không đáng kể

Phát triển kỹ thuật (DG, công nghệ thông tin, máy đo thông minh, điện tử, điện, pin) sẽ chuyển đổi việc kết nối mạng lưới tĩnh điện của khách hàng vào một cổng đa chức năng hoạt động cho tất cả những thành phần tham gia vào thị trường điện lực

Hình 2.9 Sơ đồ khái niệm về việc ứng dụng DR vào mạng truyền thông SG [69]

Hệ thống các thiết bị phụ tải bao gồm ít nhất hai thiết bị kết nối được cài đặt tại cơ sở của khách hàng: một thiết bị kiểm soát tải thông minh và một máy đo thông minh

Nâng cấp hệ thống các thiết bị phụ tải bao gồm một hệ thống hiển thị thông minh cho phép tương tác liên tục giữa người tiêu dùng và một mạng lưới tiện ích Nó cũng sẽ giúp cho khách hàng để đăng nhập vào một trang web có chứa thông tin về việc sử dụng điện và kế hoạch thu thuế

DR là một giải pháp nhanh hơn, sạch hơn, rẻ hơn và đáng tin cậy hơn so với việc xây thêm một nhà máy điện mới phục vụ vào giờ cao điểm Cả hai phía khách hàng và các dịch vụ cung ứng sẽ được hưởng lợi ích từ sự ra đời của giải pháp này Thực tế là cả hai bên sẽ tiết kiệm tiền và là động lực rất lớn cho việc áp dụng các kỹ thuật thiết bị phụ tải

2.3.2 Dự trữ năng lượng

Khả năng lưu trữ năng lượng giữ vai trò rất quan trọng trong mạng lưới điện

SG trong tương lai Một mạng lưới điện không có khả năng lưu trữ năng lượng giống như một máy tính cá nhân mà không có một ổ đĩa cứng Lưu trữ năng lượng trên

toàn mạng lưới phân phối có thể cung cấp tải điện đỉnh trong những giờ cao điểm Vì vậy, giải pháp này sẽ giảm được chi phí cho việc sử dụng các nhà máy với chi phí hoạt động khá cao nhằm đáp ứng nhu cầu trong giờ điểm Ngoài ra, nó sẽ làm cho mạng lưới phân phối ít biến động vì nó giúp cho việc tải điện diễn ra trôi chảy và có thể giúp khách hàng tránh tiêu thụ điện mức thuế giá cao

Ngoài ra, giải pháp lưu trữ năng lượng sẽ rất quan trọng để lưu trữ năng lượng từ máy phát điện năng lượng tái tạo (gió và năng lượng mặt trời chỉ sản xuất ở thời điểm nhất định, mà không nhất thiết phải trùng với thời gian khi nhu cầu sử dụng điện cao, do đó điều quan trọng là sử dụng công nghệ lưu trữ năng lượng để tiết kiệm điện cho những lúc không thể phát điện trực tiếp)

Hình 2.10 Cấu trúc mạng hộ gia đình và thiết bị gia dụng kết nối

2.3.4 Kiến trúc đo lường thông minh (AMI)

Hệ thống cảm biến và đo lường là hệ thống quan trọng tích hợp nhiều công nghệ điều khiển có nhiệm vụ giám sát và đánh giá sự ổn định của lưới điện, phòng chống trộm cắp năng lượng bao gồm nhiều công nghệ tiên tiến: hệ thống giám sát diện rộng, hệ thống cảm biến phân phối thông minh kết hợp với hệ thống đánh giá nhiệt theo thời gian thực, công nghệ đo thời gian sử dụng và tính hóa đơn tự động, các thiết bị điện và đường dây hiện đại Các công nghệ gồm có dụng cụ thông minh dựa trên bộ vi xử lý, rơle bảo vệ kỹ thuật số, thiết bị đọc dữ liệu, hệ thống hiển thị bảng giá trực tuyến, người sử dụng có thể có nhiều lựa chọn để tránh giờ cao điểm Các cảm biến thông minh tốc độ cao PMU phân bố trong mạng có thể được sử dụng

để chỉ thị chất lượng điện và một số đáp ứng một cách tự động Các cảm biến này có thể đưa ra dạng sóng dòng điện Từ năm 1980, xung nhịp đồng hồ từ hệ thống định

vị toàn cầu GPS có thể được sử dụng để đo chính xác thời gian trong lưới, có khả năng quản lý hệ thống điện đáp ứng các điều kiện tác động nhanh

AMI là một hệ thống đo lường, thu thập, phân tích và dữ liệu sử dụng năng lượng từ các thiết bị tiên tiến, chẳng hạn như từ các đồng hồ đo điện, khí, nước Dữ liệu có thể được gửi qua một mạng lưới thông tin liên lạc hai chiều Số liệu sử dụng năng lượng có thể được thu thập theo yêu cầu hoặc theo một lịch trình được xác định trước Hình 2.11 bên dưới minh họa cho cấu trúc hệ thống AMI

Hình 2.11 Cấu trúc hệ thống AMI

AMI bao gồm phần cứng, phần mềm, truyền thông, hệ thống khách hàng và phần mềm quản lý dữ liệu đo Vì vậy, AMI có thể được giải thích là hai lớp kết cấu: lớp ứng dụng và lớp vận chuyển [7] Lớp ứng dụng có trách nhiệm thu thập dữ liệu

và phân tích, kiểm soát hoạt động và giám sát thời gian thực Lớp vận chuyển có trách nhiệm chuyển thông tin hai chiều giữa các tiện ích và khách hàng (Hình 2.12)

Hình 2.12 Lớp kết cấu hệ thống AMI [9]

2.3.5 Tích hợp các nguồn phát điện phân phối

Các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời hay gió đã được sử dụng trong nhiều năm qua Nhưng những gì còn thiếu đó là một cơ sở hạ tầng tích hợp các nguồn năng lượng vào lưới điện phân phối thông thường (DG)

Để đạt được mục tiêu tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo, mạng lưới điện cần phải truyền tải năng lượng trực tiếp đến người tiêu dùng Khả năng phát nguồn điện phân phối nhằm tạo ra lưới điện siêu nhỏ “microgrids” hiện nay đã thu hút rất nhiều chú ý của nhà đầu tư Lưới điện siêu nhỏ là một mạng lưới độc lập, có độ tin cậy cao có khả năng phát và tích trữ năng lượng cho người tiêu dùng Lưới điện siêu nhỏ có thể kết nối với lưới điện phân phối thông thường trong suốt thời gian vận hành bình thường của mạng lưới Tuy nhiên khi lưới điện phân phối thông thường có

sự cố xảy ra, lưới điện siêu nhỏ sẽ có thể tiếp tục đáp ứng các yêu cầu điện độc lập Thêm vào đó, chủ sở hữu nguồn năng lượng tái tạo của lưới điện siêu nhỏ có thể bán lại năng lượng vào lưới điện phân phối hoặc thậm chí truyền trực tiếp cho một người hàng xóm bên kia đường

2.3.6 Hệ thống kiểm soát thiết bị tiên tiến (AUCS)

AUCS nhằm mục đích để tích hợp các hệ thống điều khiển và các công nghệ khác nhau để hỗ trợ kiểm soát và tối ưu hóa mạng lưới phân phối Công nghệ theo dõi và lập lịch biểu, kiểm soát các phụ tải như máy nạp điện cho xe chạy điện, mạng

hộ gia đình (Home Area Network – HAN) Quan trọng nhất là đồng hồ đo thông minh (Smart Meter) kết nối thông tin dữ liệu giữa các nhà máy điện và thiết bị điện thông minh và bộ cảm biến tốc độ cao Phasor – quản lý phân phối điện, giám sát chất lượng điện, tự động xử lý khi có sự cố xảy ra trên mạng lưới Nó bao gồm các phần sau đây:

• Quản lý dữ liệu đo (MDM)

• Hệ thống SCADA

• Hệ thống quản lý phân phối (DMS)

• Hệ thống quản lý năng lượng (EMS)

• Hệ thống thông tin khách hàng (CIS)

• Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

AUCS trong phạm vi mạng lưới SG sẽ giúp tích hợp các thiết bị phụ tải, phát điện phân phối năng lượng tái tạo, cũng như nó sẽ cung cấp cho khách hàng những thông tin về việc tiêu thụ của họ

Một hệ thống tích hợp như vậy sẽ cải thiện đáng kể việc dự báo tiêu thụ, độ tin cậy, bảo vệ và hiệu suất của lưới điện Nó cũng sẽ có thể đáp ứng được các đặc điểm của lưới điện thông minh như chất lượng điện năng, lưu trữ năng lượng và khả năng dự đoán và khắc phục sự cố Hình 2.13 là minh họa cho hệ thống kiểm soát các thiết bị tích hợp trong hệ thống lưới điện SG

Hình 2.13 Hệ thống kiểm soát các thiết bị tích hợp trong lưới điện SG

2.3.7 Sạc điện thông minh

Ngày nay xe điện ngày càng trở nên phổ biến Vì vậy, một câu hỏi về vấn đề nạp điện cho các xe điện ngày nay Lưới điện mới phải có khả năng đáp ứng với nhu cầu ngày càng tăng của việc nạp điện cho các xe điện và tránh việc tắt nghẽn trong giờ cao điểm khi một số lượng lớn người tiêu dùng nạp điện cho xe của họ Do đó, các ứng dụng phần mềm được thiết kế tại các trạm sạc điện cho xe điện để khách hàng có thể nạp điện cho xe của họ trong các giờ bình thường (ví dụ như sau 09:00 )

Cả khách hàng và các dịch vụ mạng lưới sẽ được hưởng lợi từ nó Nạp điện trong thời gian không phải giờ cao điểm sẽ suôn sẽ đồng thời mức thu điện phí sẽ thấp hơn

2.4 Quan điểm của ngành công nghiệp điện về Smart Grid

Tính năng thông tin liên lạc hai chiều của lưới điện thông minh cho phép khách hàng được đền bù năng lượng đã tiết kiệm bằng cách bán năng lượng điện trở lại vào lưới điện thông qua công nghệ đo nâng cao Sau khi tuyên truyền những khái

niệm về hệ thống phân phối điện như tấm pin mặt trời và tua-bin gió nhỏ, SG sẽ nâng cao hiệu suất của ngành công nghiệp năng lượng bằng cách cung cấp các nguồn năng lượng xanh và giảm tải trong giờ cao điểm Nó sẽ cho phép các khách hàng trong nước và các doanh nghiệp nhỏ để bán điện cho các nước láng giềng của họ hoặc thậm chí bán trở lại vào mạng lưới điện phân phối hiện hành Tương tự có thể áp dụng cho các tổ chức thương mại lớn hơn có hệ thống năng lượng tái tạo có thể cung cấp điện dư thừa trở lại vào lưới điện nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện cao trong giờ cao điểm

Ứng dụng lưới điện thông minh SG sẽ giảm được chi phí hoạt động của mạng lưới, nâng cao SAIFI và SAIDI, tăng cường quản lý tài sản và cải thiện hoạt động phân phối

SG được xem như là một giải pháp quan trọng nhằm giải quyết những thách thức thời đại như nhu cầu điện ngày càng cao, cơ sở hạ tầng tiện ích ngày một cũ kĩ,

và những tác động môi trường của khí thải hiệu ứng nhà kính tạo ra bởi máy phát điện thông thường

Giải pháp lưới điện SG tích hợp kết hợp công nghệ đo lường tiên tiến, dữ liệu

và nguồn điện được lưu thông hai chiều tốc độ cao, công nghệ phần mềm có khả năng phân tích và giám sát liên tục, cùng với các dịch vụ hỗ trợ khác có liên quan nhằm mục đích cung cấp dữ liệu đến địa điểm, thời gian cụ thể thực tế cũng như giải pháp quản lý năng lượng trong các hộ gia đình Khi các giải pháp này kết hợp sẽ nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của mạng lưới điện đáng kể Và đồng thời, các tác động ảnh hưởng đến môi trường sẽ giảm do việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo Giải pháp SG, bao gồm quản lý tài sản, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện, nhu cầu quản lý, quản lý năng lượng được phân phối, cơ sở hạ tầng đo lường được nâng cao,

và tự động hóa phân phối điện sẽ cho phép các tiện ích để tự xác định và khắc phục một số vấn đề thách thức cụ thể về hệ thống thông qua một hệ thống nền tảng duy nhất

Ngày nay, các quan chức ngành công nghiệp đang nghiên cứu các tiêu chuẩn khung để giúp hiện đại hóa mạng lưới điện hiện hành Nhóm IEEE đang xác định các tiêu chuẩn hiện hành và các thiếu sót về mặt công nghệ mà cần phải được điều chỉnh

để cung cấp lưới điện thông minh tương tác Mục tiêu cho dự án SG 2030 của IEEE tập trung vào ba trọng tâm là nghiên cứu kỹ thuật công nghệ năng lượng, công nghệ thông tin và công nghệ truyền thông

Sau đây là tổng quan về các quan điểm khác nhau các nhà cung cấp trong ngành công nghiệp trên thế giới và cơ hội đầu tư phát triển của họ trước sự ra đời của SG [9]:

2.4.1 Nhà cung cấp mạng

Sự liên kết giữa khách hàng và các dịch vụ sẽ được triển khai là một trong những giải pháp đầu tiên cho lưới điện thông minh Do đó, các công ty chuyên về công nghệ mạng như FAN và AMI đã nhận được một phần đầu tư rất lớn từ các nhà đầu tư Công ty AMI có thể xem xét đầu tư vào các công ty hợp tác với các hãng viễn thông không dây, như các công nghệ đang được phát triển (tức là WiMax/4G)

có thể thay thế các giải pháp chi phối hiện tại (mạng lưới RF) trong tương lai

2.4.2 Nhà cung cấp mạng trong nhà

Hệ thống quản lý năng lượng hộ gia đình cũng đã thu hút được các nhà đầu tư lớn Tuy nhiên, các công ty phần mềm lớn như Microsoft và Google đã tuyên bố rằng họ sẽ phát triển hệ thống quản lý năng lượng trong nhà và cung cấp cho các hộ tiêu dùng miễn phí Hơn nữa, thị trường này vẫn đang trong những bước đầu tiên của

sự phát triển và đầu tiên cần thiết để có một đồng hồ đo thông minh và mạng lưới hoạt động tại chỗ để tạo ra và truyền tải dữ liệu của khách hàng Tuy nhiên, việc đầu

tư này vẫn còn rất hạn chế Mặc dù một số dự án thí điểm khởi động vào năm 2010 tại Mỹ Đối với các tiêu chuẩn liên lạc thông tin giữa các thiết bị trong nhà của hệ thống HAN, các lựa chọn thay thế chính là WiFi, WiMax và ZigBee Mỗi tiêu chuẩn

có các công ty lớn của nó đằng sau nó Vì vậy, lĩnh vực đầu tư này hứa hẹn sẽ là khá cạnh tranh

2.4.3 Các nhà cung cấp phần mềm

Do việc phát nguồn năng lượng điện tái tạo và các giải pháp lưu trữ năng lượng tiên tiến sẽ được phát triển và phổ biến rộng rãi ra thị trường, vấn đề hội nhập của họ vào hệ thống mạng phân phối và quản lý là rất cần thiết Đây chính là một thách thức và cơ hội phát triển cho lĩnh vực công nghệ phần mềm Ngành công

nghiệp sẽ cần các ứng dụng có khả năng quản lý dữ liệu chuyển từ các công tơ thông minh và cảm biến Theo dự kiến các lĩnh vực ứng dụng sẽ là khu vực cạnh tranh chính trong vòng 3-5 năm tới

2.4.4 Các nhà cung cấp máy đo thông minh

Lĩnh vực này không giống như những lĩnh vực khác thu hút được ít nhà đầu tư hơn vì hầu hết các công ty đo lường thông minh hàng đầu phát triển trực tiếp từ ngành công nghiệp đo truyền thống Các công ty này (ví dụ như GE, Elster, Itron và Siemens) cũng được thành lập từ lâu và thách thức chính đối với họ là phải là người tiên phong cung cấp các máy đo thông minh có hỗ trợ các giao thức truyền thông đa dạng nhằm đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp hiện nay Trong lĩnh vực hệ thống kiểm soát tiên tiến, một số công ty vừa mới thành lập sản xuất hệ thống phần cứng và phần mềm cảm biến có thể sẽ phát triển

2.4.5 Các nhà cung cấp các thiết bị phụ tải

Các nhà cung cấp các thiết bị phụ tải đóng vai trò của một liên kết trực tiếp giữa khách hàng và dịch vụ Các nhà cung cấp này có thể được chia làm hai loại theo lĩnh vực chuyên môn chính của họ: thị trường dân dụng quy mô nhỏ và các khách hàng công nghiệp lớn Các công ty này cung cấp giải pháp truyền thông phần mềm

và phần cứng Lĩnh vực thị trường này có thể sẽ khá khó khăn cho các công ty mới

để tham gia vì họ sẽ cần phải đạt được một mức độ tin cậy nhất định của ngành công nghiệp tiện ích khá bảo thủ như ngành Điện

2.4.6 Nhà cung cấp hệ thống quản lý dữ liệu đo lường

Quản lý dữ liệu đo lường (MDM) là một trong những phân khúc thị trường, nơi mà các công ty mới và các công ty nhỏ có thể cạnh tranh Thiết bị đo thông minh

là một công nghệ tương đối mới và rất ít công ty có kinh nghiệm trong việc xử lý lượng lớn dữ liệu phát sinh từ máy đo thông minh

2.5 Quan điểm của người tiêu dùng về Smart Grid

Theo một báo cáo mới đưa ra những lợi ích cho mỗi khách hàng trong việc triển khai lưới điện thông minh trong thực tế Theo nhóm nghiên cứu người tiêu dùng lưới điện thông minh (SGCC) người tiêu dùng nhận được những lợi ích trực

tiếp và gián tiếp từ việc tham gia vào thị trường lưới điện thông minh Lợi ích trực tiếp tương đương với việc cắt giảm chi phí các hoạt động bảo trì, hiệu quả năng lượng, giá điện thấp và tất cả điều có thể định lượng bằng số tiền trên hóa đơn hàng tháng của khách hàng Mặt khác, những lợi ích gián tiếp bao gồm tính ổn định và độ tin cậy lưới điện Trong khi đó một số những chi phí phát sinh do người đóng thuế dịch vụ phần lớn sẽ không xuất hiện trên các hóa đơn

Thêm vào đó, các tác động môi trường thấp hơn, khả năng độc lập năng lượng lớn hơn và năng suất kinh tế cao hơn Hệ thống lưới điện thông minh hiệu quả hiện đại hơn sẽ gây ô nhiễm ít hơn, đặc biệt với việc bổ sung các nguồn năng lượng tái tạo Việc chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch để tái tạo hứa hẹn sẽ cung cấp cho độc lập năng lượng lớn hơn Và cơ sở hạ tầng năng lượng được cải thiện đáng kể nâng cao hiệu quả kinh tế quốc dân

Lưới điện thông minh sẽ tạo ra một phong cách sống mới cho người tiêu dùng điện Ngày nay, khách hàng không biết làm thế nào năng lượng mà họ tiêu thụ được sản xuất và cung cấp cho họ Với các công nghệ lưới điện thông minh triển khai tất

cả đến người tiêu dùng, họ sẽ có thể biết chính xác bao nhiêu điện năng mà họ tiêu dùng trong các hoạt động hằng ngày Hệ thống quản lý năng lượng trong nhà sẽ cho phép người tiêu dùng quan tâm để theo dõi bao nhiêu năng lượng mà họ đang sử dụng và cho mục đích gì Nhiệm vụ cơ bản khách hàng vẫn không thay đổi với sự ra đời của lưới điện thông minh Mới và khác nhau là quy mô, độ phức tạp và chi phí của các công nghệ mới được sử dụng để nâng cấp và thêm vào lưới điện thông thường Hình 2.14 minh họa chu trình hoạt động mạng lưới SG đến người tiêu dùng trực tiếp

Hình 2.14 Hệ thống hoạt động lưới điện SG đến người tiêu dùng

Sau đây là tóm tắt các lợi ích của SG mang lại cho người tiêu dùng:

Bảng 2.3 Tóm tắt các lợi ích của người tiêu dùng trong việc sử dụng mạng lưới điện

SG

dùng

thay thế thân thiện với môi trường

 Có khả năng kiểm soát: như độ biến đổi, rút ngắn…

4 Thiết bị điện tử thông

minh

 Kiểm tra hiệu suất

 Tăng cường thiết bị kiểm soát

tin liên lạc hai chiều

 Quan sát được hiệu suất

 Điều khiển từ xa

hàng

 Quản lý được nhu cầu tiêu thu điện

điện gia dụng thông minh

 Tham gia của các chương trình DR (Demand Response – các thiết bị phụ tải)

có thể điều tiết sản lượng điện tiêu dùng trong giờ cao điểm

 Tiết kiệm trog việc thanh toán hóa đơn tiền điện

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU VỀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI

VÀ ỨNG DỤNG SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI

3.1 Tình hình triển khai và ứng dụng của Smart Grid trên thế giới

Hệ thống SG trong những năm gần đây đã được triển khai rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới với nhiều công nghệ, ứng dụng được cải tiến và phát triển liên tục Hầu hết các công nghệ cần thiết để tạo ra một lưới điện thông minh đã có mặt trên thị trường các nước phát triển hiện nay Các công ty tiện ích luôn tìm kiếm cơ hội nâng cao kinh doanh qua việc cung cấp công nghệ DR Nhiều công ty tiện ích cũng cho ra đời một số lượng lớn máy đo điện thông minh được giới thiệu đến người tiêu dùng với những mức giá đa dạng [10] Các công ty lớn đã tự động hóa cả hệ thống tòa nhà áp dụng giải pháp tòa nhà thông minh tích hợp hệ thống sưởi, thông gió và hệ thống điều hòa không khí Nhiều tổ chức chính phủ và tư nhân đã thực hiện bảng điều khiển năng lượng tiêu thụ được cung cấp bởi các nhà tích hợp phần mềm nhỏ Tuy nhiên, cho đến nay, không ai có thể xác định một kiến trúc ngành công nghiệp trải rộng trên toàn bộ lưới điện thông minh từ máy biến áp điện áp cao (HV) đến ổ cắm tường trong nhà và văn phòng

Sau đây là tóm lược vê công tác phát triển và khai thác lưới điện thông minh tại một số quốc gia trên thế giới:

3.1.1 Hoa Kỳ

Tháng 4/2013 công ty FPL (Florida Power & Light) đã hoàn thành một kế hoạch xây dựng lưới điện thông minh được coi là lớn nhất từ trước đến nay tại bang Florida và kéo dài trong 4 năm Cùng hợp tác với Công ty General Motor, công ty này đã triển khai lắp đặt 4,5 triệu công tơ điện tử thông minh và nâng cấp cho khoảng 145 máy biến áp phân phối tại 35 hạt của bang Florida, công tác này chỉ là một phần trong kế hoạch thông minh hóa lưới điện phân phối tại bang này Hệ thống thiết bị mới sẽ giúp vận hành lưới điện phân phối một cách ổn định hơn, hạn chế sự

cố và nhanh chóng phục hồi cấp điện trong trường hợp hệ thống bị sự cố tại Florida – một bang rất thường xuyên bị ảnh hưởng bởi các cơn bão nhiệt đới Về nguồn tài

chính, công ty FPL đã tiếp nhận 200 triệu USD từ ngân sách Liên bang để phát triển

dự án Số tiền này là số tiền tối đa có thể được tài trợ cho các dự án về công nghệ - thiết bị theo Đạo luật Phục hồi và tái đầu tư năm 2009, đạo luật này trước đây cũng

đã tài trợ cho một số dự án liên quan đến lưới điện thông minh của Hoa Kỳ Tổng cộng Hoa Kỳ đã đầu tư khoảng 4,3 tỷ USD vào lưới điện thông minh trong năm

2012 [11]

Theo viện nghiên cứu điện (EPRI) ước tính thị trường phát triển lưới điện thông minh tại Mỹ đã cho các dự án lưới điện thông minh liên quan tại Hoa Kỳ vào khoảng 13 tỷ USD mỗi năm trong vòng 20 năm tới Mỹ là nơi có nhiều tập đoàn làm việc về các vấn đề lưới điện thông minh Chương trình IntelliGrid của EPRI và bộ phận năng lượng (DoE) của Liên minh GridWise là hai ví dụ cụ thể Tương tự như vậy, các công ty tiện ích của quốc gia này đang tích cực tham gia với khoảng 80% vào phát triển một số hình thức lưới điện thông minh, ví dụ như bằng cách tham gia trong nghiên cứu thí điểm hệ thống giám sát diện rộng (WAMS) Một nghiên cứu gần đây của Phòng thí nghiệm thuộc quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) nghiên cứu cung cấp chủ hộ với các công nghệ lưới điện thông minh để theo dõi và điều chỉnh mức tiêu thụ năng lượng tại nhà của họ Các hộ gia đình trung bình giảm hóa đơn tiền điện hàng năm khoảng 10% Điều này có thể tiết kiệm lên đến 200 tỷ USD chi phí vốn vào nhà máy mới và đầu tư lưới [10],[1]

3.1.2 Úc

Ausgrid là lưới điện lớn nhất nước Úc đang triển khai một dự án trị giá khoảng 100 triệu USD liên quan đến lưới điện thông minh Dự án này tên là SG, Smart City và được tiến hành ở Newcastle và vùng Upper Hunter của tiểu bang New South Wales Dự án có thời hạn 3 năm này sẽ kiểm tra hoạt động của một số công nghệ mới cũng như phương thức tính tiền điện mới cho khoảng 30.000 hộ dân Ausgrid cũng sẽ thử nghiệm một số thiết bị phục vụ cho lưới điện thông minh như thiết bị cô lập khu vực có sự cố lưới điện, thiết bị giám sát các máy móc sử dụng điện từ xa [11]

3.1.3 Hà Lan

Tại thành phố Hoogkerk của Hà Lan đã triển khai một dự án gọi là PowerMatching City, dự án này được coi là cộng đồng đầu tiên trên thế giới sử dụng lưới điện thông minh một cách thực sự Trên thực tế thì dự án này là một phòng thí nghiệm kết nối lưới và cung cấp điện năng cho khoảng 20 hộ sử dụng điện Những

hộ tham gia dự án này được sử dụng rất nhiều loại thiết bị tương thích với hệ thống lưới điện thông minh được lắp đặt trong từng ngôi nhà: hệ thống kết hợp điện và sưởi siêu nhỏ, máy bơm lai ghép, công tơ điện tử thông minh, pano năng lượng mặt trời,

xe điện và trạm sạc điện, máy phát điện gió, thiết bị gia dụng thông minh Ngôi nhà của từng hộ dân sẽ được sử dụng để trình diễn phương thức sử dụng điện cho năm

2030 [11]

3.1.4 Thụy Điển

Tại Thụy Điển cũng có một dự án tương tự như dự án PowerMatching City của Hà Lan Dự án này được triển khai tại khu Royal Seaport của Stockholm với mục tiêu trở thành khu dân cư sử dụng lưới điện thông minh đầu tiên trên thế giới trong tương lai Mục tiêu thứ hai không kém phần quan trọng là giúp giảm lượng khí thải bình quân đầu người trong khu dân cư từ 4,5 tấn xuống còn 1,5 tấn vào năm

2030 khi mạng điện thông minh sẽ thành hiện thực ở nơi đây vào năm 2030 Dự án bao gồm nhiều phát minh mới về năng lượng như nạp điện cho các loại tàu thay vì nạp xăng dầu, giúp các hộ dân cư trong khu vực giảm 30 lượng điện từ lưới điện phân phối bằng nguồn điện mặt trời và điện gió Dự án tập trung vào một số công nghệ mới nhằm giúp các hộ dân cư vừa là nhà sản xuất điện vừa là người sử dụng điện Các nhà đầu tư cũng đã xây dựng một trung tâm điều hành thông minh để quản

lý toàn bộ các công nghệ mới của dự án [11]

3.1.5 Hàn Quốc

Hàn Quốc đang chiếm thế mạnh về hệ thống lưới điện thông minh trên thế giới Chính phủ Hàn Quốc đang tích cực hỗ trợ cho việc tạo lập thị trường và phát triển kỹ thuật vì đây là ngành công nghiệp có thể dẫn đầu thế giới trong thời gian sắp tới Hệ thống mạng lưới điện thông minh được chọn là kỹ thuật xanh tiêu biểu nhất bởi có thể giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng một cách đáng kể Trong ngành công

nghiệp lưới điện thông minh, Hàn Quốc đang đi đầu và được chọn là quốc gia dẫn đầu về lưới điện thông minh tại Hội nghị Thượng đỉnh nhóm các nước G7 năm 2009 Đặc biệt là kế hoạch tạo ra thị trường ban đầu bằng cách mở rộng cung cấp các loại công tơ điện thông minh, các máy nạp điện cho xe sử dụng năng lượng điện, hệ thống lưu điện Đây được hi vọng sẽ tạo hiệu quả lớn mạnh cho các ngành công nghiệp liên quan như công nghiệp chế tạo, các nhà kinh doanh quản lý nhu cầu, kinh doanh máy nạp điện cho xe, hệ thống lưu điện

Từ ban đầu, Hàn Quốc đã xây dựng cơ sở hạ tầng lưới điện thông minh theo hình thức tự động hóa hệ thống phân phối Lưới điện thông minh theo đuổi một tích hợp hệ thống hữu cơ dựa trên CNTT Hàn Quốc đã đưa ra một dự án được gọi là K -Grid để thiết kế một hệ thống lưới điện thông minh Hàn Quốc tích hợp cao Hệ thống lưới điện thông minh tại quốc gia này được tiếp cận theo hai cách khác nhau Một phương tiện thực tế là để kết hợp sức mạnh phát triển CNTT và mục tiêu cho sự tinh

tế của hệ thống điện, còn phương diện thứ hai là nhằm mục đích tạo ra một lưới điện thông minh phù hợp với môi trường điện tương lai của Hàn Quốc Lưới điện thông minh Hàn Quốc có thể khác so với các lưới điện được phát triển ở các nước khác về các đặc trưng của nó Ví dụ, Hàn Quốc có một cấu trúc tiện ích độc quyền và mạng lưới truyền và phân phối đẳng cấp thế giới hiệu quả và ổn định Trong những năm qua Hàn Quốc đã thiết lập riêng của hệ thống lưới điện thông minh của nó phù hợp nhất với môi trường nhất định Chính phủ Hàn Quốc hiện đang hỗ trợ tích cực cho ngành công nghiệp lưới điện thông minh Hàn Quốc đã chuẩn bị một lộ trình phát triển lưới điện thông minh dưới sự giám sát của chính phủ vào 2009 [12]

Năm 2010 chính phủ đã xây dựng xong lộ trình quốc gia nhằm xây dựng ngành công nghiệp lưới điện thông minh và là quốc gia đầu tiên trên thế giới đưa ra

bộ luật đặc biệt dành cho lưới điện thông minh cấp nhà nước trong năm 2011 Đảo Jeju của Hàn Quốc đã tiến hành xây dựng khu sát hạch lưới điện thông minh với quy

mô lớn nhất thế giới hoàn thành trong năm 2013 nhằm đánh giá những thành quả phát triển kỹ thuật và phát triển hình mẫu kinh doanh

3.1.6 Ấn Độ

Theo thống kê được đưa ra bởi Bộ năng lượng, Ấn Độ là một trong những quốc gia thiệt hại T&D ở mức cao nhất trên thế giới, trung bình 26% tổng sản lượng điện Nếu bao gồm tổn thất phi kỹ thuật như trộm cắp năng lượng thì mức tổn thất trung bình lên đến 50% Các tổn thất tài chính đã được ước tính ở mức 1,5% tổng sản phẩm quốc gia (GDP) Do Ấn Độ phát triển một trong những mạng lưới điện yếu nhất trên thế giới nên những cơ hội và nhu cầu để xây dựng lưới điện thông minh cao Lưới điện của Ấn Độ đang có nhu cầu cải tiến lớn vì nhiều lỗi hệ thống Ví dụ như mạng lưới phân phối theo kế hoạch kém, quá tải của các thành phần hệ thống, hiệu quả đo thấp và trộm cắp điện là một vấn đề khá phổ biến Gần đây, cuộc thảo luận đã đưa ra rằng việc sử dụng DSM để chọn lọc cắt giảm sử dụng điện cho các khách hàng quá hạn trong khi đó cải thiện chất lượng điện cho khách hàng trả tiền

Nó không có vẻ như một chương trình hấp dẫn với hầu hết các tiện ích của Mỹ, tuy nhiên, nó rất có ý nghĩa trong việc cải thiện mạng lưới điện hiện hành của Ấn Độ Một động lực để xây dựng lưới điện thông minh tại Ấn Độ là hiệu quả năng lượng và tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo Ấn Độ sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ hiệu quả năng lượng thông minh trong hình thức của DR và các thiết bị đáp ứng lưới điện[13]

3.1.7 Trung Quốc

Tiêu thụ điện ở Trung Quốc đã được phát triển với một tốc độ chưa từng có

kể từ năm 2004 do sự tăng trưởng nhanh chóng của ngành công nghiệp Ngoài ra để tăng công suất phát điện, việc cải thiện mạng lưới phân phối và sử dụng cũng không kém phần quan trọng Trong vài năm qua, cả nước đã tập trung mở rộng công suất T&D và giảm tổn thất đường dây điện bằng cách nâng cấp đường truyền điện áp và lắp đặt máy biến áp phân phối hiệu quả cao Song song với khía cạnh tăng trưởng kinh tế, các vấn đề môi trường liên quan đến ngành công nghiệp nặng nổi tiếng là một trong những vấn đề quan tâm hiện nay Khu công nghiệp nặng của Trung Quốc

là một trong những nguồn thải ra khí CO2 lớn nhất trên thế giới [14] Vấn đề này ngày càng trầm trọng hơn bởi thực tế là các nguồn phát điện và trung tâm phụ tải trong cả nước nằm xa nhau, phần lớn tài nguyên thủy điện nằm ở phía tây, than ở

phía tây bắc, nhưng tải trọng lớn đang thịnh hành ở phía đông và phía nam Người ta ước tính rằng 100  200 GW công suất truyền tải sẽ được yêu cầu để cung cấp điện trên đường dài từ Tây sang Đông và từ Bắc vào Nam trong vòng 15 năm tới Cấu trúc lưới điện hiện có ở Trung Quốc (chủ yếu dựa trên 500 kV AC và ± 500 kV DC)

là không đủ để đáp ứng nhu cầu hiện tại [15] Hơn nữa, thiệt hại trong hệ thống T&D cũng rất đáng kể [16] Chính phủ đã phê duyệt một số dự án xây dựng đường dây truyền tải sử dụng công nghệ UHVAC (đến 1.000 kV) và UHVDC (đến ± 800 kV) [16] , [17] Được biết rằng thiệt hại do các trạm biến áp phân phối có thể được hơn 40% tổng thiệt hại T&D trong một mạng lưới điện điển hình, chiếm khoảng 3% trong tổng điện năng được tạo ra [18], [19] Nói chung, máy biến áp phân phối hiệu quả có thể làm giảm thiệt hại lên đến khoảng 70% so với biến áp thông thường [20]

Công ty Honeywell đã hoàn thành lắp đặt lưới điện thông minh đầu tiên tại Thiên Tân - Trung Quốc, hệ thống này bao gồm các thiết bị đáp ứng phụ tải được triển khai tại các hộ sử dụng điện thuộc các khu vực thương nghiệp, công nghiệp và hành chính sự nghiệp Đây là biện pháp hỗ trợ điều tiết nhu cầu sử dụng điện trên lưới phân phối giữa các giờ thấp điểm và cao điểm, giúp tiết giảm chi phí và phát thải gây ô nhiễm môi trường Công nghệ của Honeywell giúp khách hàng sử dụng điện tạo ra kế hoạch tự điều tiết nhu cầu sử dụng điện một cách hợp lý trong trường hợp hệ thống bị quá tải Dự án này là một phần trong kế hoạch hợp tác về năng lượng giữa Hoa Kỳ và Trung Quốc nhằm giúp Trung Quốc đạt được mục tiêu trong dài hạn về xây dựng lưới điện thông minh cho đến năm 2020 Hiện nay tại Trung Quốc, lưới điện thông minh được tập trung vào các mạng lưới truyền chứ không phải

là mạng lưới phân phối Theo Tổng công ty lưới điện nhà nước của Trung Quốc, kế hoạch lưới điện thông minh có thể được chia thành ba giai đoạn: lập kế hoạch và kiểm tra (2009-2010), xây dựng và phát triển (2011-2015) và nâng cấp (2016-2020) [21], [22] Tạo cơ sở cho mục tiêu này là chi tiêu cho lưới điện thông minh của Trung Quốc đã tăng 14%, đạt 3,2 tỷ USD vào năm 2012

3.1.8 Việt Nam

Trên thực tế, ngành điện Việt nam đã ứng dụng SG từ lâu với các giải pháp do trong nước phát triển Hệ thống đo đếm đã và đang được hiện đại hóa ở thành phố