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

Trang CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Điện thông tin liên lạc điện tử công nghệ đóng góp đáng kể vào phát triển nhanh chóng văn minh nhân loại kỷ XX Đặc biệt thời đại nay, nhu cầu điện cho tất lĩnh vực kinh tế, sản xuất, đời sống sinh hoạt ngày tăng cao Sự thiếu hụt lượng phải đối mặt nhiều quốc gia gần trực tiếp ảnh hưởng kinh tế, xã hội, phát triển đất nước Nhu cầu lượng ngày tăng theo cấp số nhân toàn giới tiết kiệm lượng trở thành nhu cầu thời đại Các hệ thống phân phối truyền tải điện (T&D) vận hành theo phương cách nhiều thập kỷ trước Thiếu đầu tư cho việc cài đặt kết hợp với thành phần mạng (lưới điện hành 40 tuổi) dẫn đến hệ thống điện không hiệu ngày không ổn định [1] Hiện việc cung cấp điện dựa mục tiêu thỏa mãn tối đa nhu cầu biện pháp tăng nguồn cung cấp Ngành điện có đặc quyền kinh doanh, Nhà nước quy định lĩnh vực này, phải có nghĩa vụ cung cấp nguồn lượng dồi nơi vào lúc với giá rẻ cho xã hội kinh tế mục tiêu tăng trưởng, thỏa mãn tối đa nhu cầu Trong đó, công ty điện lực vận hành không tạo phương thức khuyến khích đủ mạnh người sử dụng, quan điều tiết Chính phủ Và công ty này, để vận hành hệ thống đạt hiệu suất cao gặp không khó khăn ban đầu Thực tế cho thấy ngành điện cần phải thay đổi để đáp ứng với nhu cầu xã hội kỹ thuật số đại Khách hàng không yêu cầu lượng điện đơn cho sản xuất sinh hoạt mà yêu cầu chất lượng, độ tin cậy cần có nhiều dịch vụ cung ứng điện để chọn lựa Và đồng thời giá điện ngày tăng vấn đề đáng quan tâm Trang Bên cạnh đó, người ngày nhận ảnh hưởng tiêu cực môi trường người đốt loại lượng hóa thạch để sản xuất điện, thiên tai xảy nhiều với cường độ phá hoại ngày nghiêm trọng nỗ lực xây dựng nhiều lĩnh vực để giảm thiểu phát thải CO2 Sự nóng lên trái đất việc sử dụng lượng theo cách cho sức chịu đựng trái đất vào năm 2050 với dân số khoảng 9,5 tỷ người Do tình hình biến đổi khí hậu gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành điện, đặc biệt việc cung cấp điện Nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt đất nước phụ thuộc nhiều vào tài nguyên thiên nhiên hữu hạn cho nhà máy điện [2] Vấn đề bảo tồn lượng, tăng cường độc lập lượng vấn đề nóng lên trái đất quan tâm hàng đầu Chính phủ nhiều nước giới Một loạt sách bao gồm thuế, luật tiết kiệm lượng sách khác thiết lập để giảm thiểu việc đốt dạng lượng hóa thạch xem xét phạm vi toàn cầu Vì vậy, hết, cần phải thực số thay đổi ngành công nghiệp tiện ích Smart Grid - mạng lưới điện thông minh – nâng cấp từ mạng lưới điện thông thường kỷ XX có khả định tuyến điện tính phí điện cho người sử dụng lượng cao điểm theo cách tối ưu Do đó, đời SG có ý nghĩa quan trọng việc giải vấn đề bất cập việc sản xuất phân phối điện Lưới điện thông minh (SG), giải pháp nhằm tối ưu hóa chất lượng, hiệu suất truyền tải phân phối lưới điện tại, đồng thời ưu tiên hỗ trợ khai thác nguồn điện thay SG dựa ứng dụng công nghệ thông tin tiên tiến cho phép sử dụng truyền thông hai chiều điều phối thông tin thời gian thực nhà máy phát điện, nguồn phân phối nhu cầu thiết bị đầu cuối Giải pháp đưa nhằm đáp ứng nhu cầu ngày thiết việc phân phối điện năng, quản lý, giám sát điện tiêu thụ, mong muốn sử dụng hiệu lượng toàn cầu Theo ước tính đến năm 2020 có 30 thành phố lớn xuất Trái Đất Dân số tăng với nhu cầu lượng ngày tăng đòi hỏi công Trang nghệ để đáp ứng yêu cầu cao nguồn lượng Ước tính sơ cho thấy đến năm 2050, cung cấp điện giới cần phải tăng gấp ba lần để theo kịp với nhu cầu phát triển Khách hàng ngày tiêu thụ nhiều điện công suất đỉnh tăng hàng năm (ở Việt Nam vào khoảng 14-15%/năm) mà nhu cầu chất lượng điện ngày cao đòi hỏi chất lượng sống việc sử dụng rộng rãi loại thiết bị điện tử giá rẻ Ngoài ra, việc trao đổi giám sát sử dụng điện thân khách hàng nhu cầu khách hàng thay hàng tháng nhận hóa đơn tiền điện khô khan Theo điều tra, khách hàng giám sát việc sử dụng điện họ có xu hướng giảm mức tiêu thụ khoảng từ 5% đến 10% Việc trao đổi hai chiều công ty điện lực khách hàng để tạo điều kiện cho khách hàng hiểu rõ ngành điện ngược lại nhu cầu hai bên, có công ty điện lực triển khai với hệ thống SG Năm 2003 Austin, Texas xây dựng mạng thông minh nhằm thay 1/3 công tơ thông minh kết nối qua lưới quản lý 200.000 thiết bị (công tơ, cảm biến nhiệt cảm biến) dự kiến quản lý tới 500.000 thiết bị thời gian thực năm 2009 phục vụ khoảng triệu hộ 43.000 doanh nghiệp Từ năm 1990 quan quản lý điện Bonneville Hoa Kỳ mở rộng nghiên cứu SG tích hợp cảm biến có khả phân tích nhanh tượng bất thường chất lượng điện diện rộng Tại Hoa Kỳ, quan niệm hệ thống điện thông minh xác định theo yêu cầu đại hoá hệ thống truyền tải phân phối điện để nâng cao độ tin cậy an toàn cấu trúc hạ tầng ngành điện nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển tương lai theo đặc trưng hệ thống điện thông minh Ở Anh quốc, lưới điện truyền tải xây dựng cách tương đối thông minh với hệ thống tự động, giám sát từ xa nút mạng quản lý lưới điện Hiện quốc gia tập trung thông minh hóa lưới điện phân phối Nhưng vấn đề kế hoạch xây dựng lưới điện thông minh chưa hoàn chỉnh năm 2020 khoảng 30 triệu khách hàng sử dụng điện (hộ gia đình công ty) lắp đặt công tơ điện tử thông minh Kế hoạch triển khai từ năm 2014 dự kiến hoàn thành vào năm 2019 Nhìn chung toàn Châu Trang Âu đầu tư khoảng 1,4 tỷ USD cao vào năm 2014 Pháp Anh đẩy mạnh việc lắp đặt công tơ điện tử thông minh Rõ ràng có nhiều quốc gia, tổ chức cá nhân bỏ công nghiên cứu xây dựng hệ thống điện với não đại kỷ 21 – hệ thống mà phận cấu thành hệ thống tương tác với nhau, hoạt động cách tự động, tự điều khiển vận hành, làm cho khách hàng sử dụng điện trở thành người quản lý lượng thông minh đặc điểm hệ thống có tốc độ biến đổi nhanh đến chóng mặt tất lĩnh vực liên quan Điều thể tổng vốn đầu tư toàn giới cho lưới điện thông minh vào năm 2010 16,2 tỷ USD, năm sau tăng gấp đôi: 36,5 tỷ USD vào năm 2012 Con số nói thực không đáng ngạc nhiên, lưới điện thông minh hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích to lớn giảm thiểu chi phí, nâng cao hiệu suất sử dụng lượng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện có khả tích hợp với lượng tái tạo, giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường Với ưu điểm vượt trội tự quản lý liệu, lưới điện thông minh có khả giải nhiều vấn đề gai góc trình vận hành lưới điện thông thường Chính ý tưởng lưới điện thông minh lan truyền đến ngóc ngách ngành công nghiệp điện, biến vẽ, phác thảo thành khoản đầu tư khổng lồ toàn cầu từ Châu Âu, Châu Á đến Bắc Mỹ Lưới điện thông minh phát triển theo nhiều cách khác nhau, số quốc gia tập trung vào hệ thống công nghệ mới, quốc gia khác lại đầu tư cho thiết bị chuyên dụng Ngày có nhiều người đặt câu hỏi tác động thực từ đời SG Câu trả lời đơn giản: SG mang nhiều lợi ích Mặc dù tất lợi ích dạng tiền tệ (tức độ tin cậy hài lòng khách hàng) Thêm vào đó, lợi ích hình thức giảm chi phí giảm chi phí tương lai SG giúp cho khách hàng kiểm soát lượng điện tiêu thụ Kinh nghiệm giới cho thấy, triển khai SG với công nghệ tự động điều chỉnh phụ tải tiết kiệm từ 20-25% nguồn lượng Trang Vì vậy, nghiên cứu phát triển SG góp phần giải phần thách thức đặt trình phát triển ngành điện tương lai SG sở hạ tầng quan trọng phục vụ việc vận hành thị trường điện theo cấp độ, tảng để triển khai ứng dụng, quản lý, thu thập, xử lý thông tin để bảo đảm tính kịp thời minh bạch giao dịch, mua bán toán tiền điện thị trường điện SG giải pháp hiệu nhằm đạt lợi ích tổng hợp Chính vậy, nhiều nước phát triển giới nỗ lực đầu tư hàng tỷ USD để xây dựng hệ thống SG Tuy nhiên, việc triển khai giai đoạn thử nghiệm thống tiêu chuẩn công nghệ 1.2 Tính cấp thiết đề tài Mặc dù có nhiều nghiên cứu giới minh chứng cho tiện ích SG, nhiên SG phải đối mặt với số thách thức việc thuyết phục nhà đầu tư người tiêu dùng Họ hoài nghi lợi ích công nghệ SG Tuy nhiên, bước đầu hệ thống SG quy mô cần nhiều nghiên cứu, đầu tư Do đó, đề tài cấp thiết để nhà nghiên cứu tiến hành thời điểm Việt Nam 1.3 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu thực nhằm tìm hiểu tình hình triển khai ứng dụng SG giới Đồng thời tìm hiểu công nghệ SG giới nhằm đề giải pháp cho việc áp dụng SG Việt Nam 1.4 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu mục đích tìm hiểu tình hình triển khai ứng dụng SG giới Do đó, kết nghiên cứu với đối tượng tham gia nghiên cứu thời điểm nghiên cứu Tuy nhiên, với hy vọng kết nghiên cứu đóng góp phần vào nguồn tài liệu nghiên cứu vấn đề SG giới Việt Nam đồng thời tảng cho nghiên cứu lĩnh vực có liên quan đến ngành công nghiệp điện 1.5 Nội dung nghiên cứu Để đạt mục tiêu trên, nghiên cứu tiến hành nhằm giải vấn đề sau: Trang - Tình hình triển khai ứng dụng SG giới • Tình hình triển khai mức độ ứng dụng SG nhà máy, công ty điện giới nào? • Hiệu mang lại mặt kinh tế phi kinh tế SG so với mạng lưới điện thông thường gì? • Nhận thức công ty điện lực tính tiện ích SG nào? - Tìm hiểu công nghệ ứng dụng SG giới • Tình hình triển khai công nghệ SG giới nào? - Các giải pháp khả thi nhằm để áp dụng SG Việt Nam Để trả lời câu hỏi nghiên cứu trên, nội dung nghiên cứu mà đề tài thực bao gồm: Nội dung 1: Nghiên cứu tình hình triển khai ứng dụng SG giới Nội dung 2: Tìm hiểu công nghệ SG giới Nội dung 3: Xu hướng phát triển SG giới Nội dung 4: Đề xuất giải pháp cho việc áp dụng hiệu SG Việt Nam Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu 1.6 1.6.1 Phương pháp luận - Thu thập tài liệu từ báo cáo khoa học, sách báo, tạp chí chuyên ngành; luận án, luận văn nước có liên quan đến ứng dụng SG ngành công nghiệp lượng điện - Phân tích, đánh giá, xử lý tổng hợp tài liệu, số liệu từ tài liệu khoa học chọn lọc 1.6.2 Phương pháp nghiên cứu Để đạt mục tiêu nội dung nghiên cứu đề ra, phương pháp nghiên cứu sau thực hiện: 1.6.2.1 Phương pháp thu thập thông tin • Thu thập tài liệu tổng quan tình hình nghiên cứu công nghệ SG từ báo, tạp chí chuyên ngành, luận án, luận văn giới Trang • Thu thập thông tin, ý kiến, quan điểm nhà đầu tư, nhà máy cung cấp lượng tính ưu việt SG so với mạng lưới điện thông thường vận dụng • Thu thập tài liệu nước công nghệ, ứng dụng SG áp dụng giới • Thu thập tài liệu nước xu hướng phát triển SG áp dụng giới 1.6.2.2 Phương pháp chuyên gia Tham vấn từ chuyên gia ngành điện nhằm hoàn thiện giải pháp áp dụng công nghệ SG Viêt Nam Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Định nghĩa Smart Grid Thuật ngữ Smart Grid xuất vào năm 2005, báo “Toward A Smart Grid” S Massoud Amin Bruce F Wollenberg xuất IEEE P&E (tập 3, N0 5, trang 34-41) [3] Thực ra, thuật ngữ xuất sớm vào năm 1998 nhiều định nghĩa SG với số chức định hướng sử dụng công bố Yếu tố chung SG việc tham gia kỹ thuật vi tính xử lý truyền thông kỹ thuật số vào hoạt động vận hành quản lý hệ thống điện Theo Ủy ban Châu Âu EU Commission, SG mạng lưới điện mà tích hợp cách thông minh hoạt động tất người sử dụng kết nối với bao gồm máy phát điện, người tiêu dùng điều tăng cường hiệu việc cung cấp điện bền vững, kinh tế an toàn [4] Hình 2.1 bên ví dụ minh họa cho hệ thống SG Hình 2.1 Hệ thống Smart Grid Theo quan lượng Mỹ, “Lưới điện thông minh tích hợp công nghệ cảm biến tiên tiến, phương pháp kiểm soát truyền thông tích hợp vào lưới điện nay" Về nguyên tắc hệ thống SG nâng cấp cập nhật hệ thống điện có Trang công nghệ đo lường, điều khiển bảo vệ kỹ thuật số với hệ thống truyền thông đại nhằm đáp ứng nhu cầu độ tin cậy, an toàn, chất lượng điện, tiết kiệm lượng Tuy nhiên, chức SG việc tích hợp mạng đơn lẻ công ty phát điện với trình độ công nghệ khác Nó tăng cường kết nối, nâng cao trình độ tự động hoá điều phối nhà cung cấp, hộ tiêu thụ lưới điện nhằm thực nhiệm vụ truyền tải phân phối điện phạm vi rộng cục SG phải có khả tự trì hoạt động trước thay đổi bất thường Lưới truyền tải cự ly xa trung bình nói chung kết nối hệ thống siêu cao áp 500 kV, 220 kV, lưới địa phương qua đường dây 110 kV thấp Kỹ thuật số cho phép thiết bị phần cứng thực nhiều chức điều khiển khác nhau, vấn đề cần thay đổi phần mềm Sau số định nghĩa SG: • Là hệ thống điện có chứa nhiều hệ thống truyền tải phân phối tự động (T & D), tất hoạt động thực cách đồng bộ, hiệu đáng tin cậy • Là hệ thống điện phục vụ hàng triệu khách hàng có sở hạ tầng thông tin liên lạc thông minh, cho phép dòng thông tin kịp thời, an toàn khả thích ứng cao cần thiết để cung cấp điện cho kinh tế kỹ thuật số phát triển • Là hệ thống điện để tự xử lý, điều chỉnh tình trạng khẩn cấp cách hành động "tự điều chỉnh" đáp ứng nhu cầu tiện ích thị trường lượng • Là tập hợp rộng lớn công nghệ truyền tải điện cách linh hoạt, dễ tiếp cận, đáng tin cậy có tính kinh tế SG đáp ứng mong muốn người sử dụng điện việc phân phối, việc triển khai hệ thống quản lý nhu cầu lưu trữ lượng mở rộng tối ưu quản lý tài sản lưới điện [5] Trang 10 Từ quan điểm Công nghệ thông tin trên, công nghệ lưới điện SG tăng đáng kể số lượng, chất lượng việc sử dụng liệu nhận từ cảm biến thiết bị đo khác Điều giúp giải hai vấn đề cấp bách lưới điện vấn đề môi trường rối loạn điện Sự đời mạng lưới điện thông minh SG khắc phục vấn đề an ninh tăng tính hiệu việc cung cấp điện Giải pháp SG đưa với ý tưởng quản lý thiết bị tiêu thụ điện để giảm tải cao điểm, kết nối nguồn điện gia đình (điện mặt trời, điện gió, trạm thủy điện nhỏ) vào lưới, điều khiển hệ thống lưu điện (lưu điện máy phát dư công suất phát điện máy phát thiếu công suất) nhằm đáp ứng nhu cầu ngày thiết việc phân phối điện năng, quản lý/giám sát điện tiêu thụ, mong muốn sử dụng lượng hiệu toàn cầu SG áp dụng tiến công nghệ kỹ thuật số vào lưới điện, cho phép sử dụng đường truyền điều phối thông tin thời gian thực nhà máy phát điện/nguồn phân phối nhu cầu thiết bị đầu cuối (phía khách hàng) Sau phân tích định nghĩa trên, SG có đặc điểm sau đây: Hình 2.2 Các chức Smart Grid [25] • Thoả mãn yêu cầu thực tế ngày tăng • Dễ dàng kết nối đảm bảo vận hành cho tất nguồn điện với kích cỡ công nghệ khác nhau, kể nguồn điện phân tán nguồn lượng tái tạo, làm cho toàn hệ thống vận hành hiệu Trang 65 tất yếu tố dây chuyền thiết bị lưới điện Quá trình phân tích thực gần liên tục để xác định đặc điểm lưới điện theo thời gian thực [56] Kết phân tích liệu theo thời gian thực sử dụng cho việc chuyển mạch đường truyền, kiểm soát thiết bị thiết bị dây chuyền kiểm soát tải khách hàng để đạt mục tiêu hoạt động Dữ liệu kết phân tích hiển thị cách dễ hiểu phục vụ nhà khai thác hệ thống, nhà phân tích quản lý để chủ động quản lý lưới điện Phân tích phân phối theo thời gian thực cần thiết để dự toán tình hình điều kiện hệ thống phân phối Tuy nhiên, số lượng node mạng thành phần khác hệ thống phân phối lớn, nhiều gấp hàng trăm hàng ngàn lần so với mạng lưới phân phối thông thường, nên mô hình khả thi mặt kỹ thuật, mạng phân phối phân tích theo thởi gian thực tốn Chi phí đo liên tục kết nối liệu từ tất nút thành phần có liên quan đáng kể so với chi phí lập kế hoạch, xây dựng, vận hành trì mạng lưới phân phối 4.5 Hoạt động truyền dẫn (ATO) Mục đích để đạt truyền thông minh tập trung vào quản lý tắc nghẽn giảm nguy ngừng hoạt động quy mô lớn Thành phần công nghệ công nghệ tương thích mạng truyền dẫn công nghệ giám sát lưới điện Trong số đó, công nghệ tương thích mạng truyền dẫn bao gồm công nghệ truyền tải điện áp cao, công nghệ truyền tải điện siêu dẫn công nghệ đường truyền cố định động Các công nghệ giám sát mạng truyền dẫn bao gồm hệ thống đo lường diện rộng (WAMS) công nghệ phát tình trạng thiết bị truyền dẫn Trong mạng truyền dẫn thông minh, công nghệ truyền tải điện cao áp chiều HVDC công nghệ truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS đặc biệt quan trọng việc điều khiển dòng điện Khi triển khai vận hành hiệu quả, công nghệ có giá trị lớn việc nâng cao công suất lưới điện giảm thiểu nhu cầu xây dựng công trình truyền tải Trang 66 Các thiết bị FACTS cài đặt cách tối ưu mạng truyền dẫn để tăng cường tính kiểm soát linh hoạt mạng truyền dẫn làm tăng công suất truyền tải mà không cần đường dây truyền tải Các thiết bị cải thiện hiệu suất động tính ổn định mạng truyền dẫn Thông qua việc sử dụng công nghệ FACTS kiểm soát dòng điện tiên tiến, lưới điện truyền tải thông minh tương lai làm giảm tối đa tắc nghẽn truyền tải Đường dây HVDC sử dụng rộng rãi thay vừa mang tính kinh tế tăng cường khả kiểm soát cho dòng điện xoay chiều truyền tải khoảng cách xa truyền tải điện có công suất cao Máy biến áp trạng thái rắn sử dụng để thay máy biến áp điện từ truyền thống để cung cấp chuyển đổi linh hoạt hiệu cấp điện áp khác [57] Bộ phận ngắt mạch trạng thái rắn sử dụng để thay công tắc truyền thống Các thiết bị trạng thái rắn cung cấp độ tin cậy tương ứng cao tuổi thọ lâu chuyển đổi nhanh nhiều lần [58] Tóm lại, công nghệ FACTS quy mô lớn đòi hỏi hỗ trợ từ hệ thống đo diện rộng WAMS Nếu hệ thống WAMS, công nghệ FACTS công nghệ điều khiển lớn điều chỉnh để đạt hiệu đầy đủ trường hợp cực đoan, tác động nguy hại trở lại tới thiết bị khác Thiết bị truyền tải HVDC cho phép điều khiển mức cao nhiều Nếu có đủ hỗ trợ hệ thống điện xoay chiều xung quanh kiểm soát cách xác nhanh chóng dòng điện chạy đường dây HVDC cách đặt tín hiệu lên biến đổi từ điện xoay chiều sang điện chiều sau trở lại xoay chiều Mạng truyền dẫn thông minh kết hợp rộng rãi với cảm biến tiên tiến, xử lý tín hiệu công nghệ truyền thông để giám sát tình trạng hoạt động đường dây, máy biến áp phận ngắt mạch theo thời gian thực [59], [60] Một hệ thống giám sát biến áp phức tạp theo dõi tình trạng hiệu hoạt động theo thời gian thực Hệ thống giám sát công tắc ngắt điện đo đếm số lượng hoạt động công tắc từ lần bảo trì theo dõi hiệu suất tình trạng hoạt động phận ngắt mạch thời gian thực Dựa thông số điều kiện hoạt Trang 67 động thiết bị truyền dẫn, tự động phát hiện, phân tích giải với cố xảy trước chúng ảnh hưởng đến dịch vụ; nhanh chóng khôi phục phần bị lỗi, hư hỏng, bị tổn thương hệ thống trường hợp khẩn cấp, trì độ tin cậy bảo mật hệ thống truyền tải CHƯƠNG XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI Trang 68 5.1 Những thách thức việc áp dụng Smart Grid giới Sự phát triển SG cách mạng mang tính công nghệ thị trường điện lực Quá trình chuyển đổi từ lưới điện thông thường đến lưới điện thông minh SG ảnh hưởng đến tất bên có liên quan từ công ty điện lực, nhà đầu tư đến khách hàng tính giả định độ sạch, tính linh hoạt, độ tin cậy, hiệu an ninh Theo kết điều tra khảo sát Pacific Crest Mosaic [61] nghiên cứu Oleg Gulich (2010) thách thức kinh doanh công nghệ mạng lưới thông minh, lưới điện thông minh phải đối mặt với hai thách thức lớn mặt kỹ thuật công nghệ vấn đề kinh tế Sự đời lưới điện thông minh tạo điện đáng tin cậy, hiệu quả, hơn, rẻ chi phí để thực xây dựng hệ thống lớn tiết kiệm cho tất những nhà đầu tư thị trường điện Đó câu hỏi khó trả lời vào thời điểm lúc Thực tế, việc ứng dụng lưới điện thông minh chủ yếu thực nước phát triển kinh phí đầu tư lớn kỹ thuật công nghệ phức tạp vấn đề nan giải Do nhà đầu tư phải cân nhắc trước đầu tư lượng lớn vốn kinh doanh vào hệ thống không hoàn toàn lợi nhuận thu lại Đồng với quan điểm trên, Grant (2010) đưa thách thức thực lưới điện thông minh chia thành lĩnh vực bao gồm nhận thức người tiêu dùng, quy định, mô hình kinh doanh, nhà cung cấp dịch vụ, truyền tải, phân phối an ninh mạng Đây yếu tố cần xem xét hàng đầu việc triển khai ứng dụng [62] Thực tế số người tiêu dùng định không tham gia hưởng ứng sử dụng công tơ điện thông minh không quan tâm đến lưới điện SG gia tăng hóa đơn tiền điện để bù đắp chi phí đầu tư Một phần đáng kể người tiêu dùng không quan tâm đến tiềm tiết kiệm điện không muốn công ty tiện ích kiểm soát hệ thống nhà họ [66] Sự đời SG hứa hẹn chống lại biến đổi khí hậu cải thiện sách lượng, thông tin chi tiết riêng tư khách hàng sinh hoạt bị tiết lộ đến công ty tiện ích thông qua liệu tiêu thụ điện họ Vì vậy, Trang 69 song song với việc cung cấp chi phí điện thấp hơn, tăng cường sử dụng nguồn lượng thân thiện môi trường tăng cường an ninh hệ thống truyền dẫn phân phối, nhiên mối đe dọa việc tiết lộ thông tin khách hàng thông qua việc truyền tải liệu tiết lộ chi tiết hoạt động nhà dễ dàng lan truyền từ nơi sang nơi khác [62] Triển khai ứng dụng SG kèm với triển vọng số vấn đề Việc sử dụng Internet để liên kết liệu lưu lượng người tiêu dùng công ty tiện ích tạo mối đe dọa an ninh mạng lỗ hổng lưới điện Do đó, SG yêu cầu bảo vệ đặc biệt thông qua mạng riêng khác Internet Một vấn đề khác đồng hồ thông minh dễ sử dụng dẫn đến lỗ hổng dễ bị công Các đồng hồ đo thông minh cung cấp truy cập trực tiếp đến người tiêu dùng, thông báo cho họ việc tiêu thụ điện phương tiện để quản lý lượng điện tiêu thụ họ Tuy nhiên, điện kế đo hai chiều khả gây cho lưới điện bị công từ bên [63] Khách hàng xâm nhập vào liệu để đọc số đo mét lên hóa đơn mối đe dọa nghiêm trọng Lỗ hổng cho phép kẻ công xâm nhập mạng, truy cập vào phần mềm kiểm soát thay đổi điều kiện tải gây ổn định lưới điện cách đoán trước Do công nghệ SG cần phải xem xét, quản lý hoạt động mạng lưới Ủy ban châu Âu thừa nhận với SG, lượng tiêu thụ giảm 10%, carbon thải 9% Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) cho nhiều nước xây dựng kế hoạch SG chưa có dự án thực cụ thể Phần lớn sách quy định phủ hoàn toàn dựa sở tiêu chuẩn tài nên kết có khả không làm hoàn toàn mong đợi Một thách thức khác trước triển khai hệ thống phân phối mạng lưới thông minh tình trạng thiếu hụt đội ngũ cán kỹ thuật có kinh nghiệm trang bị kiến thức công nghệ cao đặc biệt có liên quan đến việc sử dụng công nghệ thông tin chưa ứng dụng mạng lưới hành Theo nghiên cứu gần Siming Li, Yunhui Chen, Jing He, Yongding Fu, Bangfeng Li, Hui Hou, Jianzhong Zhou and Yongchuan Zhang (2011) tình hình phát triển lưới điện SG Trung Quốc nêu số vấn đề Trang 70 cần quan tâm cho phát triển ngành công nghiệp lượng Trung Quốc làm để nâng cao hiệu xây dựng đầu tư lượng tiền đề liên tục hỗ trợ tăng trưởng kinh tế quốc gia; làm để giữ cho lưới điện vận hành ổn định độ tin cậy cao tiền đề mở rộng liên tục quy mô tài sản lưới điện sở hạ tầng phức tạp; làm để tăng cường mức độ hoạt động mạng lưới điện bảo trì tiền đề an toàn lưới điện; làm để cải thiện dịch vụ khách hàng tiền đề việc đảm bảo cung cấp điện sử dụng; làm để nâng cao trình độ quản lý công ty, doanh nghiệp điện tiền đề truyền dẫn, phân phối tiếp thị điện lúc [64] Lưới điện tập trung truyền điện áp siêu cao áp qua đường dây điện từ nhà máy phát điện đến người dùng cuối (truyền thông chiều) với kết nối mở rộng nhu cầu thị trường không bị ảnh hưởng Việc chuyển đổi sang mạng lưới SG kèm với hai thay đổi lớn Thứ từ sản xuất điện tập trung đến phân quyền (phi tập trung) Thứ hai nguồn lượng thay dẫn đến thay đổi giá Giả thuyết ý định chuyển đổi lưới điện thông thường sang lưới điện SG không đầu tư khoản chi phí vào việc chuyển đổi lưới điện vấn đề tất yếu diễn tăng tiêu thụ điện năng, lưới điện lão hóa, doanh thu đồng hành với tác động môi trường Chi phí cho việc vận hành lưới điện thủ công ngày tăng với lực lượng lao động lão hóa theo cấp số nhân Các công nghệ SG sở hạ tầng thiết kế giải những thách thức lỗ hổng mạng lưới SG [65] Thực tế, giữa lưới điện hành lưới điện thông minh có mối quan hệ với nên cho dù điều thách thức lưới điện thông minh SG chưa phải trở ngại cho việc nâng cấp lưới điện thông thường trở thành lưới điện SG [66] 5.2 Xu hướng phát triển lưới điện thông minh Trang 71 Phát triển lưới điện thông minh xu hướng tất yếu, vấn đề thời gian lâu dài làm giảm áp lực vốn đầu tư cho ngành điện thông qua việc nâng cao hiệu vận hành, hỗ trợ cho giải pháp kỹ thuật để giảm tổn thất điện năng, tăng cường tiết kiệm điện, giảm lao động Lưới điện thông minh chế đồng có tác dụng giảm phụ tải đỉnh cao điểm trường hợp khẩn cấp, nên giảm tình trạng tiết giảm điện Lưới điện hỗ trợ công ty điện lực khách hàng quản lý, kiểm soát tình trạng điện, thống kê loại điện, cung cấp khả dự báo, phát hiện, cách ly, phục hồi hệ thống điện, giảm thiệt hại cho khách hàng tăng độ tin cậy cung cấp điện Giá bán điện chưa phản ánh giá thành sản xuất, kinh doanh điện Việc bán với giá thấp giá thành cản trở lớn để ngành đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ, tạo khoản lỗ Áp dụng lưới điện thông minh giúp công ty điện lực có chiến lược kinh doanh thích hợp, khuyến khích khách hàng sử dụng tiết kiệm, đặc biệt khu vực kinh doanh không thuận lợi chế giá, qua giúp giảm khó khăn tài cho công ty điện lực, giảm gánh nặng đầu tư lưới để đáp ứng nhu cầu phụ tải Giúp triển khai ứng dụng quản lý thu thập, xử lý thông tin để bảo đảm tính kịp thời minh bạch giao dịch, mua bán toán thị trường bán buôn, phát điện cạnh tranh Nhìn chung, vấn đề đại hóa lưới điện truyền thống có ảnh hưởng rộng rãi phạm vi toàn cầu Vì vậy, quốc gia xây dựng lộ trình phát triển lưới điện, vạch kế hoạch chiến lược với quan điểm chuyển từ lưới điện truyền thống sang lưới điện SG với công nghệ lưới điện SG sẵn có Những thay đổi quan trọng phải gắn kết hợp chặt chẽ với chất việc cung cấp điện nhu cầu sử dụng điện ngày tăng nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt Việc thực SG đòi hỏi phải thực nhanh chóng để cải thiện giá trị tối ưu hệ thống phân phối, nâng cao độ tin cậy, giảm thiểu tác động môi trường tác động tích cực an ninh lượng quốc gia thông qua hệ thống phân phối nguồn lượng thay Tuy nhiên, để đạt lợi ích mà SG mang lại phụ thuộc phần lớn vào yếu tố thực bao gồm khả công ty tiện ích người tiêu dùng việc tận Trang 72 dụng công nghệ thông tin truyền thông tiên tiến sử dụng chiến lược tương tác để nâng cao hiệu truyền tải Khi hàng triệu công tơ điện thông minh triển khai đến thị trường người tiêu dùng rộng lớn lợi ích việc thực SG vượt xa so với cải tiến kỹ thuật đo lường thông minh phân phối [67] Việc phát triển mạng lưới SG cần nhiều bước từng lĩnh vực Sự thành công việc thực bước đầu chấp nhận người tiêu dùng việc sử dụng SG vai trò phủ việc xây dựng kế hoạch dài hạn xây dựng sách điều tiết hợp lí Do đó, chiến dịch tăng cường nhận thức cho cộng đồng giải thích lợi ích SG để người tiêu dùng đánh giá cao việc sử dụng cần thiết giai đoạn CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trang 73 6.1 Kết luận Lưới điện SG ý tưởng cho mạng điện xuyên Châu Âu Nó hệ nâng cấp toàn diện truyền tải, phân phối tiêu thụ mà mục tiêu chung phát triển ngành lượng điện toàn giới Các mục tiêu mạng lưới điện thông minh để nâng cao hiệu trì an toàn độ tin cậy mạng lưới điện cách chuyển đổi lưới điện truyền thống vào mạng dịch vụ tương tác để loại bỏ trở ngại kỹ thuật quy mô cài đặt lớn tăng cường khả tích hợp nguồn lượng tái tạo Kể từ Hoa Kỳ Châu Âu đưa khái niệm lưới điện SG năm 2003, lưới điện thông minh thực nghiêm túc tất nơi giới Hiện có nhiều quốc gia, tổ chức có cách hiểu quan niệm khác lưới điện SG, nhìn chung, cách hiểu lưới điện thông minh chủ yếu dựa vào bốn cấp độ bao gồm cấp lưới điện, cấp môi trường, cấp quản lý cấp thị trường Do đó, dự báo nhiệm vụ lâu dài khó khăn Các diễn biến gần hệ thống lượng bền vững châu Âu, Trung Quốc Hoa Kỳ mở chân trời cho việc bảo tồn lượng giảm thiểu biến đổi khí hậu Tuy nhiên, hợp tác quốc tế rộng rãi cần thiết để làm cho cách mạng ngành công nghiệp điện thành công Việc thực lưới điện SG bao gồm kết hợp nhiều công nghệ lợi ích để mở rộng chức trội hệ thống phân phối điện Khi ý tưởng phát triển lưới điện SG triển khai cách nhanh chóng, nhà sản xuất thoải mái việc đương đầu rủi ro việc áp dụng công nghệ cho ứng dụng Thay chờ đợi giải pháp công nghệ thông tin hoàn hảo hay tiêu chuẩn toàn diện để phát triển, công ty nên đẩy nhanh giải pháp họ thị trường điện việc kiểm tra rà soát Lưới điện SG cải tiến lưới điện thông thường để đưa định thông minh điều kiện hệ thống lượng điện để trì môi trường ổn định Một mục tiêu tăng cường tự động hóa hệ thống điện bao gồm hệ thống truyền dẫn, phân phối, trạm biến áp Nghiên cứu Trang 74 nhằm trình bày tính vượt trội công nghệ SG so với mạng lưới truyền thống nhằm góp phần vào việc chuyển lưới điện hành thành mạng lưới thông minh Ngoài ra, nghiên cứu trình bày việc đánh giá công nghệ quan trọng mạng lưới SG, thách thức xu hướng cho việc thực lưới điện thông minh tương lai Các thiết bị, phần mềm phần cứng thiết yếu có liên quan mô tả nghiên cứu Các công nghệ SG sở hạ tầng thiết kế đủ để đối mặt tất thách thức lỗ hổng lưới điện SG Chắc chắn chi phí cho việc vận hành trì lưới điện thủ công ngày lão hóa cao chi phí lắp đặt công nghệ sở hạ tầng cho mạng lưới SG Vì cản trở việc nâng cấp mạng lưới thông thường thành mạng lưới SG Một vấn đề thực tế trình chuyển đổi chắn không dễ dàng nhanh chóng Để thúc đẩy phát triển lưới điện SG cách nhanh đòi hỏi hợp tác thành phần công nghiệp có liên quan, nhóm ủng hộ, công chúng đặc biệt quan quản lý có sức ảnh hưởng lên hướng phát triển mạng lưới tương lai 6.2 Hạn chế đề tài Đề tài nghiên cứu cung cấp nhìn tổng quát lưới điện, công nghệ, ứng dụng chức trội SG so với lưới điện truyền thống Do đề tài thực thời gian sáu tháng nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu tài liệu tình hình triển khai ứng dụng SG giới, đặc biệt nước phát triển Hoa Kỳ, nước Châu ÂU nước láng giềng Trung Quốc, Hàn Quốc, Ấn Độ Tác giả chưa có hội để tiến hành nghiên cứu, khảo sát thực địa nhằm nắm rõ tình hình phát triển mô hình lưới điện SG Bên cạnh đó, nguồn tài liệu nghiên cứu nước lưới điện SG tài liệu nghiên cứu, đánh giá công nghệ SG giới hạn 6.3 Đề xuất giải pháp cho việc áp dụng hiệu SG Việt Nam Thực tế đất nước đường phát triển không cần đến nhà máy điện có phải xây dựng thêm nhà máy điện với phần công suất điện tiết kiệm việc xây dựng SG coi loại nguồn điện bổ sung cân công suất điện Trang 75 Việc xây dựng SG hệ thống điện Việt Nam thật cần thiết để nâng cao hiệu suất hoạt động nhà máy điện, tối ưu hóa nhằm giảm tổn thất kỹ thuật vận hành hệ thống điện, giảm tổn thất phi kỹ thuật, tạo văn hóa tiết kiệm bảo tồn lượng xã hội, tạo điều kiện phát triển nguồn lượng tái tạo loại nguồn điện nhỏ phân tán để giảm phát thải CO2 Để đạt mục tiêu phải xây dựng hệ thống điện với phương thức vận hành kinh doanh có khả cho phép nhà máy phải nâng cao hiệu suất, loại nguồn điện khuyến khích phát triển lượng mặt trời, gió, sinh khối địa điểm thích hợp Và hệ thống thúc đẩy thay đổi cách thức sử dụng điện với thay đổi cải thiện đồ thị phụ tải khuyến khích cao độ cho phát triển ngành công nghiệp sử dụng thiết bị tiết kiệm điện Phát triển lưới điện thông minh xu hướng tất yếu, vấn đề thời gian việc sử dụng công nghệ thông tin – viễn thông vào hệ thống lưới điện mang lại nhiều hiệu công tác quản lý phụ tải tiết kiệm lao động Theo chuyên gia nước quốc tế, việc áp dụng lưới điện thông minh Việt Nam khả thi, nhiên, việc gặp nhiều thách thức lớn bởi, muốn triển khai phải đầu tư lớn vào sở hạ tầng kỹ thuật, lưới điện phân phối Lưới truyền tải điện chưa đồng bộ, tốc độ tự động hóa thấp, thiếu chế triển khai, thiếu tiêu chuẩn kỹ thuật cho ứng dụng rào cản lớn trình áp dụng Để nhanh chóng phát triển SG lợi ích đơn vị cung cấp điện khách hàng sử dụng điện, tạo bước thay đổi văn hóa tiết kiệm bảo tồn lượng môi trường xanh hơn, cần sách chế rõ ràng Nhà nước có tính chất dài hạn Các khuyến nghị bao gồm: • Bộ Công Thương Cục điều tiết Điện lực Việt Nam cần tiếp tục hoàn thiện qui định cụ thể qui hoạch, phát triển vận hành hệ thống điện cách tin cậy hiệu Bộ Công Thương cần nghiên cứu ban hành qui định, văn pháp luật chế cần thiết để thúc đẩy phát triển SG với ưu đãi đủ để Trang 76 khuyến khích yêu cầu rõ ràng quan liên quan công ty điện lực khách hàng sử dụng điện việc đầu tư vào SG [68] • Thành lập nhóm ủy ban điều phối việc triển khai Smart Grid Việt Nam Nhiệm vụ điều phối tổ chức gồm vấn đề liên quan đến kỹ thuật, công nghệ việc phối hợp hành động bên liên quan lợi ích chung bao gồm công tác tìm kiếm phân phối nguồn tài trợ từ quĩ hỗ trợ lượng chống biến đổi khí hậu [68] • Thiết lập chiến lược phát triển lưới điện thông minh Việt Nam sớm tốt Việc xây dựng lưới điện SG dự án lâu dài phức tạp nên cần phải có bước cụ thể Do điều quan trọng phải xếp chiến lược phát triển lưới điện thông minh sớm tốt nhằm chuẩn bị đạt kế hoạch sớm Ngoài ra, mạng lưới SG thử nghiệm cần tăng cường Hiện nay, Tổng Công ty Điện lực Miền Trung, Lãnh đạo Công ty Điện lực Bình Định, Điện lực Quy Nhơn thực chương trình thay công tơ pha lưới công tơ điện tử pha đọc số từ xa sóng RF đồng thời với lắp đặt hệ thống thu thập liệu công tơ từ xa cho khách hàng dùng điện qua trạm biến áp chuyên dùng khách hàng có sản lượng tiêu thụ điện lớn Điều đồng nghĩa với việc Điện lực Quy Nhơn thực phần Lộ trình phát triển lưới điện thông minh đại hóa hệ thống đo đếm phục vụ kinh doanh điện Mô hình nên nhân rộng đến công ty Điện lực nước • Đề mục tiêu cụ thể từng nhà máy, từng công ty truyền tải phân phối tiêu nâng cao hiệu sản xuất phân phối lượng Đặt yêu cầu triển khai thành phần cần thiết SG từ hệ thống SCADA/EMS/DMS Phân tích hiệu suất hoạt động nhà máy điện, hạ tầng quản lý đo đếm điện năng, phân tích hiệu kiểm toán sử dụng lượng, hệ thống thông tin khách hàng sử dụng điện [68] • Thúc đẩy tiến hành nghiên cứu công nghệ lưới điện Việc xây dựng hệ thống lưới điện thông minh dự án phức tạp Nó bao gồm tất khía cạnh việc phát điện, truyền tải, phân phối tiêu thụ điện hệ thống điện Trang 77 Do đó, để thực dự án lưới điện SG thành công, nghiên cứu lý thuyết công nghệ hệ thống điện có liên quan cần phải thực sớm tốt Hiện vấn đề cấp bách cần nghiên cứu Việt Nam bao gồm kiến trúc đo lường tiên tiến, hoạt động lưới điện vi mô, hệ thống phân phối điện, thiết bị điện tử công suất tiên tiến… • Tăng cường mạng lưới điện điện áp siêu cao hành thiết bị xây dựng hỗ trợ sở lưới điện thông minh tương lai Trong đó, cấu trúc mạng lưới điện phân phối khu vực cần tối ưu hóa nâng cấp để đáp ứng nguồn điện phân phối tương lai kết nối linh hoạt lưới vi mô • Phát triển công nghệ trạm biến áp kỹ thuật số Quá trình xây dựng lưới điện thông minh trình chuyển trạm biến áp tự động hóa sang trạm biến áp kỹ thuật số tương lai sau đến lưới điện kỹ thuật số, cuối để lưới điện thông minh Có thể nói trạm biến áp kỹ thuật số yếu tố cho lưới điện SG Nó thu thập thông tin thi hành lệnh từ trung tâm điều phối nâng cấp Do đó, việc phát triển trạm biến áp kỹ thuật số quan trọng cho lưới điện thông minh tương lai Hiện có số trạm biến áp kỹ thuật số thí điểm giới cung cấp nhiều kinh nghiệm quý báu việc xây dựng trạm biến áp kỹ thuật số • Kết hợp sản xuất công nghiệp với giáo dục nghiên cứu Lưới điện thông minh dự án phức tạp Nó xây dựng phận nhất, cần hợp tác doanh nghiệp điện, công ty thiết bị tổ chức nghiên cứu Ngành công nghiệp tổ chức nghiên cứu nên hợp tác với để thực việc xây dựng lưới điện thông minh thành công • Tăng cường nhận thức khách hàng chấp nhận công nghệ Cần thiết lập số chương trình nhằm tăng cường nhận thức thay đổi thói quen khách hàng để họ tham gia vào thị trường lưới điện vào việc quản lý lượng lưới điện thông minh rào cản lớn Sự hài lòng khách hàng mục tiêu cho đời SG Việc thuyết phục khách hàng đồng ý chịu chi phí thêm cho việc nâng cấp mạng lưới truyền thống thành mạng lưới SG Trang 78 vấn đề cần giải song song với việc chuyển đổi mạng lưới thông thường thành lưới điện thông minh Việt Nam • Ngành điện cần có hệ thống cung cấp thông tin theo thời gian (5 phút, 15 phút, 30 phút giờ) chi phí sản xuất phân phối điện cho khách hàng sử dụng điện đơn vị liên quan Khách hàng cần truy cập vào liệu theo thời gian việc sử dụng điện tạo khả trao đổi thông tin hai chiều công ty điện lực khách hàng Trước mắt triển khai hộ công nghiệp thương mại lớn [68] 6.4 Hướng nghiên cứu tương lai Nói chung, tiến hành nghiên cứu lưới điện thông minh thực cần thiết có ý nghĩa thiết thực cho trình an toàn ổn định lưới điện quốc gia tối ưu hóa cấu lượng quốc gia Về mặt môi trường, tiếp cận lượng sạch, tiết kiệm lượng giảm phát khí thải có ý nghĩa để đạt phát triển bền vững lưới điện Về mặt quản lý, thông qua hội nhập thông tin hệ thống hỗ trợ tự động, việc quản lý sử dụng tài sản đạt hiệu Về mặt thị trường, sản phẩm dịch vụ với chất lượng cao cung cấp mối quan hệ khách hàng thành lập Thông qua bốn vấn đề có liên quan trên, lưới điện thông minh tạo hệ thống lượng hơn, an toàn, đáng tin cậy kinh tế Trong tương lai cần có nhiều nghiên cứu thực để khẳng định tiện ích ưu việt lưới điện SG Bên cạnh nghiên cứu lưới điện SG cần phải có nghiên cứu mục tiêu xây dựng soạn thảo tiêu chuẩn, định mức liên quan đến lưới điện SG Thêm vào cần có nghiên cứu sâu vai trò tác động phát triển lưới điện SG đến việc phát triển kinh tế, xã hội, công nghiệp khía cạnh khác Các nghiên cứu sâu cấu trúc mạng lưới công nghệ có liên quan cần thiết việc góp phần khẳng định vai trò lưới điện SG Ngoài nghiên cứu tác động lưới điện SG đến môi trường có ý nghĩa thời kỳ khủng hoảng lượng toàn cầu vấn đề môi trường ngày trầm trọng Bên cạnh đó, nghiên cứu cần thiết cho thị trường điện nghiên cứu mô hình người tiêu dùng doanh nghiệp Trang 79 lượng, mô hình quản lý người tiêu dùng tương tác hai chiều thông minh, dịch vụ bổ sung vào việc phát triển lưới điện thông minh nghiên cứu cấp thiết thời gian tới ... dung nghiên cứu Để đạt mục tiêu trên, nghiên cứu tiến hành nhằm giải vấn đề sau: Trang - Tình hình triển khai ứng dụng SG giới • Tình hình triển khai mức độ ứng dụng SG nhà máy, công ty điện giới. .. SG giới nhằm đề giải pháp cho việc áp dụng SG Việt Nam 1.4 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu mục đích tìm hiểu tình hình triển khai ứng dụng SG giới Do đó, kết nghiên cứu với đối tượng tham gia nghiên. .. hiểu công nghệ ứng dụng SG giới • Tình hình triển khai công nghệ SG giới nào? - Các giải pháp khả thi nhằm để áp dụng SG Việt Nam Để trả lời câu hỏi nghiên cứu trên, nội dung nghiên cứu mà đề tài