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

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

Quy Nhơn. Hiện đại hóa hệ thống do đếm đã giúp Điện lực Quy Nhơn giảm được đáng kể thời gian ghi và nhập chỉ số công tơ, tránh được những sai sót, nhầm lẫn, tăng năng suất lao động, tăng được độ tin cậy cho khách hàng, đảm bảo minh bạch trong kinh doanh mua bán điện. Ngoài ra, đối với những khách hàng dùng điện qua trạm biến áp chuyên dùng đã được lắp đặt hệ thông thu thập số liệu từ xa có thể dễ dàng truy cập để theo dõi sản lượng điện tiêu thụ của đơn vị mình, giúp điều tiết sử dụng điện tiết kiệm và hiệu quả hơn.

Theo Quyết định số 1670/QÐ-TTg, Chính phủ đã phê duyệt Ðề án SG tại Việt Nam. Theo đó, lộ trình phát triển gồm ba giai đoạn. Giai đoạn 1 được triển khai từ

năm 2012-2016 tập trung vào việc phát triển hệ thống SCADA cho các trung tâm điều độ hệ thống điện, các đơn vị quản lý điện nhằm thực hiện được các chức năng quản lý năng lượng, tự động hóa trạm biến áp, điều khiển từ xa, các ứng dụng tăng cường độ tin cậy, tối ưu vận hành của lưới truyền tải điện và bắt đầu triển khai cho lưới điện phân phối; xây dựng hệ thống văn bản quy phạm pháp luật; cơ chế khuyến khích khách hàng tham gia các chương trình quản lý phụ tải (DSM); cơ chế tài chính và truyền thông cho việc phát triển lưới điện thông minh. Giai đoạn 2 (2017-2022), tiếp tục tăng cường hiệu quả vận hành lưới điện, tập trung vào lưới điện phân phối và giai đoạn 3 (từ sau năm 2022), triển khai cơ sở hạ tầng đo đếm cho khách hàng dân dụng, tạo điều kiện cho khách hàng tham gia thị trường bán lẻ điện cạnh tranh. 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.