Điện khí hóa thông minh

       

 
                  " ĐIỆN KHÍ HÓA THÔNG MINH LÀ CON ĐƯỜNG PHÍA TRƯỚC "

Trong cuốn sách trắng của Hội Đồng Kỹ Thuật Điện Quốc Tế IEC (International Electrotechnical Commission với chủ đế :  'Đối phó với các thách thức năng lượng / Vai trò của IEC từ năm 2010-2030 ", Điện khí hóa thông minh (Smart electrification) được coi là chìa khóa cho một hệ thống năng lượng toàn cầu bền vững và hiệu quả. Bằng việc lựa chọn nguồn năng lượng tái tạo và sử dụng năng lượng điện một cách thông minh và có kiểm soát, điện có thể đóng một vai trò lớn trong việc giảm thiếu khí carbon trong nền kinh tế toàn cầu. Đây không phải là một kịch bản kinh doanh như bình thường. Thay vào đó là một đòi hỏi phải nỗ lực hơn nữa trong nghiên cứu&phát triển (R & D) và phát triển thị trường và hỗ trợ bởi một cam kết chính trị mạnh mẽ. 

Trong những thập kỷ sắp tới, chúng ta đang phải đối mặt với một thách thức năng lượng toàn cầu tăng gấp đôi. Đầu tiên là làm thế nào để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho dân số thế giới đang phát triển. Chúng ta nên hình dung một tiếp cận năng lượng ổn định và an toàn cho tất cả. Điều này có nghĩa rằng, cùng với  những thứ khác, chúng ta sẽ phải cung cấp điện cho 1,6 tỷ người hiện đang không được tiếp cận với điện hoặc chưa được sinh ra. Tiếp cận phổ cập này sẽ tăng gấp đôi nhu cầu năng lượng toàn cầu. Thách thức thứ hai là để ổn định khí hậu tác động từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, yêu cầu lượng khí thải CO2 được giảm đi một nửa. Đối phó với các thách thức đó yêu cầu cường độ carbon từ sử dụng năng lượng phải được giảm đi bốn lần.
Đầu tiên là điện có thể dễ dàng đo lường và điều khiển, làm cho nó có thể giảm tổn thất năng lượng tới mức tối thiểu.Lợi thế quan trọng thứ hai của điện là nhiên liệu hóa thạch ngày càng có thể được thay thế bằng năng lượng phi carbon miễn phí, đó là các nguồn năng lượng tái tạo. Hầu hết các hệ thống, bao gồm cả năng lượng tái tạo gió, điện mặt trời, và thủy điện có thể sản xuất ra điện là một sản phẩm hữu ích. 
Khi những lợi thế này được sử dụng để tiềm năng của mình, điện trở thành một công cụ mạnh mẽ để giải quyết những thách thức năng lượng phải đối mặt với chúng ta. Cụ thể hơn, điện có thể là diễn viên chính cho nền kinh tế toàn cầu phi carbon (de-carbonizing) bằng cách: 
+ Ngày càng phi carbon trong khâu sản xuất điện 
+ Nâng cao hiệu quả  truyền tải và phân phối điện 
 + Thay thế nhiên liệu hóa thạch cho hệ thống sưởi ấm và vận tải bằng  hệ thống điện, chẳng hạn  như máy bơm nhiệt và xe cộ chạy bằng điện 
  +  Nâng cao hiệu quả năng lượng điện sử dụng cuối cùng trong các tòa nhà và công nghiệp
Chúng ta cần nỗ lực nhiều 
Theo tiêu chuẩn IEC, một ứng dụng đầy đủ các công nghệ trưởng thành hiện hành sẽ không đủ để giải quyết những thách thức năng lượng toàn cầu của chúng ta. Để giảm bớt cường độ các-bon của dịch vụ năng lượng một phần tư mức hiện tại vào năm 2050, chúng ta cần: 
+ Một cải tiến hiệu suất năng lượng 40% trong ngành công nghiệp và các tòa nhà, thay vì khả năng dự đoán 30% là có thể đạt được với công nghệ trưởng thành
 + Năng lượng tái tạo chiếm 50% trong sản xuất điện, thay vì khả năng dự đoán 30% 
 + Giảm tổn thất truyền tải và phân phối năng lượng  từ trung bình hiện nay là 9% với mức trung bình 6%, thay vì hiện trạng các dự đoán 
  + Cải thiện 10% hiệu suất phát, thay vì khả năng dự báo 5% 
Điều này đòi hỏi một ứng dụng nhanh chóng và đầy đủ các công nghệ tiên tiến. Đầu tư lớn phải được thực hiện trong nghiên cứu – phát triển R & D, phát triển thị trường, và trong việc loại bỏ các rào cản về cơ cấu trong thị trường hiện tại. 
Nghiên cứu và phát triển thị trường 

Nó sẽ mất một nỗ lực R & D đáng kể để phát triển quy mô lớn, tiết kiệm năng lượng, và các hệ thống lưu trữ năng lượng kinh tế. Hệ thống như vậy có thể bù đắp các biến đầu ra của tuabin gió, cho phép thâm nhập cao hơn năng lượng gió trong hỗn hợp điện. Hệ thống lưu trữ năng lượng cũng là một yếu tố quan trọng trong sự phát triển của vi lưới ( microgrid) có chức năng bán độc lập với  lưới điện quốc gia và kết nối với các hệ năng lượng tái tạo địa phương để sử dụng năng lượng địa phương. 
Một nỗ lực R & D đáng kể sẽ được yêu cầu nâng cao hiệu quả năng lượng của các pin  quang điện và giảm chi phí của chúng 
Xe chạy bằng điện sẽ được thương mại hóa, nhưng vẫn cần cải tiến kỹ thuật đáng kể về phạm vi lái xe, an toàn và chi phí để trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho xe có động cơ đốt trong. Ngoài những nỗ lực R & D, các thị trường mới của xe điện cũng sẽ yêu cầu quy định phù hợp và tiêu chuẩn hóa. 
Hoạt động phát triển thị trường tương tự được yêu cầu cho thế hệ nhiệt điện năng lượng mặt trời. Công nghệ này phần lớn là trưởng thành, nhưng thị trường vẫn còn đang được phát triển, kêu gọi ưu đãi, các quy định và tiêu chuẩn hóa. 
Loại bỏ các rào cản cấu trúc thị trường 

Trong công nghiệp, giám sát và điều khiển ở điện bằng công nghệ thông tin có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả năng lượng. Ngoài ra, hệ thống động cơ sẽ nhận được ưu tiên cao, kể từ khi  chiếm khoảng 70% của tất cả các điện tiêu thụ của ngành công nghiệp. Các rào cản lớn đối với hiệu quả năng lượng trong ngành công nghiệp là phi kỹ thuật. Chúng bao gồm các biện pháp khuyến khích nội bộ công ty để giảm thiểu vốn đầu tư thay vì chi phí vòng đời, và giảm thiểu chi phí bộ phận địa phương thay vì của toàn công ty chi phí (phân chia ngân sách). Điểm chuẩn, trong khi rất hữu ích trong việc xác định các khu vực hiệu quả năng lượng có thể được cải thiện, khó ở mức hệ thống, vì nó phụ thuộc vào áp lực cạnh tranh. Điều này có thể được khắc phục thông qua sự phát triển của kiến trúc tham khảo và thực hành tốt nhất, được công bố tiêu chuẩn và khuyến nghị. 

Để nâng cao hiệu quả năng lượng của các tòa nhà, trang bị các công tơ thông minh, giám sát và hệ thống quản lý năng lượng là một phần cơ bản của giải pháp tổng thể. Việc sử dụng tải hiệu quả cao cũng không kém phần quan trọng, bao gồm cả động cơ điện, dây cáp, và hệ thống chiếu sáng. Phần lớn các dịch vụ tốn nhiều năng lượng trong các tòa nhà để sưởi ấm và làm mát, cả hai đều có thể được thực hiện rất hiệu quả năng lượng thông qua việc sử dụng các máy bơm nhiệt. Tất cả các công nghệ nói trên được chứng minh và có sẵn; Do đó, vấn đề thực sự ở khâu thực hiện. Có một số tiến bộ trong các tòa nhà mới, nhưng tốc độ thực hiện các công nghệ hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà hiện có là chậm. Cập nhật của các tòa nhà hiện có là rất quan trọng, kể từ khi tòa nhà có tuổi thọ lâu dài và tỷ lệ thay thế của họ là chậm. Kích hoạt của tất cả các đòn bẩy để đạt được yêu cầu  này. 

Để đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng trong truyền tải và phân phối điện, hoạt động cả về cấu trúc và công nghệ được yêu cầu. Bước quan trọng đầu tiên sẽ là việc áp dụng chung các thiết bị có tỷ lệ tổn thất thấp, chẳng hạn như sử dụng các máy biến áp và cáp điện có hiệu quả cao . Ngoài ra, các kiến trúc lưới điện sẽ phải được xem xét lại. Các lười điện địa phương và các vi lưới điện (Micro grid) bán tự trị với biện pháp lưu trữ năng lượng và các công cụ cân bằng sẽ thuận lợi cho việc kết nối các hệ thống  năng lượng tái tạo và kết nối chúng ngay lập tức với nơi có nhu cầu, do đó giảm thiểu tổn thất truyền tải. Cả hai khâu truyền tải và phân phối yêu cầu phổ biến các thực hành tốt nhất và một khung pháp lý rõ ràng cho phép các nhà khai thác lưới điện dễ  thực hiện đầu tư đáng kể. 
Cơ sở cốt lõi của Điện Khí Hóa thông mình là hình thành Mạng điện và Hệ Thống Điện thông minh (Smart Grid).Chúng ta có thể quan sát sự hình thành Smart Grid trong các video sau :

+Cơ sở  Kiến trúc của Mạng điện thông minh

 

 + Những đặc trưng chính của Mạng điện thông minh  

Đan Mạch hiện nay là quốc gia dẫn đầu thế giới về phát triển năng lượng xanh

+ Hệ thống điện thông minh tương lai của Đan Mạch

(Tham khảo Leonardo-energy và Youtube)