Cách thức các lưới điện siêu nhỏ giúp các công ty tiện ích cân bằng cung cầu điện
Các công ty tiện ích đang chịu áp lực ngày càng tăng để cung cấp điện nhiều hơn cho nhiều nơi hơn. Thời tiết khắc nghiệt, xe điện, nhiệt độ cao, cơ sở hạ tầng cũ kỹ và sự gia tăng của các trung tâm dữ liệu và nhà máy mới đang khiến việc cung cấp điện trở thành một hành động cân bằng phức tạp.
Một số tiện ích đang sử dụng các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch và các nhà máy điện cao điểm đắt tiền để đáp ứng nhu cầu điện tăng vọt này. Mặc dù các nhà máy này có thể cung cấp giải pháp ngắn hạn, nhưng chúng cũng làm tăng đáng kể lượng khí thải carbon và chi phí vận hành tiện ích.
Mặt khác, lưới điện siêu nhỏ cung cấp cho các công ty tiện ích và khách hàng của họ một nguồn năng lượng phân tán (DER) đáng tin cậy, hiệu quả và bền vững hơn. Ở đây, tôi sẽ giải thích cách lưới điện siêu nhỏ có thể đảm bảo có đủ điện cho những người và những nơi cần đến.
Lưới điện siêu nhỏ tái tạo làm phẳng nhu cầu năng lượng
Năng lượng mặt trời và gió là những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến cho lưới điện siêu nhỏ. Nhưng chúng có một vấn đề . Mặt trời không phải lúc nào cũng chiếu sáng và gió không phải lúc nào cũng thổi. Tuy nhiên, khi kết hợp với pin, năng lượng có thể được lưu lại để sử dụng sau. Sau đó, pin cung cấp điện vào ban đêm hoặc vào những ngày nhiều mây, giúp giảm sự phụ thuộc vào lưới điện và các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch.
Đối với các ngành công nghiệp có nhu cầu năng lượng cao, chẳng hạn như nhà máy, lưới điện siêu nhỏ còn đóng vai trò như bộ đệm nhu cầu. Ví dụ, một nhà máy titan mới ở Tây Virginia đang sử dụng lưới điện siêu nhỏ chạy bằng năng lượng mặt trời với bộ lưu trữ pin để cung cấp 70% nhu cầu điện của cơ sở. Bằng cách cô lập các cơ sở có nhu cầu cao, lưới điện siêu nhỏ giảm thiểu tác động của chúng lên lưới điện lớn hơn và cuối cùng cải thiện tính ổn định của lưới điện.
Bằng cách làm phẳng các đỉnh và đáy nhu cầu, lưới điện siêu nhỏ góp phần tạo nên hệ thống năng lượng cân bằng và ổn định hơn, đồng thời giúp các công ty tiện ích hướng tới các mục tiêu phát triển bền vững.
Lưới điện siêu nhỏ cung cấp điện trong thời tiết khắc nghiệt
Từ năm 2014 đến năm 2023, Hoa Kỳ đã trải qua tình trạng mất điện liên quan đến thời tiết nhiều gấp đôi so với mười năm trước đó. Từ năm 2000 đến năm 2023, 80% các vụ mất điện lớn được báo cáo là do thời tiết. Những con số này chắc chắn sẽ tăng lên khi biến đổi khí hậu ngày càng tồi tệ hơn. Nói một cách đơn giản, thời tiết đang tàn phá lưới điện và khả năng cung cấp điện đến nơi cần thiết của các công ty tiện ích .
Microgrid đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện trong các cơn bão, giông bão và các sự kiện thời tiết khắc nghiệt khác. Nếu nguồn điện chính hoặc đường dây điện của công ty điện lực bị mất trong cơn bão , một microgrid cộng đồng có thể được bật để đảm bảo mọi thứ từ tủ lạnh và hệ thống HVAC đến đèn và máy CPAP tiếp tục hoạt động. Chúng cũng có thể đảm bảo cơ sở hạ tầng quan trọng như bệnh viện và trạm cứu hỏa có đủ điện để cung cấp các dịch vụ thiết yếu.
Một trong những ví dụ yêu thích của tôi về lưới điện siêu nhỏ cộng đồng là từ một khu dân cư gồm 37 ngôi nhà ở Wimauma, Florida. Khu dân cư này sử dụng các tấm pin mặt trời để cung cấp điện cho các pin được lắp đặt tại mỗi ngôi nhà. Khi cơn bão Ian đổ bộ vào cuối năm 2022, nhiều ngôi nhà trong khu vực đã bị mất điện. Nhưng khu dân cư này không bao giờ mất điện nhờ lưới điện siêu nhỏ chạy bằng năng lượng mặt trời.
Tóm lại, lưới điện siêu nhỏ có thể duy trì và cung cấp điện khi có nhu cầu cấp thiết.
Lưới điện siêu nhỏ giảm thiểu lãng phí năng lượng
Nhiều nhà máy điện hiện tại tạo ra điện xoay chiều (AC). Nhưng điện đó thường cần phải được chuyển đổi vì hầu hết các thiết bị điện tử tiêu dùng và thiết bị gia dụng hiện đại đều sử dụng điện một chiều (DC). Khi điện xoay chiều đi qua đường dây điện, được giảm xuống điện áp thấp hơn và được chuyển đổi thành điện một chiều, nó có thể mất một lượng đáng kể tổng điện năng ban đầu được tạo ra.
Microgrids tiết kiệm năng lượng hơn vì chúng thường tạo ra điện DC ( chủ yếu thông qua năng lượng tái tạo), có thể được nhiều thiết bị và hệ thống điện tử sử dụng mà không cần chuyển đổi hoặc di chuyển xa. Mặc dù một số tổn thất điện năng có thể xảy ra khi năng lượng được lưu trữ trong pin, nhưng tổn thất thấp hơn khi so sánh, chỉ khoảng 5% đến 10%.
Microgrids cũng giúp lưới điện chính hoạt động hiệu quả hơn thông qua các chương trình phản ứng nhu cầu. Microgrids có thể tự động giảm lượng năng lượng được lấy từ lưới điện chính trong các giai đoạn nhu cầu cao điểm , chẳng hạn như những ngày nóng khi cần điều hòa không khí và kết hợp nguồn điện được sản xuất tại địa phương. Chúng có thể hoạt động như một hòn đảo độc lập và chỉ sử dụng các nguồn năng lượng được sản xuất tại địa phương. Chức năng vận hành này làm giảm tổn thất truyền tải và đảm bảo rằng hầu hết năng lượng được sản xuất đều có thể sử dụng được.
Trên thực tế, Sở Các vấn đề địa phương (DOLA) của Colorado gần đây đã trao 700.000 đô la cho một dự án lưới điện siêu nhỏ do United Power tài trợ. Mục đích chính của lưới điện siêu nhỏ này là cung cấp điện cho các trạm cứu hỏa trong thời gian mất điện diện rộng để họ có thể tiếp tục cung cấp các dịch vụ quan trọng. Nhưng điều thú vị hơn là lưới điện siêu nhỏ này sẽ có một công cụ cân bằng tải để sử dụng trong các điều kiện không khẩn cấp. Công cụ này sẽ đảm bảo rằng các trạm cứu hỏa chỉ sử dụng năng lượng khi cần thiết, đặc biệt là ở các cộng đồng nông thôn dễ bị mất điện.
Cung và cầu cân bằng tạo ra cơ hội doanh thu
Ngoài những lợi thế về mặt vận hành, lưới điện siêu nhỏ còn cung cấp thêm nguồn doanh thu và lợi ích kinh tế cho các công ty tiện ích. Khi lưới điện siêu nhỏ sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, nhu cầu về các nhà máy điện cao điểm đắt tiền và kém hiệu quả sẽ ít hơn – cuối cùng là giảm chi phí vận hành tiện ích.
Microgrids có thể cho phép các công ty tiện ích cung cấp dịch vụ điều chỉnh tần số và hỗ trợ điện áp cho các nhà điều hành lưới điện thường trả tiền cho họ. Khi tần số lưới điện lệch khỏi giá trị chuẩn và gây ra các vấn đề về độ ổn định của lưới điện, microgrids có thể tự động điều chỉnh công suất đầu ra hoặc sử dụng để đưa lưới điện trở lại trạng thái cân bằng.
Hỗ trợ điện áp là một dịch vụ tạo ra doanh thu khác để duy trì mức điện áp trên lưới điện trong phạm vi quy định. Các lưới điện siêu nhỏ có bộ biến tần thông minh và hệ thống điều khiển có thể cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng khi cần để ổn định mức điện áp. Một số tiểu bang thậm chí đã bắt đầu áp dụng các yêu cầu kết nối cho các bộ biến tần này vì chúng có thể giúp lưới điện an toàn hơn khi đáp ứng mức năng lượng tái tạo không liên tục cao hơn đồng thời cũng giảm nguy cơ hỏa hoạn .
Lưới điện siêu nhỏ duy trì ánh sáng
Khi nhu cầu điện tăng cao, các lưới điện siêu nhỏ có thể cung cấp đủ điện khi nhu cầu cao nhất. Với việc áp dụng lưới điện siêu nhỏ ngày càng tăng theo thời gian, các công ty tiện ích có thể giảm đáng kể lượng khí thải carbon và sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Điều này giúp giảm lượng khí thải carbon và chi phí vận hành của các công ty tiện ích trong khi vẫn duy trì ánh sáng để làm hài lòng khách hàng của họ.
Brian Nelson là Trưởng bộ phận Năng lượng tái tạo của Bộ phận Năng lượng tái tạo của ABB, một bộ phận của doanh nghiệp Điện khí hóa của ABB . Ông chịu trách nhiệm phát triển công nghệ để hỗ trợ việc áp dụng năng lượng tái tạo trên khắp Hoa Kỳ. Điện khí hóa của ABB là công ty dẫn đầu về công nghệ trong lĩnh vực điện khí hóa và tự động hóa, tạo ra tương lai bền vững hơn và tiết kiệm tài nguyên hơn. Dựa trên hơn 140 năm xuất sắc, hơn 105.000 nhân viên của ABB cam kết thúc đẩy các sáng kiến giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi công nghiệp.
