I. Sơ lược về lưới điện siêu nhỏ (Microgrid):

Microgrid là gì?

Microgrid (lưới điện vi mô) là một hệ thống lưới điện quy mô nhỏ, quản lý các nguồn năng lượng phân tán bao gồm các nguồn tái tạo như năng lượng mặt trời và các nguồn không tái tạo khác như máy phát điện diesel, tuabin khí,… Hệ thống này có khả năng hoạt động độc lập hoặc kết hợp với lưới điện truyền thống.

Tầm quan trọng của Microgrid:

Trong bối cảnh chuyển đổi sang nguồn năng lượng xanh và hướng tới tương lai phát triển bền vững với mục tiêu net-zero, Microgrid đóng vai trò quan trọng. Lưới điện siêu nhỏ thường được sử dụng cho các khu vực địa phương như khu dân cư, doanh nghiệp, bệnh viện,… nhờ vào khả năng quản lý và phân phối nguồn cung điện năng cho tải sử dụng khi cần thiết.

Ngoài ra, Microgrid cũng đem lại khả năng độc lập và tự chủ về nguồn cung điện năng với tính năng hoạt động ở chế độ “island mode” (độc lập) trong trường hợp lưới điện quốc gia xảy ra sự cố mất điện.

Khám phá giải pháp lưới điện siêu nhỏ Microgrid do VAS cung cấp.

II. Các thành phần chính của hệ thống Microgrid:

1. Các nguồn phát điện (Energy Generation):
   
   • Nguồn năng lượng tái tạo (Renewable Energy Sources):
     • Điện mặt trời (Solar Panels/PV): Hiện tại, chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời đã giảm đáng kể, công với việc dễ lắp đặt trên mái nhà ở, doanh nghiệp, cơ sở công nghiệp. Nhờ đó, lưới điện Microgrid được xây dựng để tận dụng nguồn năng lượng mặt trời vô hạn, chuyển đổi thành điện năng sử dụng cho đời sống hằng ngày.
   • Nguồn năng lượng truyền thống (Traditional Energy Sources):
     • Máy phát điện Diesel/Khí tự nhiên (Diesel/Natural Gas Generators): Đây là lựa chọn cơ bản để làm nguồn năng lượng dự phòng nhờ khả năng đáp ứng đa dạng nguồn tải, khởi động nhanh, phản ứng nhanh với thay đổi tải, hoạt động trên nhiều loại nhiên liệu. Các Microgrid cũ có thể dựa trên nhà máy điện nhỏ với động cơ diesel và máy phát điện.

2. Hệ thống lưu trữ năng lượng (Battery Energy Storage System – BESS):
   
   • Pin (Batteries): Hệ thống này đóng vai trò quan trọng để lưu trữ năng lượng được sản xuất dư và sử dụng chúng khi cần thiết như buổi tối hay thời tiết bất thường. Chức năng này đảm bảo nguồn cung ổn định và đáng tin cậy, đặc biệt khi sử dụng năng lượng tái tạo gián đoạn. Loại pin thường được sử dụng là ion-lithium nhờ vào chi phí rẻ, hiệu suất cao, tuổi thọ dài.
   • Các chức năng chính của BESS:
     • Time-shifting (chuyển thời gian): Hệ thống BESS lưu trữ năng lượng dư thừa từ hệ thống năng lượng mặt trời vào ban ngày và cung cấp vào buổi tối khi nhu cầu sử dụng điện của người dân tăng cao.
     • Đáp ứng nhu cầu cao điểm: Cung cấp năng lượng khi sản lượng năng lượng tái tạo không đủ vào giờ cao điểm, buổi tối hoặc khi nhu cầu tăng đột ngột.
     • Dự phòng công suất: Việc kết hợp thêm hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ giúp tối ưu hóa chi phí điện hơn so với việc chạy không tải máy phát điện dự phòng.
3. Quản lý tải (Load Management):
   
   • Lưới điện Microgrid sử dụng hệ thống quản lý năng lượng (Energy Management System). Thành phần này đảm nhiệm vai trò quản lý và theo dõi các nguồn năng lượng trong lưới điện siêu nhỏ (Microgrid) nhằm tạo ra sự cân bằng cung và cầu.
   • Ngoài ra, lưới điện siêu nhỏ (Microgrid) còn có chức năng Active Demand Management – tùy chọn giảm nhu cầu ở một nơi để cân bằng với sự tăng nhu cầu ở nơi khác, ví dụ tắt tạm thời điều hòa không khí. Điều này giúp duy trì cân bằng cung cầu mà không cần tăng phát điện.
4. Hệ thống điều khiển và truyền thông (Control and Communications):
   
   • Hệ thống này có tên là Microgrid Control Systems, đảm nhiệm vai trò vận hành an toàn và hiệu quả. Bao gồm nhiều bộ điều khiển và cảm biến phân tán.
   • Hệ thống Giám sát Điều khiển và Thu thập Dữ liệu (Supervisory Control and Data Acquisition – SCADA) được ví như hệ thống thần kinh của Microgrid.
   • Phần mềm quản lý năng lượng (Energy Management Software) được xem là “Bộ não” của Microgrid, tối ưu hóa hệ thống để chạy hiệu quả về chi phí nhất nhờ sử dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) để dự đoán tải và sản lượng từ năng lượng tái tạo.
   • Hệ thống thông tin liên lạc kết nối các thành phần và cho phép trao đổi dữ liệu.
5. Cơ sở hạ tầng phân phối (Distribution Infrastructure):
   
   • Đường dây điện (Power Lines)
   • Máy biến áp (Transformers)
   • Công tắc (Switches)
   • Các thiết bị khác để truyền tải và phân phối điện năng từ nguồn đến tải.
6. Điểm kết nối chung (Point of Common Coupling – PCC):
   
   • Điểm vật lý nơi Microgrid kết nối với lưới điện chính.
   • Cho phép Microgrid cách ly và hoạt động độc lập (chế độ “island mode”) khi lưới điện chính gặp sự cố.
7. Các thiết bị và thành phần khác:
   
   • Cáp điện (Electrical Cables)
   • Bộ ngắt mạch (Circuit Breakers): Bảo vệ hệ thống khỏi quá tải và ngắn mạch.
   • Máy biến áp (Transformers): Thay đổi điện áp cho phù hợp với các thiết bị khác nhau.
   • Công tắc chuyển mạch tự động (Automatic Transfer Switches): Cách ly các nguồn phát điện khác nhau, ví dụ ngăn bộ biến tần năng lượng mặt trời cấp điện cho máy phát điện diesel.
   • Bộ biến tần (Inverters): Chuyển đổi điện DC từ pin hoặc tấm pin mặt trời thành điện AC đồng bộ với các nguồn AC khác trong Microgrid.

III. Vai trò của các thành phần trong hệ thống Microgrid:

• Nguồn phát điện Microgrid: Cung cấp năng lượng cho toàn hệ thống.
• Lưu trữ năng lượng Microgrid: Đảm bảo nguồn cung ổn định, đặc biệt khi sử dụng năng lượng tái tạo gián đoạn.
• Quản lý tải Microgrid: Cân bằng cung và cầu, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.
• Hệ thống điều khiển Microgrid: Vận hành an toàn và hiệu quả, tối ưu hóa chi phí.
• Cơ sở hạ tầng Microgrid: Truyền tải và phân phối điện năng từ nguồn đến tải.
• Điểm kết nối chung: Cho phép Microgrid hoạt động độc lập hoặc kết nối với lưới điện chính.

Sự phối hợp nhịp nhàng giữa các thành phần này đảm bảo hoạt động ổn định, hiệu quả và an toàn của Microgrid.

IV. Thách thức và Cơ hội:

• Thách thức: Chi phí ban đầu, độ phức tạp kỹ thuật, khung pháp lý.
• Cơ hội: Phát triển công nghệ năng lượng tái tạo, sự quan tâm của doanh nghiệp và nhà đầu tư, phát triển hệ thống quản lý năng lượng mới.

V. Tương lai của Microgrid:

Microgrid có tiềm năng to lớn trong việc cung cấp nguồn năng lượng linh hoạt, hiệu quả và bền vững. Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết tình trạng nghèo đói năng lượng và cung cấp năng lượng cho các cộng đồng vùng sâu vùng xa.

VI. Kết luận:

Cấu trúc hệ thống Microgrid và vai trò của từng thành phần là yếu tố then chốt để xây dựng một tương lai năng lượng bền vững và an toàn hơn. Với sự phát triển của công nghệ và sự quan tâm của xã hội, Microgrid sẽ ngày càng trở nên phổ biến và đóng góp tích cực vào việc bảo vệ môi trường và đảm bảo an ninh năng lượng.