Hiện nay, ngành năng lượng đóng vai trò then chốt trong thúc đẩy kinh tế - xã hội tại Việt Nam. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng hiện vẫn thiếu hiệu quả, gây lãng phí lớn tại các nhà máy và công xưởng do thiếu giải pháp quản lý tối ưu. Tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà chiếm từ 30% đến 40% tổng tiêu thụ toàn cầu và dự kiến tiếp tục tăng mạnh. Bên cạnh đó, sự bùng nổ của các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) phân tán như điện mặt trời áp mái (PV) và phương tiện giao thông điện (EV) đang đặt ra thách thức về quản lý tập trung để đảm bảo lưới điện vận hành ổn định. Chính phủ đã đặt mục tiêu tiết kiệm năng lượng từ 5,0% đến 7,0% giai đoạn 2019–2025, thúc đẩy các doanh nghiệp hướng tới tiêu chuẩn ISO 50001.

Xuất phát từ những đòi hỏi cấp thiết của thực tiễn, PGS.TS. Nguyễn Hữu Đức cùng các cộng sự tại Trường Đại học Điện lực đã triển khai đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát, điều khiển, vận hành thông minh cho các hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo”. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng một hệ sinh thái SCADA toàn diện, không chỉ dừng lại ở việc giám sát mà còn có khả năng chẩn đoán và điều hành thông minh các hệ thống năng lượng tái tạo (NLTT) thông qua ba trụ cột nội dung cốt lõi.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã thiết lập nền tảng mô hình toán học vững chắc bằng cách ứng dụng các phần mềm chuyên dụng như PSCAD và Matlab. Bước đi này cho phép mô phỏng chính xác sự vận hành của các thành phần phức tạp trong hệ thống, từ tuabin gió (PMSG), hệ thống pin mặt trời đến các khối lưu trữ ắc quy (BESS) và các bộ biến đổi điện tử công suất. Việc làm chủ mô hình hóa ngay từ giai đoạn đầu đã tạo tiền đề cho việc dự báo và tối ưu hóa các kịch bản vận hành trong môi trường thực tế.

Trụ cột thứ hai là việc phát triển các giải thuật vận hành linh hoạt cho mô hình lưới điện một chiều (DC microgrid). Bằng cách tích hợp thuật toán dò điểm công suất cực đại (MPPT), hệ thống có khả năng khai thác triệt để nguồn năng lượng sạch từ thiên nhiên. Điểm sáng của nghiên cứu còn nằm ở giải thuật sạc thông minh dành cho xe điện với ba mức phân bổ công suất linh hoạt. Giải pháp này không chỉ tối ưu hóa việc nạp năng lượng mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết đồ thị phụ tải, giúp "cắt đỉnh, lấp đáy", từ đó giảm áp lực đáng kể cho lưới điện quốc gia trong các khung giờ cao điểm.

Cuối cùng, để hiện thực hóa các giải thuật trên, nhóm đã tiến hành thiết kế và chế tạo đồng bộ hệ thống phần cứng cùng nền tảng phần mềm hiện đại. Các bộ thiết bị hiện trường được phát triển song song với giao diện Web GUI trên nền tảng công nghệ tiên tiến như Spring Cloud và React. Nhờ ứng dụng các giao thức truyền thông chuẩn mực như MQTT và Modbus, hệ thống đảm bảo khả năng kết nối mượt mà, bảo mật và phản hồi nhanh chóng theo thời gian thực. Sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa hạ tầng thiết bị và trí tuệ phần mềm đã tạo ra một giải pháp quản lý năng lượng thông minh, mở ra hướng đi mới trong việc phát triển hạ tầng năng lượng bền vững tại Việt Nam.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài thu được các kết quả như sau

Về công nghệ giám sát và quản lý

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công hệ thống giám sát có tính mô-đun hóa cao. Các mô-đun chuyên biệt cho điện mặt trời, điện gió và xe điện cho phép:

Thu thập dữ liệu thực tế (dòng, áp, công suất, cosphi) với chu kỳ dữ liệu chi tiết đến từng phút.

Dự báo sớm công suất phát của nhà máy điện mặt trời từ 1 giờ đến 3 ngày với độ chính xác cao nhờ thuật toán Machine Learning.

Cảnh báo tức thời các bất thường như phát nhiệt cao, quá tải hoặc lệch điện áp, giúp ngăn ngừa sự cố cháy nổ.

Về hiệu quả vận hành và tối ưu hóa

Kết quả mô phỏng và thử nghiệm cho thấy:

Tòa nhà xanh tự cân bằng: Việc phối hợp giữa ắc quy và lưới điện giúp duy trì ổn định điện áp DC và giảm đáng kể lượng điện mua từ lưới chính, đặc biệt trong các giờ cao điểm.

Sạc xe điện thông minh: So với kịch bản sạc không kiểm soát (gây đỉnh tải lớn gấp 14,7 lần tải đáy), giải thuật sạc thông minh đã cải thiện rõ rệt đặc tính tải, giúp hấp thụ năng lượng dư thừa từ điện mặt trời vào buổi trưa.

Tiết kiệm chi phí: Hệ thống giúp giảm nhân lực vận hành và hỗ trợ công tác kiểm toán năng lượng chính xác, đáp ứng xu hướng Cách mạng 4.0.

Như vậy, đề tài đã hoàn thành việc thiết kế và chế tạo hệ thống giám sát, vận hành thông minh cho năng lượng tái tạo. Giải pháp nội địa này có khả năng kết nối linh hoạt các dòng Inverter từ nhiều nhà sản xuất khác nhau trên cùng một nền tảng trực tuyến. Với tính năng "tương thích nhanh", hệ thống cho phép người dùng dễ dàng lắp đặt thêm các nguồn năng lượng mới mà không cần can thiệp vào cấu trúc kỹ thuật chính.

Mặc dù mới dừng lại ở quy mô nghiên cứu và thử nghiệm thực tế bước đầu, nhưng đề tài đã chứng minh được tính hiệu quả trong việc hỗ trợ các doanh nghiệp tiến tới mục tiêu sử dụng năng lượng bền vững. Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tiếp tục hoàn thiện công nghệ để giải pháp này có thể áp dụng rộng rãi hơn cho nhiều loại hình nhà xưởng, góp phần nhỏ vào nỗ lực tiết kiệm năng lượng chung của cộng đồng.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 22017/2023) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)