Nhà máy điện ảo (Virtual Power Plant - VPP) là một hệ thống phức tạp được quản lý thông qua các công nghệ số để tập hợp và điều khiển các nguồn năng lượng phân tán. Thay vì dựa vào một nguồn năng lượng duy nhất, VPP kết hợp nhiều nguồn năng lượng tái tạo và không tái tạo khác nhau như năng lượng mặt trời, gió, pin lưu trữ năng lượng, và thậm chí cả nguồn năng lượng từ các hệ thống tiêu thụ, như hệ thống điều hòa không khí hoặc thiết bị gia đình thông minh.

VPP sử dụng các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet of Things (IoT) để tập hợp dữ liệu từ các nguồn năng lượng phân tán và dự đoán và điều chỉnh sản xuất và tiêu thụ năng lượng theo nhu cầu. Điều này cho phép VPP tham gia vào thị trường năng lượng, cung cấp dịch vụ cân bằng và dự trữ năng lượng, và tạo ra một hệ thống năng lượng linh hoạt và hiệu quả hơn.

Hiện trạng phát triển VPP

VPP không chỉ giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo, mà còn giúp tạo ra một hệ thống năng lượng ổn định hơn và giảm thiểu tác động đến môi trường. Đồng thời, nó cũng mở ra cơ hội cho người tiêu dùng tham gia vào thị trường năng lượng, giúp tạo ra một môi trường năng lượng đa dạng và dân chủ hơn.

VPP là bước phát triển tiếp theo từ mô hình nhà máy điện tập trung truyền thống. Tập hợp các nguồn lực thành một hệ thống cung cấp duy nhất cũng mang lại khả năng tiếp cận tới nhiều nguồn lực đa dạng hơn. Khi nhiều người tiêu thụ năng lượng chuyển sang thành nhà tiêu dùng chuyên nghiệp (prosumer), những người tạo ra hoặc tích trữ năng lượng của riêng họ thông qua các tấm pin mặt trời dân dụng, ắc quy hoặc thậm chí cả xe điện, thì số lượng 'nút' (node - thiết bị phân phối, giao tiếp thông tin trong mạng lưới của hệ thống) khả dụng cho các VPP đó sẽ tăng lên.

Thách thức lớn nhất ở đây là trong việc truyền dữ liệu và điện năng. Ở các phiên bản VPP ban đầu, nhiều nỗ lực nghiên cứu tập trung vào AI, với Mạng nơ-ron giải quyết các vấn đề một cách tối ưu hóa để tính toán cách đáp ứng 100% nhu cầu điện rẻ nhất trong khi sử dụng càng nhiều nguồn lực sẵn có càng tốt - cho dù đó là một vài tấm panel mặt trời trên mái nhà hay toàn bộ trang trại năng lượng mặt trời. Trong trường hợp này, nhà cung cấp điện cũng sẽ sử dụng nhiều công cụ dựa trên điện toán đám mây để dự báo nhu cầu trong tương lai và nguy cơ có thể phải đối mặt với tình trạng thiếu năng lượng - chẳng hạn như do thời tiết nhiều mây ảnh hưởng đến việc sản xuất năng lượng mặt trời – nó có thể khuyến khích khách hàng thay đổi nhu cầu của họ. Điều này có nghĩa là nhà cung cấp không phải sử dụng công suất khẩn cấp dựa trên nhiên liệu hóa thạch, đắt tiền - như các nhà máy khai thác khí đốt.

Trong lắp đặt thương mại, việc này có thể có nghĩa là cài đặt đồng hồ đo và bộ điều khiển trên các thiết bị công nghiệp lớn, để hoạt động của chúng có thể được đồng bộ hóa từ xa giúp phù hợp với chương trình khuyến khích mà công ty cung cấp điện đưa ra. Đối với tiêu thụ gia đình, việc này có thể là một bộ điều nhiệt thông minh được kích hoạt để sưởi ấm hoặc làm mát ngôi nhà với thời gian hiệu quả nhất về chi phí hoặc thân thiện với môi trường - tất cả đều không gây bất tiện cho người dùng cuối.

Một mặt giải pháp này là tối đa hóa khả năng cung cấp năng lượng tái tạo, mặt khác làm dịch chuyển các nhu cầu cao điểm để giảm thiểu các trường hợp nhu cầu về năng lượng tái tạo vượt quá nguồn cung. Ví dụ: tại các trung tâm thương mại như bến cảng, nơi nhiều doanh nghiệp có thể tăng nhu cầu tại một thời điểm nhất định, dịch chuyển một chút nhu cầu cao điểm trong toàn bộ hệ sinh thái của khu vực sẽ khiến toàn bộ khu vực được cung cấp năng lượng sạch trong phần lớn thời gian hơn.

Trong một VPP, có thể xác định rủi ro thông qua khả năng duy trì nguồn cung năng lượng liên tục cho khách hàng của hệ thống. Dữ liệu phải được truyền để đánh giá các đặc điểm vận hành của hệ thống và để tối đa hóa lợi nhuận từ bất kỳ công suất khả dụng nào trên mạng tài nguyên của VPP.

Những ví dụ về rủi ro này, xảy ra ở California (Mỹ) và Trung Quốc, tập trung vào việc sử dụng liên lạc cố định. Tuy nhiên, do các công ty cung cấp tìm cách cải thiện năng lực các VPP của họ, nên việc sử dụng liên lạc di động và không dây sẽ cho phép tiếp cận nhiều loại tài sản có khả năng sản xuất điện hơn ở những nơi không thể lắp đặt đường dây cố định. Giao tiếp giữa máy với máy có thể cho phép truy cập rộng rãi hơn tới các VPP này bằng cách đưa ra tính năng thu thập tự động dữ liệu phát điện, thông tin về công suất và giá cả cũng như cho phép thanh toán.

Việc này có hai lợi ích chính. Thứ nhất, nó có nghĩa là tiếp cận nhiều loại thị trường năng lượng hơn. Nhiều tài sản có khả năng phát điện hơn có nghĩa là nhiều điện năng hơn và có thể khai thác lượng công suất lớn hơn tại bất kỳ thời điểm nào - nghĩa là có thể tiếp cận các thị trường phản ứng nhanh, vì các VPP vượt qua các rào cản về yêu cầu công suất tối thiểu.

Thứ hai, nó có thể mang lại khả năng tiếp cận các địa điểm mà hệ thống liên lạc cố định hoạt động kém, mở rộng phân bố địa lý của hệ thống năng lượng. Đổi lại, điều này có nghĩa là hệ thống trở nên linh hoạt hơn với các kiểu thời tiết địa phương, với danh mục tài sản phát điện đa dạng, đồng thời cũng hạn chế khả năng tiếp xúc với các sự kiện khí hậu gây tổn hại cho từng tài sản. Về khả năng tiếp cận thị trường, việc này có thể cho phép các nhà khai thác VPP cung cấp công suất điện với tỷ lệ khả dụng cao hơn, mặc dù hệ thống truyền tải cần được quản lý cẩn thận.

AI và IoT được áp dụng thế nào trong VPP?

Trong VPP, AI và IoT được áp dụng để cải thiện quản lý và tối ưu hóa hệ thống năng lượng. Các thiết bị IoT như cảm biến, đồng hồ điện tử thông minh và thiết bị đo lường được triển khai trong VPP để thu thập dữ liệu về sản xuất và tiêu thụ năng lượng. Các dữ liệu này bao gồm lượng điện tiêu thụ của các thiết bị, mức độ năng lượng mặt trời hoặc gió, và trạng thái của pin lưu trữ năng lượng. AI được sử dụng để phân tích dữ liệu thu thập được từ các thiết bị IoT. AI có khả năng dự đoán mô hình tiêu thụ và sản xuất năng lượng trong tương lai dựa trên các yếu tố như thời tiết, mô hình tiêu thụ, và các yếu tố khác.

Dựa trên dữ liệu và phân tích, AI có thể đưa ra các quyết định tối ưu về việc điều chỉnh sản xuất và tiêu thụ năng lượng trong VPP. Điều này bao gồm việc quyết định khi nào nên kích hoạt hoặc tắt các nguồn năng lượng, điều chỉnh mức độ sử dụng năng lượng từ pin lưu trữ, và tham gia vào các thị trường năng lượng để tối ưu hóa lợi nhuận.

Dựa trên các quyết định của AI, các thiết bị IoT được sử dụng để điều khiển các hoạt động của hệ thống năng lượng trong VPP. Các thiết bị này có thể được điều chỉnh để tăng hoặc giảm sản xuất năng lượng, điều chỉnh mức độ sử dụng năng lượng từ các nguồn khác nhau, và thực hiện các hoạt động khác để đảm bảo hoạt động hiệu quả của VPP.

Kết hợp AI và IoT trong VPP giúp tạo ra một hệ thống quản lý năng lượng linh hoạt, thông minh và hiệu quả, đáp ứng được nhu cầu năng lượng biến đổi và thay đổi của thị trường năng lượng hiện đại.

P.A.T (NASATI), theo https://technologymagazine.com/, 6/2024