Nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt một cách nhanh chóng. Giờ là lúc đặt ra câu hỏi về thời kỳ hậu dầu khí, hay làm thế nào thực hiện chuyển đổi năng lượng bền vững bằng cách giới hạn việc khai thác than đá quá mức và sử dụng hiệu quả hơn các nguồn năng lượng tái tạo.
Trong thế kỷ tới, công nghệ số và trí thông minh nhân tạo sẽ lên ngôi: “Mạng lưới điện thông minh sẽ thay đổi hoàn toàn thói quen của người tiêu dùng trong những năm tới”, Philippe de Ladoucette, Chủ tịch của Ủy ban Điều tiết năng lượng Pháp dự đoán.
Jeremy Rifkin, một trong những nhà tư tưởng xã hội nổi tiếng nhất trong thời đại chúng ta nói rằng, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư là giải pháp toàn cầu duy nhất có thể giải quyết được cuộc khủng hoảng về năng lượng và kinh tế. Ông Rifkin giải thích rằng, quá trình chuyển hóa năng lượng sắp tới sẽ hướng đến 5 lĩnh vực sau: Chuyển đổi sang năng lượng tái tạo, nhà máy điện ảo, công nghệ dự trữ điện, cơ sở hạ tầng truyền thông nhanh, kinh tế vòng tròn. Cách mạng công nghiệp là một quá trình lâu dài và tốn kém và do không hiểu đúng nên mọi người thường đánh giá xấu về quá trình này.
Chúng ta đã và đang sử dụng rất nhiều thiết bị có tích hợp công nghệ thông tin liên lạc, hỗ trợ người dùng ra quyết định, học tập và nhận biết về môi trường sống. Sự phát triển của hệ thống điện lưới trong tương lai sẽ được ứng dụng trong các lĩnh vực trên. Chúng ta đang nói về lưới điện thông minh Smart Grid: một mạng lưới phân cấp có khả năng thích nghi với môi trường xung quanh và với các hoạt động của con người để tối ưu hóa chuỗi năng lượng.
Số hóa chuỗi giá trị hệ thống điện
Cuộc cách mạng này sẽ liên quan đến việc triển khai số hóa toàn bộ chuỗi giá trị của hệ thống điện. Nghĩa là cuộc mạng này sẽ giúp sử dụng tốt hơn các nguồn năng lượng tái tạo, phát triển, cải thiện hiệu suất và tính bền vững của các phương thức lưu trữ điện. Với sự phát triển của nhà thông minh, người dùng có thể liên kết các hoạt động trong hệ thống điện thông qua khả năng tùy biến có sẵn.
Nếu phân cấp hệ thống này, chúng ta có thể quản lý nó ở bất kỳ quy mô nào. Dù cho đó là người tiêu dùng, thành phố sinh thái, xe điện hay nhà máy sản xuất điện, thì mỗi yếu tố trong mạng lưới đều sẽ có công cụ hỗ trợ giúp cho việc ra quyết định. Mạng lưới thông minh sẽ cung cấp tính thống nhất giữa các hoạt động cung – cầu trong thời gian thực và hiểu được nhu cầu của mọi thành tố để đưa ra các giải pháp tốt nhất ngay lập tức.
Người tiêu dùng sau đó sẽ trở thành những người tiêu dùng chủ chốt (những người tiêu dùng có trách nhiệm và cam kết việc mua sắm của họ sẽ không gây ra ảnh hưởng đến môi trường, xã hội và kinh tế, để tạo nên sự phát triển bền vững) trong hệ thống. Đây không còn là vấn đề trong việc quản lý sản xuất để đáp ứng nhu cầu, mà là quản lý tiêu thụ linh hoạt.
Các thiết bị thông minh đầu tiên đã xuất hiện trên thị trường ví dụ như đồng hồ đo điện điều khiển từ xa (ở châu Âu), bộ ổn nhiệt, xe điện (ZOE, Tesla)… Vì vậy, chỉ quản lý cục bộ là không đủ để có thể thay đổi hoạt động của toàn bộ hệ thống. Nếu không có công cụ quản lý và truyền thông phức tạp, thì mạng lưới điện thông minh sẽ không bao giờ đạt được các mục tiêu chính như: san bằng đường cong tiêu dùng, tích hợp năng lượng tái tạo vào pin, đảm bảo cân bằng cung – cầu.
Ứng dụng trí thông minh nhân tạo
Sử dụng hiệu quả hơn các nguồn năng lượng tái tạo, tăng công suất các đường dây dẫn nhờ vào công cụ giám sát kỹ thuật số và quang học, định vị địa điểm xảy ra sự cố từ xa, điều chỉnh thiết bị trong thời gian thực để thích nghi với các điều kiện thời tiết, tích hợp tối ưu các nguồn điện được sản xuất từ năng lượng gió và mặt trời, khôi phục nhanh chóng sự cố và rất nhiều các công cụ quản lý thông minh khác.
Mặc dù mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu đang tăng cao, những lợi ích của lưới điện thông minh cũng như các khoản đầu tư cho ngành này sẽ bắt đầu sinh lợi trong vòng vài năm tới.
Mạng lưới điện thông minh vẫn chỉ là trên lý thuyết. Lý thuyết này đang dần được đưa vào áp dụng và các kỹ thuật mới đang được phát triển để quản lý một hệ thống phức tạp như hệ thống điện tương lai trong thời gian thực. Học tập cách thức vận hành máy móc, các kiến thức chuyên sâu, phát triển các công nghệ hỗ trợ việc ra quyết định và tương tác giữa con người và máy tính là những chìa khóa mấu chốt cho sự thành công của lưới điện thông minh. Các nghiên cứu mới về những vấn đề của Internet vạn vật (IoT), dữ liệu lớn (Big Data), chuỗi khối (Blockchain) và trí thông minh nhân tạo sẽ mang đến cho người dùng các công cụ cần thiết trong thời đại công nghiệp.
Trong ngành điện, cuộc cách mạng số thực sự chỉ vừa mới bắt đầu. Dĩ nhiên, khái niệm về kỹ thuật số thì đã xuất hiện từ lâu. Nhưng những biến đổi liên quan đến việc thay đổi cấu trúc cơ cấu sản suất điện, những gián đoạn trong việc sử dụng các sản phẩm kỹ thuật số và các thiết bị kết nối, sẽ gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng hơn đến hệ thống lưới điện. Đối với hệ thống lưới điện, kỷ nguyên số sẽ là thời kỳ đề cao tính linh hoạt của hệ thống.
Tiêu dùng thông minh
Những thay đổi trong cách quản lý hệ thống lưới điện cũng phải tính đến chi phí năng lượng. Bên cạnh đó, người tiêu dùng cũng phải tính đến các chi phí dành cho các bộ cảm biến, máy chủ, các phương tiện truyền thông, các thiết bị thông minh có hiệu quả và tốc độ cao.
Trong một nghiên cứu được công bố vào tháng 6-2015 của Capgemini Consulting dành cho Cơ quan Quản lý Môi trường và Năng lượng Pháp (Ademe), đã đánh giá mức tiêu thụ các NTIC (công nghệ mới về thông tin và truyền thông) để nâng cao kiến thức và kiểm soát hệ thống lưới điện từ mức 0,8TWh đến mức 1,5TWh, trong giai đoạn 2020-2030. Nếu chúng ta không tính đến việc cải thiện hiệu quả năng lượng của các NTIC (theo luật Moore), thì chúng ta sẽ tốn khoảng 3,4TWh vào năm 2030, tương đương khoảng 2% mức tiêu thụ điện trung bình của các hộ gia đình Pháp năm 2016.
Khối lượng và lưu lượng dữ liệu của hệ thống lưới điện thông minh Smart Grid chỉ chiếm khoảng 0,1-1% khối lượng dữ liệu của Pháp. Các trung tâm dữ liệu chiếm 5% mức tiêu thụ năng lượng, và tăng trưởng 5% mỗi năm. Nếu chúng ta xem xét trên tổng mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu trên toàn nước Pháp năm 2015, thì mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu Smart Grid sẽ không đáng kể, chỉ với 0,03TWh.
Mức tiêu thụ dư thừa do sự phát triển của hệ thống lưới điện thông minh là không đáng kể và có thể chỉ chiếm vài phần trăm trong tổng sản lượng năng lượng quốc gia. Sự phát triển của trí thông minh nhân tạo, Internet vạn vật và các công nghệ liên quan khác như tiền mã hóa (tên gọi chung cho tất cả các loại tiền tệ kỹ thuật số phi tập trung được mã hóa bằng thuật toán mã hóa để bảo mật cho các giao dịch và kiểm soát việc tạo thành các đồng tiền mới) có thể làm tăng thêm các dự đoán này.
