CHLB ĐỨC – Châu Âu là một khu vực đa dạng về địa lý lẫn văn hóa, cũng như các giải pháp chuyển đổi năng lượng. Hội chợ The smarter E Europe cho thấy sự đa dạng này là cơ hội vàng để các quốc gia học hỏi lẫn nhau, từ đó đẩy nhanh tiến trình chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả và đột phá hơn.
Bài viết lần này sẽ giới thiệu một trong số những dự án đổi mới sáng tạo thành công trên khắp châu Âu, minh chứng cho khả năng cung ứng năng lượng tái tạo xuyên suốt 24/7. Những điển hình thực tế sẽ tạo động lực và nguồn cảm hứng, biến những khái niệm “không thể” thành “có thể”.
Khu dân cư Schoonschip: tiên phong khai thác năng lượng linh hoạt Khu dân cư nổi Schoonschip (1) là minh chứng sống động cho việc một cộng đồng năng lượng có thể tích hợp hệ thống điện mặt trời (PV – photovoltaic), pin lưu trữ và bơm nhiệt (heat pump) (3) để tạo ra nguồn năng lượng linh hoạt có khả năng thương mại hóa. Nhờ vào hệ thống quản lý năng lượng thông minh điều phối tiêu thụ và sản xuất theo thời gian thực, khu dân cư này đã trở thành một thực thể chủ động trên thị trường điện năng và thị trường bù trừ (imbalance market) (2), mang lại nguồn doanh thu cao. (1) Schoonschip: tại thành phố Amsterdam (Hà Lan), Schoonschip không chỉ là một dự án kiến trúc mà còn là một mô hình sống thực nghiệm về kinh tế tuần hoàn và năng lượng tái tạo. (2) Imbalance market: là một cơ chế vận hành theo thời gian thực để đảm bảo sự ổn định của hệ thống điện. Có thể hình dung lưới điện như một chiếc cân: tổng lượng điện sản xuất (cung) phải luôn bằng tổng lượng điện tiêu thụ (cầu) tại mọi thời điểm. Nếu cán cân này lệch, hệ thống sẽ gặp sự cố (mất điện, hư hỏng thiết bị). Cho phép xử lý nhanh phần mềm chênh lệch đó bằng cách điều chỉnh giá và huy động nguồn lực kịp thời, duy trì cân bằng cho toàn bộ lưới điện. (3) Bơm nhiệt: là thiết bị truyền nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp (không khí, nước, …) sang nơi có nhiệt độ cao hơn bằng cách sử dụng một lượng điện nhỏ. Thay vì tạo điện trực tiếp, máy bơm nhiệt khai thác năng lượng có sẵn trong môi trường xung quanh, nhờ đó đạt hiệu suất cao và tiết kiệm điện.
Dù trời nắng hay mưa, dù cư dân đang sinh hoạt hay làm việc, hệ thống quản lý năng lượng luôn đảm bảo nhu cầu điện của khu dân cư Schoonschip được đáp ứng một cách bền vững và tiết kiệm nhất. Hệ thống sẽ tự động quyết định nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng đến từ hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà, pin lưu trữ hay lưới điện quốc gia, với mục tiêu tối ưu hóa khả năng tự cung tự cấp.
Mô hình cung ứng năng lượng cộng đồng Khu dân cư Schoonschip bao gồm 30 ngôi nhà nổi trên mặt nước tọa lạc trên một nhánh của kênh đào IJ (Johan van Hasselt), phía bắc thành phố Amsterdam (Hà Lan). Dự án được khởi công xây dựng từ năm 2018 và hoàn thiện vào năm 2020 với tổng cộng 46 căn hộ, cư dân tại đây cùng nhau quản lý nguồn cung năng lượng. Mỗi ngôi nhà được trang bị tấm pin năng lượng mặt trời, bộ thu nhiệt mặt trời, bơm nhiệt và hệ thống lưu trữ, tạo thành một mạng lưới điện siêu nhỏ (microgrid) kết nối với lưới điện công cộng.
Hệ thống quản lý năng lượng tích hợp mang tên Amperix, được phát triển bởi viện toán công nghiệp Fraunhofer ITWM (Fraunhofer institute for industrial mathematics ITWM). Công nghệ này giúp tối ưu hóa việc tự tiêu thụ điện và giảm thiểu tải đỉnh (peak load – mức tiêu thụ điện cao nhất trong một khoảng thời gian nhất định) khi kéo điện từ lưới. Mỗi căn hộ đều có bảng điều khiển ghi lại nhu cầu điện, sản lượng, trạng thái pin và nhiệt độ của bình chứa nhiệt dự trữ (buffer storage tank). Hệ thống Amperix trung tâm sẽ giám sát kết nối lưới và điều chỉnh các thiết bị phi tập trung (như sạc/ xả pin hoặc kích hoạt bơm nhiệt) để tích trữ năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt, đảm bảo cộng đồng tận dụng tối đa nguồn điện tại chỗ.
Thông số kỹ thuật tiêu biểu – Năng lượng: 516 tấm pin năng lượng mặt trời và 60 bộ thu nhiệt mặt trời toàn khu – Thiết bị: mỗi nhà đều có pin lưu trữ và bơm nhiệt riêng – Quản lý: hệ thống Amperix trung tâm kết nối bảng điều khiển từng hộ gia đình – Kết nối lưới: điện áp thấp với công suất 135 kVA
Tích hợp thị trường và tận dụng giá điện năng động Từ tháng 1/2025, cộng đồng Schoonschip đã kết nối với các thị trường năng lượng, chính thức trở thành một nhà máy điện kỹ thuật số (VPP – virtual power plant) có khả năng cung ứng và lưu trữ điện. Việc giao dịch dựa trên dự báo thời gian thực về nhu cầu của cư dân và sản lượng điện tại chỗ. Hệ thống điều khiển của viện Fraunhofer ITWM xây dựng lịch trình xả nạp pin tối ưu dựa trên biến động giá của thị trường điện giao ngay. Khi giá điện thấp, điện lưới được nạp vào pin; khi giá cao, điện sẽ được bán ngược lại lưới để thu lời. Hệ thống bơm nhiệt cũng đã được tích hợp vào cơ chế điều phối linh hoạt này.
Thương mại hóa tính linh hoạt trên thị trường bù trừ Song song với các hoạt động trên, một đơn vị giao dịch đang thực hiện thương mại hóa khả năng điều tiết của 30 hệ thống pin lưu trữ này trên thị trường bù trừ của Hà Lan, nơi giá điện biến động liên tục sau mỗi 15 phút. Các thiết bị lưu trữ này có khả năng phản ứng tức thời để tích trữ lượng điện dư thừa từ lưới điện quốc gia, sau đó phát ngược trở lại hệ thống khi nhu cầu tiêu thụ tăng cao. Cơ chế này không chỉ tối ưu hóa lợi nhuận mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ duy trì sự ổn định của lưới điện.
Minh họa hoạt động của pin trên thị trường bù trừ
Tầm nhìn tương lai: Năng lượng cho mọi người Khu dân cư Schoonschip có thể cung cấp đến 100 kW công suất linh hoạt. Theo ông Matthias Klein-Schlößl, trưởng nhóm “Green by IT” tại viện Fraunhofer ITWM, khả năng linh hoạt này mang về doanh thu hàng nghìn Euro mỗi quý cho cộng đồng.
Viện Fraunhofer ITWM kỳ vọng khu dân cư Schoonschip sẽ trở thành hình mẫu để phổ biến công nghệ này. Tất cả hộ gia đình và doanh nghiệp sở hữu điện mặt trời, pin lưu trữ hay xe điện đều nên có cơ hội trở thành một nhân tố chủ động, đóng góp và hưởng lợi từ thị trường năng lượng tương lai.
Để xem các tin bài khác về “Năng lượng mặt trời”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Intersolar
