CHLB ĐỨC – Bản kỹ thuật số song sinh thay đổi cách các doanh nghiệp điều hành hệ thống phân phối lập kế hoạch, vận hành và giám sát lưới điện của họ. Chúng có thể nâng cao hiệu quả, giảm chi phí và cải thiện tính ổn định của lưới điện. Trong bối cảnh năng lượng tái tạo ngày càng tăng, công nghệ này là thiết yếu. Bài viết này trình bày các dự án mới nhất, lĩnh vực ứng dụng và yêu cầu đối với những bản sao kỹ thuật số này.
Bản kỹ thuật số song sinh là bản sao kỹ thuật số của các hệ thống vật lý mở ra những khả năng mới cho hoạt động của lưới điện. Trong một nghiên cứu có tên The Digital Twin in the Network and Electricity Industry (tạm dịch là ‘Bản kỹ thuật số song sinh trong ngành công nghiệp điện và lưới điện), Tổ chức Công nghệ Đức (VDE – German technology organization), giải thích rằng các doanh nghiệp điều hành hệ thống phân phối có thể sử dụng kết hợp các mô hình vật lý, phân tích dữ liệu và máy học để tạo ra bản sao chính xác lưới điện của họ bất cứ lúc nào và đưa ra dự đoán về các diễn biến trong tương lai. Bản sao cho phép dữ liệu từ các cảm biến, hệ thống điều khiển và các nguồn khác được đánh giá theo thời gian thực, luồng tải được mô phỏng và các lỗi được phát hiện và phân tích, cùng nhiều thứ khác.
Đối với Hiệp hội Công nghiệp Thiết bị và Dịch vụ Truyền tải và Phân phối Điện Châu Âu (T&D Europe – European Association of the Electricity Transmission and Distribution Equipment and Services Industry), bản kỹ thuật số song sinh đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Trong một bài viết từ tháng 10/2024, hiệp hội này trích dẫn việc giám sát theo thời gian thực và phân tích, tối ưu hóa các nhà máy năng lượng là những ứng dụng quan trọng. Chúng cũng hữu ích cho việc lập kế hoạch lưới điện và phân tích các kịch bản, cho phép lưới điện trở nên hiệu quả hơn, đáng tin cậy hơn và linh hoạt hơn. Theo hiệp hội T&D Europe, bản kỹ thuật số song sinh cũng có thể giúp tích hợp năng lượng tái tạo và triển khai lưới điện thông minh.
Bản kỹ thuật số song sinh ngày càng cần thiết Với sự mở rộng của các nguồn năng lượng tái tạo và sự phân cấp ngày càng tăng, nhu cầu số hóa trong hệ thống phân phối đang tăng lên. Nếu không có tự động hóa, sẽ không còn có thể quản lý các hệ thống năng lượng cực kỳ phi tập trung nữa, vì lưới điện phải có khả năng phản ứng nhanh chóng và linh hoạt với việc phát điện gió và mặt trời không ổn định. Ngày càng có nhiều doanh nghiệp điều hành lưới điện đang dựa vào các bản kỹ thuật số song sinh để hiểu rõ hơn và quản lý tốt hơn các tác động của nguồn cung không ổn định này, và họ đang nhận được sự hỗ trợ từ các doanh nghiệp phát triển phần mềm. Ông Simon Koopmann, Đồng sáng lập kiêm Tổng giám đốc điều hành Công ty Envelio, một đối tác thân thiết của Công ty E.ON chuyên triển khai lưới điện thông minh, đã giải thích rằng: “Nền tảng của chúng tôi trước tiên tạo ra một bản kỹ thuật số song sinh của lưới điện – đây là bước quan trọng đầu tiên. Không chỉ kết hợp nhiều dữ liệu khác nhau của doanh nghiệp điều hành lưới điện, mà còn là xác thực nội dung của chúng để cho phép mô phỏng vật lý”.
Nhằm giúp các doanh nghiệp điều hành lưới điện theo dõi và quản lý dòng điện theo thời gian thực, bộ đôi này được cung cấp dữ liệu đo lường từ lưới điện. Ông Simon nói thêm: “Đây có thể là các phép đo trạm biến áp thứ cấp, nghĩa là dữ liệu do doanh nghiệp điều hành lưới điện thu thập, ví dụ, từ máy biến áp hoặc bộ cấp điện. Nhưng nó cũng có thể là dữ liệu đo lường trực tiếp từ các hệ thống đo lường thông minh mà doanh nghiệp điều hành lưới điện mua từ nhà cung cấp đo lường như một dịch vụ bổ sung”.
Nền tảng của công ty ông sử dụng dữ liệu này để ước tính trạng thái của lưới điện. Tất nhiên, họ không đo tại mọi điểm trong lưới điện – điều đó sẽ không hiệu quả. Thay vào đó, họ muốn làm cho trạng thái của lưới điện minh bạch nhất có thể với càng ít điểm đo càng tốt. Theo yêu cầu của mục 14a của Đạo luật Công nghiệp Năng lượng Đức EnWG, lưới điện được thiết kế để được kiểm soát theo các khoảng thời gian dài khoảng một phút thay vì các khoảng thời gian một giây. Tuy nhiên, điều này khá thường xuyên vì lưới điện không phản ứng ngay lập tức với tình trạng quá tải ngắn chỉ trong vài giây.
Tối đa hóa việc sử dụng lưới điện hiện có Alliander, một trong những công ty lưới điện lớn nhất tại Hà Lan, đã ký kết quan hệ đối tác công nghệ với Tập đoàn Siemens vào mùa thu năm 2024. Mục tiêu của họ là tăng đáng kể tính linh hoạt và hiệu quả của lưới điện Hà Lan. Trọng tâm của sáng kiến này là nền tảng phần mềm Gridscale X của tập đoàn Siemens, nhằm tăng mức sử dụng lưới điện lên tới 30%.
Công ty Alliander cung cấp điện và khí đốt cho khoảng 3,5 triệu khách hàng. Tại Hà Lan, hơn một nửa lượng điện sử dụng đến từ các nguồn năng lượng tái tạo, làm tăng đáng kể nhu cầu đối với hệ thống phân phối. Ngoài ra, còn có những vấn đề lớn, với một số khách hàng phải chờ tới mười năm để được kết nối lưới điện. Đây là lúc cần có một giải pháp quản lý linh hoạt hiệu quả để tối đa hóa công suất lưới điện, kênh đầu tư và giảm chi phí. Bà Sabine Erlinghagen, Tổng giám đốc điều hành Công ty Siemens Grid Software, đã nói rằng: “Giải pháp quản lý linh hoạt là điều cần thiết đối với một lưới điện có khả năng tái tạo và phục hồi”.
Cải thiện sự hợp tác giữa các thành phố và doanh nghiệp điều hành lưới điện Công ty EnBW cũng đang nỗ lực giải quyết vấn đề này. Để đạt được mục đích này, công ty năng lượng Đức từ thành phố Baden-Württemberg đã mua lại Enersis, một công ty Thụy Sĩ tập trung vào lưới điện thông minh. Công ty Enersis cung cấp bản kỹ thuật số song sinh dưới dạng giải pháp SaaS tạo ra bản sao kỹ thuật số của hệ thống phân phối và có thể được cung cấp dữ liệu thời gian thực. Trước khi mua lại, công ty con Netze BW của EnBW đã hợp tác chặt chẽ với nhà phát triển phần mềm Thụy Sĩ để tạo ra KommunalPlattform, một nền tảng đô thị. Giao diện kỹ thuật số này được thiết kế để thúc đẩy quan hệ đối tác giữa các doanh nghiệp điều hành lưới điện và các đô thị, ví dụ bằng cách làm nổi bật tiềm năng hiệp lực trong các dự án xây dựng đã lên kế hoạch hoặc bằng cách làm cho dữ liệu đầu vào và tiêu thụ trở nên minh bạch và có thể so sánh được.
Bản kỹ thuật số song sinh phục vụ cho việc lập kế hoạch, vận hành và bảo trì Bản kỹ thuật số song sinh có thể được sử dụng cho nhiều nhiệm vụ khác nhau. Một trong số đó là bảo trì dự đoán. Sử dụng dữ liệu cảm biến và mô hình dự đoán, lưới điện kỹ thuật số có thể dự đoán hao mòn và các hỏng hóc tiềm ẩn trước khi tốn kém chi phí sửa chữa và mất thời gian. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí mà còn kéo dài tuổi thọ của hệ thống.
Phân tích dữ liệu lịch sử và thời gian thực có thể được sử dụng để tối ưu hóa lưới điện và mô phỏng tải trong tương lai. Ví dụ, bản kỹ thuật số song sinh có thể được sử dụng trong phân tích tình huống để hiển thị tác động của các tình huống cấp điện và tiêu thụ khác nhau đối với tính ổn định của lưới điện. Ví dụ, radar công nghệ E.DSO làm nổi bật tầm quan trọng của các mô phỏng như vậy trong việc xác định các vấn đề và lập kế hoạch đầu tư theo mục tiêu.
Điều này có lợi thế khi cần mở rộng lưới điện hoặc cần tích hợp khách hàng tiêu dùng và nhà sản xuất mới. Khi nhu cầu tăng lên, các quy trình tự động, như xác minh kết nối lưới điện cho hệ thống quang điện (PV) hoặc máy bơm nhiệt, sẽ giảm đáng kể chi phí và giảm bớt gánh nặng cho các doanh nghiệp điều hành lưới điện. Thay vì thuê nhân viên mới, thường khó tìm, khối lượng công việc được quản lý hiệu quả hơn. Một lĩnh vực trọng tâm khác là tối ưu hóa công suất lưới điện. Giám sát và kiểm soát chặt chẽ có thể mở khóa các công suất mới thay vì sử dụng các phương pháp lập kế hoạch bảo thủ. Chìa khóa là tạo ra nhiều thông tin bảo mật và minh bạch hơn ở mọi cấp lưới điện, đặc biệt là ở các cấp thấp hơn, để tối ưu hóa việc sử dụng cơ sở hạ tầng.
Tăng cường an ninh mạng Các bản kỹ thuật số song sinh lưu trữ và xử lý một lượng lớn dữ liệu nhạy cảm, khiến chúng trở thành mục tiêu tiềm năng cho các cuộc tấn công mạng, số lượng các cuộc tấn công này đã tăng lên trong vài năm qua. Theo Ủy viên EU Thierry Breton (EU Commissioner Thierry Breton), chỉ riêng trong năm 2023 đã có hơn 200 cuộc tấn công mạng được báo cáo trong lĩnh vực năng lượng và hơn một nửa trong số đó nhắm mục tiêu cụ thể vào châu Âu. Từ các công viên gió và tiện ích đến các doanh nghiệp điều hành lưới điện và các nhà máy lưu trữ dầu khoáng, chúng có thể tấn công bất kỳ ai. Vì vậy, việc bảo vệ thích hợp là điều cần thiết.
Nhưng những bản sao kỹ thuật số đã giúp bảo vệ nguồn cung cấp năng lượng. Tổ chức Công nghệ Đức VDE giải thích, các lỗ hổng bảo mật và các vectơ tấn công tiềm ẩn có thể được xác định và thử nghiệm một cách an toàn bằng bản kỹ thuật số song sinh trước khi lưới điện thực sự bị ảnh hưởng. Điều này có nghĩa là bản kỹ thuật số song sinh tăng cường khả năng phục hồi của lưới điện trước các mối đe dọa bên ngoài.
Công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) đóng vai trò gì trong bản kỹ thuật số song sinh? Trong các lưới điện năng động ngày nay, công nghệ AI ngày càng trở thành một thành phần tiêu chuẩn của bản kỹ thuật số song sinh, vì nó làm cho các hệ thống hiệu quả hơn. Ông Simon Koopmann, người sáng lập công ty Envelio, đã nói rằng: “Trong trung hạn, xu hướng rõ ràng là hướng tới các ứng dụng dựa trên công nghệ AI, đặc biệt là trong các lĩnh vực liên quan đến dự báo, chẳng hạn như dự đoán trạng thái lưới điện trong vài giờ hoặc vài ngày tới. Đây là nơi công nghệ AI và máy học đóng vai trò quan trọng, ví dụ, để dự đoán tốt hơn các luồng điện trong lưới điện”. Ông tin rằng mặc dù công nghệ AI sẽ không cần thiết cho các nhiệm vụ cơ bản như tính toán luồng điện trong lưới điện, nhưng nó sẽ trở nên không thể thiếu đối với các kịch bản dự đoán và dự báo phức tạp hơn.
Ông Sebastian Wende-von Berg, Giám đốc bộ phận tại Viện Fraunhofer IEE và là người đứng đầu bài viết khoa học Phân tích dữ liệu và công nghệ AI trong Lưới phân phối điện (Power Distribution Grid) của dự án Data4Grid thuộc Cơ quan Năng lượng Đức dena (German Energy Agency dena), cũng nhìn thấy tiềm năng to lớn trong số hóa và công nghệ AI để tăng hiệu quả và tính linh hoạt của lưới điện: “Công nghệ AI cho phép các doanh nghiệp điều hành lưới điện phân tích dữ liệu, đưa ra quyết định chủ động và tự động hóa các quy trình ra quyết định – đặc biệt là trong các lưới điện trung thế đến hạ thế”. Dự án Data4Grid của ông cho thấy những khó khăn đi kèm với điều này, chẳng hạn như dữ liệu không chính xác hoặc bị thao túng làm phức tạp các quy trình dựa trên dữ liệu.
Lưới điện kỹ thuật số cũng cần được bảo trì Mô hình hóa và duy trì bản kỹ thuật số song sinh thực sự là những quy trình rất phức tạp yêu cầu mức độ tích hợp dữ liệu cao. Điều này bao gồm thu thập dữ liệu toàn diện và sử dụng các nền tảng phân tích nâng cao. Để tích hợp bản kỹ thuật số song sinh vào các hệ thống hiện có, các doanh nghiệp điều hành hệ thống phân phối phải đảm bảo tính bảo mật và khả năng tương tác của dữ liệu, ví dụ như với các hệ thống SCADA và GIS, và nhà máy của họ có thể giao tiếp theo thời gian thực. Ngoài ra, các doanh nghiệp điều hành lưới điện phải tuân thủ các thông số kỹ thuật theo quy định. Đối với các doanh nghiệp điều hành lưới điện nhỏ hơn nói riêng, điều này có thể nhanh chóng làm quá tải nhân viên của họ và vượt quá nguồn lực và chuyên môn của họ.
Đó là lý do tại sao ông Sebastian kêu gọi đầu tư vào công nghệ đo lường, quản lý dữ liệu, an ninh mạng và mở rộng lưới điện rất cần thiết. Ông kết luận rằng: “Sự kết hợp giữa công nghệ thông minh và mở rộng lưới điện mạnh mẽ là điều cần thiết cho quá trình chuyển đổi năng lượng bền vững”.
Để xem các tin bài khác về “Kỹ thuật số song sinh”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Intersolar
