Sông ngòi chằng chịt khắp Bắc Mỹ, nhưng tương lai của thủy điện dường như lại phụ thuộc vào những thứ “ảo” hơn là nước và những con đập lớn.
Sông Saint Lawrence chằng chịt các nhánh nối Hồ Lớn với Đại Tây Dương. Montreal, thủ phủ kinh tế của bang Quebec, Canada với 1,7 triệu dân, nằm gọn trên một hòn đảo bị con sông này ngăn cách với đất liền. Chỉ riêng phần sông phía Tây thành phố đã rộng như một vùng biển.
Nguồn nước dồi dào là yếu tố chính giúp Quebec trở thành khu vực dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực năng lượng phi các-bon. Sông hồ ở đây có thể cung cấp tới 95% nhu cầu điện năng cho 7 triệu người dân Quebec. Anne McEntee, phó chủ tịch phụ trách dịch vụ năng lượng tái tạo của GE Renewable Energy, nói: “Đất nước này, khu vực này thực sự biết cách tận dụng thủy điện. Nhưng mọi thứ còn có thể tốt hơn nữa. Hàng chục năm nay, các tiến bộ khoa học chỉ tập trung vào phần cứng như sửa đổi bản vẽ và lắp rắp để tối ưu các tài sản hữu hình. Nay chúng tôi đang xem xét bước phát triển tiếp theo là ứng dụng kỹ thuật số.”
McEntee mở văn phòng mới ở Brossard, ngoại ô Montreal, gần cây cầu Pont Champlain dài khoảng 3,2km bắc qua con sông Saint Lawrence. Các kỹ sư ở đây đang nghiên cứu phần mềm kết nối internet cho các nhà máy thủy điện để gia tăng lợi nhuận. Deb Frodl, giám đốc toàn cầu của GE Ecomagination và Richard Taylor, giám đốc điều hành của Hiệp hội Thủy điện Quốc tế, gần đây đã viết: “Các ứng dụng giám sát hoạt động sẽ giúp tiết kiệm tới $4.000/MW/năm nhờ giảm chi phí bảo trì, tăng tuổi thọ thiết bị và hiệu suất hoạt động.” Hai nhà lãnh đạo cũng viết rằng những khách hàng đầu tiên của “nhà máy thủy điện kỹ thuật số” đang “tăng ổn định trong cung cấp điện thêm 1% hoặc hơn.” Nếu áp dụng vào toàn bộ hệ thống thủy điện trên thế giới, phần tiết kiệm này sẽ đạt “413 GWh điện từ việc gia tăng sản xuất do tăng thời gian chạy máy. Con số này tương đương với sản lượng điện của 700 tuabin điện gió.”
Những màn hình LED lớn trình chiếu hình ảnh của các thiết bị của nhà máy và dữ liệu về tình trạng hoạt động của những thiết bị này. Ảnh: GE Renewable Energy/GE Reports.
Trong những khách hàng đầu tiên này có nhà máy thủy điện Pont Baldy gần văn phòng chính về thủy điện của GE ở Grenoble, Pháp. Phần mềm “Quản lý hiệu suất tài sản” của công ty sẽ sớm gửi dữ liệu từ nhà máy Pont Baldy tới một trung tâm điều hành từ xa nằm trên tầng năm của tòa nhà Brossard. Những màn hình LED lớn trình chiếu hình ảnh của các thiết bị của nhà máy và dữ liệu về tình trạng hoạt động của những thiết bị này. Cùng lúc, một nhóm khác làm việc ở cạnh trung tâm đang thử nghiệm mô phỏng thực tế ảo nhà máy thủy điện và các công cụ kỹ thuật số khác. Những phương tiện này cho phép khách hàng có thể đi thăm nhà máy ngay cả khi nhà máy này chưa xây dựng xong, đồng thời đưa ra các tư vấn thiết kế. Daniel Paré, kỹ sư điều hành ở Brossard, một cựu binh 30 tuổi trong lĩnh vực này, giải thích: “Chúng tôi đang đưa các bản vẽ và dữ liệu kỹ thuật số từ các tuabin vào phần mềm và tạo ra mô hình 3D của các thiết bị.”
Paré đang đứng bên Eric Moisan, một kỹ sư khác của trung tâm. Eric đang đeo thiết bị thực tế ảo để nghiên cứu kết cấu bên trong nhà máy điện do nhóm anh thiết kế cho khách hàng. Anh chia sẻ: “Công nghệ này thật tuyệt vời vì tôi có thể bước đi bên trong thiết bị và xem xét các bộ phận cấu thành. Nó cho phép chúng tôi nhìn ra những vấn đề khó phát hiện, ví dụ như việc để lại khoảng trống đủ để đội bảo trì có thể sửa chữa các điểm hẹp. Chúng tôi cũng có thể dẫn khách hàng đi tham quan nhà máy thay vì bắt họ tưởng tượng trên bản thiết kế hay trên màn hình máy tính.”
Hiện nay, các tuabin hơi nước do GE sản xuất, lắp đặt trên toàn thế giới đang sản xuất 350 gigawatts điện. Những tuabin đều có tuổi thọ trung bình là 40 – 50 năm và chúng đang dần “lão hóa”. Tuy vậy, điều đáng mừng là phần lớn các tuabin này đều đã được trang bị cảm biến để đo điện năng, nhiệt độ, độ rung và các dữ liệu khác, theo David Tessier, kỹ sư vận hành trung tâm điều khiển từ xa ở Brossard. “Trước đây, chúng tôi có cả núi thông tin, nhưng chúng tôi không thể xử lý chúng. Phần mềm mới sẽ giúp chúng tôi quan sát các bộ phận hoạt động như thế nào trong thời gian thực.”
Ông David Tessier làm việc tại GE có thể quan sát các bộ phận hoạt động theo thời gian thực.” Ảnh: GE Renewable Energy/GE Reports.
McEntee cho biết những thông số này cho phép khách hàng điều chỉnh hoạt động của tuabin phù hợp với điều kiện thực tại hiện trường, thay vì chỉ làm theo các bản hướng dẫn. Cô nói: “Chúng tôi có thể so sánh tình trạng thực tế của nước và dòng chảy với các chức năng theo thiết kế. Điều này cho phép chúng tôi tận dụng tối đa khả năng làm việc của thiết bị và sản xuất được nhiều điện hơn khi cần, ví dụ như vào những giờ điện có giá cao. Chúng tôi luôn không ngừng tìm kiếm các cơ hội để tăng 1, 2, 3 phần trăm hiệu quả.”
Nhóm của GE có thể làm được điều đó bởi thiết bị này tạo ra hình ảnh ảo của nhà máy thủy điện trên đám mây – cặp “song sinh kỹ thuật số” của nó – và sử dụng dữ liệu để so sánh với các điều kiện trong thế giới thực. McEntee giải thích: “ Ý tưởng này mô phỏng một tuabin hoạt động trong điều kiện hoàn hảo, sau đó điều chỉnh thiết bị theo các biến thiên của dữ liệu mới.” Cách mô phỏng này cũng giúp các nhà thiết kế có thêm ý tưởng mới. “Mục tiêu của chúng tôi là không ngừng cải tiến các tuabin và làm chúng ngày càng tốt hơn.”
Ngoài Pont Baldy, một phiên bản khác của thiết bị này cũng đang hoạt động ở một nhà máy thủy điện khác ở Pháp. Công ty đã có kế hoạch giới thiệu thiết bị này tại Bhutan và Mỹ.
Kỹ sư của GE sử dụng thực tế ảo để “bước đi” bên trong tuabin thủy điện Ảnh: GE Renewable Energy/GE Reports
McEntee đặt nhiều hi vọng vào lĩnh vực này. Thủy điện không chỉ là cách sản xuất điện năng phi các bon có hiệu suất cao đáp ứng được nhu cầu, mà khi không có pin ở quy mô lớn, nó còn giúp các công ty điện đưa nhiều năng lượng tái tạo hòa lưới điện bằng cách lấp các khoảng trống khi gió ngừng thổi hay mặt trời khuất sau đám mây. “Tương lai thủy điện cực kỳ tươi sáng”, cô nhận xét và nói thêm rằng thế hệ các kỹ sư mới vào nghề trong lĩnh vực này là những người giỏi công nghệ hơn các thế hệ trước đó.
“Nhờ sự phát triển của phần mềm và phân tích, thực tế ảo và in 3D giúp việc thiết kế trở nên chính xác hơn, tương lai của thủy điện chính là kỹ thuật số,” McEntee kết luận.
Để xem các tin bài khác về Thủy điện, hãy nhấn vào đây
(Nguồn: Tomas Kellner/ GE Reports)
Lưu ý: Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ Youtube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau: 1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới của màn hình) 2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn 3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không thể hiện biểu tượng.
