Vào ngày 28 tháng 4, nhiều khu vực rộng lớn ở Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha đã trải qua một sự cố mất điện đột ngột, để lại cho hai quốc gia nhiều câu hỏi còn bỏ ngỏ.
Nguyên nhân trực tiếp là do điện áp tăng đột ngột, gây ra một loạt sự cố lưới điện và kích hoạt cơ chế tự động ngắt điện tại các nhà máy điện. Sự kiện này đã châm ngòi cho một cuộc tranh cãi đổ lỗi công khai, trong đó các yếu tố có thể góp phần được chỉ ra bao gồm: sự phụ thuộc lớn của Tây Ban Nha vào năng lượng gió và mặt trời (hiện chiếm hơn một nửa tổng sản lượng điện), những tính toán sai lầm của đơn vị vận hành lưới điện quốc gia, và việc đầu tư không đủ vào mạng lưới điện.
Ngoài những nguyên nhân tức thời, sự cố mất điện này còn làm nổi bật một vấn đề lớn hơn: các mạng lưới điện của Châu Âu đang chịu áp lực nặng nề. Năng lượng tái tạo, việc điện hóa hệ thống sưởi và giao thông, cùng với sự thay đổi trong thói quen tiêu dùng đang định hình lại nhu cầu sử dụng điện trên một mạng lưới vốn không được thiết kế cho những điều này. Ở cấp điện áp thấp, nơi các hộ gia đình, trạm sạc xe điện và tấm pin mặt trời kết nối vào, tác động đặc biệt nghiêm trọng: dòng điện từng chỉ chảy theo một chiều, từ nhà cung cấp đến khách hàng. Giờ đây, một hộ gia đình có thể vừa là người tiêu dùng, vừa là nhà sản xuất, bán điện từ pin mặt trời trên mái nhà trong khi đang sạc xe điện.
Đồng thời, nhu cầu điện vào giờ cao điểm (tải đỉnh) đang tăng cao. Một cụm dân cư cùng bật máy bơm nhiệt trong đợt rét đậm có thể làm quá tải các đường dây cung cấp điện tại địa phương. Khi điều này xảy ra, các lựa chọn rất hạn chế: hoặc nâng cấp cơ sở hạ tầng với chi phí cao, hoặc quản lý tốt hơn những gì đã có. Chính con đường thứ hai này—quản lý thông minh hơn thay vì chỉ xây dựng nhiều hơn—đang thu hút sự chú ý từ các chính phủ và cơ quan quản lý ở Châu Âu.
Câu chuyện về nỗ lực số hóa lưới điện địa phương tại ba quốc gia
Trên khắp Châu Âu, các chính phủ đang bắt đầu đặt ra những kỳ vọng về một mạng lưới điện thông minh hơn và phản ứng nhanh hơn.
Đức là một trong những nước đi đầu. Cái gọi là “Điều 14a” của Đạo luật Công nghiệp Năng lượng (EnWG) của Đức có hiệu lực vào năm 2024, cho phép các đơn vị vận hành hệ thống phân phối điện có thể điều khiển từ xa để giảm công suất tiêu thụ của các thiết bị như máy bơm nhiệt hoặc trạm sạc xe điện, nhằm giảm áp lực cho lưới điện.
Đồng thời, đạo luật này cũng áp đặt các yêu cầu mới đối với các nhà phân phối: ví dụ, họ phải đẩy mạnh đầu tư vào lưới điện để đáp ứng nhu cầu năng lượng và không được từ chối kết nối các thiết bị tiêu thụ năng lượng mới vào mạng lưới. Họ cũng phải công bố hồ sơ về các hành động đã thực hiện, phạm vi và thời gian của chúng.
Cách tiếp cận này dựa vào việc số hóa—sử dụng công tơ thông minh và các mô hình kỹ thuật số của lưới điện hạ thế để dự báo tình trạng quá tải và điều chỉnh nhu cầu. Nhờ đó, các mô hình tĩnh hiện đã được áp dụng rộng rãi, và nhiều nhà vận hành đang tiến tới việc sử dụng các “bản sao số động” (dynamic digital twins).
Vương quốc Anh cũng đang đi theo một con đường tương tự. Cơ quan quản lý Ofgem yêu cầu các Đơn vị Vận hành Mạng lưới Phân phối (DNO) phải hiện đại hóa lưới điện địa phương của họ theo khuôn khổ kiểm soát giá RIIO-2. Điều này bao gồm các cải tiến bắt buộc về số hóa, độ tin cậy và sự linh hoạt của hệ thống. Mỗi DNO phải công bố một Chiến lược và Kế hoạch Hành động Số hóa, trong đó nêu rõ các nỗ lực như triển khai bản sao số, cải thiện chiến lược dữ liệu, cho phép theo dõi lưới điện hạ thế theo thời gian thực và hỗ trợ quản lý tải đỉnh.
Nếu Đức là một hình mẫu, thì Pháp lại là một bài học cảnh báo. Nước này đã triển khai công tơ thông minh Linky trên toàn quốc, về mặt kỹ thuật có khả năng điều khiển tương tự. Tuy nhiên, động thái này đã vấp phải sự phản đối và phản ứng dữ dội từ công chúng, dẫn đến việc ban hành luật cấm khả năng điều chỉnh giảm sản lượng năng lượng.
Những phương thức lỗi thời càng cho thấy sự cấp thiết của việc số hóa
Dù hướng đi chung đã rõ ràng, những thách thức trong thực tế vẫn còn rất nhiều.
Thách thức chính là các lưới điện hạ thế bước vào quá trình số hóa với những phương thức quản lý rất truyền thống, chẳng hạn như chỉ có bản đồ GIS cơ bản, dữ liệu tải lịch sử và hồ sơ giấy. Việc phát hiện sự cố mất điện từ lâu, và cho đến nay, vẫn thường được thực hiện thủ công qua các khiếu nại của khách hàng.
Một trở ngại khác là việc hợp nhất dữ liệu tài sản bị phân tán, ví dụ như thông tin về cáp điện nằm trong một cơ sở dữ liệu, nhật ký bảo trì ở một nơi khác, hay các hệ thống điều khiển tách biệt với công cụ lập kế hoạch. Sự thiếu tích hợp này gây khó khăn cho việc lập kế hoạch chủ động, chuyển đổi sang các phương pháp bảo trì tốt hơn, hoặc để kỹ thuật viên đến hiện trường với đúng thông tin và công cụ cần thiết.
Một thách thức nữa—nhưng cũng là một lý do mạnh mẽ để số hóa—là lực lượng lao động đang già đi. Năm 2019, Eurostat báo cáo rằng một phần ba công nhân ngành điện đã trên năm mươi tuổi. Trong một lĩnh vực vẫn còn phụ thuộc nhiều vào kiến thức truyền miệng và kinh nghiệm cá nhân, điều này làm tăng tính cấp thiết của việc ghi lại các quy trình và thay thế kiến thức dựa trên kinh nghiệm bằng dữ liệu đáng tin cậy.
Hướng đi tiếp theo: Từ mô hình số đến bản sao số
Ba áp lực này đã tồn tại trong nhiều năm, được đẩy nhanh bởi đại dịch, và đã thúc đẩy các công ty điện lực phát triển các mô hình kỹ thuật số dựa trên GIS cho mạng lưới của họ. Những mô hình này giúp chuẩn hóa hồ sơ tài sản và trực quan hóa cấu trúc mạng lưới, với một số khả năng mô phỏng dòng tải hoặc hỗ trợ lập kế hoạch đầu tư. Hiện nay, nhiều đơn vị vận hành hệ thống phân phối đã sử dụng các mô hình tĩnh làm “hệ thống ghi nhận chính thức” của mình.
Nhưng các mô hình tĩnh chỉ ghi lại trạng thái của mạng lưới tại một thời điểm cố định. Chúng không nhận dữ liệu theo thời gian thực, không thể mô phỏng các hành vi động và thường bị ngắt kết nối với các hệ thống vận hành. Chúng hữu ích cho việc lập kế hoạch, nhưng các mô phỏng sẽ trở nên không đáng tin cậy nếu dữ liệu nền tảng không khớp với điều kiện thực tế của lưới điện.
Mục tiêu hiện nay là xây dựng các bản sao số (digital twins) sống động, được cung cấp dữ liệu liên tục, kết hợp thông tin từ cảm biến, dữ liệu từ công tơ thông minh và thông tin về tình trạng tài sản. Một bản sao số có thể mô phỏng các sự cố mất điện, đánh giá tác động của việc bổ sung công suất năng lượng mặt trời mới, hoặc dự đoán hỏng hóc thiết bị.
Trên thực tế, điều này trông như thế nào? Cốt lõi chung cho các khả năng này là một nền tảng chuyên dụng có thể tích hợp với các hệ thống của bên thứ ba (như hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu SCADA, hạ tầng đo lường thông minh AMI, hệ thống quản lý phân phối DMS, v.v.) để theo dõi sự cố và khôi phục dịch vụ, cung cấp thông tin cho khách hàng, giám sát và vận hành hệ thống phân phối, phân tích và tối ưu hóa lưới điện, cũng như quản lý và cung cấp thông tin cho các đội ngũ hiện trường. Nền tảng này sau đó có thể được kết hợp với các phần mềm quản lý bảo trì và tài sản phổ biến.
Thách thức vẫn còn đó. Bản sao số đòi hỏi dữ liệu sạch, được đồng bộ hóa từ nhiều nguồn, điều mà nhiều công ty điện lực còn thiếu. Chúng cũng đòi hỏi đầu tư vào hạ tầng công nghệ thông tin, an ninh mạng và đào tạo nhân viên. Nhưng khi sự phức tạp của lưới điện ngày càng tăng, mô hình quản lý bị động kiểu cũ không còn khả thi nữa.
Về tác giả
Jean-Francois Allard là Giám đốc phụ trách ngành Tiện ích và Truyền thông khu vực EMIA (Châu Âu, Trung Đông và Châu Phi) tại bộ phận Thông minh Vòng đời Tài sản của Hexagon. Công việc của ông tập trung vào chiến lược kỹ thuật và hỗ trợ các đội ngũ kinh doanh và kỹ thuật trên toàn khu vực, với hơn 25 năm kinh nghiệm cung cấp các giải pháp quản lý tài sản không gian địa lý cho các ngành tiện ích và viễn thông.
Bình luận