10 xu hướng hàng đầu về Smart PV cho một tương lai xanh hơn

Tại hội nghị, Chủ tịch về Kinh doanh Smart PV+ESS của Huawei, ông Chen Guoguang chia sẻ những hiểu biết của công ty về 10 xu hướng Smart PV dưới góc độ hợp tác trên nhiều lĩnh vực, chuyển đổi kỹ thuật số và tăng cường an toàn.

Bởi tỷ lệ năng lượng tái tạo liên tục tăng lên, ngành công nghiệp quang điện (PV) tăng trưởng bùng nổ, song vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức như làm thế nào để tiếp tục giảm chi phí sản xuất điện quy dẫn (LCOE), làm thế nào để nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì (O&M), làm thế nào duy trì ổn định lưới điện trong quá trình phân phối năng lượng tái tạo và làm thế nào để đảm bảo toàn diện an toàn cho hệ thống đầu cuối.

Xu hướng 1: Máy phát PV kết hợp ESS

Nhiều năng lượng tái tạo được truyền tải vào lưới điện sẽ phát sinh nhiều vấn đề kỹ thuật phức tạp khác nhau về mức độ ổn định hệ thống, cân bằng điện và chất lượng điện.

Do đó, cần phải có chế độ quản lý mới để tăng khả năng kiểm soát cũng như phản ứng công suất hữu ích/phản kháng, đồng thời tích cực giảm thiểu biến động tần số và điện áp. Bằng cách tích hợp PV với ESS cũng như với công nghệ hình thành lưới điện, có thể xây dựng "Máy phát Smart PV+ESS" sử dụng điều khiển nguồn điện áp thay vì điều khiển nguồn dòng điện, giúp hỗ trợ quán tính mạnh mẽ, ổn định điện áp chuyển tiếp và khả năng vượt qua sự cố. Điều này sẽ biến đổi PV từ chế độ hoạt động theo lưới điện thành chế độ hình thành lưới điện, giúp tăng nguồn điện PV.

Xu hướng 2: Mật độ và độ tin cậy cao

Công suất và độ tin cậy thiết bị cao trong các nhà máy phát PV sẽ trở thành xu hướng. Điển hình là biến tần PV. Hiện nay, điện áp dòng điện một chiều của biến tần tăng từ 1100 V lên 1500 V. Với việc áp dụng các vật liệu mới như silicon carbide (SiC) và gallium nitride (GaN), cũng như tích hợp đầy đủ các công nghệ kỹ thuật số, điện tử công suất và quản lý nhiệt, mật độ công suất của biến tần ước tính sẽ tăng khoảng 50% trong năm năm tới, và có thể vẫn duy trì được độ tin cậy cao.

Xu hướng 3: Điện tử công suất cấp mô-đun (MLPE)

Nhờ có sự thúc đẩy của chính sách công nghiệp và tiến bộ công nghệ, PV phân tán đã chứng kiến quá trình phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Chúng ta đang phải đối mặt với những thách thức như làm thế nào để cải thiện việc sử dụng các nguồn tài nguyên trên mái nhà, đảm bảo năng suất năng lượng cao và làm thế nào để đảm bảo an toàn cho hệ thống PV+ESS. Do đó, cần phải xây dựng quy trình quản lý hiệu quả hơn.

Trong hệ thống PV, điện tử công suất cấp mô đun (MLPE) là các thiết bị điện tử công suất có thể thực hiện điều khiển tinh chế trên một hoặc nhiều mô-đun PV, bao gồm bộ biến tần vi mô, bộ tối ưu hóa công suất và bộ ngắt kết nối. MLPE mang lại nhiều giá trị độc đáo như phát điện cấp mô-đun, giám sát và tắt máy an toàn. Khi hệ thống PV ngày càng trở nên an toàn và thông minh hơn, tỷ lệ MLPE thâm nhập vào thị trường PV phân tán dự kiến sẽ đạt 20% đến 30% vào năm 2027.

Xu hướng 4: Lưu trữ năng lượng chuỗi

So với các giải pháp ESS tập trung truyền thống, giải pháp Smart String ESS áp dụng kiến trúc phân tán và thiết kế mô-đun. Giải pháp này sử dụng các công nghệ tiên tiến và quản lý thông minh kỹ thuật số nhằm tối ưu hóa năng lượng ở mức bộ pin và kiểm soát năng lượng ở dạng giá đỡ. Từ đó dẫn đến nhiều năng lượng xả hơn, đầu tư tối ưu, vận hành và bảo trì đơn giản, cũng như an toàn và độ tin cậy trong suốt vòng đời của ESS.

Xu hướng 5: Quản lý hiệu quả ở cấp pin

Tương tự như các hệ thống quang điện chuyển dịch sang Điện tử công suất cấp mô-đun (MLPE), các Hệ thống lưu trữ năng lượng pin lithium (BESS) đã được triển khai để phát triển theo hướng quản lý quy mô nhỏ hơn. Quản lý hiệu quả ở cấp pin là cách duy nhất để đối phó tốt hơn với các vấn đề về hiệu suất và an toàn. Hiện nay, hệ thống quản lý pin truyền thống (BMS) chỉ có thể tóm tắt và phân tích lượng dữ liệu hạn chế, và gần như không thể phát hiện lỗi và đưa ra cảnh báo ngay từ giai đoạn đầu. Do đó, BMS cần phải nhạy bén hơn, thông minh hơn và thậm chí là có khả năng dự báo trước. Điều này phụ thuộc vào việc thu thập, tính toán, xử lý lượng lớn dữ liệu cùng với công nghệ AI để tìm ra chế độ vận hành tối ưu và đưa ra dự báo.

Xu hướng 6: Tích hợp Quang điện (PV) + Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) + Lưới điện

Về mặt truyền tải điện năng, có thể thấy có ngày càng nhiều vấn đề thực tiễn trong xây dựng các cơ sở năng lượng sạch của PV+ESS cung cấp điện cho các tủ điện thông qua đường truyền tải điện siêu cao thế (UHV). Về mặt tiêu thụ điện năng, các nhà máy điện ảo (VPP) ngày càng trở nên phổ biến ở nhiều quốc gia. Các VPP bao gồm các hệ thống PV phân tán rộng, ESS, các phụ tải có kiểm soát, thực hiện lập lịch trình linh hoạt cho các đơn vị phát điện và trữ điện để đạt được phụ tải đỉnh, v.v.

Do đó, xây dựng một hệ thống năng lượng ổn định tích hợp PV+ESS+Lưới điện để hỗ trợ cung cấp nguồn điện PV và hòa vào lưới điện sẽ trở thành một biện pháp chủ chốt đảm bảo an ninh năng lượng. Các Nhà Máy điện Ảo (VPP) có thể quản lý, vận hành và lưu chuyển năng lượng của các hệ thống PV+ESS phân tán rộng thông qua nhiều công nghệ bao gồm 5G, AI và công nghệ đám mây. Những công nghệ này sẽ đi vào thực tế ở nhiều quốc gia hơn.

Xu hướng 7: Nâng cấp độ an toàn

An toàn là nền tảng của sự phát triển ngành PV & ESS. Điều này đòi hỏi phải xem xét một cách có hệ thống tất cả các kịch bản, các mối liên kết và tích hợp đầy đủ các thiết bị điện tử, quản lý điện hóa và nhiệt lượng cũng như các công nghệ kỹ thuật số để nâng cấp độ an toàn cho hệ thống. Trong một nhà máy PV, lỗi do dòng điện một chiều (DC) gây ra chiếm hơn 70% các lỗi xảy ra. Do đó, máy biến tần cần hỗ trợ ngắt kết nối chuỗi thông minh và phát hiện đầu nối điện tự động. Trong kịch bản PV phân tán, chức năng AFCI (Thiết bị Ngắt mạch sự cố Hồ quang) sẽ trở thành cấu hình tiêu chuẩn, và chức năng ngắt nhanh cấp độ mô-đun sẽ đảm bảo sự an toàn cho nhân viên bảo trì và nhân viên cứu hỏa. Trong kịch bản ESS, nhiều công nghệ như điện tử công suất, đám mây và AI cần được sử dụng để thực hiện quản lý hiệu quả ESS từ các loại pin đến toàn bộ hệ thống. Chế độ bảo vệ truyền thống dựa trên phản ứng thụ động và cách ly vật lý được thay thế bằng bảo vệ chủ động tự động, với thiết kế an toàn đa chiều từ phần cứng đến phần mềm và từ cấu trúc đến thuật toán.

Xu hướng 8: Bảo mật và Độ tin cậy

Ngoài việc mang lại lợi ích, hệ thống PV vẫn còn nhiều rủi ro, bao gồm an toàn thiết bị và bảo mật thông tin. Rủi ro an toàn thiết bị chủ yếu liên quan đến hiện tượng tắt máy do các lỗi gây ra. Rủi ro bảo mật thông tin liên quan đến các cuộc tấn công mạng từ bên ngoài. Để đối phó với những thách thức và mối đe dọa này, các doanh nghiệp và tổ chức cần thiết lập một chuỗi các cơ chế quản lý "bảo mật và tin cậy" hoàn chỉnh, bao gồm độ tin cậy, tính khả dụng, tính bảo mật và khả năng phục hồi của các hệ thống và thiết bị. Bên cạnh đó, điều cần thiết là bảo vệ an toàn cho cá nhân và môi trường cũng như quyền riêng tư về dữ liệu.

Xu hướng 9: Số hóa

Các nhà máy PV truyền thống tuy có lượng thiết bị lớn nhưng lại thiếu các kênh thu thập thông tin và báo cáo. Hầu hết các thiết bị không thể "giao tiếp" với nhau nên rất khó thực hiện quản lý hiệu quả.

Với sự ra đời của các công nghệ kỹ thuật số tiên tiến như 5G, Internet Vạn Vật (IoT), điện toán đám mây, công nghệ cảm biến và dữ liệu lớn, các nhà máy PV có thể gửi và nhận thông tin, sử dụng "bit" (luồng thông tin) để quản lý "watt" (dòng năng lượng). Toàn bộ chuỗi phát điện-truyền tải-lưu trữ-phân phối-tiêu thụ rất rõ ràng, có thể quản lý và kiểm soát được tốt.

Xu hướng 10: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI)

Khi ngành công nghiệp năng lượng tiến tới kỷ nguyên dữ liệu, một trong những mối quan tâm hàng đầu của toàn ngành đó là làm thế nào để thu thập, tận dụng và tối đa hóa giá trị của dữ liệu một cách tốt hơn.

Công nghệ AI có thể được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực năng lượng tái tạo và đóng một vai trò không thể thiếu trong toàn bộ vòng đời của PV+ESS, bao gồm sản xuất, xây dựng, vận hành và bảo trì, tối ưu hóa và vận hành. Sự hội tụ của AI và các công nghệ như điện toán đám mây và dữ liệu lớn đang ngày càng đi vào chiều sâu, đồng thời chuỗi công cụ tập trung vào xử lý dữ liệu, đào tạo mô hình, triển khai, vận hành và giám sát an toàn sẽ được phát triển mạnh mẽ. Trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, cũng giống như công nghệ điện tử công suất và kỹ thuật số, AI sẽ thúc đẩy sự chuyển đổi sâu rộng của ngành công nghiệp.