Tối ưu hóa năng lượng phi tập trung bằng blockchain, hệ thống lưu trữ pin và mạng lưới sạc EV

Hãy hình dung một khu công nghiệp ở Đức vào một buổi chiều mùa hè đầy nắng.

Hệ thống điện mặt trời trên mái đang tạo ra nhiều điện hơn mức các nhà máy có thể tiêu thụ. Trong khi đó, hàng chục xe điện đang đỗ cạnh các trạm sạc và một hệ thống lưu trữ pin 500kWh cũng đã gần đầy.

Theo cách truyền thống, lượng điện dư sẽ được bán lên lưới với mức giá mua điện thấp hoặc bị cắt giảm một phần công suất. Đồng thời, một cơ sở gần đó vẫn có thể phải mua điện từ công ty điện lực với mức giá cao hơn đáng kể.

Sự mất cân đối giữa sản xuất và nhu cầu năng lượng này đã trở thành một trong những thách thức lớn của quá trình chuyển dịch năng lượng tại châu Âu.

Ngày càng nhiều kỹ sư đặt ra một câu hỏi khác:

Thay vì phụ thuộc vào một đơn vị điện lực tập trung để điều phối mọi giao dịch, liệu hệ thống lưu trữ pin, trạm sạc EV, tài sản điện mặt trời và người tiêu dùng có thể tự động thương lượng việc trao đổi năng lượng hay không?

Đây chính là lý do quản lý năng lượng dựa trên blockchain bắt đầu thu hút sự chú ý.

Vì sao quản lý năng lượng truyền thống đang chạm tới giới hạn

Hiện nay, phần lớn các hệ thống năng lượng phân tán vẫn phụ thuộc vào các nền tảng điều khiển tập trung.

Dù quản lý trang trại điện mặt trời, hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS), mạng lưới sạc EV hay vi lưới, các quyết định thường được đưa ra thông qua một nền tảng giám sát duy nhất.

Cách tiếp cận này hoạt động khá hiệu quả khi số lượng tài sản năng lượng còn hạn chế.

Tuy nhiên, bức tranh năng lượng của châu Âu đang thay đổi nhanh chóng:

• Hàng nghìn hệ thống PV trên mái được đấu nối mỗi tháng.
• Các hệ thống pin thương mại tiếp tục gia tăng.
• Mạng lưới sạc EV công cộng và tư nhân đang mở rộng.
• Công nghệ Vehicle-to-Grid (V2G) đang bước vào giai đoạn triển khai thí điểm.
• Các cộng đồng năng lượng đang hình thành trên khắp các quốc gia thành viên EU.

Khi nguồn năng lượng phân tán ngày càng nhiều, việc điều phối tập trung trở nên ngày càng phức tạp và tốn kém.

Blockchain bổ sung gì cho một hệ thống năng lượng?

Trong các ứng dụng năng lượng thực tế, blockchain không chủ yếu nói về tiền mã hóa.

Giá trị của nó nằm ở việc tạo ra một lớp giao dịch minh bạch và đáng tin cậy giữa nhiều bên tham gia thị trường năng lượng.

Mỗi kilowatt-giờ được tạo ra, lưu trữ, mua, bán hoặc xả có thể được tự động ghi nhận và xác minh thông qua hợp đồng thông minh.

Đối với vi lưới và các khu năng lượng thương mại, điều này tạo cơ hội tối ưu hóa năng lượng linh hoạt hơn.

Kiến trúc thực tiễn cho hệ thống năng lượng phi tập trung

Một hệ thống năng lượng phi tập trung hiện đại thường kết hợp bốn thành phần chính:

Lớp blockchain hoạt động phía trên các tài sản vật lý này.

Thay vì điều khiển tập trung từng thiết bị, hệ thống công bố khả năng cung cấp năng lượng, tín hiệu giá, trạng thái sạc của pin (SOC), nhu cầu sạc và điều kiện lưới điện.

Sau đó, các hợp đồng thông minh xác định cách phân bổ năng lượng.

Cách hệ thống lưu trữ pin trở thành một bên tham gia thị trường chủ động

Trước đây, các hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin chỉ đơn giản sạc và xả theo lịch trình định sẵn.

Trong mô hình phi tập trung, tài sản lưu trữ trở thành các chủ thể kinh tế chủ động.

Hãy xét một pin LiFePO4 1MWh vận hành với:

• kiến trúc 512V DC
• kiến trúc 600V DC
• kiến trúc 768V DC
• PCS 100kW
• PCS 250kW
• PCS 500kW

Thay vì tuân theo các khung giờ sạc cố định, bộ điều khiển lưu trữ đánh giá:

• Giá điện tại địa phương
• Dự báo sản lượng điện mặt trời
• Dự báo nhu cầu sạc EV
• Tín hiệu tắc nghẽn lưới điện
• Cơ hội đáp ứng nhu cầu

Sau đó, pin có thể quyết định phương án nào có lợi hơn về mặt kinh tế:

• Lưu trữ điện mặt trời dư thừa
• Cấp điện cho các bộ sạc EV gần đó
• Hỗ trợ phụ tải của vi lưới địa phương
• Phát điện lên lưới điện công cộng
• Tham gia thị trường dịch vụ phụ trợ

Vì sao mạng lưới sạc EV là một mắt xích quan trọng

Xe điện là một trong những phụ tải linh hoạt lớn nhất đang được tích hợp vào các hệ thống năng lượng hiện đại.

Khác với máy móc công nghiệp, việc sạc EV thường có thể dịch chuyển vài giờ mà không ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng.

Sự linh hoạt này tạo ra nhiều cơ hội có giá trị.

Trong tương lai, hàng nghìn EV được kết nối có thể cùng hoạt động như một mạng lưới lưu trữ phân tán.

Pin xe có dung lượng từ 40kWh đến 120kWh có thể trở thành nguồn năng lượng tạm thời dành cho các cộng đồng năng lượng địa phương.

Cơ hội tại châu Âu

Châu Âu có môi trường đặc biệt thuận lợi cho quản lý năng lượng phi tập trung.

Nhiều xu hướng thị trường đang hội tụ:

• EV được chấp nhận nhanh chóng
• Tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng
• Biểu giá điện theo thời gian sử dụng
• Quy định về cộng đồng năng lượng
• Cơ chế khuyến khích tính linh hoạt của lưới điện
• Mục tiêu giảm phát thải carbon

Các quốc gia như Đức, Hà Lan, Đan Mạch, Tây Ban Nha, Ý và Pháp đã triển khai các dự án thí điểm kết hợp hệ thống lưu trữ pin, nguồn điện tái tạo và hạ tầng sạc thông minh.

Đối với các công ty EPC, đơn vị tích hợp hệ thống và nhà phát triển năng lượng, việc hiểu kiến trúc năng lượng phi tập trung có thể phát triển như thế nào ngày càng quan trọng khi thiết kế các dự án sẵn sàng cho tương lai.

Từ triển khai phần cứng đến điều phối năng lượng

Giai đoạn tiếp theo của quá trình chuyển dịch năng lượng có thể không chỉ được xác định bởi pin lớn hơn hoặc nhiều tấm pin mặt trời hơn.

Thách thức thực sự nằm ở sự điều phối.

Một hệ thống lưu trữ pin, mạng lưới sạc EV, biến tần hybrid và hệ thống điện mặt trời trên mái đã có hầu hết phần cứng cần thiết cho một hệ sinh thái năng lượng linh hoạt.

Quản lý năng lượng dựa trên blockchain đưa vào một khung kỹ thuật số cho phép các tài sản này tự động phối hợp với nhau, nâng cao mức độ sử dụng năng lượng tái tạo đồng thời giảm độ phức tạp trong vận hành.

Đối với các kỹ sư thiết kế vi lưới và hệ thống năng lượng phân tán tương lai của châu Âu, câu hỏi không còn là liệu mạng lưới năng lượng phi tập trung có khả thi về mặt kỹ thuật hay không. Vấn đề là thị trường sẽ chấp nhận chúng nhanh đến mức nào.

Câu hỏi thường gặp

1. Quản lý năng lượng bằng blockchain là gì?

Quản lý năng lượng bằng blockchain sử dụng công nghệ sổ cái phân tán và hợp đồng thông minh để tự động hóa giao dịch năng lượng giữa các nguồn năng lượng phân tán, hệ thống lưu trữ và người tiêu dùng.

2. Hệ thống lưu trữ pin có thể tham gia giao dịch năng lượng qua blockchain không?

Có. Các hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin hiện đại có thể tự động mua, bán, lưu trữ hoặc cấp điện theo các quy tắc hợp đồng thông minh được xác định trước.

3. Blockchain cải thiện mạng lưới sạc EV như thế nào?

Nó cho phép tính phí minh bạch, giao dịch năng lượng ngang hàng, tham gia chương trình đáp ứng nhu cầu và tự động đối soát giữa đơn vị vận hành sạc và nhà cung cấp năng lượng.

4. Công nghệ pin nào phù hợp với hệ thống năng lượng phi tập trung?

Hệ thống lưu trữ pin LiFePO4 hiện là lựa chọn được triển khai rộng rãi nhất nhờ độ an toàn, tuổi thọ chu kỳ và khả năng mở rộng.

5. Hệ thống năng lượng phi tập trung có thể hoạt động khi lưới điện bị mất không?

Có. Khi kết hợp với bộ điều khiển vi lưới, biến tần hybrid và hệ thống lưu trữ pin, hệ thống phi tập trung có thể tiếp tục cấp điện cho các phụ tải quan trọng trong thời gian mất điện.

6. Các dự án thương mại thường sử dụng dung lượng pin bao nhiêu?

Quy mô lắp đặt phổ biến từ hệ thống 100kWh và 215kWh đến các nhà máy lưu trữ nhiều megawatt-giờ với dung lượng vượt 5MWh hoặc 10MWh.

7. Có cần blockchain cho mọi dự án lưu trữ pin không?

Không. Tuy nhiên, blockchain ngày càng có giá trị khi nhiều tài sản phân tán và bên tham gia giao dịch năng lượng cần được điều phối an toàn và tự động.