Nghe như đùa nhưng nghịch lý nảy sinh khi có thêm nhiều các nguồn điện tái tạo là càng có nhiều nguồn điện tái tạo, các nhà máy điện truyền thống càng nhanh hỏng. Tomas Kellner của GER giải thích lý do và giới thiệu cách GE giải quyết nghịch lý này.
“Vịt California” nghe giống như một món ăn từ một nhà hàng nổi tiếng ở Mỹ. Nhưng bạn không thể đặt món đó ở bất kỳ nhà hàng nào – và bạn cũng không muốn thế.
Cái tên dễ liên tưởng này thực ra ám chỉ hình cong kỳ lạ của biểu đồ nhu cầu năng lượng ở bang California do nguồn cung các loại điện tái tạo ngày càng lớn. Ban ngày, biểu đồ chùng nhẹ xuống như hình chiếc yên ngựa do năng lượng mặt trời đáp ứng phần lớn nhu cầu điện của California. Nhưng khi mặt trời lặn, biểu đồ tăng vọt lên như hình cổ con vịt trời lúc nổi giận. Đấy là khi các nhà máy điện dùng nhiên liệu hóa thạch của Mỹ bắt đầu đẩy mạnh công suất và tăng tải để giữ ánh đèn luôn sáng.
Những nhà máy đốt than và khí gas tự nhiên vẫn nằm trong quy hoạch của bang này, cho dù cư dân California đang gia tăng lắp đặt pin mặt trời và dựng các nhà máy phong điện ở vùng ngoại ô với mục tiêu năng lượng tái tạo sản xuất 50% lượng điện của bang này vào năm 2030. “Đó là một nghịch lý lớn,” Justin John, kỹ sư hệ thống điều khiển của GE Global Research, nói. “Bạn có càng nhiều năng lượng tái tạo thì lưới điện càng kém ổn định vì gió và mặt trời phụ thuộc vào thời tiết. Bạn vẫn cần những nhà máy điện truyền thống để nhanh chóng tạo ra nhiều điện, đáp ứng nhu cầu của khách hàng”.
Tuy nhiên, việc nhanh chóng khởi động và dừng lại rất tốn kém đối với những nhà máy điện cũ. “Mỗi khi bạn khởi động một nhà máy điện, tuabin bên trong phải chạy ở mức nhiệt độ nóng hơn bình thường và điều này làm giảm tuổi thọ của máy móc,” John giải thích. “Nếu bạn thường xuyên làm vậy, bạn có thể sẽ phải đóng cửa nhà máy vài tháng hoặc cả năm trước khi có kế hoạch đại tu thiết bị và mất kha khá doanh thu”.
Tuy nhiên, phần mềm sẽ giải quyết vấn đề. Dispatch Optimizer là một ứng dụng của GE, giúp các nhà máy điện kiểm soát tình trạng lưới điện và bên trong nhà máy, tối ưu hóa hoạt động và cung cấp năng lượng đúng mức và đúng lúc lúc để đạt doanh thu tối đa. John nói: “Phần mềm giúp chúng tôi giải quyết những vấn đề lớn như: Làm sao để tận dụng năng lượng tái tạo mà vẫn duy trì được các nhà máy điện hiện tại và giữ lưới điện ổn định.” Anh là người đã phát triển ứng dụng này cùng đồng nghiệp ở trung tâm nghiên cứu và tại các đơn vị kỹ thuật số và năng lượng của GE.
Giờ đây GE đã có phần mềm ứng dụng xử lý nghịch lý do thêm nguồn điện tái tạo gây ra.
Ứng dụng này chạy trên nền Predix Edge, phần mềm Internet công nghiệp của GE. Nó giúp những khách hàng như NRG Energy và PSEG ở Mỹ, E.ON và A2A ở Châu Âu giữ các tuabin khí gas tự nhiên khởi động và đạt “đỉnh” ngay khi yêu cầu hoặc khi giá điện ở mức cao. Nó cũng giúp họ giảm thiểu hao mòn máy móc khi nhu cầu điện tăng cao bằng cách chạy máy làm mát tuabin khi đáp ứng được các điều kiện hợp lý và nhu cầu điện giảm. John nói: “Chúng tôi đang lập mô phỏng về sự tàn phá môi trường khi nhà máy đạt đỉnh và cân bằng nó bằng việc làm mát; hiệu suất sẽ giảm nhưng việc làm này giúp bảo vệ môi trường và giúp dự trữ điện để bạn có thể sử dụng vào lúc khác”.
Mô hình được xây dựng trên máy tính đặt ngay trong thiết bị ở nhà máy điện hoặc, như cách GE gọi, “ở ranh giới”. Các kỹ sư tạo một bản sao ảo cho mỗi chiếc máy, được coi là “bản song sinh kỹ thuật số”. Phiên bản song sinh này thu thập dữ liệu về nhiệt độ môi trường và điều kiện bên trong tuabin rồi truyền thông tin về nhu cầu năng lượng, giá, chi phí và thời tiết từ đám mây về tuabin. “Bản song sinh kỹ thuật số này là một mô hình thiết bị được cá nhân hóa,” John nói. “Nó theo dõi thiết bị liên tục nên khi máy móc bắt đầu xuống cấp, bản song sinh số sẽ cung cấp cho bạn những dự đoán rất thực tế về tình trạng hoạt động của thiết bị”.
John cho biết, các cở sở sản xuất và những nhà buôn điện được cơ sở sản xuất cho phép truy cập trực tiếp vào ứng dụng có thể sử dụng Dispatch Optimizer để không những bù đắp cho nguồn năng lượng tái tạo mà còn có thể đáp ứng thị trường điện và hưởng lợi từ những lần giá điện tăng đột biến. John nói: “Chúng tôi đang giúp họ đạt ‘đỉnh’ trong kinh doanh khi giá điện cao mà không làm hao mòn thiết bị”.
John cũng cho biết, mục đích của ứng dụng này là cho phép các nhà kinh doanh điện và dịch vụ năng lượng tăng doanh thu từ nhà máy điện mà không cần đầu tư thiết bị mới. Anh khẳng định ứng dụng có thể giúp một nhà máy điện công suất 800 megawatts tăng doanh thu hàng năm thêm 1,5 triệu đô la Mỹ.
“Khi sử dụng ứng dụng và hệ thống điều khiển kỹ thuật số, tôi có thể lãi được 1,1 triệu đô la Mỹ khi chi thêm 400,000 đô la vào khí gas tự nhiên,” John nói. “Thực ra, nó chỉ là toán cao cấp, một vấn đề lớn về tối ưu hóa. Chúng tôi đang xây dựng một phương trình gồm tất cả các khả năng có thể xảy ra và dùng nó để tìm giải pháp tối ưu nhanh nhất tại bất kỳ thời điểm nào”.
Để xem các tin bài khác về Kỹ thuật số, hãy nhấn vào đây
(Nguồn: Tomas Kellner/ GE Reports)
