Vận hành nhà máy nhiệt điện Mông Dương I. Ảnh: Ngô Hà

Theo truyền thống, các hệ thống điện được phát triển dựa trên hai giả thuyết: không kiểm soát được mức cầu, và nguồn cung phải cân bằng được với mức cầu. Tuy nhiên, nguyên tắc "chạy theo phụ tải” này chưa bao giờ là cách tiếp cận hợp lý nhất về mặt kinh tế bởi việc đảm bảo ổn định nguồn cung trở nên phức tạp khi nhu cầu điện dao động. Một số công ty điện phải luôn sẵn sàng để đẩy điện lên lưới khi cầu về điện tăng đột biến.

Điều này thường đắt hơn rất nhiều so với sản xuất điện liên tục. Nếu như bình thường, một nhà máy thủy điện ở miền Bắc có thể phát điện liên tục với chi phí sản xuất 0 đồng/kWh thì trong những lúc cần kíp, người ta phải huy động tới các nhà máy điện chạy dầu có chi phí sản xuất lên tới 4.000 đồng/kWh. Trong kế hoạch đảm bảo cung điện của mình đến năm 2030, Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) dự tính phải đầu tư ít nhất hai nhà máy dự phòng mới để đáp ứng nhu cầu điện trong những lúc nhảy vọt. Mặc dù mỗi nhà máy có thể chỉ chạy vài ngày một năm nhưng doanh nghiệp này lập luận rằng sự tồn tại của chúng là điều thiết yếu để giữ toàn bộ lưới điện quốc gia không bị phân rã.

Thực tế, nhu cầu phụ tải đỉnh ở Việt Nam đã liên tục tăng trong những năm gần đây. Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0) cho biết vào trưa ngày 18/7/2022, công suất tiêu thụ điện của miền Bắc đã lập mức kỷ lục là 22.800 MW, tương đương với công suất của gần 10 nhà máy thủy điện Hòa Bình. Con số đỉnh điểm của năm 2022 đã cao hơn mức đỉnh ghi nhận của ba năm trước đó lần lượt là 9%, 34% và 41%. Nhu cầu tiêu thụ điện tăng cao khiến một số tổ máy phát điện bị sự cố, dẫn đến hiện tượng mất điện trên diện rộng trong ít nhất một giờ.

Song song với nhu cầu đỉnh đang tăng, tổng nhu cầu năng lượng ở Việt Nam cũng đang tăng với tốc độ chóng mặt, khoảng 8-10% mỗi năm. Điện sử dụng trong khu vực dân cư - vốn chỉ đứng sau nhu cầu trong khu vực công nghiệp - được dự báo sẽ tăng cùng với thu nhập của người dân vì mọi người có đủ khả năng để sử dụng nhiều thiết bị điện hơn.

Mọi thứ không trở nên dễ dàng hơn khi năng lượng tái tạo được sử dụng phổ biến. Trong ba năm gần đây, khi các nguồn năng lượng tái tạo dễ thay đổi như điện gió và điện mặt trời đi vào hoạt động, tổng nguồn cung của hệ thống đã có lúc tăng giảm cả nghìn megawatt. Rốt cuộc, mặt trời không phải lúc nào cũng chiếu sáng và gió không phải lúc nào cũng thổi. Người ta buộc phải huy động hoặc cắt giảm các nguồn điện khác để bù chỗ cho những dao động như vậy. Mỗi một dao động nhỏ đều đòi hỏi một sự giám sát gắt gao để đảm bảo luôn duy trì được trạng thái cân bằng.

Để giải quyết những thách thức kể trên, các chuyên gia ở Trung tâm Năng lượng ASEAN cho rằng những hệ thống điện hiện đại cần phá vỡ khuôn mẫu và sử dụng cách tiếp cận công nghệ số trong cân bằng cung-cầu. Các công ty điện lực phải suy nghĩ đến về việc quản lý nhu cầu (Demand Side Management) một cách thông minh nhằm làm thay đổi mức cầu của người tiêu dùng, từ đó không chỉ khuyến khích họ sử dụng ít năng lượng hơn mà còn để làm phẳng các đỉnh tiêu thụ.

Điều này có thể được thực hiện bằng cách vận dụng linh hoạt những chính sách khuyến khích hoặc không khuyến khích tiêu thụ điện. Chẳng hạn, các công ty điện lực có thể cung cấp điện với giá thấp hơn khi nhu cầu ở mức thấp và điện có sẵn dồi dào. Đổi lại, họ có thể đặt giá cao hơn trong giờ cao điểm để đảm bảo rằng nhu cầu không làm căng thẳng nguồn cung.

Nhưng việc quản lý phía cầu như vậy đòi hỏi phải dùng đến các lưới điện thông minh áp dụng công nghệ số. Những lưới điện này có khả năng truyền tải thông tin một cách hiệu quả, cho phép khai thác dữ liệu để quản lý cung-cầu nhanh hơn và linh hoạt hơn nhờ những ước tính đánh giá và định giá theo thời gian thực.

Về căn bản, số hóa lưới điện thông minh cho phép giám sát và quản lý nhu cầu tiêu thụ trên diện rộng. Điều này giúp các nhà quản lý lưới xác định sớm những nút thắt kém hiệu quả trong hệ thống để có phương án điều chỉnh phù hợp. Dữ liệu thu thập được cũng cung cấp một nền tảng vững chắc cho việc đưa ra những chính năng tiết kiệm năng lượng dựa trên bằng chứng – chẳng hạn ngành nghề nào có tiềm năng cắt giảm năng lượng hiệu quả.

Hơn nữa, việc sử dụng trí tuệ nhân tạo và học máy có thể đưa ra những dự đoán chính xác về mô hình tiêu thụ năng lượng từ dữ liệu lịch sử. Dự báo năng lượng vốn dĩ là công việc khó khăn vì dữ liệu luôn bị hạn chế. Khi tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống, các mô hình thậm chí cần phải có một bản ghi dữ liệu chi tiết kết hợp với các hệ thống phân tích dữ liệu lớn để ước tính khả năng cung-cầu năng lượng của từng vùng trong suốt 365 ngày liên tục.

Việc dự báo được nhu cầu năng lượng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phân bổ nguồn lực và giảm rủi ro cho các bên tham gia. Bằng cách sử dụng những dự báo theo sát với tình hình thực tế, cả nhà máy sản xuất điện truyền thống và sản xuất điện tái tạo đều có thể chủ động sắp xếp công suất của mình để phù hợp với chi phí và nhu cầu, ngay cả khi nhu cầu phụ tải được kiểm soát. Khi tất cả các nhà cung ứng và người tiêu thụ được kết nối với nhau trong một mạng lưới chia sẻ thông tin, cả hệ thống sẽ vận hành hiệu quả hơn, và nhìn chung, giúp biểu giá điện đi xuống.

Số hóa cũng cho phép mở ra nhiều dịch vụ mới nhằm kích hoạt lợi ích tài chính cho tất cả những bên tham gia vào hệ thống năng lượng, chẳng hạn như các nhà máy điện ảo, công nhận chứng chỉ năng lượng tái tạo, đấu giá và điều chỉnh phụ tải,… Các giải pháp kỹ thuật số có tác động như blockchain cũng sẽ giúp những giao dịch điện tử trở nên hấp dẫn hơn, ví dụ như tự tưởng thưởng cho những tòa nhà tiêu thụ điện tái tạo hiệu quả.

Tuy nhiên, việc triển khai các hệ thống thông minh như vậy có thể là thách thức vì chi phí trả trước khá cao. Đồng hồ điện thông minh đắt hơn đồng hồ cơ khí và có tuổi thọ ngắn hơn (15-20 năm so với 30 năm). Theo một cách nào đó, đây là cú đánh kép cho những người đang lưỡng lự chuyển đổi. Hiện nay, tỷ lệ triển khai đồng hồ điện thông minh ở Việt Nam mới chỉ đạt 68%. Bất chấp những trở ngại tài chính, người ta đã chứng minh được những khoản đầu tư vào hạ tầng thông minh đã được đền đáp. Ví dụ, các biện pháp tiết kiệm năng lượng hộ gia đình đã giúp cắt giảm hóa đơn tiền điện tới 10%.

Trong tiến trình dịch chuyển năng lượng ở Việt Nam, những chính sách hỗ trợ và biện pháp tài chính là điều cần thiết để thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ số và những ứng dụng năng lượng của chúng. Tại đây, chính phủ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế các ưu đãi, tạo môi trường thuận lợi, cải thiện cơ sở hạ tầng và thúc đẩy những dự án thí điểm.

Có thể nói, số hóa các hệ thống năng lượng là một phần quan trọng trong việc tạo điều kiện cho thị trường điện cân bằng. Nhiều quốc gia như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và châu Âu đã đầu tư lớn để xây dựng cơ sở hạ tầng thông minh. Để sẵn sàng cho tương lai năng lượng, Việt Nam sẽ cần phải nhanh chóng làm theo.