Microgrid - lưới điện xanh sạch, ổn định lại và hồi phục nhanh chóng

 
Nếu ta muốn để lại một thế giới xanh sạch đẹp cho con cháu đời sau thì ngay bây giờ, nhân loại phải khắc phục được nạn biến đổi khí hậu, gây ra bởi việc đốt nhiên liệu hóa thạch nhiều trăm năm nay. Để làm được điều đó, hiển nhiên là ta phải khắc phục từ gốc rễ vấn đề: hạn chế hoặc tốt hơn là ngừng hoàn toàn việc đốt nhiên liệu hóa thạch.
 
Để làm được điều đó, ta phải tạo ra được một nguồn năng lượng thay thế khác và câu trả lời đang nằm ngay trước mắt ta: đó chính là điện. Ta phải tìm ra được cách sản xuất điện mà không phải đốt nhiên liệu và kết nối mọi thứ, MỌI THỨ vào lưới điện chung. Ta cần một lưới điện "xanh sạch" hơn.
Không chỉ thế, ta cần một mạng lưới điện ổn định hơn. Một khi mà mọi bệnh viện, trung tâm lưu trữ dữ liệu mà đột ngột mất điện, thiệt hại cả người và tài sản sẽ không đong đếm được. Nguồn năng lượng từ gió hay Mặt Trời thì lại dựa dẫm nhiều vào thời tiết, mà thời tiết thì vốn thất thường. Vấn đề vẫn nằm ở việc ta có thể "ổn định" được lưới điện mỗi khi trái gió trở trời hay không.
Và cuối cùng, ta cần một lưới điện có thể phục hồi nhanh chóng. Khi mà thiên tai xảy ra, điện đột nhiên mất thì ta cần những hệ thống hiện dự phòng có thể hoạt động ngay lập tức.
Xây dựng được một mạng lưới điện của tương lai quả là một thử thách khó khăn, bởi nó gồm cả ba thử thách nhỏ hơn vừa nêu bên trên.
Đừng lo lắng! Ta đang nắm trong tay một công nghệ như thế, một giải pháp duy nhất có thể thỏa mãn được cả ba điều kiện nêu trên. Đó là microgrid, tạm dịch là "lưới điện nhỏ".

Vậy microgrid là gì?
Trên lý thuyết, thì một lưới điện (grid) bao gồm nguồn năng lượng, thiết bị sử dụng năng lượng, dây để nối giữa hai thứ này và một hệ thống xử lý trung tâm để điều khiển toàn bộ các thành phần trong lưới điện.
Micro có nghĩa là nhỏ, vì thế microgrid sẽ là lưới điện nhỏ và độc lập. Nhiều tòa nhà hợp lại sẽ thành một microgrid, một tòa nhà riêng lẻ thì sẽ là một "nanogrid", thậm chí bạn với một tấm pin Mặt Trời treo trên lưng, một chiếc điện thoại cắm sạc vào nguồn điện ấy thì bạn đã là một "picogrid".
Cơ quan nghiên cứu GTM đếm được trên toàn nước Mỹ có "1.900 lưới điện microgrid cả cơ bản và tiến tiến, cả đang hoạt động và đang trong giai đoạn lên kế hoạch", họ dự đoán rằng mảng này sẽ còn phát triển lớn mạnh nữa trong những năm sắp tới. Đa số những microgrid hiện tại đều là những lưới đinệ cơ bản với một máy phát, nhưng số lượng microgrid tiên tiến đang xuất hiện ngày một nhiều.
 
Trên đất Mỹ, phải kể đến ba microgrid này:

Microgrid đặt tại khu căn hộ Marcus Garey ở Brooklyn, New York.

Microgrid cung cấp điện cho người nghèo
Một số microgrid tồn tại độc lập với lưới điện chung, thông thường chúng được đặt tại những khu vực hẻo lánh. Những microgrid độc lập này thường có chi phí xây dựng rẻ và là một phương pháp cung cấp điện nhanh chóng tới các hộ dân thiếu điện. Mục tiêu của microgrid kiểu này là cung cấp điện nhanh chóng chứ không phải càng lớn càng tốt, nhưng ta hoàn toàn có thể mở rộng được quy mô của chúng.

Những microgrid được kết nối vào mạng lớn có thể tự cô lập mình, tự phát điện cho mình

Đa số các microgrid, nhất là ở những quốc gia giàu có, đều được kết nối vào lưới điện chung. Tất cả những ví dụ nêu trong bài đều phù hợp với khái niệm này.
Điểm đặc biệt của microgrid là ta có thể bật một cái công tắc và khiến cái microgrid này cô lập với toàn bộ lưới điện chung, công dụng dành riêng cho lúc mất điện toàn hệ thống. Bằng cách này, những cơ sở hạ tầng được kết nối với microgrid sẽ có điện dự phòng để hoạt động trong trường hợp khẩn cấp.

Microgrid vẫn đang nằm trong giai đoạn đầu phát triển

Nó chưa thể trở thành trọng tâm của việc chuyển giao năng lượng từ năng lượng đốt nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng điện được. Nó cần phải thỏa mãn ba điều kiện lớn đã nêu đầu bài viết: đó là xanh sạch hơn, đáng tin cậy và có khả năng hồi phục nhanh.
Hiện tại, đa số các microgrid trên thế giới đều sử dụng máy phát điện chạy dầu diesel, hiển nhiên là không xanh rồi. Chúng chỉ được bật lên khi mạng lưới điện tổng tắt ngóm, điều này khiến chúng không thực sự đáng tin cậy. Một điều nữa: không phải ai cũng được kết nối với lưới điện microgrid, không phải ai cũng có điện sử dụng.

Bước tiếp theo là phải đa dạng hóa được microgrid

Công nghệ phát triển theo từng ngày, cớ sao microgrid lại không được thừa hưởng những thành quả công nghệ tuyệt diệu ấy? Trước hết, ta có những cách thức kết hợp khả thi này:
Điện đang là trọng tâm của mọi thứ công nghệ, chúng đã dễ điều khiển và dễ áp dụng hơn rất nhiều.
- Thiết bị phát điện đang nhỏ hơn, rẻ hơn, hiệu quả hơn và đa dạng hơn: ta có điện Mặt Trời, ta có điện từ sức gió, từ khí tự nhiên, từ pin năng lượng dự trữ. Một điểm nhấn đặc biệt: pin Mặt Trời đang rẻ hơn bao giờ hết.
- Cách thức lưu trữ năng lượng cũng dễ tiếp cận với giá thành rẻ hơn nhiều. Lưới điện microgrid tại Trang trại Stone Edge nói trên có đủ các loại pin khác nhau để lưu trữ điện: pin Natri ion, pin điện phân gồm sắt và nước mặn, pin kẽm bromua, pin lithium sắt phốt-phát, ...
- Các phần mềm mới, công nghệ trí tuệ nhân tạo kết hợp machine learning để tạo ra một hệ thống điều tiết năng lượng hợp lý.
Thiết kế thông minh kết hợp với một hệ thống điều khiển cũng thông minh sẽ tạo nên một lưới điện hiệu quả vô cùng. Hơn hết, nó sẽ thõa mãn ba điều kiện lớn nêu trên.

Microgrid phải kết hợp được với mạng lưới điện lớn

Một microgrid thông minh sẽ có thể kết nối được với mạng điện tổng, tạo ra một hệ thống thông suốt từ hệ thống cung cấp tới từng hộ dân được kết nối. Nếu làm được như vậy, nhà điều hành mạng lưới điện quốc gia sẽ bớt đi một lượng lớn công việc.
Lượng dữ liệu tới từ từng cá nhân sử dụng điện sẽ là rất lớn, nhưng khi từng microgrid xử lý thông tin riêng rẽ, kết hợp thành từng khối thông tin nhỏ kết hợp vào mạng lớn, thì khối lượng công việc sẽ giảm đi đáng kể.
Những nhà quản lý lưới điện sẽ sử dụng những khối thông tin này để cho ra những dịch vụ như lưu trữ năng lượng khi giá thành đang rẻ, phân phối đều điện khi giá thành lên quá cao, bản thân họ sẽ có thể trở thành những đơn vị dự trữ điện hoặc tuyệt vời hơn, là điều khiển tần số cũng như điện áp của toàn bộ lưới điện.

Để dẫn đến mục đích cuối cùng: một lưới điện khổng lồ là sự kết hợp của các microgrid

Một microgrid thông minh có thể tạo ra nguồn năng lượng sạch, rẻ và đáng tin cậy cho toàn bộ những đơn vị sử dụng điện nằm trong nó. Bản thân nó có thể cung cấp cho mạng lưới điện lớn những dịch vụ vừa nói ở trên.
Nhưng khi kết hợp những microgrid nhỏ ấy lại thành một mạng lưới điện khổng lồ duy nhất, ta sẽ có một lưới điện đảm bảo và hiệu quả, hơn hẳn phương thức lưới điện tập trung như hiện tại. Microgrid có thể loại bỏ hoàn toàn những nhà máy điện khổng lồ, những đường điện truyền tải lớn, đưa quyền kiểm soát tới những đơn vị nhỏ hơn, dễ điều khiển hơn.
Microgrid sẽ giải quyết được ba vấn đề lớn nhất đó là điện sạch, điện đáng tin cậy và điện có khả năng hồi phục cao. Một mũi tên trúng một "đàn" chim 3 con.