CHUYÊN GIA NĂNG LƯỢNG DEBORA FRODL VÀ RICHARD TAYLOR (*)
Một trong những nguồn cung điện phổ biến nhất thế giới đang được cải tạo bằng các công nghệ của thế kỷ 21 và có thể sẽ làm thay đổi cả hệ thống điện toàn cầu. GE và Hiệp hội Thủy điện Quốc tế (International Hydropower Association - IHA) đang hợp tác nghiên cứu tác động của các giải pháp số hóa thủy điện đối với mạng lưới điện toàn cầu. Kết quả sơ bộ của nghiên cứu này sẽ được công bố tại Hội nghị Thủy điện Toàn cầu 2017 tổ chức vào tháng 5 tới tại Addis Ababa, Ethiopia. Tuy nhiên, các chỉ số ban đầu cho thấy, môi trường, người dùng và cả nguồn cung sẽ đều hưởng lợi khi thủy điện được ứng dụng công nghệ số hóa.
Vào ngày 30/9/1882, nhà máy thủy điện đầu tiên trên thế giới đã đi vào hoạt động trên sông Fox thành phố Appleton, Wisconsin. Nhà máy này đi vào hoạt động nhờ H.J. Rogers, chủ sở hữu một công ty sản xuất giấy ở Wisconsin. Ông xây nhà máy này từ cảm hứng với Trạm Pearl Street do Thomas Eddison dựng lên trước đó không lâu. Trạm Pearl Street của Eddison đốt than lấy hơi nước làm động lực chạy máy phát điện. Nhà máy Appleton lại dùng sức nước của sông Fox để chạy máy phát điện. Đây là nhà máy năng lượng tái tạo đầu tiên toàn thế giới. Nhà máy này có thể sản xuất năng lượng ổn định hơn so với Trạm Pearl Street và cũng không gây ô nhiễm không khí.
Nhà máy thủy điện đầu tiên của thế giới. Ảnh: “Dam across river, Appleton, Wis.,” 1880-1889. Prints and Photographs Division, Library of Congress. Mã số tái bản LC-D4-4783 DLC.
Thủy điện giờ đã là một trong những nguồn cung điện lớn nhất thế giới.
Theo IHA, năng lực sản xuất thủy điện đạt 1.246 GW trong năm 2016, bao gồm 150 GW trữ lượng bơm tích thủy và phát điện đạt 4.100 TWh, tương đương 20% tổng điện năng sản xuất toàn thế giới.
Thủy điện phổ biến nhờ có nhiều lợi thế như độ ổn định nguồn cung cao, công nghệ được chứng minh qua thực tế, trữ lượng lớn, chi phí hoạt động và bảo dưỡng thấp, không ô nhiễm không khí.
Thủy điện cũng rất linh hoạt trong điều chỉnh nguồn cung, vốn có rất giá trị đối với các nhà điều hành lưới điện.
Với mức độ phổ biến của thủy điện, bất cứ cải tiến tích cực nào đối với nguồn cung này cũng sẽ có tác động lan tỏa lên toàn hệ thống. Những cải tiến trong sản xuất thủy điện có thể sẽ giúp thêm hàng triệu người có điện. Tăng cường khả năng ứng phó với các nguồn cung không liên tục sẽ gia tăng cơ hội cho phong điện và điện mặt trời tham gia cung cấp điện cho tiêu dùng.
Số hóa các nhà máy thủy điện, các hệ thống điều khiển và lưới điện là một xu hướng mới, hứa hẹn tối ưu hóa quản lý tài sản và hoạt động của các nhà máy. Kết quả của xu hướng này là sản xuất tăng trưởng, giảm chi phí và mở rộng năng lực sản xuất của thủy điện.
Ví dụ, việc số hóa các hệ thống thủy điện sẽ cho phép tích hợp thủy năng với các nguồn năng lượng tái tạo khác để đảm bảo sự linh hoạt và hiệu quả quản lý cho các hệ thống điện. Một số cải tiến số khác là an ninh mạng, tối ưu hóa cơ sở sản xuất, phòng ngắt điện, theo dõi hoạt động của các nhà máy và dự báo nguồn thủy năng. Khi kết hợp với nhau, những cải tiến này cung cấp những thông tin chi tiết và dữ liệu làm tăng giá trị của các nhà máy thủy điện, đồng thời giảm tác động của môi trường tới quá trình phát điện.
Số hóa thủy điện là xu hướng trải khắp ngành công nghiệp có tiềm năng tác động tích cực tới mạng lưới điện toàn cầu. Tới năm 2020, dự kiến thế giới sẽ đầu tư khoảng 90 tỉ USD cho ứng dụng số hóa trong ngành này. Predix hiện đang là hệ điều hành internet công nghiệp mạnh nhất, cho phép kết nối các thiết bị và các phần mềm số hóa nhằm thu thập và xử lý thông tin chuyên sâu, từ đó làm tăng doanh thu cho ngành công nghiệp.
Nhà máy thủy điện số GE Digital Hydro Plant chạy trên hệ điều hành Predix là một ứng dụng tích hợp phần mềm thông minh vào các thiết bị vô tri và các hệ thống điều khiển, mang lại những kết quả kinh doanh tốt hơn và những cơ hội tối ưu hóa công năng của nhà máy thủy điện.
Quá trình bắt đầu với Đánh giá hoạt động của tài sản (Asset Performance Management - APM), một chương trình số cung cấp các thông tin chuyên sâu về máy móc thiết bị và kết nối, quản lý thông tin, theo dõi điều kiện hoạt động, xử lý dữ liệu và những đề xuất quản lý. Những ứng dụng công nghệ này sẽ cung cấp đầy đủ thông tin để hiểu rõ hơn về hiện trạng hoạt động của các nhà máy, từ đó có thể áp dụng các phương pháp cải tiến nhằm giảm chi phí và tăng doanh thu.
Nhà máy thủy điện cột nước thấp Bujagali trên sông Nin ở Uganda, có 5 tổ máy 51MW (Kaplan).
Dịch vụ APM đang cải thiện năng lực sản xuất và độ tin cậy của thủy điện. Ví dụ, các ứng dụng theo dõi điều kiện hoạt động có thể giúp tiết kiệm tới 4.000USD/MW/năm ở các khoản chi phí bảo dưỡng, trong khi nhà máy điện có tuổi thọ cao và hiệu suất hoạt động cao hơn.
Những nhà máy sử dụng Digital Hydro Plant đầu tiên đã cải thiện độ ổn định trong sản xuất khoảng 1%, hoặc hơn. Con số nêu ra có vẻ không lớn, nhưng nếu được áp dụng trên các nhà máy thủy điện trên toàn thế giới, con số này tương đương với 413 GWh điện sản xuất thêm nhờ thời gian hoạt động. Lượng điện này tương đương với sức sản xuất của 700 tua bin phong điện.
Một trong những công nghệ sản xuất điện đầu tiên của thế kỷ 19 giờ lại đang tiếp tục đi tiên phong trong cuộc cách mạng số của thế kỷ 21. Sự phổ biến của cơ sở hạ tầng và kinh nghiệm hoạt động hơn một trăm năm đã đặt thủy điện vào vị trí có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong quá trình số hóa và chuyển đổi mạng lưới điện trong tương lai.
Thực tế, Tổ chức Năng lượng Quốc Tế (IEA) hiện đang kỳ vọng rằng năng lực sản xuất thủy điện sẽ tăng lên gấp đôi vào năm 2050.
(*) Debora Frodl là Giám đốc toàn cầu của GE Ecomagination. Richard Taylor là Chủ tịch Hiệp hội thủy điện quốc tế, thành viên của Viện Năng lượng Anh quốc.
