Mở rộng lưới điện phải song hành với nâng cao hiệu quả sử dụng
Hệ thống điện an toàn, có giá cả phải chăng, hỗ trợ tăng trưởng kinh tế đang phụ thuộc lớn vào cơ sở hạ tầng lưới điện. Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), trong thập kỷ qua, nhu cầu điện năng trên thế giới tăng nhanh do điện khí hóa công nghiệp, mở rộng hệ thống làm mát và sự phát triển của các trung tâm dữ liệu tại một số thị trường.
Để đáp ứng mức tăng trưởng dự kiến của thế giới đến năm 2035, công suất lưới điện cần tăng ít nhất 30%, tương đương bổ sung hoặc thay thế 25 triệu km đường dây. Khoảng 3/4 mức tăng trưởng dự kiến tập trung tại các thị trường mới nổi và nền kinh tế đang phát triển, nơi mở rộng mạng lưới vẫn là yêu cầu thiết yếu. Trong khi đó, nhu cầu điện tại nhiều nền kinh tế phát triển đang tăng trở lại sau nhiều năm trì trệ, tạo thêm áp lực lên hệ thống điện vốn cần được hiện đại hóa.
Theo IEA, việc mở rộng lưới điện hiện nay chưa đáp ứng được nhu cầu. Năm 2025, ít nhất 1.700 GW công suất các dự án năng lượng tái tạo đang ở giai đoạn phát triển cao và 600 GW pin lưu trữ quy mô lớn chờ kết nối lưới. Năm 2024, tình trạng tắc nghẽn gây thiệt hại 12 tỷ USD tại Hoa Kỳ và 4,3 tỷ euro tại Liên minh châu Âu. Các thủ tục cấp phép, tắc nghẽn chuỗi cung ứng, thiếu hụt lao động và chi phí thiết bị tăng cao đều cản trở việc cung cấp điện.
IEA nhấn mạnh, chỉ mở rộng lưới điện sẽ không phải giải pháp hiệu quả nhất về chi phí. Nếu thiết kế mạng lưới điện để đáp ứng điều kiện vận hành cao điểm mọi lúc, hệ thống sẽ hoạt động dưới công suất tối đa trong phần lớn thời gian. Vì chi phí mạng lưới chiếm tỷ trọng đáng kể trong hóa đơn điện, sử dụng hiệu quả công suất hiện có có ý nghĩa trực tiếp đối với khả năng chi trả. Việc vận hành lưới điện cũng ngày càng phức tạp do các nguồn tài nguyên phân tán, dòng điện hai chiều và sự biến động của nguồn cung, nhu cầu.
Giải pháp để khai thác công suất lưới điện
Phân tích của IEA ước tính, hệ thống định mức dòng điện động, tối ưu hóa cấu trúc mạng và điều khiển dòng điện tiên tiến có thể giúp kết nối thêm tới 330 GW công suất phát điện, lưu trữ và nhu cầu tiêu thụ vào lưới điện hiện có mà không cần tăng cường. Con số này tương đương tổng công suất phát điện lắp đặt của Pháp và Hàn Quốc. Nếu kết nối lượng công suất này thông qua mở rộng mạng lưới, khoản đầu tư cần thiết ước tính khoảng 100 tỷ USD.
Các giải pháp này bổ sung cho việc mở rộng lưới điện, không thay thế quá trình đó. Phần lớn có thể triển khai trong vài tháng thay vì vài năm, giúp giảm bớt hạn chế trong thời gian xây dựng cơ sở hạ tầng mới. Tuy nhiên, công suất được giải phóng vẫn phụ thuộc vào mạng lưới vật lý, điều kiện thời tiết và tình trạng hệ thống.
IEA nhận định, trên thực tế đã ghi nhận những lợi ích cụ thể. Tại Hoa Kỳ, hệ thống định mức dòng điện động giúp tiết kiệm 64 triệu USD mỗi năm chi phí tắc nghẽn lưới điện. Tại Anh, hệ thống điều khiển dòng điện tiên tiến cung cấp thêm hơn 2 GW công suất truyền tải. Mô hình song sinh kỹ thuật số, tức mô hình ảo chi tiết của mạng lưới, giúp giảm 70% thời gian phân tích các phương án.
Dù vậy, việc áp dụng công nghệ vẫn chưa đồng đều. Nhiều giải pháp đã chứng minh được hiệu quả tại các dự án riêng lẻ trên nhiều quốc gia nhưng chưa ứng dụng nhiều vào thực tiễn do thiếu phương pháp định giá lợi ích và chuyển giao kinh nghiệm giữa các dự án.
Trong khi đó, AI có thể giúp xác định vị trí còn công suất chưa sử dụng, dự báo thời điểm khai thác an toàn và đánh giá khả năng vận hành khi thiết bị gặp sự cố hoặc điều kiện hệ thống thay đổi. Các ứng dụng liên quan đến lập kế hoạch và tài sản tương đối hoàn thiện, trong khi ứng dụng trong kiểm soát vận hành quan trọng về an toàn điện còn bị hạn chế bởi yêu cầu về khả năng giải thích, kiểm toán và trách nhiệm giải trình.
Theo khảo sát của IEA, 64% nhà điều hành mạng lưới điện xác định kỹ năng và mức độ sẵn sàng của tổ chức là rào cản chính; 60% nêu vấn đề về tính khả dụng và chất lượng dữ liệu; 60% đề cập đến lòng tin và 56% cho rằng khung pháp lý là trở ngại.
Từ đó những rào cản đó, IEA đề xuất 5 giải pháp ưu tiên cho các quốc gia:
Thứ nhất, hoàn thiện khuôn khổ pháp lý để các nhà đầu tư, khai thác có thể lựa chọn giải pháp phù hợp nhất với nhu cầu mạng lưới điện.
Thứ hai, cải thiện chất lượng dữ liệu và khả năng quan sát hệ thống, đặc biệt tại cấp phân phối. Số lượng kết nối điện mặt trời mái nhà, xe điện và máy bơm nhiệt ngày càng tăng, trong khi nhiều nhà điều hành chưa có thông tin đầy đủ về mạng lưới. Các mô hình dữ liệu có tính tương tác, cơ chế chia sẻ thông tin và hạ tầng dữ liệu dùng chung sẽ hỗ trợ số hóa và AI, đồng thời giảm chi phí.
Thứ ba, phát triển kỹ năng và điều chỉnh quy trình vận hành. Theo IEA, các chuyên gia có kiến thức kết hợp về hệ thống điện và công nghệ số vẫn khan hiếm. Trong giai đoạn 2015–2024, số lao động ngành lưới điện từ 55 tuổi trở lên tăng gần 50%, so với mức tăng 20% ở nhóm dưới 55 tuổi. Vì vậy, đào tạo cần đi kèm thay đổi quy trình làm việc để đưa công nghệ đã được chứng minh vào hoạt động thường xuyên.
Thứ tư, tích hợp an ninh và bảo mật ngay từ đầu. Số liệu của IEA cho thấy, trong số các nhà điều hành được khảo sát, 70% sử dụng AI rộng rãi trong bảo trì, nhưng chỉ 23% ứng dụng AI trong hoạt động thời gian thực. Các phương pháp xác thực, chứng nhận và giám sát của con người có thể hỗ trợ mở rộng ứng dụng, trong khi an ninh mạng cần được coi là yêu cầu thiết kế cốt lõi.
Thứ năm, tăng cường hợp tác quốc tế nhằm giảm chi phí, đẩy nhanh triển khai và mở rộng khả năng tiếp cận các giải pháp đã được chứng minh. Chia sẻ chuyên môn, cơ sở thử nghiệm, phương pháp thẩm định và chứng nhận giúp các quốc gia xây dựng niềm tin vào công nghệ mới, đồng thời quản lý các phụ thuộc chiến lược khi lưới điện ngày càng dựa nhiều hơn vào phần mềm, dữ liệu và AI.
IEA nhận định, đối với các thị trường mới nổi và nền kinh tế đang phát triển, phương pháp quản lý đã được chứng minh, nguồn lực kỹ thuật dùng chung, các khoản tài trợ có mục tiêu và khoản vay dưới mức lãi suất thị trường có thể giúp doanh nghiệp điện lực triển khai giải pháp số sớm hơn, cải thiện khả năng quan sát và kiểm soát hệ thống, đồng thời tiếp cận những kỹ năng khó tự phát triển.
