Trong những năm qua, Việt Nam là một trong những nền kinh tế phát triển năng động với tốc độ tăng trưởng GDP bình quân vào khoảng 7%/năm. Đi cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội thì nhu cầu về năng lượng nói chung và điện năng nói riêng ngày càng tăng cao, với mức độ tăng trưởng nhu cầu điện khoảng 12 - 15%/năm.
Để đáp ứng với mức tăng trưởng như vậy thì áp lực đầu tư xây dựng các nhà máy điện mới, đi cùng với đầu tư hệ thống truyền tải, phân phối mới. Việc đầu tư nâng cấp mới hệ thống điện quốc gia đòi hỏi nguồn lực về tài chính rất lớn. Trong quá trình sử dụng năng lượng cũng đã chỉ ra những tồn tại như sử dụng năng lượng chưa hợp lý, tối ưu. Nhiều nhà máy, công xưởng chưa có giải pháp sử dụng năng lượng tối ưu, kế hoạch sản xuất chưa hợp lý. Phương pháp quản lý năng lượng còn thô sơ, thiết bị giám sát tại chỗ phân tán, tốn nhân lực vận hành, dữ liệu chưa số hóa.
Chính phủ đã phê duyệt Chương trình quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiểm và hiệu quả giai đoạn 2019 -2030 (Chương trình). Chương trình đặt mục tiêu đạt mức tiết kiệm năng lượng từ 5,0 đến 7,0% tổng tiêu thụ năng lượng toàn quốc trong giai đoạn từ 2019 - 2025, giảm mức tổn thất điện năng xuống thấp hơn 6,5%. Các doanh nghiệp đang hướng đến áp dụng tiêu chuẩn ISO 50001 nhằm tiết kiệm chi phí, hướng tới hệ thống quản lý năng lượng theo các tiêu chuẩn tiên tiến, qua đó tăng được lợi thế cạnh tranh, năng cao tính minh bạch.
Do vậy, nhu cầu ứng dụng hệ thống giám sát, đo lường, phân tích năng lượng điện, an toàn, tiết kiệm là xu thế tất yếu đối với các đơn vị sử dụng điện.
Các giải pháp về giám sát và đo lường, phân tích năng lượng trên thế giới hiện nay chưa tùy biến theo nhu cầu thực tế của doanh nghiệp, chi phí lớn
Trên thế giới đã có một số giải pháp về giám sát và đo lường, phân tích năng lượng như hệ thống CMS-700 của ABB, Eco PMS của hang Schneider, Eco Webserver của Mitsubishi,… Các hệ thống của những hãng lớn có rất nhiều ưu điểm, công nghệ cao, thông minh. Tuy nhiên, các hệ thống đó vẫn còn một số hạn chế về tính linh hoạt trong thực tế vận hành các hệ thống điện ở những nước đang phát triển như phần mềm chưa tùy biến theo nhu cầu thực tế của doanh nghiệp, ngôn ngữ sử dụng là tiếng Anh dẫn đến khó khăn cho người vận hành. Ngoài ra, chi phí đầu tư rất lớn.
Với chủ trương thực hiện số hóa của Chính phủ cũng như tinh thần “Make in Vietnam”, TS. Nguyễn Hữu Đức – Phó Trưởng khoa Công nghệ năng lượng Trường Đại học Điện lực Hà Nội đã triển khai đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát điện năng cho các đơn vị tiêu thụ điện”. Từ đó đã làm chủ các công nghệ tiên tiến như công nghệ điện tử, công nghệ IoT, công nghệ thông tin.
Theo TS. Nguyễn Hữu Đức, điện năng chiếm một tỷ trọng lớn trong việc sử dụng năng lượng thứ cấp tại các nhà máy hiện nay. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là một yêu cầu cấp thiết đặt ra đối với các đơn vị sử dụng năng lượng trọng điểm. Tuy nhiên việc giám sát hệ thống điện trong nhà máy hiện nay đa phần được thực hiện thủ công. Điều này dẫn tới khó khăn trong việc phân tích đánh giá việc sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả.
Ngoài ra, việc không có hệ thống giám sát, cảnh báo tức thời các tình trạng bất thường trong vận hành hệ thống điện có nguy cơ gây ra các sự cố nghiêm trọng như cháy, nổ, mất điện và ngừng sản xuất. Thiệt hại về kinh tế và con người trong các sự cố này là rất lớn. Do vậy cần thiết ứng dụng hệ thống giám sát hệ thống điện theo thời gian thực giúp giám sát, phát hiện và cảnh báo sớm các điều kiện bất thường trong vận hành, qua đó giúp người vận hành có thể khắc phục trước khi sự cố xảy ra.
Mô hình thử nghiệm tại Lab của Công ty TNHH Giải pháp lưới điện thông minh SES
Triển khai đề tài, mô hình giải pháp giám sát điện năng được nhóm nghiên cứu sử dụng gồm các thiết bị thu thập dữ liệu đặt tại hiện trường; các bộ xử lý dữ liệu và truyền dữ liệu; và phần mềm thực hiện trên nền tảng web-server.
Cụ thể, thiết bị tại hiện trường như đồng hồ đo điện năng (multi-meter), các cảm biến,… có nhiệm vụ thu thập các thông số điện của các tải điện như dòng điện, điện áp, cosphi, công suất, năng lượng, chất lượng điện năng; thông số đại lượng không điện như nhiệt độ đầu cáp thanh cái,nhiệt độ môi trường,…Hệ thống bao gồm các Interface để thu thập dữ liệu từ các thiết bị cấp trường (Multile Meter, SGMV,…) thông qua Modbus RTU. Một Interface giao tiếp tối đa 10 đồng hồ đo. Sau đó dữ liệu được chuyển đổi đưa về Gateway (SEMSG4.2L). Một Gateway thu thập dữ liệu tối đa 50 đồng hồ đo. Gateway kết nối Interface thông qua giao thức Modbus TCP/IP.
Các thiết bị trong hệ thống đều được thiết kế “Plug & Play” rất dễ tích hợp và lắp đặt cho các hệ thống cũ hoặc mới của khách hàng. Các đường truyền tín hiệu sử dụng mạng LAN cục bộ có sẵn ở các nhà máy công nghiệp. Hệ thống linh hoạt với tùy chọn nhiều dòng đồng hồ của các hãng cung cấp khác nhau. Tất cả đều được đồng bộ dữ liệu trên hệ thống của SES.
Phần mềm được viết nhằm hiển thị, giám sát các thông số từ các sensor thu thập, có thể vẽ biểu đồ, xuất báo cáo tùy theo nhu cầu người vận hành.
Sơ đồ khối giải pháp đề xuất
Từ mô hình nghiên cứu trên, nhóm thực hiện tiến hành thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát điện năng. Giải pháp đề xuất bao gồm các thiết bị Interface và Gateway lắp đặt gần các đồng hồ đo. Sau đó dữ liệu thu thập được sẽ truyền về server và được phần mềm phân tích, xử lý hiện thị trên giao diện với người sử dụng.
Chia sẻ về ưu điểm hệ thống giám sát điện năng co nhóm nghiên cứu chế tạo TS. Nguyễn Hữu Đức cho biết, hệ thống giám sát điện năng có thể ứng dụng cho các nhà máy, nhà xưởng, tòa nhà và các đơn vị sử dụng năng lượng lớn. Hệ thống thu thập, giám sát và cảnh báo theo thời gian thực. Giải pháp gồm các thiết bị được lắp đặt tại các tải tiêu thụ điện, các bộ chuyển đổi và truyền dữ liệu và phần mềm phân tích xử lý dữ liệu tập trung.
"Hệ thống linh hoạt ở khả năng có thể tích hợp và mở rộng với các phần cứng khác nhau. Phẩn mềm có thể tùy biến đáp ứng theo từng nhu cầu cụ thể của người sử dụng năng lượng. Giải pháp này đặc biệt cần thiết trong cuộc cách mạng số hóa của ngành năng lượng nói riêng cũng như xu hướng ứng dụng cách mạng 4.0 trong sản xuất của Việt Nam nói chung." - TS. Nguyễn Hữu Đức nhấn mạnh.
Giao diện phần mềm với người sử dụng
Giải pháp được thử nghiệm tại Lab của Công ty TNHH Giải pháp lưới điện thông minh SES. Kết quả, hệ thống giám sát điện năng của đề tài nghiên cứu đáp ứng nhu cầu quản lý, vận hành của đơn vị sử dụng năng lượng.
TS. Nguyễn Hữu Đức cho biết, hướng nghiên cứu tiếp theo của nhóm là tích hợp hệ thống giám sát điện năng này vào hệ thống quản lý sản xuất của nhà máy. Đồng thời, sử dụng những thuật toán hiện đại để phân tích, chẩn đoán các sự cố có thể xảy ra, giúp người vận hành có quyết định can thiệp kịp thời, chính xác. Hướng tới việc triển khai bảo trì, bảo dưỡng hệ thống điện trong nhà máy theo tiêu chuẩn tình trạng thiết bị (CBM).
Mai Anh
The future of building design: How energy efficiency is revolutionising the construction industry
Benefits for enterprises participating in the Voluntary Agreement Scheme on Energy Efficiency
Vietnam seeks Europe's support in funding, technology for green transition
The Danish approach: Six ways to accelerate energy efficiency in buildings
Transforming Colombia’s steel industry with Finnish energy efficiency innovation
Schneider Electric Collaborating with NVIDIA on Designs to Increase Energy Efficiency for AI Data Centers
Half of UK households could save £410 off energy bills with solar power
