Nhà máy điện ảo là giải pháp để mua điện mặt trời từ các hộ dân ở Mỹ

Sau gần hai thập niên trì trệ, nhu cầu điện của nước Mỹ đang tăng cao do số lượng ô tô điện, trung tâm dữ liệu và máy điều hòa không khí ngày càng tăng. Thế nhưng, các nhà máy điện truyền thống sản xuất điện từ than đá, khí đốt tự nhiên hoặc năng lượng hạt nhân đang dừng hoạt động nhiều hơn so với những nhà máy mới được xây dựng ở Mỹ. Hầu hết nguồn cung mới đều đến từ các trang trại năng lượng mặt trời và gió, vốn có sản lượng biến đổi theo thời tiết.

Điều đó khiến các công ty điện lực phải tìm kiếm những cách mới để cân bằng cung và cầu trên lưới điện. Một lựa chọn mà họ đang hướng tới là các nhà máy điện ảo.

Nhà máy điện ảo là gì?

Đây không phải là những cơ sở lớn sản xuất điện tại một địa điểm cụ thể. Đúng hơn, chúng là tập hợp của các nhà sản xuất điện, phía tiêu dùng và cả lưu trữ điện - được gọi chung là nguồn năng lượng phân tán - mà các nhà quản lý lưới điện có thể đưa ra yêu cầu điều chỉnh khi cần thiết.

Một số nguồn này, chẳng hạn như pin, có thể cung cấp năng lượng điện dự trữ. Ở phía khác, có thể là những nguồn tiêu thụ điện lớn, chẳng hạn như các nhà máy đồng ý cắt giảm mức sử dụng điện khi nhu cầu tăng cao, để dành năng lượng đó cho những khách hàng khác. Các nguồn năng lượng ảo thường được thiết lập nhanh hơn, đồng thời có thể vận hành sạch hơn và rẻ hơn so với từ các nhà máy điện mới.

Nhà máy điện ảo không phải là khái niệm mới. Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) ước tính hiện nay đã có 30 đến 60 gigawatt liên quan nhà máy điện ảo đang hoạt động. Một gigawatt là 1 tỉ watt - gần bằng sản lượng của 2,5 triệu tấm quang điện mặt trời, hoặc một lò phản ứng hạt nhân lớn.

Hầu hết các nhà máy điện ảo này là khách hàng từ các cơ sở công nghiệp đã đồng ý giảm tiêu thụ khi nhu cầu tăng cao. Nhưng khi ngày càng nhiều gia đình và doanh nghiệp nhỏ lắp đặt các tấm pin mặt trời, pin và ô tô điện trên mái nhà, những khách hàng sử dụng năng lượng này không chỉ là người tiêu dùng mà còn có thể trở thành nhà cung cấp điện cho lưới điện.

Ví dụ, chủ nhà có thể sạc pin bằng năng lượng mặt trời lấy từ pin trên mái nhà khi trời nắng và xả điện trở lại lưới điện vào buổi tối khi nhu cầu cao (và giá bán thường tăng theo).

Sự xuất hiện của bộ điều nhiệt, máy nước nóng thông minh, tấm pin mặt trời trên mái nhà và pin cho phép nhiều khách hàng tham gia vào chúng hơn. DOE ước tính rằng các nhà máy điện ảo có thể tăng gấp 3 lần công suất vào năm 2030. Điều đó có thể đáp ứng khoảng một nửa công suất mới mà Mỹ sẽ cần bổ sung để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong bối cảnh các nhà máy điện cũ phải dừng hoạt động ngày càng nhiều. Sự tăng trưởng của nhà máy điện ảo sẽ giúp hạn chế chi phí xây dựng các trang trại năng lượng gió, năng lượng mặt trời và nhà máy khí đốt mới.

Vì các nhà máy điện ảo được đặt ngay ở nơi tiêu thụ điện nên chúng sẽ giảm bớt gánh nặng cho các hệ thống truyền tải cũ kỹ đang gặp khó khăn trong việc bổ sung thêm đường dây mới.

Vai trò mới cho khách hàng

Các nhà máy điện ảo tranh giành vai trò của nhà sản xuất điện và người tiêu dùng điện. Các nhà máy điện truyền thống tạo ra điện tại các vị trí trung tâm và truyền tải dọc theo đường dây điện đến người tiêu dùng. Để lưới điện hoạt động, cung và cầu phải luôn được cân bằng chính xác.

Nhu cầu của khách hàng thường dù luôn thay đổi theo thời tiết nhưng tuân theo một mô hình có thể dự đoán được khá dễ dàng trong suốt một ngày. Để đáp ứng điều đó, các nhà vận hành lưới điện điều phối một loạt các nguồn phụ tải cơ sở hoạt động liên tục, chẳng hạn như các nhà máy than và hạt nhân, cũng như các nguồn linh hoạt hơn như khí đốt và thủy điện, có thể điều chỉnh sản lượng nhanh chóng khi cần thiết.

Giờ đây, máy điều nhiệt và máy nước nóng giao tiếp với lưới điện cũng có thể cho phép các hộ gia đình điều chỉnh nhu cầu của mình. Ví dụ, máy nước nóng điện thông minh có thể làm nóng nước khi nguồn điện dồi dào và rẻ, đồng thời hạn chế tiêu thụ năng lượng khi nguồn điện khan hiếm.

Tại bang Vermont, Green Mountain Power đang khuyến khích khách hàng lắp đặt pin để cung cấp điện trở lại lưới điện khi cần thiết nhất. Ở bang Texas, những đợt mất điện khủng khiếp vào năm 2021 đã nêu bật tầm quan trọng của việc củng cố mạng lưới điện cơ sở trước nguy cơ bị cô lập. Hiện tại, nhiều hộ ở Texas đang sử dụng Tesla Powerwalls để biến ngôi nhà của họ thành nguồn năng lượng ảo.

Nhà máy điện ảo, thách thức thực

Nhà máy điện ảo không phải là thuốc chữa bách bệnh. Nhiều khách hàng không muốn từ bỏ quyền kiểm soát dù là tạm thời với bộ điều nhiệt của họ (khi đăng ký tham gia hệ thống) hoặc trì hoãn việc sạc xe điện của họ. Một số người tiêu dùng cũng lo ngại về tính an toàn và quyền riêng tư của đồng hồ thông minh. Vẫn còn phải xem có bao nhiêu khách hàng sẽ đăng ký các chương trình mới mẻ này và các nhà khai thác của họ sẽ điều chỉnh cung - cầu hiệu quả như thế nào.

Ngoài ra còn có những thách thức ở giai đoạn cuối kinh doanh. Việc quản lý hàng triệu người tiêu dùng khó hơn rất nhiều so với việc quản lý hàng chục nhà máy điện. Phải làm gì để người dân cảm thấy có lợi ích thiết thực khi tham gia mạng lưới nhà máy điện ảo. Tất cả đều là thách thức.

Nhưng dù sao, giải pháp này vẫn dễ thực hiện và hiệu quả hơn cả trong thời gian trước mắt. Đặc biệt, nhà máy điện ảo sẽ giáo dục tất cả tham gia cuộc cách mạng tăng cường sử dụng năng lượng sạch, chống biến đổi khí hậu.