Nội dung nghiên cứu đề tài là tìm hiểu Smart Grid, các công nghệ và ứng dụng của Smart Grid. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu và ứng dụng của Smart Grid từ các công trình nghiên cứu trên thế giới.
Tính cấp thiết của tài
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ SMART GRID
2.2 N hững yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện Smart Grid 2.3 Các ứng dụng của Smart Grid
2.4 Quan điểm của ngành công nghiệp điện về Smart Grid 2.5 Quan điểm của người tiêu dùng về Smart Grid
CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU VỀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG CỦA SMART GRID TRÊN
3.2 K ết quả các nghiên cứu có liên quan đến ứng dụng của Smart Grid
CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ
SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI
4.1 Thiết bị điện tử công suất
4.2 Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT)
4.3 Kiến trúc đo lường (AMI)
4.4 Hoạt động phân phối ( ADO)
4.5 Hoạt động truyền dẫn ( ATO)
CHƯƠNG V XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SMART
5.1 Những thách thức trong việc áp dụng Smart Grid trên thế giới
5.2 Xu hướng phát triển Smart Grid
6.2 Hạn chế của đề tài
6.3 Đề xuất các giải pháp cho việc áp dụng hiệu quả Smart Grid tại Việt Nam
6.4 Hướng nghiên cứu trong tương lai
Tôi xin khẳng định rằng đây là nghiên cứu độc lập của tôi, với các số liệu và kết quả trong Luận văn hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin xác nhận rằng tất cả sự hỗ trợ trong quá trình thực hiện Luận văn này đã được ghi nhận và cảm ơn, đồng thời các thông tin trích dẫn cũng đã được nêu rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
Sau thời gian học tập và nghiên cứu, tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp cao học của mình Thành quả này có được nhờ sự hỗ trợ tận tình từ thầy cô, gia đình, cơ quan và bạn bè.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô tại Phòng Quản lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại Học và Khoa Cơ - Điện - Điện Tử Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM vì đã tận tình hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Võ Hoàng Duy, người đã tận tâm hướng dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu này.
Xin chân thành cảm ơn tất cả các học viên cao học trong khóa học, những người đã đồng hành và hỗ trợ tôi trên con đường tri thức, giúp tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, cơ quan và người thân đã luôn ủng hộ, động viên tinh thần và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này đúng thời hạn.
Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2013
Người thực hiện luận văn
Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá tình hình triển khai và ứng dụng công nghệ lưới điện Smart Grid toàn cầu, cũng như những thách thức trong việc áp dụng công nghệ này tại Việt Nam Phương pháp thu thập thông tin và ý kiến chuyên gia đã được sử dụng để đạt được mục tiêu nghiên cứu Kết quả cho thấy sự phát triển của lưới điện Smart Grid, với các tính năng ưu việt so với lưới điện truyền thống, là xu hướng tất yếu Lưới điện Smart Grid được khẳng định là giải pháp quản lý thông minh cho việc sử dụng điện, từ sản xuất đến tiêu thụ, nhờ vào công nghệ thông tin và tự động hóa Hệ thống này tạo ra kết nối hai chiều thông minh giữa người tiêu dùng và nhà cung cấp điện, góp phần thay đổi thói quen sử dụng năng lượng và nâng cao hiệu quả tiết kiệm năng lượng Tuy nhiên, lưới điện thông minh đang đối mặt với nhiều thách thức về công nghệ, nhân lực, vốn đầu tư và sự chấp nhận của người tiêu dùng Nghiên cứu cũng cho thấy rằng quan niệm về lưới điện thông minh đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến thị trường điện năng toàn cầu Cuối cùng, nghiên cứu đưa ra những kiến nghị cho việc triển khai và ứng dụng công nghệ lưới điện Smart Grid tại Việt Nam.
Mạng lưới Smart Grid là một công nghệ tiên tiến tích hợp công nghệ thông tin và truyền thông với các thiết bị điện tử công suất, nhằm tối ưu hóa hệ thống truyền tải và phân phối điện năng Kiến trúc đo lường thông minh đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của mạng lưới điện, giúp quản lý năng lượng hiệu quả hơn Việc áp dụng công nghệ Smart Grid không chỉ nâng cao khả năng giám sát và điều khiển hệ thống điện mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành năng lượng.
This study investigates the technologies and applications of smart power grids globally, with a specific focus on the challenges faced in their implementation, particularly in Vietnam Utilizing data collection and expert consultations, the research highlights that the development of Smart Grids is an essential trend, driven by advancements in ICT and automation technology Smart Grids facilitate efficient electricity management through a secure two-way communication network and energy management tools, promoting changes in consumer habits and enhancing energy efficiency However, significant challenges persist, including technological barriers, a shortage of skilled personnel, capital investment issues, and consumer acceptance in the power market The findings underscore the substantial impact of smart grid concepts on the power industry across various countries Furthermore, the study offers recommendations for improving technology deployment and smart grid applications in Vietnam.
Key words : Smart Grid, smart Grid technologies, power electronics, information and communication technology, advanced metering infrastructure, transmission system, distribution system
TÓM TẮT LUẬN VĂN iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1
1.2 Tính cấp thiết của tài 5
1.3 Mục tiêu của đề tài 5
1.6 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 6
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 8
2.2 Những yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện Smart Grid 14
2.3 Ứng dụng của Smart Grid 21
2.4 Quan điểm của ngành công nghiệp điện về Smart Grid 27
2.5 Quan điểm của người tiêu dùng về Smart Grid 31
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU VỀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG SMART
3.2 Kết quả các nghiên cứu có liên quan đến ứng dụng của Smart Grid 40
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI 43
4.1 Thiết bị điện tử công suất 43
4.2 Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) 44
4.3 Kiến trúc đo lường (AMI) 56
4.4 Hoạt động phân phối (ADO) 61
4.5 Hoạt động truyền dẫn (ATO) 65
CHƯƠNG 5 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI 68
5.1 Những thách thức trong việc áp dụng Smart Grid trên thế giới 68
5.2 Xu hướng phát triển lưới điện thông minh 71
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73
6.2 Hạn chế của đề tài 74
6.3 Đề xuất các giải pháp cho việc áp dụng hiệu quả Smart Grid tại Việt Nam 74
6.4 Hướng nghiên cứu trong tương lai 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO
AUCS Advanced Utility Controls Systems
EPRI Electric Power Research Institute
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System ICT Information and Communication Technology
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
FDIR Fault Detection, Isolation and Restoration
HVDC High Voltage Direct Current
PNNL Pacific Northwest National Laboratory
SCADA Supervisory Control and Data Acquisition
SAIFI System Average Interruption Frequency Index SAIDI System Average Interruption Duration Index
WAMS Wide Area Measurement Systems
WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access
Hình 2.2 Các chức năng của Smart Grid 10
Hình 2.3 Lưới truyền thống so với lưới thông minh 11
Hình 2.4 Các sự biến đổi đáng kể của lưới điện thông minh SG so với mạng lưới điện hiện hành 13
Hình 2.5 Mạng lưới điện thông thường 14
Hình 2.6 Mạng lưới điện SG 14
Hình 2.7 Dự báo nhu cầu về năng lượng 19
Hình 2.8 Sơ đồ kết nối các thiết bị phụ tải 21
Hình 2.9 Sơ đồ khái niệm vế việc ứng dụng DR vào mạng truyền thông SG 22
Hình 2.10 Cấu trúc mạng hộ gia đình và thiết bị gia dụng kết nối 23
Hình 2.11 Cấu trúc hệ thống AMI 24
Hình 2.12 Lớp kết cấu hệ thống AMI 25
Hình 2.13 Hệ thống kiểm soát các thiết bị tích hợp trong lưới điện SG 27
Hình 2.14 Hệ thống hoạt động lưới điện SG đến người tiêu dùng 32
Hình 4.1 Tương tác giữa các thành phần khác nhau trong SG 44
Hình 4.2 Kiến trúc công nghệ truyền thông lưới điện SG 46
Hình 4.3 Thành phần mạng SG 48
Hình 4.4 Cấu trúc mạng ZigBee 52
Hình 4.5 Tổng quan về hệ thống AIM 57
Hình 4.6 Cấu trúc hệ thống đo thông minh 59
Hình 4.7 Sơ đồ hoạt động của FDIR 62
Bảng 2.1 So sánh mạng lưới điện truyển thống và SG 12
Bảng 2.2 Tổng quan về các yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện SG 15
Bảng 2.3 Tóm tắt các lợi ích của người tiêu dùng trong việc sử dụng mạng lưới điện SG 32
Bảng 4.1 Tổng quan các công nghệ truyền thông trong mạng lưới SG 49
Điện và thông tin liên lạc điện tử là những công nghệ then chốt, đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của nền văn minh nhân loại trong thế kỷ 21.
Trong thời đại hiện nay, nhu cầu điện năng cho các lĩnh vực kinh tế và đời sống ngày càng gia tăng, dẫn đến tình trạng thiếu hụt năng lượng tại nhiều quốc gia, ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển kinh tế và xã hội Nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng nhanh chóng, khiến việc tiết kiệm năng lượng trở thành một yêu cầu cấp thiết Hệ thống phân phối và truyền tải điện hiện tại vẫn hoạt động theo phương thức lạc hậu, với nhiều thành phần mạng đã trên 40 năm tuổi, thiếu đầu tư cho cài đặt mới, dẫn đến hiệu suất kém và sự không ổn định của hệ thống điện.
Hiện nay, ngành điện chủ yếu tập trung vào việc đáp ứng nhu cầu tiêu thụ bằng cách tăng nguồn cung cấp Các công ty điện lực được Nhà nước quy định có trách nhiệm cung cấp năng lượng dồi dào, giá rẻ để hỗ trợ tăng trưởng kinh tế Tuy nhiên, họ chưa tạo ra đủ các biện pháp khuyến khích cho người tiêu dùng và cơ quan quản lý, dẫn đến khó khăn trong việc vận hành hệ thống một cách hiệu quả.
Ngành điện cần thay đổi để đáp ứng nhu cầu của xã hội kỹ thuật số hiện đại, với khách hàng không chỉ yêu cầu về lượng điện mà còn về chất lượng và độ tin cậy Họ mong muốn có nhiều dịch vụ cung ứng điện để lựa chọn, trong khi giá điện ngày càng tăng trở thành một vấn đề đáng quan tâm.
Những ảnh hưởng tiêu cực của việc đốt năng lượng hóa thạch đến môi trường ngày càng rõ ràng, với thiên tai gia tăng và cường độ tàn phá nghiêm trọng hơn Sự nóng lên toàn cầu do tiêu thụ năng lượng hiện nay dự kiến sẽ vượt quá khả năng chịu đựng của trái đất vào năm 2050, khi dân số đạt khoảng 9,5 tỷ người Tình hình biến đổi khí hậu hiện tại đang gây áp lực lớn lên ngành điện, đặc biệt là trong việc cung cấp điện, trong khi nguồn nhiên liệu hóa thạch cũng ngày càng cạn kiệt Chính phủ nhiều quốc gia đang chú trọng đến việc bảo tồn năng lượng, tăng cường độc lập về năng lượng và đối phó với biến đổi khí hậu Các chính sách như thuế và luật tiết kiệm năng lượng đang được xem xét để giảm thiểu việc sử dụng năng lượng hóa thạch Do đó, cần thiết phải thực hiện những thay đổi trong ngành công nghiệp tiện ích để ứng phó với những thách thức này.
Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu này nhằm khảo sát tình hình triển khai và ứng dụng Smart Grid (SG) toàn cầu, đồng thời tìm hiểu các công nghệ SG hiện có trên thế giới để đề xuất giải pháp áp dụng SG tại Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu trên, nghiên cứu này được tiến hành nhằm giải quyết các vấn đề sau:
- Tình hình triển khai và ứng dụng SG trên thế giới
Tình hình triển khai và mức độ ứng dụng SG ở các nhà máy, công ty điện trên thế giới như thế nào?
Hiệu quả mang lại về mặt kinh tế và phi kinh tế của SG so với mạng lưới điện thông thường là gì?
Nhận thức của các công ty điện lực về tính tiện ích của SG là như thế nào?
- Tìm hiểu các công nghệ ứng dụng của SG trên thế giới
Tình hình triển khai công nghệ của SG trên thế giới như thế nào?
Các giải pháp khả thi để áp dụng Smart Grid (SG) tại Việt Nam bao gồm việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ tiên tiến, tăng cường hệ thống hạ tầng điện, đào tạo nguồn nhân lực và xây dựng chính sách hỗ trợ Những nội dung nghiên cứu này sẽ giúp giải quyết các câu hỏi nghiên cứu liên quan đến việc triển khai SG, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
Nội dung 1: Nghiên cứu về tình hình triển khai và ứng dụng của SG trên thế giới Nội dung 2: Tìm hiểu về công nghệ của SG trên thế giới
Nội dung 3: Xu hướng phát triển SG trên thế giới.
Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu từ các báo cáo khoa học, sách báo, và tạp chí chuyên ngành là rất quan trọng để nghiên cứu ứng dụng của SG trong ngành công nghiệp năng lượng điện Các luận án và luận văn trong và ngoài nước cũng cung cấp thông tin quý giá, giúp hiểu rõ hơn về vai trò và tiềm năng của SG trong lĩnh vực này.
- Phân tích, đánh giá, xử lý và tổng hợp các tài liệu, số liệu từ các tài liệu khoa học đã được chọn lọc
1.6.2 Phương pháp nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề ra, các phương pháp nghiên cứu sau đây đã được thực hiện:
1.6.2.1 Phương pháp thu thập thông tin
Thu thập tài liệu tổng quan về công nghệ SG từ các bài báo, tạp chí chuyên ngành, luận án và luận văn trên toàn cầu là một bước quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển lĩnh vực này.
Thu thập ý kiến và quan điểm từ các nhà đầu tư cũng như các nhà máy cung cấp năng lượng về những ưu điểm nổi bật của hệ thống SG so với mạng lưới điện truyền thống hiện tại.
Thu thập các tài liệu nước ngoài về các công nghệ, ứng dụng của SG được áp dụng hiện nay trên thế giới
Thu thập các tài liệu nước ngoài về xu hướng phát triển của SG được áp dụng hiện nay trên thế giới
Tham vấn từ các chuyên gia trong ngành điện nhằm hoàn thiện các giải pháp về áp dụng công nghệ SG tại Viêt Nam.
TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
Những yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện Smart Grid
2.4 Quan điểm của ngành công nghiệp điện về Smart Grid 2.5 Quan điểm của người tiêu dùng về Smart Grid
CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU VỀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG CỦA SMART GRID TRÊN
3.2 K ết quả các nghiên cứu có liên quan đến ứng dụng của Smart Grid
CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ
SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI
4.1 Thiết bị điện tử công suất
4.2 Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT)
4.3 Kiến trúc đo lường (AMI)
4.4 Hoạt động phân phối ( ADO)
4.5 Hoạt động truyền dẫn ( ATO)
CHƯƠNG V XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SMART
5.1 Những thách thức trong việc áp dụng Smart Grid trên thế giới
5.2 Xu hướng phát triển Smart Grid
6.2 Hạn chế của đề tài
6.3 Đề xuất các giải pháp cho việc áp dụng hiệu quả Smart Grid tại Việt Nam
6.4 Hướng nghiên cứu trong tương lai
Tôi xin khẳng định đây là nghiên cứu độc lập của tôi, với các số liệu và kết quả trong Luận văn hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin xác nhận rằng tất cả sự hỗ trợ trong quá trình thực hiện Luận văn này đã được ghi nhận và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đều được nêu rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
Sau thời gian học tập và nghiên cứu, tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp cao học Thành quả này có được nhờ sự hỗ trợ tận tình từ thầy cô, gia đình, cơ quan và bạn bè.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô tại Phòng Quản lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại Học và Khoa Cơ - Điện - Điện Tử Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM, những người đã nhiệt tình hỗ trợ và đồng hành cùng tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS Võ Hoàng Duy, người đã tận tâm hướng dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu này.
Xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các học viên cao học trong khóa học, những người đã đồng hành và hỗ trợ tôi trong hành trình tri thức, giúp tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, cơ quan và những người thân đã luôn ủng hộ và động viên tôi về mặt tinh thần, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn này đúng thời hạn.
Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2013
Người thực hiện luận văn
Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu tình hình triển khai và ứng dụng công nghệ lưới điện Smart Grid trên toàn cầu, cũng như những khó khăn trong việc áp dụng công nghệ này tại Việt Nam Phương pháp thu thập thông tin và chuyên gia đã được sử dụng để đạt được các mục tiêu nghiên cứu Kết quả cho thấy phát triển lưới điện Smart Grid với tính năng vượt trội là xu hướng tất yếu, cung cấp giải pháp quản lý thông minh từ sản xuất đến tiêu thụ điện Smart Grid tạo ra kết nối hai chiều giữa người tiêu dùng và nhà cung cấp điện thông qua sự tích hợp công nghệ thông tin và tự động hóa Việc ứng dụng Smart Grid không chỉ thay đổi thói quen sử dụng năng lượng mà còn góp phần tiết kiệm và hiệu quả trong tiêu thụ năng lượng Tuy nhiên, lưới điện thông minh đang đối mặt với thách thức về công nghệ, nhân lực, vốn đầu tư và sự chấp nhận của người tiêu dùng Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng ý tưởng về lưới điện thông minh đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến thị trường điện năng ở nhiều quốc gia Dựa trên tình hình toàn cầu, nghiên cứu đưa ra kiến nghị cho việc triển khai công nghệ lưới điện Smart Grid tại Việt Nam.
Mạng lưới Smart Grid là một hệ thống tiên tiến tích hợp công nghệ Smart Grid, thiết bị điện tử công suất và công nghệ thông tin và truyền thông, nhằm nâng cao hiệu quả trong việc quản lý và phân phối điện năng Kiến trúc đo lường thông minh đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và tối ưu hóa hệ thống truyền tải và phân phối điện, giúp cải thiện độ tin cậy và giảm thiểu tổn thất năng lượng Sự kết hợp này không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường thông qua việc sử dụng năng lượng tái tạo.
This study investigates the technologies and applications of smart power grids globally, with a particular focus on the challenges affecting their implementation in Vietnam Utilizing data collection and expert consultations, the research highlights that the development of Smart Grids (SG) is an essential trend due to their unique characteristics The findings indicate that Smart Grids offer an intelligent solution for managing electricity from production to consumption, leveraging advancements in ICT and automation technology Additionally, SGs are integrated into a secure two-way communication network that enhances energy management The deployment of Smart Grid applications is expected to transform consumer habits, leading to increased energy savings and efficiency However, the study identifies significant challenges, including technological barriers, a shortage of skilled personnel, capital investment issues, and consumer acceptance in the power market Overall, the research underscores the substantial impact of Smart Grid concepts on the power industry worldwide and provides recommendations for improving technology deployment and applications in Vietnam.
Key words : Smart Grid, smart Grid technologies, power electronics, information and communication technology, advanced metering infrastructure, transmission system, distribution system
TÓM TẮT LUẬN VĂN iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1
1.2 Tính cấp thiết của tài 5
1.3 Mục tiêu của đề tài 5
1.6 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 6
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 8
2.2 Những yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện Smart Grid 14
2.3 Ứng dụng của Smart Grid 21
2.4 Quan điểm của ngành công nghiệp điện về Smart Grid 27
2.5 Quan điểm của người tiêu dùng về Smart Grid 31
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU VỀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG SMART
3.2 Kết quả các nghiên cứu có liên quan đến ứng dụng của Smart Grid 40
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI 43
4.1 Thiết bị điện tử công suất 43
4.2 Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) 44
4.3 Kiến trúc đo lường (AMI) 56
4.4 Hoạt động phân phối (ADO) 61
4.5 Hoạt động truyền dẫn (ATO) 65
CHƯƠNG 5 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI 68
5.1 Những thách thức trong việc áp dụng Smart Grid trên thế giới 68
5.2 Xu hướng phát triển lưới điện thông minh 71
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73
6.2 Hạn chế của đề tài 74
6.3 Đề xuất các giải pháp cho việc áp dụng hiệu quả Smart Grid tại Việt Nam 74
6.4 Hướng nghiên cứu trong tương lai 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO
AUCS Advanced Utility Controls Systems
EPRI Electric Power Research Institute
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System ICT Information and Communication Technology
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
FDIR Fault Detection, Isolation and Restoration
HVDC High Voltage Direct Current
PNNL Pacific Northwest National Laboratory
SCADA Supervisory Control and Data Acquisition
SAIFI System Average Interruption Frequency Index SAIDI System Average Interruption Duration Index
WAMS Wide Area Measurement Systems
WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access
Hình 2.2 Các chức năng của Smart Grid 10
Hình 2.3 Lưới truyền thống so với lưới thông minh 11
Hình 2.4 Các sự biến đổi đáng kể của lưới điện thông minh SG so với mạng lưới điện hiện hành 13
Hình 2.5 Mạng lưới điện thông thường 14
Hình 2.6 Mạng lưới điện SG 14
Hình 2.7 Dự báo nhu cầu về năng lượng 19
Hình 2.8 Sơ đồ kết nối các thiết bị phụ tải 21
Hình 2.9 Sơ đồ khái niệm vế việc ứng dụng DR vào mạng truyền thông SG 22
Hình 2.10 Cấu trúc mạng hộ gia đình và thiết bị gia dụng kết nối 23
Hình 2.11 Cấu trúc hệ thống AMI 24
Hình 2.12 Lớp kết cấu hệ thống AMI 25
Hình 2.13 Hệ thống kiểm soát các thiết bị tích hợp trong lưới điện SG 27
Hình 2.14 Hệ thống hoạt động lưới điện SG đến người tiêu dùng 32
Hình 4.1 Tương tác giữa các thành phần khác nhau trong SG 44
Hình 4.2 Kiến trúc công nghệ truyền thông lưới điện SG 46
Hình 4.3 Thành phần mạng SG 48
Hình 4.4 Cấu trúc mạng ZigBee 52
Hình 4.5 Tổng quan về hệ thống AIM 57
Hình 4.6 Cấu trúc hệ thống đo thông minh 59
Hình 4.7 Sơ đồ hoạt động của FDIR 62
Bảng 2.1 So sánh mạng lưới điện truyển thống và SG 12
Bảng 2.2 Tổng quan về các yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện SG 15
Bảng 2.3 Tóm tắt các lợi ích của người tiêu dùng trong việc sử dụng mạng lưới điện SG 32
Bảng 4.1 Tổng quan các công nghệ truyền thông trong mạng lưới SG 49
1.1 Đặt vấn đề Điện và thông tin liên lạc điện tử là một trong những công nghệ chính đóng góp đáng kể vào sự phát triển nhanh chóng của nền văn minh nhân loại trong thế kỷ
XX Đặc biệt trong thời đại hiện nay, nhu cầu về điện cho tất cả các lĩnh vực kinh tế, sản xuất, đời sống sinh hoạt ngày càng tăng cao Sự thiếu hụt năng lượng đã phải đối mặt trong nhiều quốc gia gần đây đã trực tiếp ảnh hưởng kinh tế, xã hội, phát triển của đất nước Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng theo cấp số nhân trên toàn thế giới và tiết kiệm năng lượng đã trở thành một nhu cầu của thời đại Các hệ thống phân phối truyền tải điện (T&D) vẫn còn vận hành theo phương cách nhiều thập kỷ trước Thiếu sự đầu tư cho việc cài đặt mới kết hợp với các thành phần mạng (lưới điện hiện hành trên 40 tuổi) đã dẫn đến hệ thống điện không hiệu quả và ngày càng không ổn định [1]
Hiện nay, việc cung cấp điện chủ yếu tập trung vào việc đáp ứng nhu cầu tối đa thông qua việc tăng nguồn cung Ngành điện có những đặc quyền kinh doanh do Nhà nước quy định, vì vậy cần đảm bảo cung cấp năng lượng dồi dào, giá rẻ cho xã hội và nền kinh tế nhằm thúc đẩy tăng trưởng Tuy nhiên, các công ty điện lực chưa tạo ra đủ các biện pháp khuyến khích mạnh mẽ cho người tiêu dùng và cơ quan điều tiết Hơn nữa, chính các công ty này cũng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống để đạt hiệu suất cao.
Ngành điện cần phải thay đổi để đáp ứng nhu cầu của xã hội kỹ thuật số hiện đại, nơi khách hàng không chỉ yêu cầu về lượng điện mà còn về chất lượng, độ tin cậy và đa dạng dịch vụ cung ứng Đồng thời, giá điện ngày càng tăng cũng là một vấn đề cần được chú ý.
Ngày càng nhiều người nhận thức được những tác động tiêu cực đến môi trường từ việc đốt năng lượng hóa thạch để sản xuất điện, dẫn đến thiên tai gia tăng với cường độ mạnh mẽ hơn Nỗ lực giảm thiểu phát thải CO2 đang được triển khai trên nhiều lĩnh vực, khi mà tình hình biến đổi khí hậu hiện nay đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành điện và nguồn cung cấp điện Sự nóng lên toàn cầu do sử dụng năng lượng hiện tại đang vượt quá khả năng chịu đựng của trái đất, đặc biệt khi dân số dự kiến đạt 9,5 tỷ người vào năm 2050 Với sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hóa thạch và sự phụ thuộc vào tài nguyên thiên nhiên hữu hạn, vấn đề bảo tồn năng lượng và tăng cường độc lập năng lượng đang là ưu tiên hàng đầu của nhiều chính phủ Các chính sách như thuế và luật tiết kiệm năng lượng đang được xem xét trên toàn cầu nhằm giảm thiểu việc đốt năng lượng hóa thạch, đòi hỏi ngành công nghiệp tiện ích phải thực hiện những thay đổi cần thiết.
Quan điểm của ngành công nghiệp điện về Smart Grid
CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU VỀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG CỦA SMART GRID TRÊN
Quan điểm của người tiêu dùng về Smart Grid
CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU VỀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG CỦA SMART GRID TRÊN
3.2 K ết quả các nghiên cứu có liên quan đến ứng dụng của Smart Grid
CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ
SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI
4.1 Thiết bị điện tử công suất
4.2 Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT)
4.3 Kiến trúc đo lường (AMI)
4.4 Hoạt động phân phối ( ADO)
4.5 Hoạt động truyền dẫn ( ATO)
CHƯƠNG V XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SMART
5.1 Những thách thức trong việc áp dụng Smart Grid trên thế giới
5.2 Xu hướng phát triển Smart Grid
6.2 Hạn chế của đề tài
6.3 Đề xuất các giải pháp cho việc áp dụng hiệu quả Smart Grid tại Việt Nam
6.4 Hướng nghiên cứu trong tương lai
Tôi xin khẳng định rằng đây là công trình nghiên cứu độc lập của tôi Tất cả số liệu và kết quả được trình bày trong Luận văn đều chính xác và chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.
Tôi xin cam kết rằng tất cả sự hỗ trợ trong quá trình thực hiện Luận văn này đã được ghi nhận và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng.
Học viên thực hiện Luận văn
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp cao học Thành quả này là nhờ sự hỗ trợ tận tình từ thầy cô, gia đình, cơ quan và bạn bè.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô tại Phòng Quản lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại Học và Khoa Cơ - Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM, vì sự tận tình giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS Võ Hoàng Duy vì sự nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu này.
Xin chân thành cảm ơn tất cả các học viên cao học trong khóa học, những người đã đồng hành và hỗ trợ tôi trong hành trình tri thức, giúp tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, cơ quan và những người thân đã luôn ủng hộ, động viên tinh thần và tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn này đúng thời hạn.
Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2013
Người thực hiện luận văn
Nghiên cứu này tập trung vào việc triển khai và ứng dụng công nghệ lưới điện Smart Grid toàn cầu, đồng thời khám phá những khó khăn trong quá trình áp dụng và xu hướng phát triển mạng lưới thông minh tại Việt Nam Phương pháp thu thập thông tin và chuyên gia đã được sử dụng để đạt được mục tiêu nghiên cứu Kết quả cho thấy phát triển lưới điện Smart Grid với tính năng vượt trội so với lưới điện truyền thống là xu hướng tất yếu, đóng vai trò quan trọng trong quản lý sử dụng điện từ sản xuất đến tiêu thụ Smart Grid tạo ra kết nối thông minh hai chiều giữa người tiêu dùng và nhà cung cấp điện thông qua tích hợp công nghệ thông tin và truyền thông Việc triển khai Smart Grid không chỉ thay đổi thói quen sử dụng năng lượng của khách hàng mà còn thúc đẩy việc tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả Tuy nhiên, lưới điện thông minh đang đối mặt với nhiều thách thức như thiếu hụt kỹ thuật viên, nguồn vốn đầu tư và sự chấp nhận của người tiêu dùng Nghiên cứu cũng khẳng định rằng ý tưởng về lưới điện thông minh đã ảnh hưởng đến thị trường và ngành công nghiệp điện năng ở nhiều quốc gia Dựa trên cái nhìn tổng quát về tình hình triển khai công nghệ này, nghiên cứu đề xuất các kiến nghị cho việc áp dụng Smart Grid tại Việt Nam.
Mạng lưới Smart Grid là một hệ thống hiện đại tích hợp công nghệ Smart Grid, thiết bị điện tử công suất, và công nghệ thông tin và truyền thông Kiến trúc đo lường thông minh đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hệ thống truyền tải và phân phối điện năng Việc áp dụng công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu suất vận hành mà còn cải thiện tính bền vững của hệ thống điện.
This study explores the technologies and applications of smart power grids globally, with a particular focus on the challenges affecting their implementation in Vietnam Utilizing data collection and expert consultations, the research highlights that the development of Smart Grids (SG) is an essential trend due to their unique features SG offers an intelligent solution for managing electricity from production to consumption, leveraging advancements in ICT and automation technology It operates on a secure two-way communication network equipped with energy management tools, promoting changes in consumer habits and enhancing energy efficiency However, significant challenges remain, including technological barriers, a shortage of skilled personnel, capital investment issues, and consumer acceptance in the power market The findings underscore the substantial impact of smart grid concepts on the power industry worldwide and provide recommendations for improving technology deployment and applications in Vietnam.
Key words : Smart Grid, smart Grid technologies, power electronics, information and communication technology, advanced metering infrastructure, transmission system, distribution system
TÓM TẮT LUẬN VĂN iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1
1.2 Tính cấp thiết của tài 5
1.3 Mục tiêu của đề tài 5
1.6 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 6
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 8
2.2 Những yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện Smart Grid 14
2.3 Ứng dụng của Smart Grid 21
2.4 Quan điểm của ngành công nghiệp điện về Smart Grid 27
2.5 Quan điểm của người tiêu dùng về Smart Grid 31
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU VỀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG SMART
3.2 Kết quả các nghiên cứu có liên quan đến ứng dụng của Smart Grid 40
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI 43
4.1 Thiết bị điện tử công suất 43
4.2 Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) 44
4.3 Kiến trúc đo lường (AMI) 56
4.4 Hoạt động phân phối (ADO) 61
4.5 Hoạt động truyền dẫn (ATO) 65
CHƯƠNG 5 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SMART GRID TRÊN THẾ GIỚI 68
5.1 Những thách thức trong việc áp dụng Smart Grid trên thế giới 68
5.2 Xu hướng phát triển lưới điện thông minh 71
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73
6.2 Hạn chế của đề tài 74
6.3 Đề xuất các giải pháp cho việc áp dụng hiệu quả Smart Grid tại Việt Nam 74
6.4 Hướng nghiên cứu trong tương lai 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO
AUCS Advanced Utility Controls Systems
EPRI Electric Power Research Institute
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System ICT Information and Communication Technology
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
FDIR Fault Detection, Isolation and Restoration
HVDC High Voltage Direct Current
PNNL Pacific Northwest National Laboratory
SCADA Supervisory Control and Data Acquisition
SAIFI System Average Interruption Frequency Index SAIDI System Average Interruption Duration Index
WAMS Wide Area Measurement Systems
WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access
Hình 2.2 Các chức năng của Smart Grid 10
Hình 2.3 Lưới truyền thống so với lưới thông minh 11
Hình 2.4 Các sự biến đổi đáng kể của lưới điện thông minh SG so với mạng lưới điện hiện hành 13
Hình 2.5 Mạng lưới điện thông thường 14
Hình 2.6 Mạng lưới điện SG 14
Hình 2.7 Dự báo nhu cầu về năng lượng 19
Hình 2.8 Sơ đồ kết nối các thiết bị phụ tải 21
Hình 2.9 Sơ đồ khái niệm vế việc ứng dụng DR vào mạng truyền thông SG 22
Hình 2.10 Cấu trúc mạng hộ gia đình và thiết bị gia dụng kết nối 23
Hình 2.11 Cấu trúc hệ thống AMI 24
Hình 2.12 Lớp kết cấu hệ thống AMI 25
Hình 2.13 Hệ thống kiểm soát các thiết bị tích hợp trong lưới điện SG 27
Hình 2.14 Hệ thống hoạt động lưới điện SG đến người tiêu dùng 32
Hình 4.1 Tương tác giữa các thành phần khác nhau trong SG 44
Hình 4.2 Kiến trúc công nghệ truyền thông lưới điện SG 46
Hình 4.3 Thành phần mạng SG 48
Hình 4.4 Cấu trúc mạng ZigBee 52
Hình 4.5 Tổng quan về hệ thống AIM 57
Hình 4.6 Cấu trúc hệ thống đo thông minh 59
Hình 4.7 Sơ đồ hoạt động của FDIR 62
Bảng 2.1 So sánh mạng lưới điện truyển thống và SG 12
Bảng 2.2 Tổng quan về các yếu tố tiến bộ của mạng lưới điện SG 15
Bảng 2.3 Tóm tắt các lợi ích của người tiêu dùng trong việc sử dụng mạng lưới điện SG 32
Bảng 4.1 Tổng quan các công nghệ truyền thông trong mạng lưới SG 49
1.1 Đặt vấn đề Điện và thông tin liên lạc điện tử là một trong những công nghệ chính đóng góp đáng kể vào sự phát triển nhanh chóng của nền văn minh nhân loại trong thế kỷ
XX Đặc biệt trong thời đại hiện nay, nhu cầu về điện cho tất cả các lĩnh vực kinh tế, sản xuất, đời sống sinh hoạt ngày càng tăng cao Sự thiếu hụt năng lượng đã phải đối mặt trong nhiều quốc gia gần đây đã trực tiếp ảnh hưởng kinh tế, xã hội, phát triển của đất nước Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng theo cấp số nhân trên toàn thế giới và tiết kiệm năng lượng đã trở thành một nhu cầu của thời đại Các hệ thống phân phối truyền tải điện (T&D) vẫn còn vận hành theo phương cách nhiều thập kỷ trước Thiếu sự đầu tư cho việc cài đặt mới kết hợp với các thành phần mạng (lưới điện hiện hành trên 40 tuổi) đã dẫn đến hệ thống điện không hiệu quả và ngày càng không ổn định [1]
Hiện nay, ngành điện chủ yếu tập trung vào việc đáp ứng nhu cầu tiêu thụ thông qua việc tăng cường nguồn cung Các công ty điện lực, mặc dù được hưởng nhiều đặc quyền kinh doanh từ Nhà nước, vẫn phải đảm bảo cung cấp năng lượng dồi dào, giá rẻ cho xã hội và nền kinh tế nhằm thúc đẩy tăng trưởng Tuy nhiên, họ chưa tạo ra các biện pháp khuyến khích đủ mạnh cho người tiêu dùng và cơ quan quản lý Ngoài ra, chính các công ty này cũng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống hiệu quả.
Ngành điện cần được cải cách để phù hợp với nhu cầu của xã hội kỹ thuật số hiện đại, khi khách hàng không chỉ yêu cầu về lượng điện mà còn về chất lượng và độ tin cậy Họ mong muốn có nhiều dịch vụ cung ứng điện để lựa chọn Bên cạnh đó, giá điện ngày càng tăng cũng là một vấn đề quan trọng cần được chú ý.
Ngày càng nhiều người nhận thức được tác động tiêu cực của việc đốt năng lượng hóa thạch đến môi trường, dẫn đến gia tăng thiên tai với mức độ tàn phá nghiêm trọng hơn Sự nóng lên toàn cầu dự kiến sẽ vượt quá khả năng chịu đựng của trái đất vào năm 2050, khi dân số đạt khoảng 9,5 tỷ người, ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành điện và khả năng cung cấp điện Nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, trong khi quốc gia chúng ta phụ thuộc nhiều vào tài nguyên thiên nhiên hữu hạn cho các nhà máy điện Do đó, bảo tồn năng lượng, tăng cường độc lập năng lượng và chống biến đổi khí hậu đang trở thành ưu tiên hàng đầu của nhiều chính phủ trên thế giới Các chính sách như thuế, luật tiết kiệm năng lượng và các biện pháp khác đang được xem xét toàn cầu nhằm giảm thiểu việc sử dụng năng lượng hóa thạch Vì vậy, ngành công nghiệp tiện ích cần phải thực hiện những thay đổi cần thiết hơn bao giờ hết.