Lưới điện thông minh: Xu thế hay bắt buộc?

Trong bối cảnh thế giới đang bước vào giai đoạn chuyển dịch năng lượng mạnh mẽ, lưới điện thông minh (Smart Grid) được xem là chìa khóa để hiện đại hóa hệ thống điện, nâng cao hiệu quả vận hành và thúc đẩy tích hợp năng lượng tái tạo.

Không chỉ là giải pháp kỹ thuật, lưới điện thông minh còn là chiến lược dài hạn giúp các quốc gia như Nhật Bản, Hoa Kỳ và Hàn Quốc tăng cường an ninh năng lượng, giảm phát thải và hướng tới phát triển bền vững. Những kinh nghiệm thực tiễn từ các quốc gia này đang mở ra nhiều bài học quan trọng cho Việt Nam trong quá trình chuyển đổi hệ thống năng lượng.

Mô hình lưới điện thông minh và tích hợp năng lượng tái tạo tại một số quốc gia tiêu biểu

Nhật Bản - Mô hình Smart Community

Tại Nhật Bản, lưới điện thông minh được phát triển trong khuôn khổ chiến lược “Smart Community”, với mục tiêu xây dựng các cộng đồng tự cung - tự cấp năng lượng và vận hành hiệu quả nhờ vào công nghệ số và năng lượng phân tán.

Mô hình này nổi bật ở việc tích hợp năng lượng tái tạo quy mô nhỏ, chủ yếu là điện mặt trời, tại cấp độ hộ gia đình và địa phương. Các khu dân cư thông minh được thiết kế theo hướng mạng lưới phân tán, giảm sự phụ thuộc vào lưới điện trung tâm và tăng tính linh hoạt vận hành.

Để tối ưu hóa tiêu thụ, Nhật Bản đã triển khai hệ thống quản lý năng lượng gia đình (HEMS) và tòa nhà (BEMS), cho phép theo dõi, kiểm soát và điều chỉnh lượng điện tiêu thụ theo thời gian thực. Đồng thời, hệ thống lưu trữ năng lượng và phương tiện điện (EV) được tích hợp vào mạng lưới như một phần của cơ sở hạ tầng năng lượng, hỗ trợ điều độ nguồn phụ tải và nâng cao độ tin cậy hệ thống.

Mô hình đã được thí điểm tại các thành phố như Yokohama, Toyota City và Kansai, với sự tham gia của các tập đoàn công nghệ lớn (Hitachi, Panasonic, TEPCO...). Kết quả cho thấy, khả năng vận hành bền vững, giảm phát thải và tăng tính tự chủ năng lượng cấp cộng đồng. Đây là minh chứng cho hướng phát triển lưới điện phi tập trung và gắn liền với đô thị thông minh.

Hoa Kỳ - Chương trình DOE Smart Grid và hạ tầng lưới điện số hóa

Tại Hoa Kỳ, Bộ Năng lượng (U.S. Department of Energy - DOE) đóng vai trò trung tâm trong phát triển lưới điện thông minh thông qua Sáng kiến Hiện đại hóa lưới điện (Grid Modernization Initiative - GMI). Đây là một chương trình chiến lược, quy mô quốc gia nhằm nâng cấp hệ thống điện truyền thống thành một hệ thống linh hoạt, bền vững, số hóa và có khả năng phục hồi cao, phù hợp với các yêu cầu của thế kỷ 21.

Mô hình lưới điện thông minh của Hoa Kỳ được xây dựng dựa trên nền tảng ứng dụng công nghệ đo lường, giám sát và điều khiển tiên tiến. Các công nghệ chủ chốt bao gồm: công tơ điện thông minh (Smart Meters), hệ thống đo pha thời gian thực (Phasor Measurement Units - PMUs), tự động hóa trạm biến áp và lưới phân phối.

Một điểm nổi bật trong chiến lược của Hoa Kỳ là khả năng tích hợp năng lượng tái tạo quy mô lớn vào hệ thống điện quốc gia. Nhờ công nghệ điều độ tiên tiến, khả năng dự báo chính xác sản lượng năng lượng tái tạo và triển khai hệ thống lưu trữ năng lượng, Hoa Kỳ đã đảm bảo vận hành ổn định tại các bang có tỷ trọng điện gió và mặt trời cao như California, Texas hay Iowa.

Bên cạnh hạ tầng kỹ thuật, Hoa Kỳ cũng là quốc gia đi đầu trong việc xây dựng thị trường điện cạnh tranh, tạo điều kiện cho nhiều thành phần kinh tế - từ các nhà máy lớn đến các hộ dân có điện mặt trời - tham gia sản xuất, cung cấp và giao dịch điện năng. Cơ chế linh hoạt, cùng với khung pháp lý cởi mở, đã thúc đẩy sự đổi mới và đa dạng hóa trong hệ sinh thái năng lượng.

Thông qua các dự án trình diễn (demonstration projects), các trung tâm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm quốc gia và sự hỗ trợ mạnh mẽ từ chính phủ liên bang, mô hình hiện đại hóa lưới điện của Hoa Kỳ cho thấy vai trò cốt lõi của dữ liệu số, công nghệ điều khiển phân tán, và thị trường điện mở trong việc tích hợp hiệu quả năng lượng tái tạo, đồng thời đảm bảo an ninh năng lượng dài hạn.

Hàn Quốc - Chiến lược KEPCO Smart Grid và điện phân tán

Hàn Quốc triển khai lưới điện thông minh theo lộ trình ba giai đoạn: Thử nghiệm, mở rộng và thương mại hóa. Dự án thí điểm nổi bật là Jeju Smart Grid Test-bed tại đảo Jeju, được thực hiện từ tháng 12/2009 đến tháng 5/2013. Dự án này bao gồm 5 lĩnh vực chính: Smart Power Grid, Smart Place, Smart Renewable, Smart Transportation và Smart Electricity Service, với sự tham gia của 168 công ty trong 12 liên danh.

Mô hình lưới điện thông minh của Hàn Quốc tích hợp các công nghệ như IoT, AI và Big Data trong toàn bộ chuỗi giá trị điện - từ sản xuất, truyền tải, phân phối đến tiêu dùng. Hệ thống giám sát và điều khiển từ xa giúp vận hành lưới điện linh hoạt, đồng thời tối ưu hóa việc tích hợp nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện.

Bên cạnh việc áp dụng các thiết bị đo thông minh, KEPCO phát triển mô hình nhà máy điện ảo (Virtual Power Plant - VPP), nơi các nguồn năng lượng phân tán nhỏ được điều phối như một nhà máy điện thống nhất. Hàn Quốc cũng đang thử nghiệm giao dịch điện ngang hàng (P2P) giữa người tiêu dùng và hộ sản xuất điện tại chỗ, cho phép các prosumer (người vừa tiêu thụ vừa sản xuất điện) giao dịch điện năng dư thừa với hàng xóm hoặc với KEPCO

Sự thành công của mô hình Hàn Quốc đến từ sự phối hợp chặt chẽ giữa nhà nước, doanh nghiệp và người dân, cùng với chiến lược đầu tư bài bản và chính sách pháp lý linh hoạt. Chính phủ Hàn Quốc đã ban hành Luật Xây dựng và Sử dụng lưới điện thông minh vào năm 2011, tạo cơ sở pháp lý cho việc triển khai lưới điện thông minh trên toàn quốc. Mục tiêu là hoàn thành lưới điện thông minh toàn quốc vào năm 2030.

Bài học mở cho Việt Nam

Việc phát triển lưới điện thông minh và tích hợp năng lượng tái tạo không đơn thuần là một vấn đề kỹ thuật, mà là một chiến lược chuyển đổi hệ thống năng lượng toàn diện, đòi hỏi sự kết hợp giữa công nghệ, thể chế và cộng đồng. Qua nghiên cứu mô hình của Nhật Bản, Hoa Kỳ và Hàn Quốc, có thể rút ra một số bài học lớn có giá trị định hướng cho Việt Nam:

Thứ nhất, phát triển cộng đồng tự chủ năng lượng: Nhật Bản triển khai các “Smart Community” sử dụng điện mặt trời mái nhà, hệ thống lưu trữ và quản lý tiêu thụ thông minh (HEMS/BEMS), giúp giảm phụ thuộc vào lưới điện trung tâm. Do đó, Việt Nam có thể thí điểm mô hình cộng đồng năng lượng tại các khu đô thị mới, nông thôn hoặc khu công nghiệp xanh. Cần hỗ trợ cơ chế bán điện hai chiều, ưu đãi thiết bị lưu trữ và quản lý tiêu thụ.

Thứ hai, hiện đại hóa hạ tầng và mở rộng thị trường điện: Hoa Kỳ số hóa toàn diện hệ thống điện và phát triển thị trường điện cạnh tranh, cho phép cả hộ dân bán điện lên lưới. Việt Nam có thể học hỏi bằng cách đẩy mạnh lắp đặt công tơ thông minh, số hóa lưới phân phối. Cần hoàn thiện thị trường điện cạnh tranh, tạo điều kiện cho các “prosumers” và doanh nghiệp tham gia cung cấp điện.

Thứ ba, điều phối điện phân tán và đổi mới chính sách: Hàn Quốc triển khai nhà máy điện ảo (VPP) và giao dịch điện ngang hàng (P2P), được hỗ trợ bởi khung pháp lý linh hoạt. Việt Nam có thể học hỏi từ việc thử nghiệm mô hình VPP, P2P tại các khu vực có điện mặt trời áp mái. Đồng thời, cập nhật Luật Điện lực và xây dựng “khung pháp lý thử nghiệm” cho công nghệ và mô hình mới.

3 quốc gia tiên tiến đều cho thấy rằng phát triển lưới điện thông minh cần đồng bộ giữa công nghệ, thị trường và chính sách pháp lý. Việt Nam nên chọn hướng đi phù hợp theo từng vùng, từng giai đoạn, trong đó cộng đồng, doanh nghiệp và nhà nước cùng đóng vai trò trung tâm trong chuyển đổi năng lượng.