Lưới điện truyền thống là hệ thống được vận hành một chiều, trong đó công suất được truyền tải từ phía các nhà máy điện qua hệ thống dây dẫn và đi đến phía phụ tải mà không có bất kỳ sự trao đổi thông tin nào. Hạ tầng lưới điện như này đã vận hành tốt trong khoảng một trăm năm qua. Tuy nhiên, trong xu thế phát triển hiện này nó đang phải đối mặt với nhiều thách thức, ví dụ như nhu cầu tải tăng cao, sự mất ổn định của mạng lưới và ô nhiễm môi trường khi sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch. Ngày nay, điện năng đang chiếm tỷ trọng lớn trong việc tiêu thụ năng lượng, điều này đòi hỏi chúng ta phải phát triển một hệ thống điện ổn định, đáng tin cậy và được quản lý một cách dễ dàng hơn. Đứng trước những yêu cầu này, cơ sở hạ tầng lưới điện hiện tại đang phải trải qua một sự biển đổi đổi lớn từ lưới điện truyền thống sang lưới điện thông minh. 

Định nghĩa lưới điện thông minh

Lưới điện thông minh được xem như là một xu thế phát triển trong thời kỳ mới, lưới điện này được áp dụng các hệ thống công nghệ thông tin tiên tiến, cho phép giao tiếp hai chiều giữa phía nhà cung cấp điện và phía khách hàng, nhằm tạo ra một mạng lưới phân phối điện hiện đại hơn. Hệ thống này cho phép sự trao đổi hai chiều của cả điện năng và các thông tin trên lưới, điều này được kỳ vọng sẽ mang lại một cuộc cách mạng mới từ khâu phát điện, truyền tải phân phối, đến tiêu thụ năng lượng tại các cơ sở của khách hàng. Từ đó nâng cao hiệu quả, độ tin cậy và vận hành an toàn cho hệ thống điện.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã đề xuất định nghĩa về lưới điện thông minh như sau: “Lưới điện thông minh là một mạng lưới phân phối năng lượng tự động và được phân tán rộng rãi, nó được đặc trưng bởi sự truyền tải dòng điện và thông tin hai chiều, có khả năng giám sát mọi tin hiệu từ các nhà máy điện đến thói quen của khách hàng. Lưới điện này được tích hợp các lợi ích tính toán và giao tiếp phân tán để cung cấp thông tin theo thời gian thực, cho phép cân bằng gần như tức thời giữa cung và cầu ở các mức thiết bị”.

Sự khác biệt giữa lưới điện truyền thống và lưới điện thông minh

Nhìn chung, lưới điện thông minh cho phép kết hợp lưới điện truyền thống và mạng lưới thông tin liên lạc hai chiều, do đó nó có khả năng giám sát và đo lường điện năng tiêu thụ từ phía người dùng. Bảng 1 dưới đây đưa ra những so sánh ngắn gọn về sự khác biệt giữa lưới điện truyền thống và lưới điện thông minh.

‍Bảng 1. So sánh giữa lưới điện truyền thống và lưới điện thông minh:

Các đặc điểm của lưới điện thông minh

Một mô hình lưới điện thông minh được cấu thành từ hai thành phần: phía cung cấp điện (các nhà máy phát điện của đơn vị vận hành lưới, các nguồn năng lượng tái tạo) và phía cầu (đa dạng các loại hình tải). Tất cả các thành phần này được kết nối qua một mạng lưới điện chung.

Với sự xuất hiện của các loại hình công nghệ và dịch vụ tiên tiến mới nổi trong lưới điện thông minh, một số các đặc điểm sau đã xuất hiện, được tóm tắt và thể hiện như sau:

• Tính không đồng nhất: Một lưới điện thông minh sẽ bao gồm nhiều nút khác nhau, ví dụ như các thiết bị, đồng hồ thông minh, lưới điện siêu nhỏ và các trạm biến áp, mỗi thành phần này lại có những mục tiêu khác nhau.
• Quy mô lớn: Lưới điện thông thông minh được trải rộng trên các khu vực rộng lớn và kết hợp với nhiều nút khác nhau.
• Đặc tính động: Đặc tính này xuất phát từ giá điện thay đổi theo thời gian, theo các mức cung và cầu điện.

Quá trình thúc đẩy sự phát triển của lưới điện thông minh

Trước những đặc điểm của lưới điện thông minh, nhà vận hành lưới cần có những phương pháp hiệu quả để giúp đẩy nhanh tốc độ đưa lưới điện thông minh vào thực tế. Trong đó, quản lý phía cầu (DSM - Demand-Side Management) dự kiến sẽ là bước cơ bản trong quá trình hiện thực hóa lưới điện thông minh. DSM được định nghĩa là sự thay đổi của mô hình nhu cầu điện năng từ phía khách hàng bằng cách sử dụng các phương pháp khác nhau, với mục tiêu khuyến khích khách hàng sử dụng ít năng lượng hơn trong giờ cao điểm hoặc chuyển những tải không quan trọng từ giờ cao điểm đến giờ thấp điểm. DSM thường đề cập đến sự tương tác giữa hai bên tham gia, cụ thể là phía các công ty điện lực và khách hàng. Trong đó, khách hàng có thể là các đối tượng khác nhau như nhà ở, văn phòng thương mại hay thậm chí là xe điện lai (plug-in hybrid-electric-vehicles - PHEV). DSM có thể giúp điều chỉnh cung và cầu mà không cần xây dựng máy phát điện dự phòng đắt tiền để bù đắp cho phụ tải cao điểm. Hơn nữa, DSM là có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp các nguồn phát điện phân tán (các nguồn có thể tái tạo được) được cho là sẽ mang lại sự tiết kiệm lớn hơn cả về sản xuất điện và truyền tải điện năng. Ngoài ra, việc triển khai DSM cũng có thể giúp loại bỏ tình trạng mất điện, giảm chi phí vận hành và giảm lượng khí thải CO2.