Các cộng đồng địa phương trong tương lai sẽ cung cấp năng lượng tái tạo, xanh của riêng họ

Các cộng đồng địa phương trong tương lai sẽ cung cấp năng lượng tái tạo, xanh của riêng họ

    Các cộng đồng địa phương trong tương lai sẽ cung cấp năng lượng tái tạo, xanh của riêng họ

    Green energy

    © iStock / Bilanol


    Giáo sư Birgitte Bak-Jensen từ Đại học Aalborg phác thảo cách thức các dự án của EU sẽ giúp thiết lập các cộng đồng năng lượng địa phương, đảm bảo tính trung lập của carbon bằng cách kiểm soát thông minh việc sản xuất và sử dụng năng lượng xanh tại địa phương.


    Công dân địa phương phải tham gia vào quá trình chuyển đổi năng lượng xanh trong tương lai cho dù họ đang ở đâu trên thế giới. Ngoài ra, nghiên cứu không chỉ nên tập trung vào các giải pháp kỹ thuật, mà quan trọng là nó phải xác định cách đảm bảo sự tham gia của người dùng và áp dụng bất kỳ công nghệ mới và cải tiến xã hội nào. Các giải pháp mới cần được nhìn nhận ở góc độ tổng thể, trong đó các giải pháp kỹ thuật cụ thể được thực hiện, đồng thời xem xét các khía cạnh con người, xã hội, thị trường, quy định và môi trường. Cách tiếp cận như vậy sẽ đảm bảo các giải pháp thực tế, được người dân hoan nghênh và dễ dàng chấp nhận.

    Nhìn chung, các hộ gia đình chiếm khoảng 1/4 mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng ở châu Âu và khoảng 1/5 tổng tiêu thụ năng lượng nội địa.1 Trong số này, gần 2/3 là để sưởi ấm, trong đó năng lượng tái tạo ngày nay chỉ chiếm 1/4.1 Do đó, điều cần thiết là làm cho mức tiêu thụ năng lượng nói chung của các hộ gia đình, và đặc biệt là sưởi ấm, xanh hơn, trung tính carbon và tiết kiệm năng lượng hơn, nếu chúng ta có thể đạt được các mục tiêu khí hậu của Liên hợp quốc. Một trong những phương pháp dự kiến ​​là hình thành các cộng đồng năng lượng địa phương với mức tiêu thụ năng lượng linh hoạt phù hợp với thực tế sản xuất điện tái tạo, bất kể nó được sản xuất tại địa phương hay toàn cầu.

    Hình 1: Một phần của người biểu tình cộng đồng địa phương Aardehuizen ở Hà Lan
    Đại học Aalborg đã phối hợp với các nhà nghiên cứu từ Đan Mạch, Hà Lan, Ba Lan và Ấn Độ bắt đầu hai dự án H2020 mới được gọi là SERENE (Hệ thống năng lượng bền vững và tích hợp trong cộng đồng địa phương) và SUSTENANCE (Hệ thống năng lượng bền vững để đạt được cộng đồng năng lượng trung hòa carbon mới) ở đó mục tiêu chính là đảm bảo quá trình chuyển đổi xanh trong các cộng đồng địa phương, tích hợp càng nhiều năng lượng tái tạo càng tốt, một cách linh hoạt và hiệu quả.

    Một vấn đề chính trong quá trình chuyển đổi này không chỉ là các giải pháp kỹ thuật mà còn là làm thế nào để người dân địa phương tham gia để đảm bảo sự giúp đỡ và chấp nhận của họ liên quan đến việc thúc đẩy quá trình tìm ra các giải pháp thiết thực đảm bảo một hệ thống năng lượng bền vững, đồng thời đạt được sự hài lòng của khách hàng với chi phí thấp, người dùng thoải mái và dễ dàng tiếp cận.

    Chín địa điểm biểu tình ở các cộng đồng địa phương trên khắp EU và Ấn Độ
    Cả hai dự án đều tập trung vào nhu cầu của các cộng đồng địa phương khác nhau trên bốn quốc gia tham gia. Tổng cộng có chín địa điểm trình diễn được thành lập: ba địa điểm trong dự án SERENE với các địa điểm ở Đan Mạch, Hà Lan và Ba Lan; sáu trong dự án SUSTENANCE, bao gồm Đan Mạch, Hà Lan, Ba Lan; và ba trên khắp Ấn Độ. Tất cả các địa điểm trình diễn đều tập trung vào việc hình thành các cộng đồng năng lượng địa phương để đáp ứng nhu cầu năng lượng liên quan đến hai hoặc nhiều vectơ năng lượng, tức là điện, nhiệt, nước, nước thải và giao thông và kết nối của chúng với việc cung cấp năng lượng tái tạo. Các giải pháp kỹ thuật, chẳng hạn như tích hợp hệ thống quang điện, kho lưu trữ nhiệt và pin điện, đáp ứng nhu cầu từ người tiêu dùng linh hoạt, cũng như áp dụng các phương pháp dự báo và điều khiển thông minh sẽ được áp dụng để tìm ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng nhất. Các giải pháp năng lượng tích hợp sau đó sẽ được điều chỉnh phù hợp với môi trường địa phương, nhu cầu xã hội và nền kinh tế của các cộng đồng địa phương.


    Hình 2: Xe buýt điện ở Przywidz ở Ba Lan như một phần của cuộc biểu tình Ba Lan về điện khí hóa giao thông


    Các giải pháp kỹ thuật cho nhu cầu địa phương với các ứng dụng toàn cầu
    Mặc dù nền kinh tế địa phương, tình trạng xã hội và nhu cầu, mục tiêu chính trị, quy định và cơ sở hạ tầng kỹ thuật khác nhau giữa các khu vực, nhưng mục tiêu của cả hai dự án là cho thấy rằng các giải pháp điều khiển thông minh công nghệ giống nhau cho các hệ thống năng lượng tích hợp có thể được áp dụng thành công tại mỗi địa điểm trình diễn. Điều này sẽ chứng minh rằng các giải pháp có thể áp dụng chung và có thể được tái tạo trên toàn cầu. Mục tiêu chính là chỉ ra rằng vấn đề là kiểm soát mức tiêu thụ và điều chỉnh nó phù hợp với sản lượng điện và công suất lưới điện của từng địa phương, bất kể đó là để sưởi ấm nhà ở và sạc xe điện ở Đan Mạch và Hà Lan, để sưởi ấm, sạc xe điện và xử lý nước ở Ba Lan, hoặc để bơm nước, nấu ăn và sạc điện cho xe kéo điện ở Ấn Độ.

    Các điều kiện kỹ thuật tại các địa điểm trình diễn rất khác nhau, điều này sẽ giúp cả hai dự án xác minh rằng các phương pháp tạo ra các đảo năng lượng trung tính carbon và linh hoạt có thể áp dụng chung. Ví dụ: ở Đan Mạch, Hà Lan, Ba Lan và khuôn viên trường ITT Bombay, các cộng đồng địa phương được kết nối với lưới điện mạnh có thể đáp ứng nhu cầu địa phương 

    và, bất kể mức độ sản xuất của địa phương. Ngược lại, hai trong số các địa điểm ở Ấn Độ nằm ở các vùng nông thôn hẻo lánh với kết nối lưới điện yếu hoặc hệ thống cần được xây dựng lại từ đầu như một hệ thống năng lượng lưới vi mô biệt lập (Hình 1 - 5). Tình huống này cung cấp các điều kiện rất khác nhau cho việc kiểm soát thực tế và nhu cầu về dung lượng lưu trữ và sẽ thực sự cho thấy các điểm cực đoan của các điều kiện đối với các phương pháp kiểm soát, do đó xác minh rằng các phương pháp tạo ra sự linh hoạt và các đảo năng lượng trung hòa carbon thường có thể áp dụng được.

    Phát triển các phương pháp dự báo thông minh


    Hệ thống điện ổn định đòi hỏi nhu cầu phải phù hợp với cung. Trong một kịch bản lý tưởng, nhu cầu năng lượng để chạy các thiết bị điện phải phù hợp với thời điểm sản xuất năng lượng tái tạo cao và sau đó, nhu cầu này phải giảm xuống khi mức sản xuất thấp. Tất nhiên, kịch bản này cũng giống như khi lưu trữ năng lượng tái tạo trong pin và các thiết bị lưu trữ nhiệt. Kịch bản lý tưởng này cũng sẽ phù hợp mức sản xuất với giá điện toàn cầu, cho phép cộng đồng địa phương bán năng lượng dư thừa với giá cao. Đó là ‘kịch bản lý tưởng’ mà cả SERENE và SUSTENANCE đều hy vọng đạt được.

    Để làm được điều này, các hệ thống nối lưới yêu cầu hệ thống điều khiển hoạt động ở hai cấp. Cấp độ đầu tiên cho phép các cộng đồng địa phương sử dụng càng nhiều năng lượng tái tạo được sản xuất tại địa phương của họ càng tốt, hoặc lưu trữ nó và chỉ bán cho lưới điện, nếu sản lượng địa phương dư thừa và các kho dự trữ đã đầy, và hy vọng sẽ bán được khi giá điện cao. Mức thứ hai là cho phép hệ thống mua điện để sử dụng ngay hoặc để dự trữ khi giá thấp. Sau đó, hệ thống cũng có thể bán năng lượng cho lưới điện từ sản xuất hoặc lưu trữ tại địa phương khi giá điện cao. Người nào có thể dự báo mức độ tiêu thụ và sản xuất năng lượng càng tốt thì khả năng tối ưu hóa việc kiểm soát nhu cầu và tính phí các kho dự trữ phù hợp với sản lượng và giá điện dự kiến ​​thực tế càng tốt. Do đó, việc phát triển các phương pháp dự báo thông minh và chính xác hơn là một phần quan trọng của cả hai dự án.


    Hình 3: Cuộc họp thông tin tại Voerladegaard ở Đan Mạch để kích hoạt công dân địa phương

    Hệ thống năng lượng địa phương hoàn hảo để tự cung tự cấp và cải thiện chất lượng cuộc sống


    Trọng tâm chính của Ủy ban Châu Âu là khám phá các khả năng hình thành các cộng đồng năng lượng địa phương.2 Do đó, cả hai dự án sẽ xem xét việc hình thành các hệ thống năng lượng địa phương tự động và so sánh chúng với các hệ thống phi tập trung truyền thống hoạt động trong một hệ thống điện tập trung chủ yếu. Các dự án sẽ điều tra xem liệu một hệ thống lấy dấu tự động ở địa phương có ảnh hưởng gì đến các bên liên quan địa phương và sự tham gia của họ vào thị trường năng lượng hay không. Việc hình thành các hệ thống năng lượng địa phương tự động như vậy có thể cần được miễn trừ khỏi các quy định hiện hành, mặc dù các quy tắc mới về việc hình thành các cộng đồng năng lượng địa phương đã được cung cấp thông qua gói lập pháp Năng lượng sạch cho tất cả người châu Âu của EU.3 Việc hình thành các cộng đồng địa phương đòi hỏi nghiên cứu về cả cấu trúc quản trị bao gồm quyền sở hữu và quản lý, mà còn cả các phương pháp để người dùng chấp nhận bất kỳ công nghệ mới nào bao gồm lưu trữ năng lượng và kỳ vọng cung cấp sự linh hoạt cho người dùng. Khi nói đến việc kiểm soát các thiết bị năng lượng để tối ưu hóa mức tiêu thụ tổng thể, trong tương lai, người tiêu dùng sẽ cần nhận thức rõ hơn về mối quan hệ giữa thời điểm tốt nhất để tiêu thụ năng lượng và điều chỉnh mức tiêu thụ của họ với thời điểm năng lượng được sản xuất. Điều này đòi hỏi những chỉ dẫn và hướng dẫn rõ ràng về cách nâng cao mức độ nhận thức của người dân cũng như sự quan tâm của họ trong việc tham gia vào quá trình chuyển đổi xanh. Sự tham gia như vậy cung cấp một loạt các khuyến khích từ khía cạnh kinh tế (tức là giảm hóa đơn tiền điện), nhưng cũng cải thiện chất lượng cuộc sống của người dân trong cộng đồng. Một ví dụ chính là từ việc giảm phát thải CO2 bằng cách thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng năng lượng xanh, tái tạo, cũng như tăng cường khả năng cung cấp điện ở Ấn Độ để cung cấp cho việc bơm nước, nấu ăn và sạc xe kéo điện để đưa đón trẻ em đến trường, điều này sẽ cải thiện cuộc sống hàng ngày của phụ nữ và trẻ em.

    Hình 4: Biểu tình Làng Barubeda, Jharkhand, ở một vùng nông thôn ở Ấn Độ
    Mức độ sẵn sàng của xã hội như một phương pháp để đo lường khả năng chấp nhận của xã hội


    Mức độ sẵn sàng của xã hội (SRL), theo định nghĩa của Quỹ Đổi mới Đan Mạch, 4 là một phương pháp đánh giá mức độ thích ứng của xã hội đối với một công nghệ, một dự án xã hội, một sản phẩm, một sự can thiệp hoặc một sự đổi mới. Phương pháp luận này sẽ được sử dụng trong cả hai dự án để giúp đánh giá mức độ chấp nhận của các cộng đồng liên quan đối với các công nghệ được giới thiệu. SRL sẽ rất khác nhau đối với mỗi địa điểm trình diễn, có nghĩa là các nguyên tắc và hướng dẫn về cách thu hút cộng đồng địa phương và tổ chức liên quan cổ đông, phải tính đến khía cạnh này. Ví dụ: mức độ SRL tại một trong những địa điểm trình diễn ở Hà Lan đã rất cao vì người dân đã thành lập một cộng đồng địa phương, có nồi hơi điện và máy bơm nhiệt và hiện đang xem xét các phương tiện sạc tốt hơn cho ô tô của họ, bao gồm kiểm soát thông minh hơn các máy bơm nhiệt và nồi hơi điện của họ. Tại các cuộc trình diễn của Đan Mạch, có mức độ SRL khá cao hướng tới việc tích hợp các thiết bị kỹ thuật mới và mọi người được thông báo đầy đủ về việc sử dụng máy bơm nhiệt và mong muốn thay thế các hệ thống sưởi bằng khí đốt đắt tiền của họ. Tuy nhiên, kiến ​​thức của họ về việc hình thành các cộng đồng địa phương còn thấp và cần phải thiết lập các hướng dẫn và thông tin về việc này. Mặt khác, đối với một số cộng đồng nông thôn ở Ấn Độ, mức độ SRL dự kiến ​​sẽ rất thấp do thiếu nhận thức, cộng với kinh nghiệm tích hợp các công nghệ mới còn ít, vì vậy cần phải có một cách tiếp cận liên quan hơn để thúc đẩy SRL .

    Tương lai của quá trình chuyển đổi xanh trong các cộng đồng năng lượng địa phương


    Với sự gia tăng dự kiến ​​trong việc sử dụng năng lượng tái tạo, (tức là năng lượng gió và quang điện) có mức sản xuất dao động phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, điều cực kỳ quan trọng là phải tìm ra những khu vực mà mức tiêu thụ năng lượng có thể trở nên linh hoạt và thích ứng với mức độ thực tế của sản xuất. Điều này đặc biệt quan trọng vì các nhà máy điện trung tâm đang bị loại bỏ dần do việc giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Việc hình thành các cộng đồng năng lượng địa phương là một trong những phương pháp để đạt được điều này, vì năng lượng được sản xuất tại địa phương và nhu cầu có thể được kiểm soát một cách thông minh để phù hợp với mức sản xuất.

    Hình 5: Hệ thống lưới vi mô thông minh dành cho làng Borakhai, Assam Ấn Độ
    Nhưng nhìn ở góc độ toàn cầu hơn đối với các quốc gia như Đan Mạch và Hà Lan, nơi các trang trại gió và nhà máy điện mặt trời rất lớn được thành lập, các cộng đồng địa phương không thể bị cô lập trên các hòn đảo tự động, vì trong những trường hợp này, việc cân bằng điện là một vấn đề toàn cầu. Ở đây, như đã đề cập trước đây, việc kiểm soát không chỉ để đối phó với sản xuất và nhu cầu của địa phương mà còn để khám phá cách cộng đồng địa phương có thể cung cấp dịch vụ phụ trợ cho hệ thống toàn cầu, tính đến công suất lưới điện và các điều kiện địa phương (tức là mức độ tiện nghi, dung lượng lưu trữ, v.v.) vào tài khoản. Điều này có nghĩa là các dự án tập trung vào các cộng đồng năng lượng địa phương và cách họ có thể đóng góp vào quá trình chuyển đổi xanh tại các địa điểm có hệ thống lưới điện vi mô bị cô lập là vấn đề điều chỉnh nhu cầu cho sản xuất, trong khi, khi các địa điểm được kết nối với lưới điện, họ nên được xem như một đơn vị tổng hợp, có năng lực đóng góp vào hệ thống năng lượng toàn cầu thông qua việc cung cấp các dịch vụ phụ trợ. Các trường hợp kinh doanh cũng nên xem xét điều này. Hơn nữa, các cộng đồng năng lượng địa phương nên được sử dụng để mở đường cho sự kết hợp ngành giữa các vectơ năng lượng khác nhau - tức là điện, nhiệt, nước và giao thông. Trong tương lai, các cộng đồng năng lượng địa phương cũng có thể được hình thành giữa các ngành công nghiệp, ví dụ, các công nghệ mới như Power2X và thu giữ carbon đóng một vai trò quan trọng để sản xuất nhiên liệu xanh, tức là cho hàng không và tàu biển.

    Các phát hiện từ SERENE và SUSTENANCE, liên quan đến cách kích hoạt công dân, nên được nhân rộng trên toàn thế giới để giúp cải thiện quá trình chuyển đổi xanh cho các hộ gia đình tư nhân. Thứ hai, các phát hiện cần được sử dụng để chỉ ra cách thức tổng hợp đáp ứng nhu cầu trong cộng đồng địa phương và đóng góp vào hệ thống toàn cầu cho ngành công nghiệp. Nghiên cứu trong tương lai sẽ xem điều này có thể được thực hiện như thế nào đối với các ngành hình thành cộng đồng địa phương, chẳng hạn như tại cảng hoặc trong các khu công nghiệp, nơi họ sử dụng sản xuất địa phương và điều chỉnh nhu cầu của họ càng nhiều càng tốt, đồng thời tổng hợp và kiểm soát tổng yêu cầu và cung cấp các dịch vụ phụ trợ cho hệ thống toàn cầu để chống lại các biến động từ các nhà máy điện gió và năng lượng mặt trời.

    Các dự án này đã nhận được tài trợ từ chương trình nghiên cứu và đổi mới Horizon 2020 của Liên minh Châu Âu theo thỏa thuận tài trợ số 957682 cho dự án SERENE và số 101022587 cho dự án SUSTENANCE cũng như Bộ Khoa học và Công nghệ (DST), Chính phủ Ấn Độ thuộc Dự án SUSTENANCE. Bất kỳ kết quả nào của các dự án này chỉ phản ánh quan điểm của hiệp hội này và các cơ quan tài trợ và Ủy ban Châu Âu không chịu trách nhiệm về bất kỳ việc sử dụng nào có thể được thực hiện từ thông tin mà nó có.

    Zalo
    Hotline