Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng đang giúp hiện đại hóa việc quản lý năng lượng và nâng cao độ tin cậy trong một lưới điện ngày càng phức tạp.
Khi Hoa Kỳ chuyển đổi sang năng lượng sạch hơn và ngày càng có nhiều người tiêu dùng Hoa Kỳ sử dụng xe điện, lưới điện đang phải đối mặt với nhu cầu dòng điện mới. Các nhà nghiên cứu của ORNL đang giải quyết thách thức này bằng cách tạo ra một kiến trúc mới để hiện đại hóa lưới điện từ dưới lên, bắt đầu với người tiêu dùng và mở rộng ra toàn bộ hệ thống phân phối điện. Nền tảng của kiến trúc này là bộ công nghệ điện tử công suất mới được gọi là Bộ điều chỉnh Điện tử Công suất Đa năng Thông minh, hay SUPER.
Phương pháp này kết hợp phần cứng và phần mềm để theo dõi tình trạng của thiết bị, tăng tốc độ liên lạc và tăng cường bảo mật. Về lâu dài, điều đó có nghĩa là thời gian mất điện ít hơn và ngắn hơn cho khách hàng, tiết kiệm cho các tiện ích và lưới điện đáng tin cậy hơn.
SUPER là một loại bộ chuyển đổi năng lượng bao gồm các khối xây dựng điện tử công suất "có thể xếp chồng lên nhau" với khả năng và trí thông minh nâng cao. Giống như các khối xây dựng có thể được xếp chồng lên nhau trong hệ thống SUPER, các hệ thống SUPER cũng có thể được xếp chồng lên nhau để tạo thành một trung tâm dữ liệu , lưới điện siêu nhỏ hoặc trạm biến áp điện. Để trở nên phổ biến, SUPER được thiết kế với các giao thức truyền thông và kết nối được tiêu chuẩn hóa, giúp dễ dàng tích hợp hệ thống cho nhiều ứng dụng.
Madhu Chinthavali, người đứng đầu bộ phận kiểm soát và tích hợp hệ thống năng lượng của ORNL, cho biết kiến trúc này có thể giúp quản lý năng lượng sạch ở cả nơi nó được tạo ra và khi nó được chuyển đến nơi khác thông qua đường dây điện . Ngày nay, điều đó đòi hỏi nhiều thiết bị, làm gia tăng kết nối lưới điện, làm lộn xộn thông tin liên lạc của lưới điện và tăng tính dễ bị tổn thương trước các cuộc tấn công mạng và mất điện. SUPER có thể đóng vai trò là người gác cổng giữa lưới điện và từng nguồn điện hoặc phụ tải điện.
"Việc quản lý truyền năng lượng là một thách thức lớn và ORNL đang cố gắng xây dựng mối quan hệ đối tác có cấu trúc để đẩy nhanh quá trình phát triển các khái niệm này và có khả năng chứng minh chúng trong thời gian tới," Chinthavali nói. ORNL đã giúp tổ chức Hiệp hội máy gia tốc điện tử công suất cho điện khí hóa, hay PACE, để nhanh chóng đưa những đổi mới như SUPER đến các công ty tiện ích và nhà sản xuất.
Mặc dù các khối điện tử công suất đã được xếp chồng lên nhau để tạo ra một bộ chuyển đổi hoặc trạm biến áp trước đây, nhưng khả năng của chúng bị hạn chế bởi các điều khiển và giao tiếp đơn giản. Radha Krishna Moorthy, nhà nghiên cứu hàng đầu của ORNL cho biết: “Với công nghệ hiện tại, nếu một con chip bị hỏng, toàn bộ bộ chuyển đổi sẽ bị hỏng. "Và bạn chỉ có thể thay thế nó bằng các bộ phận từ nhà sản xuất ban đầu, bởi vì các bộ phận này sẽ chỉ hoạt động với thiết bị của cùng một công ty." Steven Campbell, trưởng nhóm kỹ thuật của dự án phòng thí nghiệm cho biết, điều đó làm tăng chi phí và sự chậm trễ.
Để giải quyết những thách thức này, các nhà nghiên cứu của ORNL đang hợp tác với bảy đối tác của trường đại học để tạo ra các khối xây dựng có thể hoán đổi cho nhau được gọi là các giai đoạn năng lượng thông minh có thể được quản lý bởi bộ điều khiển trong SUPER. Campbell cho biết: “Về cơ bản, bộ điều khiển của nó hoạt động như bộ não và tầng năng lượng thông minh của nó là trái tim của công nghệ.
Krishna Moorthy cho biết, giai đoạn năng lượng thông minh, hay IPS, có thể được gỡ bỏ hoặc thay thế mà không cần tắt hệ thống. So với công nghệ hiện có, IPS có nhiều cảm biến và khả năng tính toán hơn, cho phép nó giám sát các thành phần và phát hiện sự cố sớm hơn.
“Các hệ thống truyền thống có thể cung cấp cho bạn một số dữ liệu cảm biến về điện áp và dòng điện, nhưng SUPER cung cấp cho bạn nhiều thông tin hơn để đưa ra quyết định đúng đắn,” Krishna Moorthy nói. "Nếu bạn luôn có dữ liệu về tình trạng, bạn có thể lên lịch bảo trì trước thời hạn và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, giúp tăng cường sức khỏe của lưới điện . "
