Mô hình mới dự báo tăng trưởng năng lượng tái tạo trong các hệ thống năng lượng phân tán
Tác giả: Caitlin Kizielewicz (Đại học Carnegie Mellon – Trường Heinz College)
Biên tập: Stephanie Baum – Phản biện: Robert Egan
Trong thập kỷ qua, sự phát triển nhanh chóng của các nguồn năng lượng phân tán (Distributed Energy Resources – DERs), bao gồm hệ thống điện mặt trời áp mái, thiết bị lưu trữ năng lượng và xe điện, đã làm thay đổi căn bản bức tranh năng lượng hiện đại.
Một nghiên cứu mới của Đại học Carnegie Mellon (Mỹ) vừa công bố mô hình dự báo tăng trưởng năng lượng tái tạo ở cấp mạch điện và trạm biến áp, giúp các công ty điện lực lập kế hoạch hiệu quả hơn.
Nghiên cứu này được công bố dưới dạng bài báo khoa học làm việc (working paper) trên arXiv, và đã được chọn vào vòng chung kết Giải thưởng Bài báo Ứng dụng Xuất sắc tại Hội thảo INFORMS 2025 về Khai phá Dữ liệu và Phân tích Quyết định. Phiên bản rút gọn của bài báo cũng giành Giải Bài báo Xuất sắc tại Hội nghị Tổng hợp của Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) về Năng lượng và Điện lực.
Dự báo thông minh cho sự bùng nổ năng lượng tái tạo phân tán
Giáo sư Shixiang (Woody) Zhu, giảng viên phân tích dữ liệu tại Carnegie Mellon, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết:
“Sự tăng trưởng của các nguồn năng lượng phân tán mang đến cả cơ hội và thách thức cho việc quản lý lưới điện. Việc dự đoán chính xác ai sẽ lắp đặt các nguồn này là yếu tố then chốt để lập kế hoạch hạ tầng, nhưng tính bất định và sự phân bố không đồng đều khiến việc dự báo truyền thống trở nên khó khăn.”
Khi các nguồn năng lượng phân tán được lắp đặt quá mức tại địa phương, các vấn đề kỹ thuật có thể phát sinh như: dao động điện áp, dòng điện ngược, và quá tải trạm biến áp hoặc máy biến thế. Bên cạnh đó, việc dự báo chính xác tốc độ tăng trưởng của DERs cũng bị ảnh hưởng bởi chính sách hỗ trợ, chi phí công nghệ, sở thích khách hàng và điều kiện kinh tế - xã hội địa phương.
Ứng dụng thực tế: hợp tác với công ty điện tại bang Indiana
Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã hợp tác với một công ty điện lực tại Indianapolis, bang Indiana, nhằm phân tích danh mục năng lượng phân tán tương lai, bao gồm điện mặt trời và xe điện.
Mô hình dự báo mới của họ có khả năng định lượng mức độ bất định của các dự báo DER trên nhiều cấp độ trong cấu trúc lưới điện (theo dạng phân tầng – hierarchical grid), giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy hơn so với các phương pháp truyền thống.
Công cụ này sẽ được tích hợp vào Kế hoạch tài nguyên tổng hợp (IRP) được cập nhật hai năm một lần của công ty điện lực Indiana.
Giới hạn và triển vọng
Mô hình của nhóm nghiên cứu phù hợp nhất cho dự báo ngắn hạn, do được xây dựng dựa trên dữ liệu lịch sử. Điều này khiến mô hình khó phản ánh các thay đổi chính sách tương lai hoặc biến động kinh tế mới, vốn có thể tác động mạnh đến hành vi lắp đặt DERs.
Nghiên cứu lưu ý rằng, trong bối cảnh phi tuyến tính và nhạy cảm với chính sách, các dự báo dài hạn vẫn là một thách thức lớn.
Ý nghĩa nghiên cứu
Theo nghiên cứu sinh Wenbin Zhou, trưởng nhóm tác giả:
“Các nguồn năng lượng phân tán không còn là công nghệ phụ trợ, mà đã trở thành một phần cốt lõi của hệ thống điện. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc định lượng bất định một cách có cấu trúc là khả thi, và cần thiết để xây dựng lưới điện ổn định, linh hoạt và đáng tin cậy trong kỷ nguyên năng lượng mới.”
Nguồn:
Wenbin Zhou et al., Hierarchical Spatio-Temporal Uncertainty Quantification for Distributed Energy Adoption, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2411.12193
Thông tin tạp chí: arXiv Preprint Server
