Một nghiên cứu mới cho thấy có rất nhiều tiềm năng chưa được khai thác trong ngôi nhà và phương tiện giao thông của chúng ta có thể được khai thác để củng cố lưới điện địa phương và giúp chúng chống chịu tốt hơn với tình trạng mất điện không lường trước.
Một ví dụ về các loại thiết bị IoT khác nhau, các vật thể vật lý chứa cảm biến và phần mềm kết nối với internet, được phối hợp để tăng khả năng phục hồi của lưới điện. Tín dụng: Anu Annaswamy và Vineet Nair
Các kỹ sư của MIT cho biết, để ứng phó với các cuộc tấn công mạng hoặc thảm họa thiên nhiên, một mạng lưới dự phòng gồm các thiết bị phi tập trung như tấm pin mặt trời dân dụng, pin, xe điện, máy bơm nhiệt và máy nước nóng có thể khôi phục điện hoặc giảm bớt căng thẳng cho lưới điện.
Các thiết bị như vậy là các nguồn tài nguyên "biên lưới" được tìm thấy gần người tiêu dùng hơn là gần các nhà máy điện trung tâm, trạm biến áp hoặc đường dây truyền tải. Các thiết bị biên lưới có thể tự tạo, lưu trữ hoặc điều chỉnh mức tiêu thụ điện của chúng. Trong nghiên cứu của mình, nhóm nghiên cứu cho thấy cách các thiết bị như vậy một ngày nào đó có thể được sử dụng để bơm điện vào lưới điện hoặc cân bằng lại bằng cách giảm hoặc trì hoãn việc sử dụng điện của chúng.
Trong một bài báo xuất hiện tuần này trên Biên bản báo cáo của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, các kỹ sư trình bày bản thiết kế về cách các thiết bị biên lưới có thể củng cố lưới điện thông qua "thị trường điện địa phương". Chủ sở hữu các thiết bị biên lưới có thể đăng ký thị trường khu vực và về cơ bản cho mượn thiết bị của họ để trở thành một phần của lưới điện siêu nhỏ hoặc mạng lưới các nguồn năng lượng theo yêu cầu tại địa phương.
Trong trường hợp lưới điện chính bị xâm phạm, một thuật toán do các nhà nghiên cứu phát triển sẽ được kích hoạt cho từng thị trường điện địa phương để nhanh chóng xác định thiết bị nào trong mạng lưới đáng tin cậy.
Thuật toán sau đó sẽ xác định sự kết hợp của các thiết bị đáng tin cậy có thể giảm thiểu hiệu quả nhất tình trạng mất điện, bằng cách bơm điện vào lưới điện hoặc giảm điện năng mà chúng lấy từ lưới điện, theo một lượng mà thuật toán sẽ tính toán và thông báo cho các thuê bao có liên quan. Sau đó, các thuê bao có thể được đền bù thông qua thị trường, tùy thuộc vào sự tham gia của họ.
Nhóm nghiên cứu đã minh họa khuôn khổ mới này thông qua một số kịch bản tấn công lưới điện, trong đó họ xem xét các lỗi ở các cấp độ khác nhau của lưới điện, từ nhiều nguồn khác nhau như tấn công mạng hoặc thảm họa thiên nhiên. Áp dụng thuật toán của mình, họ đã chỉ ra rằng nhiều mạng lưới thiết bị biên lưới điện khác nhau có thể giải quyết được nhiều cuộc tấn công khác nhau.
Kết quả chứng minh rằng các thiết bị ở rìa lưới điện như tấm pin mặt trời trên mái nhà, bộ sạc EV, pin và bộ điều nhiệt thông minh (dành cho thiết bị HVAC hoặc máy bơm nhiệt) có thể được sử dụng để ổn định lưới điện trong trường hợp bị tấn công.
"Tất cả những thiết bị nhỏ này đều có thể làm được một chút gì đó để điều chỉnh mức tiêu thụ của chúng", đồng tác giả nghiên cứu Anu Annaswamy, một nhà khoa học nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí của MIT, cho biết. "Nếu chúng ta có thể khai thác máy rửa chén thông minh, tấm pin trên mái nhà và xe điện, và chung tay vào công việc, chúng ta thực sự có thể có một mạng lưới điện bền bỉ".
Các đồng tác giả của nghiên cứu tại MIT bao gồm tác giả chính Vineet Nair và John Williams, cùng với các cộng tác viên từ nhiều tổ chức khác nhau, bao gồm Viện Công nghệ Ấn Độ, Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia và nhiều nơi khác.
Tăng cường sức mạnh
Nghiên cứu của nhóm là phần mở rộng của công trình nghiên cứu rộng hơn của họ về lý thuyết điều khiển thích ứng và thiết kế hệ thống để tự động thích ứng với các điều kiện thay đổi. Annaswamy, người đứng đầu Phòng thí nghiệm điều khiển thích ứng chủ động tại MIT, khám phá các cách để tăng cường độ tin cậy của các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời.
"Những nguồn năng lượng tái tạo này có dấu hiệu thời gian mạnh mẽ, ở chỗ chúng ta biết chắc mặt trời sẽ lặn mỗi ngày, do đó năng lượng mặt trời sẽ biến mất", Annaswamy nói. "Làm thế nào để bù đắp cho sự thiếu hụt?"
Các nhà nghiên cứu đã tìm ra câu trả lời có thể nằm ở nhiều thiết bị lưới điện mà người tiêu dùng đang ngày càng lắp đặt nhiều hơn trong chính ngôi nhà của họ.
"Có rất nhiều nguồn năng lượng phân tán đang xuất hiện, gần khách hàng hơn là gần các nhà máy điện lớn, và chủ yếu là do những nỗ lực riêng lẻ nhằm khử cacbon", Nair nói. "Vì vậy, bạn có tất cả khả năng này ở rìa lưới điện. Chắc chắn chúng ta có thể sử dụng chúng một cách hiệu quả".
Trong khi cân nhắc các cách xử lý tình trạng sụt giảm năng lượng từ hoạt động bình thường của các nguồn năng lượng tái tạo, nhóm cũng bắt đầu xem xét các nguyên nhân khác gây ra tình trạng sụt giảm điện, chẳng hạn như từ các cuộc tấn công mạng. Họ tự hỏi, trong những trường hợp độc hại này, liệu các thiết bị biên lưới điện tương tự có thể can thiệp để ổn định lưới điện sau một cuộc tấn công có chủ đích không lường trước được hay không và bằng cách nào.
Chế độ tấn công
Trong công trình mới của mình, Annaswamy, Nair và các đồng nghiệp đã phát triển một khuôn khổ để kết hợp các thiết bị biên lưới điện, và đặc biệt là các thiết bị Internet vạn vật (IoT), theo cách hỗ trợ lưới điện lớn hơn trong trường hợp bị tấn công hoặc gián đoạn. Các thiết bị IoT là các vật thể vật lý chứa các cảm biến và phần mềm kết nối với internet.
Đối với khuôn khổ mới mang tên EUREICA (Tài sản hiệu quả, siêu phục hồi, được phối hợp với IoT), các nhà nghiên cứu bắt đầu với giả định rằng một ngày nào đó, hầu hết các thiết bị ngoại vi lưới điện cũng sẽ là thiết bị IoT, cho phép các tấm pin trên mái nhà, bộ sạc EV và bộ điều nhiệt thông minh kết nối không dây với mạng lưới lớn hơn gồm các thiết bị độc lập và phân tán tương tự.
Nhóm nghiên cứu hình dung rằng đối với một khu vực nhất định, chẳng hạn như một cộng đồng gồm 1.000 hộ gia đình, sẽ tồn tại một số lượng thiết bị IoT nhất định có khả năng được đưa vào mạng cục bộ hoặc lưới điện siêu nhỏ của khu vực đó. Một mạng lưới như vậy sẽ được quản lý bởi một nhà điều hành, người có thể giao tiếp với các nhà điều hành của các lưới điện siêu nhỏ khác gần đó.
Nếu lưới điện chính bị xâm phạm hoặc bị tấn công, các nhà điều hành sẽ chạy thuật toán ra quyết định của các nhà nghiên cứu để xác định các thiết bị đáng tin cậy trong mạng có thể hỗ trợ giảm thiểu cuộc tấn công.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thuật toán trên một số tình huống, chẳng hạn như một cuộc tấn công mạng trong đó tất cả các bộ điều nhiệt thông minh do một nhà sản xuất nhất định sản xuất đều bị hack để đồng thời tăng các điểm đặt của chúng đến mức làm thay đổi đáng kể tải năng lượng của một khu vực và làm mất ổn định lưới điện. Các nhà nghiên cứu cũng xem xét các cuộc tấn công và sự kiện thời tiết sẽ tắt quá trình truyền năng lượng ở nhiều mức độ và nút khác nhau trên toàn bộ lưới điện.
"Trong các cuộc tấn công của chúng tôi, chúng tôi xem xét từ 5 đến 40% công suất bị mất. Chúng tôi cho rằng một số nút bị tấn công và một số vẫn khả dụng và có một số tài nguyên IoT, cho dù là pin có năng lượng hay thiết bị EV hoặc HVAC có thể điều khiển được", Nair giải thích. "Vì vậy, thuật toán của chúng tôi quyết định ngôi nhà nào trong số những ngôi nhà đó có thể tham gia để cung cấp thêm năng lượng để đưa vào lưới điện hoặc giảm nhu cầu của họ để đáp ứng tình trạng thiếu hụt".
Trong mọi tình huống mà họ thử nghiệm, nhóm nghiên cứu nhận thấy thuật toán có thể ổn định lại lưới điện thành công và giảm thiểu cuộc tấn công hoặc mất điện. Họ thừa nhận rằng để thiết lập một mạng lưới các thiết bị biên lưới điện như vậy sẽ cần sự tham gia của khách hàng, nhà hoạch định chính sách và quan chức địa phương, cũng như các cải tiến như bộ biến tần điện tiên tiến cho phép EV đưa điện trở lại lưới điện.
"Đây chỉ là bước đầu tiên trong nhiều bước phải diễn ra liên tiếp để ý tưởng về thị trường điện địa phương này được triển khai và mở rộng", Annaswamy nói. "Nhưng chúng tôi tin rằng đây là một khởi đầu tốt".
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
