Xây dựng Hệ thống Năng lượng Địa phương: Một Góc nhìn Toàn cầu

Bối cảnh năng lượng toàn cầu đang trải qua một sự chuyển đổi sâu sắc. Các lưới điện tập trung truyền thống đang ngày càng được bổ sung, và đôi khi bị thách thức, bởi các hệ thống năng lượng địa phương (LES). Các hệ thống này, còn được gọi là dự án năng lượng cộng đồng hoặc mạng lưới tài nguyên năng lượng phân tán (DER), đại diện cho một sự thay đổi cơ bản hướng tới các giải pháp năng lượng phi tập trung, có khả năng phục hồi và bền vững hơn. Bài viết này khám phá sự trỗi dậy của LES trên khắp thế giới, xem xét các lợi ích, thách thức, công nghệ hỗ trợ và tương lai mà chúng hứa hẹn.

Hệ thống Năng lượng Địa phương là gì?

Hệ thống năng lượng địa phương bao gồm nhiều phương pháp để sản xuất, phân phối và quản lý năng lượng trong một khu vực địa lý xác định, thường là một cộng đồng, một khu phố hoặc thậm chí là một khu phức hợp tòa nhà. Không giống như các lưới điện tập trung truyền thống, vốn phụ thuộc vào các nhà máy điện lớn và đường dây truyền tải điện đường dài, LES ưu tiên các nguồn lực tại chỗ và sự tham gia của cộng đồng.

Các đặc điểm chính của hệ thống năng lượng địa phương bao gồm:

• Phát điện Phân tán: LES thường tích hợp nhiều nguồn phát điện, chẳng hạn như tấm pin quang điện mặt trời (PV), tuabin gió, thủy điện nhỏ, máy phát điện sinh khối và hệ thống đồng phát nhiệt và điện (CHP).
• Tiêu thụ tại chỗ: Năng lượng được tạo ra trong hệ thống chủ yếu được tiêu thụ bởi người dùng tại chỗ, giúp giảm tổn thất truyền tải và nâng cao hiệu quả năng lượng.
• Sở hữu và Kiểm soát bởi Cộng đồng: Nhiều LES được sở hữu và vận hành bởi các cộng đồng địa phương, doanh nghiệp hoặc hợp tác xã, trao quyền cho người dân và thúc đẩy ý thức sở hữu và trách nhiệm.
• Tăng cường Khả năng phục hồi: LES có thể hoạt động độc lập khỏi lưới điện chính trong thời gian mất điện, cung cấp nguồn cung cấp năng lượng đáng tin cậy và có khả năng phục hồi cao hơn, đặc biệt là trong các sự kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc các sự cố khác.
• Công nghệ Lưới điện Thông minh: Các công nghệ tiên tiến, chẳng hạn như đồng hồ thông minh, cảm biến và hệ thống điều khiển, cho phép giám sát và quản lý dòng năng lượng theo thời gian thực trong hệ thống, tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả.
• Lưu trữ Năng lượng: Lưu trữ bằng pin, lưu trữ nhiệt và các công nghệ lưu trữ năng lượng khác đóng một vai trò quan trọng trong việc cân bằng cung và cầu, đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng ổn định và đáng tin cậy ngay cả khi các nguồn năng lượng tái tạo không liên tục.

Lợi ích của Hệ thống Năng lượng Địa phương

Sự quan tâm ngày càng tăng đối với LES xuất phát từ vô số lợi ích mà chúng mang lại so với các hệ thống năng lượng tập trung truyền thống:

Bền vững về Môi trường

LES thường phụ thuộc nhiều vào các nguồn năng lượng tái tạo, như năng lượng mặt trời và gió, giúp giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính và chống lại biến đổi khí hậu. Bằng cách giảm thiểu tổn thất truyền tải và thúc đẩy hiệu quả năng lượng, LES còn giảm thêm dấu chân môi trường của chúng.

Ví dụ: Tại Samsø, Đan Mạch, một hệ thống LES do cộng đồng sở hữu, được cung cấp năng lượng từ tuabin gió và sinh khối, đã đạt được sự tự chủ hoàn toàn về năng lượng và giảm đáng kể lượng khí thải carbon của hòn đảo. Hệ thống này là một mô hình cho các cộng đồng khác đang tìm cách chuyển đổi sang một tương lai năng lượng bền vững hơn.

Phát triển Kinh tế

LES có thể kích thích tăng trưởng kinh tế địa phương bằng cách tạo việc làm trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, thu hút đầu tư và giảm chi phí năng lượng cho người dân và doanh nghiệp. Việc cộng đồng sở hữu LES đảm bảo rằng lợi nhuận sẽ ở lại trong cộng đồng, thúc đẩy hơn nữa nền kinh tế địa phương.

Ví dụ: Thành phố Güssing, Áo, đã chuyển mình từ một vùng nông nghiệp khó khăn thành một cộng đồng năng lượng thịnh vượng bằng cách phát triển một LES dựa trên sinh khối và các nguồn tài nguyên tái tạo khác. Dự án đã tạo ra hàng trăm việc làm và thu hút đầu tư đáng kể, làm hồi sinh nền kinh tế địa phương.

An ninh và Khả năng phục hồi Năng lượng

LES tăng cường an ninh năng lượng bằng cách đa dạng hóa các nguồn năng lượng và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu. Khả năng hoạt động độc lập khỏi lưới điện chính của chúng cung cấp một nguồn cung cấp năng lượng có khả năng phục hồi cao hơn trong các sự cố mất điện, vốn đang ngày càng trở nên thường xuyên do các sự kiện thời tiết khắc nghiệt và cơ sở hạ tầng cũ kỹ.

Ví dụ: Sau khi cơn bão Maria tàn phá Puerto Rico vào năm 2017, lưới điện tập trung của hòn đảo đã sụp đổ, khiến hàng triệu người không có điện trong nhiều tháng. Sự kiện này đã nhấn mạnh sự mong manh của các hệ thống tập trung và thúc đẩy sự quan tâm đến việc phát triển các LES phi tập trung để cải thiện khả năng phục hồi năng lượng.

Trao quyền cho Cộng đồng

LES trao quyền cho các cộng đồng địa phương bằng cách cho họ quyền kiểm soát nhiều hơn đối với nguồn cung cấp năng lượng của mình. Việc cộng đồng sở hữu và tham gia vào LES thúc đẩy ý thức sở hữu, trách nhiệm và niềm tự hào, dẫn đến sự tham gia và gắn kết cộng đồng lớn hơn.

Ví dụ: Nhiều hợp tác xã năng lượng cộng đồng ở Đức, chẳng hạn như EWS Schönau, đã phát triển và vận hành thành công các LES, cung cấp năng lượng sạch, giá cả phải chăng cho các thành viên và chứng minh sức mạnh của các sáng kiến do cộng đồng lãnh đạo.

Giảm Chi phí Năng lượng

Bằng cách sản xuất năng lượng tại chỗ và giảm tổn thất truyền tải, LES có thể giúp giảm chi phí năng lượng cho người dân và doanh nghiệp. Trong một số trường hợp, LES thậm chí có thể tạo ra doanh thu bằng cách bán lại năng lượng dư thừa cho lưới điện chính.

Ví dụ: Ở một số vùng của Úc, các hộ gia đình có tấm pin quang điện mặt trời và hệ thống lưu trữ pin có thể tham gia vào các nhà máy điện ảo (VPP), bán năng lượng dư thừa trở lại lưới điện và kiếm thu nhập đồng thời góp phần vào sự ổn định của lưới điện.

Những thách thức trong việc Xây dựng Hệ thống Năng lượng Địa phương

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc áp dụng rộng rãi LES phải đối mặt với một số thách thức:

Chi phí ban đầu cao

Việc phát triển LES thường đòi hỏi các khoản đầu tư ban đầu đáng kể vào công nghệ năng lượng tái tạo, cơ sở hạ tầng lưới điện thông minh và hệ thống lưu trữ năng lượng. Việc đảm bảo tài chính cho các dự án này có thể là một thách thức, đặc biệt đối với các sáng kiến do cộng đồng lãnh đạo.

Rào cản pháp lý

Các quy định về năng lượng hiện hành thường được thiết kế cho các lưới điện tập trung và có thể không phù hợp với LES. Các rào cản pháp lý, chẳng hạn như quy trình cấp phép phức tạp và các tiêu chuẩn kết nối hạn chế, có thể cản trở sự phát triển của LES.

Độ phức tạp về kỹ thuật

Thiết kế và vận hành LES đòi hỏi chuyên môn kỹ thuật chuyên sâu trong các lĩnh vực như tích hợp năng lượng tái tạo, công nghệ lưới điện thông minh và hệ thống lưu trữ năng lượng. Tìm kiếm các chuyên gia có trình độ với các kỹ năng cần thiết có thể là một thách thức.

Tính không liên tục của các Nguồn năng lượng Tái tạo

Nhiều LES phụ thuộc vào các nguồn năng lượng tái tạo không liên tục, chẳng hạn như năng lượng mặt trời và gió. Việc quản lý sự biến đổi của các nguồn này đòi hỏi các kỹ thuật dự báo tiên tiến, hệ thống lưu trữ năng lượng và các chiến lược quản lý lưới điện linh hoạt.

Thiếu nhận thức của công chúng

Nhiều người không nhận thức được lợi ích của LES hoặc các cơ hội tham gia vào các dự án năng lượng cộng đồng. Nâng cao nhận thức của công chúng và giáo dục các bên liên quan về LES là rất quan trọng để thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi.

Các công nghệ hỗ trợ cho Hệ thống Năng lượng Địa phương

Một số công nghệ chính đang thúc đẩy sự tăng trưởng và phát triển của LES:

Công nghệ Năng lượng Tái tạo

Pin quang điện mặt trời, tuabin gió, thủy điện nhỏ và máy phát điện sinh khối là những nguồn năng lượng chính trong nhiều LES. Những tiến bộ trong các công nghệ này đang giúp giảm chi phí và cải thiện hiệu suất, khiến chúng ngày càng có khả năng cạnh tranh với các nguồn năng lượng truyền thống.

Công nghệ Lưới điện Thông minh

Đồng hồ thông minh, cảm biến và hệ thống điều khiển cho phép giám sát và quản lý dòng năng lượng theo thời gian thực trong LES. Những công nghệ này tối ưu hóa hiệu suất, tăng cường sự ổn định của lưới điện và tạo điều kiện tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo.

Hệ thống Lưu trữ Năng lượng

Lưu trữ bằng pin, lưu trữ nhiệt và các công nghệ lưu trữ năng lượng khác đóng một vai trò quan trọng trong việc cân bằng cung và cầu trong LES. Hệ thống lưu trữ năng lượng có thể lưu trữ năng lượng dư thừa được tạo ra trong thời kỳ sản xuất cao và giải phóng nó trong thời kỳ sản xuất thấp, đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng ổn định và đáng tin cậy.

Lưới điện vi mô

Lưới điện vi mô là các lưới năng lượng cục bộ có thể hoạt động độc lập khỏi lưới điện chính. Chúng thường được sử dụng kết hợp với LES để cung cấp nguồn cung cấp năng lượng có khả năng phục hồi và đáng tin cậy hơn cho cơ sở hạ tầng quan trọng, chẳng hạn như bệnh viện, dịch vụ khẩn cấp và trung tâm dữ liệu.

Nhà máy điện ảo (VPPs)

VPP là sự tập hợp của các tài nguyên năng lượng phân tán (DER), chẳng hạn như pin quang điện mặt trời, hệ thống lưu trữ pin và xe điện, được quản lý như một nhà máy điện duy nhất. VPP có thể cung cấp các dịch vụ lưới điện, chẳng hạn như điều chỉnh tần số và đáp ứng nhu cầu, tăng cường sự ổn định của lưới điện và giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy điện tập trung.

Công nghệ Blockchain

Công nghệ Blockchain có thể được sử dụng để tạo điều kiện cho giao dịch năng lượng ngang hàng trong LES. Các nền tảng dựa trên blockchain có thể cho phép người tiêu dùng mua và bán năng lượng trực tiếp với nhau, bỏ qua các công ty năng lượng truyền thống và tạo ra một thị trường năng lượng phi tập trung và minh bạch hơn.

Ví dụ về các Hệ thống Năng lượng Địa phương trên thế giới

LES đang được phát triển và triển khai trong nhiều bối cảnh khác nhau trên khắp thế giới:

• Samsø, Đan Mạch: Một hệ thống LES do cộng đồng sở hữu, được cung cấp năng lượng từ tuabin gió và sinh khối, đã đạt được sự tự chủ hoàn toàn về năng lượng.
• Güssing, Áo: Một thành phố đã chuyển mình từ một vùng nông nghiệp khó khăn thành một cộng đồng năng lượng thịnh vượng bằng cách phát triển một LES dựa trên sinh khối và các nguồn tài nguyên tái tạo khác.
• Lưới điện vi mô Brooklyn, Thành phố New York, Hoa Kỳ: Một lưới điện vi mô dựa vào cộng đồng cho phép người dân mua và bán năng lượng mặt trời trực tiếp với nhau.
• EWS Schönau, Đức: Một hợp tác xã năng lượng cộng đồng đã phát triển và vận hành thành công các LES, cung cấp năng lượng sạch, giá cả phải chăng cho các thành viên.
• Smart Power Kerala, Ấn Độ: Một dự án cung cấp điện ngoài lưới cho các cộng đồng nông thôn bằng cách sử dụng pin quang điện mặt trời và hệ thống lưu trữ pin.
• Một số quốc đảo Thái Bình Dương: Triển khai LES với năng lượng mặt trời và hệ thống lưu trữ pin để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu và cải thiện an ninh năng lượng.

Tương lai của các Hệ thống Năng lượng Địa phương

LES được dự đoán sẽ đóng một vai trò ngày càng quan trọng trong quá trình chuyển dịch năng lượng toàn cầu. Khi các công nghệ năng lượng tái tạo trở nên hợp túi tiền và dễ tiếp cận hơn, và khi các công nghệ lưới điện thông minh tiếp tục phát triển, LES sẽ càng trở nên hiệu quả về chi phí và đáng tin cậy hơn.

Các xu hướng chính được kỳ vọng sẽ thúc đẩy sự phát triển của LES bao gồm:

• Phi tập trung hóa sản xuất năng lượng: Sự sẵn có ngày càng tăng của các tài nguyên năng lượng phân tán, chẳng hạn như pin quang điện mặt trời và tuabin gió, đang thúc đẩy sự chuyển dịch sang sản xuất năng lượng phi tập trung hơn.
• Điện khí hóa mọi thứ: Việc điện khí hóa giao thông, hệ thống sưởi và các lĩnh vực khác đang làm tăng nhu cầu về điện và tạo ra các cơ hội mới cho LES.
• Tăng trưởng của Lưu trữ Năng lượng: Những tiến bộ trong công nghệ pin đang làm cho các hệ thống lưu trữ năng lượng trở nên hợp túi tiền và hiệu quả hơn, cho phép LES cân bằng cung và cầu hiệu quả hơn.
• Đổi mới Lưới điện Thông minh: Sự phát triển liên tục của các công nghệ lưới điện thông minh đang cho phép vận hành LES hiệu quả và đáng tin cậy hơn.
• Hỗ trợ Chính sách: Các chính phủ trên khắp thế giới đang ngày càng hỗ trợ sự phát triển của LES thông qua các chính sách như biểu giá điện hỗ trợ, ưu đãi thuế và cải cách quy định.

Khi LES trở nên phổ biến hơn, chúng sẽ góp phần vào một tương lai năng lượng bền vững, có khả năng phục hồi và công bằng hơn. Bằng cách trao quyền cho các cộng đồng địa phương và thúc đẩy ý thức sở hữu và trách nhiệm, LES có thể giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang một hệ thống năng lượng sạch hơn, phi tập trung hơn và dân chủ hơn.

Những hiểu biết có thể hành động để Xây dựng Hệ thống Năng lượng Địa phương

Cho dù bạn là thành viên cộng đồng, nhà hoạch định chính sách hay nhà đầu tư, đây là một số hiểu biết có thể hành động để xây dựng hệ thống năng lượng địa phương:

Đối với Thành viên Cộng đồng:

• Hãy tự tìm hiểu về những lợi ích của LES. Tìm hiểu về các công nghệ và phương pháp tiếp cận khác nhau hiện có, và hiểu LES có thể mang lại lợi ích cho cộng đồng của bạn như thế nào.
• Tổ chức các cuộc họp và hội thảo cộng đồng để thảo luận về tiềm năng của LES trong khu vực của bạn. Thu hút hàng xóm, doanh nghiệp địa phương và các nhà lãnh đạo cộng đồng vào cuộc trò chuyện.
• Thành lập một hợp tác xã năng lượng cộng đồng hoặc hợp tác với một tổ chức hiện có để phát triển một dự án LES. Tận dụng chuyên môn và nguồn lực tập thể của cộng đồng để đạt được mục tiêu của bạn.
• Vận động cho các chính sách hỗ trợ ở cấp địa phương và khu vực. Khuyến khích các nhà hoạch định chính sách thực hiện các chính sách hỗ trợ sự phát triển của LES.
• Xem xét việc lắp đặt các tấm pin quang điện mặt trời và hệ thống lưu trữ pin tại nhà hoặc doanh nghiệp của bạn. Tự sản xuất năng lượng sạch và giảm sự phụ thuộc vào lưới điện.

Đối với Nhà hoạch định Chính sách:

• Xây dựng các chính sách hỗ trợ cho LES. Thực hiện các chính sách như biểu giá điện hỗ trợ, ưu đãi thuế và cải cách quy định để khuyến khích sự phát triển của LES.
• Đơn giản hóa quy trình cấp phép cho các dự án LES. Giảm gánh nặng hành chính cho các nhà phát triển và tinh giản quy trình phê duyệt.
• Thiết lập các tiêu chuẩn kết nối rõ ràng cho LES. Đảm bảo rằng LES có thể dễ dàng kết nối với lưới điện chính và góp phần vào sự ổn định của lưới điện.
• Đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các công nghệ LES. Hỗ trợ đổi mới và phát triển các công nghệ mới có thể cải thiện hiệu suất và khả năng chi trả của LES.
• Cung cấp tài trợ và hỗ trợ kỹ thuật cho các dự án LES do cộng đồng lãnh đạo. Giúp các cộng đồng vượt qua những thách thức về tài chính và kỹ thuật trong việc phát triển LES.

Đối với Nhà đầu tư:

• Đầu tư vào các công nghệ năng lượng tái tạo, cơ sở hạ tầng lưới điện thông minh và hệ thống lưu trữ năng lượng. Những công nghệ này là cần thiết cho sự phát triển của LES.
• Hỗ trợ các dự án LES do cộng đồng lãnh đạo. Các dự án này mang lại tiềm năng cho cả lợi nhuận tài chính và xã hội.
• Xem xét đầu tư vào các nhà máy điện ảo và các nền tảng giao dịch năng lượng dựa trên blockchain. Những công nghệ này đang tạo ra các mô hình kinh doanh và cơ hội mới trong lĩnh vực LES.
• Thực hiện thẩm định kỹ lưỡng trước khi đầu tư vào các dự án LES. Đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật, khả năng tài chính và môi trường pháp lý của dự án.
• Hợp tác với các nhà phát triển và vận hành LES có kinh nghiệm. Tận dụng chuyên môn của họ để giảm thiểu rủi ro và tối đa hóa lợi nhuận.

Kết luận

Xây dựng hệ thống năng lượng địa phương là một bước quan trọng hướng tới một tương lai năng lượng bền vững, có khả năng phục hồi và công bằng hơn. Bằng cách áp dụng sản xuất năng lượng phi tập trung, công nghệ lưới điện thông minh và quyền sở hữu của cộng đồng, chúng ta có thể tạo ra một thế giới nơi mọi người đều có quyền tiếp cận năng lượng sạch, giá cả phải chăng và đáng tin cậy. Quá trình chuyển đổi sang LES sẽ đòi hỏi sự hợp tác và đổi mới từ tất cả các bên liên quan – thành viên cộng đồng, nhà hoạch định chính sách và nhà đầu tư – nhưng lợi ích mang lại là hoàn toàn xứng đáng với nỗ lực. Khi công nghệ phát triển và các chính sách hỗ trợ được thực hiện, LES sẽ tiếp tục phát triển và biến đổi bối cảnh năng lượng toàn cầu.