Tại sao chúng ta cần Eloncity?

vincentnguyen (25)in #eloncity • 6 years ago (edited)

Cách sống hiện đại của chúng ta phụ thuộc vào các lưới điện rộng lớn cung cấp năng lượng cho tất cả mọi thứ từ bóng đèn tới tàu điện ngầm. Mặc dù có những bước tiến lớn trong đổi mới công nghệ, nhưng các lưới điện hiện tại này chủ yếu được xây dựng trên thiết kế cũ, về cơ bản là kiến trúc lưới điện tập trung được cung cấp bởi các nhà máy phát điện lớn ở các địa điểm xa xôi kết nối các trang web của khách hàng thông qua mạng lưới điện truyền tải và phân phối phức tạp (T & D) .

Sự phối hợp của sản xuất điện ở dạng dòng xoay chiều (AC) và sự phân phối của nó thông qua mạng lưới T & D phức tạp được quản lý bởi các nhà khai thác hệ thống khu vực hoặc các nhà khai thác hệ thống độc lập (ISO). Các tiêu chuẩn ISO không chỉ cần cân bằng sản xuất và tiêu thụ điện trong thời gian thực mà còn phải đảm bảo điện được sản xuất từ xa được vận chuyển đến các địa điểm của khách hàng mà không bị tắc nghẽn trên mạng lưới T & D rộng lớn.

Trong khi các lưới điện hiện nay nằm trong số những hệ thống kỹ thuật phức tạp nhất từng được xây dựng bởi nhân loại, thì thiết kế lưới điện tập trung này bắt đầu thể hiện tuổi của nó. Lưới điện tập trung ngày nay phải đối mặt với những thách thức lớn trong việc cung cấp các dịch vụ năng lượng an toàn, đáng tin cậy, an toàn và giá cả phải chăng. Dưới đây là những ví dụ chỉ là một vài trong số những thách thức vexing lưới điện tập trung hiện tại phải đối mặt.

VẤN ĐỀ VỀ SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG VÀ MÔI TRƯỜNG:

California ngày 23 tháng 10 năm 2015 - Kho chứa khí tự nhiên dưới lòng đất ở Aliso Canyon ở Los Angeles đã trải qua một sự rò rỉ lớn. Cơ sở lưu trữ này là cơ sở lưu trữ khí tự nhiên lớn thứ hai thuộc loại này ở Hoa Kỳ, và nó cung cấp khí cho các nhà máy phát điện ở khắp miền Nam California. Vấn đề rò rỉ quá nghiêm trọng đến nỗi nó đã khiến Thống đốc California Jerry Brown tuyên bố tình trạng khẩn cấp vào ngày 6 tháng 1 năm 2016.

Sự cố Aliso Canyon đã tạo ra thảm họa môi trường ở quy mô lớn hơn tai nạn Deepwater Horizon ở Vịnh Mexico. Người ta đã đánh giá rằng rò rỉ khí của Aliso Canyon thải ra khoảng 5,3 gigaton khí mê-tan độc hại vào bầu khí quyển của Trái Đất. Điều này tương đương với khoảng 12,800 năm tổng lượng phát thải hàng năm của toàn bộ Bờ biển phía Nam lưu vực Nam California. Các công ty điện lực ở miền Nam California đã thực hiện các kế hoạch dự phòng để dự đoán tình trạng thiếu khí tự nhiên để cung cấp năng lượng cho các nhà máy điện chạy bằng khí tại địa phương.

Trong khi đó, người dân địa phương báo cáo tình trạng đau đầu, buồn nôn và chảy máu cam nặng. Trung bình, 50 trẻ em mỗi ngày phải gặp y tá trường học cho hiện tượng chảy máu cam nặng. Vào tháng Giêng năm 2016, hơn 6.500 gia đình đã nộp đơn xin giúp đỡ, và gần ba nghìn hộ gia đình, hoặc khoảng mười một nghìn người, đã tạm thời di dời. Đã có rất nhiều thảm họa lưới điện tập trung trong những năm qua, với một số bị tai tiếng trên toàn thế giới như sự cố Chernobyl và Fukushima. Trong thảm họa nhà máy điện hạt nhân Chernobyl, hơn 300.000 người buộc phải di dời vĩnh viễn. Tai nạn hạt nhân này phát tán các hạt phóng xạ trong không khí có thể theo dõi được phát hiện ở mọi quốc gia ở bán cầu bắc. Như một vài ví dụ chứng thực, các lưới điện tập trung đặt ra những tác động ngày càng khó chịu đối với môi trường, sức khỏe và sự an toàn của những người mà nó cho là phục vụ.

NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ ĐỘ TIN CẬY VÀ AN TOÀN:

California ngày 8 tháng 9 năm 2011 - Một thủ tục bảo dưỡng thiết bị còn thiếu tại một trạm chuyển mạch truyền tải ở Yuma, Arizona, khởi xướng các thất bại điện lưới khiến cho hơn 7 triệu người không có điện, từ Hạt San Diego đến Tây Arizona và Tijuana3. Sự cố lớn này đã phơi bày tính nhạy cảm vốn có của lưới điện tập trung với các điểm dễ bị tổn thương. Tương tự như sự cố rò rỉ khí Aliso Canyon, một thất bại tại một điểm duy nhất trên lưới điện tập trung gây ra tác động bất lợi cho hàng triệu khách hàng trên một khu vực rộng lớn. Tai nạn tự nhiên hoặc do con người gây ra có thể xảy ra tại bất kỳ điểm dễ bị tổn thương nào, ở bất kỳ nơi nào trên lưới điện tập trung phức tạp nằm rải rác trên các khu vực địa lý rộng lớn, do đó khả năng đảm bảo an toàn và đáng tin cậy của lưới điện hiện có sẽ ngày càng bị thách thức.

KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG VÀ KHẢ NĂNG PHỤC HỒI:

Melbourne, Úc ngày 28 tháng 1 năm 2018 - Hơn 10.000 ngôi nhà ở bang đông dân thứ hai của Úc bị kẹt mà không có điện do sự gia tăng nhu cầu năng lượng từ làn sóng nóng thiêu đốt làm quá tải lưới điện. Sự mất điện này đã gây ra bởi sự cố mạng lưới điện, thay vì thiếu nguồn cung cấp. Điều này xảy ra chưa đầy một năm sau thành phố lớn nhất của Úc, Sydney, bị ảnh hưởng bởi mất điện trong một đợt nắng nóng ảnh hưởng đến hơn 50.000 ngôi nhà. Những sự kiện này thường xảy ra trong một đợt sóng nóng dữ dội, nơi nhu cầu năng lượng có thể cao điểm khi khách hàng quay lên máy điều hòa không khí của họ. Trong khi đó, các dây điện lưới T & D và các nhà máy điện có kinh nghiệm giảm phát và phát điện do tăng nhiệt độ môi trường xung quanh. Trong tương lai gần của biến đổi khí hậu toàn cầu, các thành phố trên khắp thế giới dự kiến sẽ gặp phải sự cố về sự cố lưới điện ngày càng tăng do thời tiết bất lợi, làm tăng thêm vấn đề này. Từ những đợt nóng ở Úc và California đến những cơn bão mùa đông ở miền đông bắc nước Mỹ, đến bão Katrina, Sandy, Rita hay Maria, chúng tôi chứng kiến những đợt thất bại của lưới điện lặp đi lặp lại do hệ thống không thích ứng và hấp thụ những gián đoạn sự kiện gây ra do khí hậu thay đổi.

KHÔNG CÓ KHẢ NĂNG CHI TRẢ CHI PHÍ ĐIỆN:

Hoa Kỳ, ngày 14 tháng 4 năm 2016 - Một nghiên cứu được xuất bản bởi Groundswell, một nhóm vận động năng lượng tái tạo phi lợi nhuận, công bố chi tiết về cách mà chi phí điện ngày càng trở nên nặng nề hơn đối với tầng lớp lao động của Mỹ. Nghiên cứu báo cáo 20% người có thu nhập thấp nhất chi khoảng 10% thu nhập của họ vào điện. Một vài lý do cho chi phí điện cao của lưới điện tập trung như sau: (a) Năm đến chín phần trăm, tổng năng lượng sản xuất bị mất trong quá trình truyền và phân phối điện. Như đã thảo luận ở trên, tổn thất T & D được khuếch đại trong thời tiết nóng do sự gia tăng sức đề kháng trong dây và thiết bị T & D khi nhiệt độ tăng; (b) Điện ở dạng AC tương đối phức tạp và đòi hỏi nhiều nguồn hỗ trợ, được gọi là dịch vụ phụ trợ, để đảm bảo quyền hạn được giao tại các trang web của khách hàng vẫn nằm trong giới hạn chất lượng điện yêu cầu. Ví dụ về các dịch vụ phụ trợ sẽ là điều chỉnh tần số, điều chỉnh mức điện áp và khả năng phản ứng. Thật không may, các dịch vụ phụ trợ cần thiết cho lưới điện tập trung dựa trên AC là tốn kém và thường chiếm từ ba đến bảy phần trăm của tổng số tiền điện; (c) Các dịch vụ năng lực đảm bảo đủ công suất phát điện để duy trì độ tin cậy lưới trong các giai đoạn nhu cầu cao điểm. Các dịch vụ công suất hoặc dự trữ năng lượng dự phòng là bắt buộc vì lưới điện hiện tại thiếu sự phối hợp có tính thời gian thực của nhu cầu điện của khách hàng đối với nguồn điện sẵn có của hệ thống. Nói cách khác, do việc quản lý có tính thời gian thực các nhu cầu năng lượng tại các lĩnh vực của khách hàng còn thiếu, các lưới tập trung thu được khả năng tạo ra dư thừa để dự phòng trong trường hợp cần thiết. Các dịch vụ thâu tóm năng lượng dư thừa để đề phòng trong trường hợp người dân cần. Dịch vụ năng lượng này cũng tốn kém và có thể thêm tới 15 phần trăm của tổng số hóa đơn. Những ví dụ này chỉ là một vài sự thiếu hiệu quả ngay từ đầu và tốn kém của thiết kế lưới điện xoay chiều tập trung.

Khi bạn kết hợp những thách thức của thiên tai, tăng dân số và biến đổi khí hậu, các phương pháp tiếp cận mới để sản xuất và phân phối năng lượng là cần thiết hơn bao giờ hết. Chúng tôi tin rằng các giải pháp cho những thách thức này cũng sẽ tạo ra sự tăng trưởng sôi nổi và bền vững cho tất cả mọi người. Tổ chức AI Grid Foundation (Foundation), một tổ chức phi lợi nhuận có trụ sở tại Singapore và là người ủng hộ cho việc tiếp cận mở với năng lượng tái tạo phi tập trung, chia sẻ tầm nhìn này. Quỹ đã phối hợp với các tổ chức toàn cầu và cộng đồng địa phương để phát triển Mô hình Eloncity, một phương pháp tập trung vào cộng đồng nhằm giải quyết những thách thức này và phân cấp các nguồn năng lượng tái tạo để đạt được một tương lai năng lượng an toàn, lành mạnh, sôi nổi và công bằng. Mô hình Eloncity xây dựng dựa trên bốn trụ cột chính:

(1) Kiến trúc thiết kế năng lượng tái tạo phân cấp, bao gồm:

Một nền tảng Blockchain cung cấp sổ cái mở, được bảo đảm và phân phối để ghi lại hiệu quả các giao dịch năng lượng trong cộng đồng một cách đáng tin cậy và không thay đổi được. Nền tảng blockchain cũng cho phép cộng đồng Eloncity thiết lập một kỷ lục có thể kiểm tra để theo dõi các nguồn phát điện trong cộng đồng, đó là không có nhiên liệu hóa thạch hoặc không có hóa thạch. Việc theo dõi các nguồn phát điện có thể kiểm tra là rất quan trọng để xác định giá trị điện dựa trên các nguồn phát điện và cũng giám sát tiến độ của cộng đồng đối với khử cacbon.

Một hệ thống lưu trữ năng lượng pin được nối mạng thông minh (BESS) được triển khai trên cơ sở khách hàng để hài hòa với nhu cầu cung cấp điện của địa phương. Eloncity BESS giảm nhẹ nhu cầu về năng lực tốn kém và các dịch vụ phụ trợ. Ngoài ra, BESS cũng giúp làm phẳng các thế hệ tái tạo liên tục thành các nguồn tái tạo có thể dự đoán, đáng tin cậy và có thể gửi đi được.

Các thế hệ có thể tái sinh hoặc dựa vào cộng đồng, chẳng hạn như các PV năng lượng mặt trời cùng với BESS được nối mạng thông minh, có thể đáp ứng tất cả hoặc gần như tất cả các nhu cầu năng lượng của địa phương. Các quyền hạn tái tạo được sản xuất tại địa phương sẽ loại bỏ hoặc giảm đáng kể nhu cầu vận chuyển năng lượng từ xa thông qua mạng lưới T & D của mạng lưới tập trung phức tạp và thường dễ bị tổn thương, đồng thời tránh tổn thất năng lượng từ việc truyền tải điện từ xa tới khách hàng.

Một mạng lưới điện DC cộng đồng sử dụng năng lượng DC tái tạo hiệu quả hơn bằng cách giảm thiểu tổn thất từ việc chuyển đổi AC-DC-AC lặp đi lặp lại, trong khi loại bỏ nhu cầu về các dịch vụ phụ trợ điện AC tốn kém. Điện ở dạng DC đơn giản hơn nhiều so với bộ nguồn AC của nó. Ví dụ, điện DC không đòi hỏi sự hỗ trợ phức tạp và tốn kém như điều chỉnh tần số hoặc các dịch vụ công suất phản kháng. Lưới điện DC địa phương được đề xuất của Eloncity bao gồm Bộ lập lịch DCBus phối hợp cung cấp điện cho cộng đồng. Vai trò của bộ lập lịch cục bộ này tương đương với vai trò của nhà điều hành hệ thống độc lập, nhưng với lợi thế đáng kể về khả năng cân bằng nhu cầu và nguồn cung cấp năng lượng tại các cấp cơ sở khách hàng cá nhân ở độ phân giải thời gian chi tiết cao. Tóm lại, lưới DC cục bộ và DCBus Scheduler, cùng với BESS nối mạng, sẽ loại bỏ nhu cầu về các dịch vụ phụ trợ tốn kém trong khi loại bỏ sự mất mát khỏi việc chuyển đổi AC-DC-AC lặp đi lặp lại. Tất cả những cải tiến kỹ thuật này cuối cùng nhằm mục đích giảm chi phí giao điện cho người tiêu dùng năng lượng.

(2) Lập kế hoạch và thực hiện theo hướng cộng đồng bảo đảm sự thành công lâu dài của sự chuyển đổi của cộng đồng vào tương lai năng lượng tái tạo bền vững. Do thực tế là cộng đồng và con cái của họ phải sống với tương lai năng lượng này, bắt buộc rằng cộng đồng có vai trò tham gia tích cực trong việc xác định và tạo ra tương lai năng lượng mới này.

(3) Tài trợ dựa trên hiệu quả và tự tài trợ là rất quan trọng trong việc huy động vốn thị trường tư nhân để thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi năng lượng tái tạo phi tập trung. Tổ chức Foundation sẽ cộng tác với các đối tác tài chính, các cơ quan chính phủ và các bên liên quan chính khác để thiết lập các quỹ cho vay quay vòng. Mục tiêu của quỹ cho vay quay vòng là đóng góp vào chi phí vốn trả trước cần thiết để khởi xướng dự án ở các cộng đồng thiếu quyền tiếp cận nguồn vốn như vậy. Các dự án dựa trên hiệu suất sẽ chứng minh giá trị của chúng bằng cách tiết kiệm hóa đơn năng lượng thực và có ý nghĩa cho các thành viên cộng đồng trong khi tạo ra lợi tức đầu tư cần thiết để trả lại các khoản vay ban đầu cho việc khởi động. Các khoản vay trả nợ sẽ được sử dụng để tài trợ cho các dự án Eloncity tiếp theo.

(4) Một khung pháp lý công bằng tạo điều kiện cho các thị trường mở là cần thiết để giảm thiểu các quyền lực thị trường hiện tại mất cân bằng, bảo vệ người tiêu dùng năng lượng, hỗ trợ nền kinh tế địa phương và mở ra những đổi mới thị trường. Khung pháp lý phải đảm bảo tiếp cận thị trường công bằng cho người tham gia trong thị trường sáng tạo và hướng dẫn các giải pháp định hướng thị trường để cung cấp: (a) an toàn cho cộng đồng và những người sống và làm việc trong đó, (b) dịch vụ năng lượng đáng tin cậy hỗ trợ phát triển cộng đồng sôi nổi đối mặt với biến đổi khí hậu, (c) các dịch vụ năng lượng hiệu quả chi phí hợp lý, đặc biệt là các gia đình có thu nhập thấp, (d) thành công bền vững của quá trình chuyển đổi cộng đồng vào tương lai năng lượng tái tạo lành mạnh và an toàn, và (e) khuôn khổ để đảm bảo không có cộng đồng nào bị bỏ lại sau khi thế giới tăng tốc vào mô hình tái tạo năng lượng sạch.

Các thị trường tiềm năng cho Giải pháp Eloncity sẽ là bất kỳ khu vực nào được phục vụ bởi các lưới tập trung nhiên liệu hóa thạch và hạt nhân. Tuy nhiên, Quỹ Foundation sẽ tập trung vào các khu vực dễ bị thiên tai và nông thôn trong giai đoạn phát triển thị trường ban đầu bởi vì các khu vực này: (a) dễ bị hao tổn nhất do gián đoạn dịch vụ điện; (b) thường thiếu khả năng địa phương để lập kế hoạch và tạo ra tương lai năng lượng an toàn, lành mạnh, an toàn và bền vững; và (c) các cộng đồng khó tiếp cận và không được phục vụ thường bị bỏ lại phía sau. Đồng thời, Quỹ Foundation sẽ cộng tác với các tiện ích lớn trong các khu vực đô thị dày đặc để cung cấp Mô hình Eloncity phi tập trung để giải quyết các khu vực dịch vụ hạn chế địa phương. Tương tự như ví dụ về tình trạng mất điện lưới ở Melbourne trong các đợt nóng, các khu vực hạn chế không có đủ năng lực T & D để nhập khẩu nguồn điện cần thiết. Giải pháp truyền thống sẽ là nâng cấp cơ sở hạ tầng lưới tốn kém và tái vận hành nhiên liệu hóa thạch ô nhiễm hoặc các nhà máy điện hạt nhân nguy hiểm. Mặt khác, Mô hình Eloncity sản xuất năng lượng tái tạo tại địa phương để tiêu thụ tại địa phương, do đó phủ nhận sự cần thiết phải nhập khẩu năng lượng sản xuất từ xa thông qua mạng T & D tốn kém và thường dễ bị hao tổn.

Lộ trình triển khai Eloncity được phân thành ba giai đoạn chính: Trong suốt giai đoạn 1, Quỹ Foundation đã dành bốn năm vừa rồi hợp tác với một liên minh các đối tác toàn cầu để phát triển các công nghệ khối xây dựng chính cho Mô hình Eloncity. Những nỗ lực hợp tác này đã phát triển thành công và đưa ra thị trường BESS được kết nối mạng thông minh, phần mềm quản lý năng lượng, thiết bị DC và máy phát điện tái tạo được khách hàng liên kết. Các công nghệ khối xây dựng này đã cho phép triển khai thành công hàng trăm tòa nhà tự cung tự cấp. Trong giai đoạn 2, trong vòng 18 đến 24 tháng tới, Quỹ Foundation sẽ cộng tác với các cơ quan năng lượng, cơ quan nghiên cứu và giáo dục, cơ quan công cộng, chính quyền địa phương, các tiện ích địa phương, đối tác công nghệ toàn cầu, đối tác tài chính, các tổ chức cộng đồng và các thành viên cộng đồng. để minh họa quy mô Mô hình Eloncity trong các cộng đồng ở Bắc Mỹ, Mỹ Latin và Châu Á. Mô hình Eloncity sẽ là sự tích hợp các công nghệ khối xây dựng của Giai đoạn 1 với bốn khối xây dựng bổ sung: giao thức blockchain để hỗ trợ các giao dịch năng lượng phi tập trung (Eloncity Protocol), phát triển năng lực cộng đồng cho việc lập kế hoạch và thực hiện các dự án năng lượng phi tập trung dựa vào cộng đồng, tài trợ dự án dựa trên hiệu suất với tài trợ vốn vay quay vòng và khung pháp lý phi tập trung để hỗ trợ việc khử cacbon theo định hướng thị trường. Các địa điểm thí điểm sẽ ở các khu vực địa lý đa dạng để chứng minh khả năng tái tạo thiết kế phổ quát của Eloncity nhằm đáp ứng nhu cầu độc đáo của các thị trường địa phương đa dạng. Các đầu ra chính của Giai đoạn 2 sẽ là công thức để nhân rộng Mô hình Eloncity, dựa trên sự tổng hợp các kết quả từ các dự án thí điểm. Quỹ Foundation sẽ công bố các thực tế tốt nhất, các bài học kinh nghiệm và các quy trình triển khai dự án để hỗ trợ các cộng đồng toàn cầu trong việc áp dụng và thực hiện Mô hình Eloncity. Trong giai đoạn 3, Quỹ Foundation sẽ tập trung vào việc chuyển đổi thị trường đại chúng để phổ biến mô hình Eloncity cho tất cả các thị trường toàn cầu nhắm mục tiêu. Thông tin chi tiết hơn sẽ được cung cấp trong tờ Eloncity Whitepaper và trang web Eloncity sắp tới.