Lưới điện vi mô hay còn gọi là lưới điện siêu nhỏ (micro grid) là hệ thống lưới điện tương đối nhỏ, có thể điều khiển được bao gồm một hoặc nhiều đơn vị phát điện được kết nối với người dùng gần đó có thể được vận hành cùng hoặc độc lập với hệ thống truyền tải cục bộ (tức là điện áp cao), đôi khi được gọi là “lưới điện lớn”. Do năng lượng (điện và nhiệt) được tạo ra gần nơi chúng được sử dụng nên lưới điện siêu nhỏ là một hình thức phát điện phân tán.
Trước đây, lưới điện siêu nhỏ tạo ra điện bằng cách sử dụng nhiệt và điện kết hợp chạy bằng nhiên liệu hóa thạch (CHP) và máy phát điện động cơ pittông. Tuy nhiên, ngày nay, các dự án đang ngày càng tận dụng các nguồn tài nguyên bền vững hơn như năng lượng mặt trời và lưu trữ năng lượng. Lưới điện siêu nhỏ có thể chạy bằng năng lượng tái tạo, tua-bin đốt bằng khí tự nhiên hoặc các nguồn mới nổi như pin nhiên liệu hoặc thậm chí là lò phản ứng hạt nhân mô-đun nhỏ khi chúng có sẵn trên thị trường.
Lưới điện siêu nhỏ có thể cung cấp năng lượng cho các cơ sở quan trọng khi mất điện mà nguyên nhân liên quan đến thời tiết hoặc an ninh ảnh hưởng đến lưới điện rộng lớn hơn. Lưới điện siêu nhỏ cũng có thể là nguồn điện chính cho bệnh viện, trường đại học hoặc khu dân cư. Trong khi các lưới điện siêu nhỏ cho một người dùng và dành cho trường học, đến các lưới điện phục vụ khu công nghiệp hoặc căn cứ quân sự, đã tồn tại trong nhiều thập kỷ, nhiều thành phố hiện đang quan tâm đến các hệ thống có thể tích hợp tốt hơn các nguồn lực phát điện và phụ tải, phục vụ nhiều người dùng và/hoặc đáp ứng các yêu cầu về môi trường. hoặc các mục tiêu ứng phó khẩn cấp.
Một số dạng lưới điện siêu nhỏ biến thể hoặc kết hợp có thể kể đến:
Số lượng lớn khách hàng: Lưới điện siêu nhỏ có thể phục vụ một tòa nhà, nhiều khách hàng trong một khu vực địa lý hạn chế hoặc khách hàng trên toàn bộ cộng đồng. Lưới điện siêu nhỏ thường có kích thước từ 100 kilowatt (kW) đến nhiều megawatt (MW).
Các loại tải và chức năng: Một lưới điện siêu nhỏ có mục đích chung cung cấp hoặc bổ sung các dịch vụ mà khách hàng có thể nhận được từ lưới điện lớn. “Mạng lưới điện siêu nhỏ cộng đồng” phục vụ mục đích công cộng, chẳng hạn như cấp điện cho sở cảnh sát và trạm cứu hỏa, tháp di động, bơm hút nước và nước thải thành phố trong trường hợp khẩn cấp. Lưới điện siêu nhỏ cộng đồng cũng có thể phục vụ các nhu cầu có mục đích chung bằng cách cung cấp năng lượng để thay thế hoặc bổ sung dịch vụ từ lưới điện vĩ mô hàng ngày.
Loại kết nối: Hệ thống không nối lưới vì không kết nối với lưới điện lớn nên phải là nguồn điện chính cho khách hàng. Một lưới điện siêu nhỏ được kết nối với một lưới điện lớn có tính linh hoạt cao hơn vì lưới điện lớn hoạt động như một tài nguyên bổ sung.
Tại Mỹ, Lưới điện siêu nhỏ thu hút nhiều công ty lớn của Hoa Kỳ cam kết tự làm việc và hợp tác với các chính phủ để chuyển đổi sang nền kinh tế carbon thấp bền vững. Ví dụ, NRG Energy, một trong những nhà sản xuất điện độc lập lớn nhất của đất nước, đã biến trụ sở chính ở Princeton, New Jersey, thành một phòng thí nghiệm dự án trình diễn lưới điện siêu nhỏ hoàn toàn có thể đảo được, từ đó công ty có thể thử nghiệm các ý tưởng cho các ứng dụng trong thế giới thực. NRG cũng đang hợp tác với nhà điều hành lưới điện PJM để khám phá những cách mà lưới điện siêu nhỏ có thể giúp tăng cường hoạt động của lưới điện vĩ mô.
Lợi ích của lưới điện siêu nhỏ
Lưới điện siêu nhỏ có nhiều lợi ích đối với môi trường, đối với các nhà khai thác tiện ích và đối với khách hàng.
1. Lưới điện siêu nhỏ mang đến cơ hội triển khai nhiều nguồn điện không phát thải, do đó giảm phát thải khí nhà kính. Hệ thống quản lý lưới điện siêu nhỏ (ví dụ: hệ thống quản lý năng lượng địa phương) có thể cân bằng việc phát điện từ các nguồn năng lượng tái tạo không thể kiểm soát, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, với việc phát điện phân tán, có thể kiểm soát, chẳng hạn như tua-bin đốt nhiên liệu khí tự nhiên. Hệ thống cũng có thể sử dụng bộ lưu trữ năng lượng và pin trong xe điện để cân bằng giữa sản xuất và sử dụng trong lưới điện siêu nhỏ.
2. Lưới điện siêu nhỏ có thể tận dụng năng lượng tại chỗ nếu không sẽ bị thất thoát qua các đường dây truyền tải và nhiệt sẽ bị thất thoát trong ống khói. Khi nguồn điện phải truyền đi một quãng đường dài (ví dụ: từ một nhà máy điện tập trung), tổn thất đường dây xảy ra, đòi hỏi phải phát điện bổ sung để đảm bảo đáp ứng nhu cầu ở xa. Vì điện từ lưới điện siêu nhỏ được tạo ra bên cạnh nơi nó sẽ được sử dụng (còn được gọi là phát điện phân tán), tổn thất trên đường dây được giảm thiểu và cần ít điện năng hơn để đáp ứng cùng một mức nhu cầu. Ngoài ra, khi điện được tạo ra từ một số nguồn điện tập trung nhất định (ví dụ: , nhiên liệu hóa thạch và năng lượng hạt nhân) một lượng lớn năng lượng nhiệt được tạo ra và thường giải phóng – không được sử dụng – vào khí quyển. Khi năng lượng được tạo ra gần với người dùng cuối, việc sử dụng năng lượng nhiệt này một cách hiệu quả sẽ trở nên khả thi về mặt kinh tế, chẳng hạn như đun nóng nước hoặc không gian trong các ngôi nhà và doanh nghiệp gần đó, giúp giảm lượng khí thải nhà kính.
3. Lưới điện siêu nhỏ có thể cải thiện công tác quản lý cung và cầu điện tại địa phương, điều này có thể giúp trì hoãn các khoản đầu tư tốn kém của các tiện ích vào việc phát điện mới. Khi được bố trí một cách chiến lược trong hệ thống điện, lưới điện siêu nhỏ giúp giảm hoặc quản lý nhu cầu điện và giảm bớt tắc nghẽn lưới điện, từ đó giảm giá điện và giảm nhu cầu sử dụng điện vào giờ cao điểm. Theo cách này, lưới điện siêu nhỏ có thể hỗ trợ độ tin cậy của hệ thống, nâng cao hiệu quả của hệ thống và giúp trì hoãn hoặc tránh đầu tư vào công suất điện mới (ví dụ: nhà máy “đỉnh điểm”, trạm biến áp, đường dây truyền tải, kho lưu trữ năng lượng hoặc cơ sở hạ tầng khác). Khi được kết nối với mạng phân phối cục bộ hoặc hệ thống truyền tải, lưới điện siêu nhỏ cũng có thể giao dịch từ một nút duy nhất để xuất lượng điện dư thừa hoặc nhập lượng điện mất cân bằng từ hệ thống xung quanh.
4. Lưới điện siêu nhỏ có thể nâng cao khả năng phục hồi của lưới điện trước các cuộc tấn công mạng hoặc thời tiết khắc nghiệt hơn. Lưới điện siêu nhỏ có thể cung cấp điện liên tục cho từng tòa nhà, khu dân cư hoặc toàn bộ thành phố, ngay cả khi lưới điện lớn xung quanh bị mất điện. Khái niệm về một microgrid hoạt động độc lập với hệ thống xung quanh được gọi là đảo. Lưới điện siêu nhỏ cũng có thể giúp lưới điện vĩ mô phục hồi sau sự cố ngừng hoạt động của hệ thống, một cách gián tiếp, bằng cách duy trì các dịch vụ cần thiết cho đội phục hồi hoặc trực tiếp, bằng cách giúp cấp điện lại cho lưới điện vĩ mô.
Thách thức đối với lưới điện thông minh
Tài chính và pháp lý được xem là rào cản cho việc tăng tốc triển khai lưới điện siêu nhỏ.
Lưới điện siêu nhỏ có xu hướng tích hợp nhiều công nghệ năng lượng vào một dự án, khiến chúng trở nên phức tạp và thách thức đối với các nhà đầu tư. Mỗi dự án có thể bao gồm các loại và quy mô phát điện khác nhau, phục vụ tải trọng riêng, được đặt ở khu vực địa lý và thị trường riêng, đồng thời chịu sự thay đổi và các quy định về thời tiết riêng. Ngoài ra, trong khi các khoản tín dụng thuế và ưu đãi thuế tồn tại đối với một số công nghệ này, chúng khác nhau tùy theo công nghệ, khu vực và khả năng tiếp cận của nhà phát triển. Ví dụ: các công nghệ pin mặt trời và pin nhiên liệu đủ điều kiện nhận tín dụng thuế đầu tư liên bang, nhưng một đô thị không có nghĩa vụ thuế liên bang có thể không sử dụng được tín dụng đó. Với rất nhiều biến số, mỗi dự án lưới điện siêu nhỏ có thể yêu cầu giải pháp tài chính tùy chỉnh của riêng mình.
Hầu như tất cả các bang thậm chí còn thiếu một định nghĩa pháp lý về lưới điện siêu nhỏ, và những thách thức về quy định và pháp lý có thể khác nhau giữa và trong các bang. Lưới điện siêu nhỏ phải đối mặt với ba loại rào cản pháp lý: (1) luật cấm hoặc hạn chế các hoạt động cụ thể; (2) luật làm tăng chi phí kinh doanh; và (3) sự không chắc chắn, bao gồm rủi ro luật mới sẽ được thực thi để điều chỉnh lưới điện siêu nhỏ và áp đặt các hạn chế hoặc chi phí không lường trước được tại thời điểm phát triển hoặc xây dựng. Luật pháp cũng có thể trao quyền và phân định rõ ràng nghĩa vụ, tạo điều kiện phát triển và cấp vốn, đồng thời làm cho dự án trở nên hấp dẫn hơn đối với khách hàng tiềm năng.
Lược dịch theo thông tin từ Trung tâm giải pháp khí hậu và năng lượng
