Giải quyết các thách thức trong lĩnh vực năng lượng Kích hoạt thị trường dự trữ năng lượng bằng cách sử dụng
Lưu trữ pin quy mô lưới điện

Ba thách thức chính
trong sự cân bằng cung cầu năng lượng của Nhật Bản

— Ngành điện lực Nhật Bản đang đối mặt với những thách thức nào trong quá trình hướng tới một xã hội không phát thải carbon?

MatsuhashiNhiều quốc gia và khu vực đã tuyên bố ý định đạt được xã hội trung hòa carbon vào năm 2050, và Nhật Bản hiện đang nỗ lực hướng tới mục tiêu này phù hợp với các nguyên tắc chỉ đạo của Kế hoạch Năng lượng Chiến lược lần thứ 7. Mục tiêu theo kế hoạch này là năng lượng tái tạo sẽ đóng vai trò là nguồn năng lượng cốt lõi, chiếm 40-50% tổng lượng điện vào năm tài chính 2040, tiếp theo là năng lượng hạt nhân chiếm 20% và 30-40% còn lại được cung cấp bởi các nhà máy nhiệt điện.

Vấn đề là các số liệu này chỉ là giá trị trung bình. Năng lượng mặt trời có công suất lớn nhất trong số các nguồn năng lượng tái tạo, nhưng lại không sản xuất điện vào ban đêm, khiến tỷ lệ của mỗi nguồn năng lượng thay đổi đáng kể tùy thuộc vào thời gian trong ngày. Vì năng lượng hạt nhân chủ yếu được vận hành để phát điện nền, nên thách thức nằm ở chỗ làm thế nào nó có thể đóng góp vào sự cân bằng cung cầu.

Trong quá khứ, sản xuất điện từ nhiệt điện đóng vai trò cân bằng cung và cầu. Nếu tỷ trọng điện năng từ nhiệt điện giảm, việc cân bằng cung và cầu sẽ đòi hỏi sử dụng các nguồn năng lượng phi truyền thống, chẳng hạn như pin lưu trữ, xe điện và thiết bị gia dụng. Những nguồn năng lượng cân bằng mới này dự kiến sẽ được tích hợp rộng rãi vào thị trường dự trữ điện. Đây là thách thức đầu tiên.

Thách thức thứ hai là khi tỷ lệ năng lượng tái tạo tăng lên, sẽ không đủ quán tính để đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định. Ngay cả khi sự cân bằng giữa cung và cầu bị phá vỡ vì lý do nào đó, nhiệt điện có quán tính cao có thể ngăn chặn những thay đổi nhanh chóng về tần số, trong khi điện mặt trời không có quán tính. Thách thức nằm ở chỗ làm thế nào để bù đắp cho sự thiếu hụt quán tính nhằm đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định.

Thách thức thứ ba là sự không chắc chắn về nhu cầu điện năng. Mặc dù việc ứng dụng rộng rãi trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ giúp cuộc sống tiện lợi hơn, nhưng nó cũng sẽ dẫn đến việc tiêu thụ điện năng khổng lồ. Sự phát triển của các trung tâm dữ liệu liên quan đến AI đang tăng tốc, gây ra sự gia tăng các yêu cầu kết nối với lưới điện. Ngay cả khi không phải tất cả các yêu cầu này đều được đáp ứng, nhu cầu điện năng vẫn sẽ rất lớn. Ngay cả với những tiến bộ trong công nghệ tiết kiệm năng lượng, mức độ gia tăng nhu cầu điện năng trong tương lai do sự mở rộng các cơ sở và các yếu tố khác vẫn chưa chắc chắn.

Kích hoạt thị trường dự trữ năng lượng
như một phần của giải pháp

—Trước tình hình này, thị trường dự trữ điện năng đang thu hút sự chú ý vì vai trò của nó trong việc cân bằng cung và cầu. Liệu thị trường này đang hoạt động tốt?

MatsuhashiXét đến dự báo về sự sụt giảm nguồn cung dự trữ điện từ các nhà máy nhiệt điện, công suất dự trữ từ các nguồn khác cần được tăng cường. Thị trường dự trữ điện đã mở cửa và quá trình đấu thầu đã bắt đầu. Tuy nhiên, chỉ có một trong năm hạng mục đang có tiến triển khả quan.

Trên thị trường hiện có năm loại sản phẩm dự trữ điện, được phân loại dựa trên thời gian cung cấp, từ vài giây đến 30 phút. Các sản phẩm dự trữ điện được giao dịch trong các loại này, nhưng hiện tại chúng ta chỉ thấy sự tiến triển ở loại sản phẩm có thời gian cung cấp chậm nhất, tức là 30 phút. Cuối cùng, cần phải giao dịch cả năm loại sản phẩm để tăng cường nguồn dự trữ điện.

Trong các hạng mục hiện không hoạt động, có rất ít nhà thầu tham gia đấu thầu, dẫn đến tình trạng thiếu hụt hiện nay. Điều này là do rủi ro dự báo thời tiết trong tương lai có thể không chính xác, khiến việc tham gia đấu thầu trở nên rất rủi ro.

Ngoài ra còn có những vấn đề về thiết kế mang tính hệ thống. Sản phẩm dài nhất, kéo dài 30 phút, yêu cầu đấu thầu trước đó đến một ngày, nhưng đối với các sản phẩm còn lại, toàn bộ giá thầu của cả tuần phải được nộp trước đó một tuần. Việc dự đoán chính xác lượng năng lượng tái tạo trong một tuần là rất khó, làm tăng rủi ro cho những người tham gia đấu thầu.

Tuy nhiên, việc áp dụng hệ thống giao hàng trước một ngày cho tất cả các lĩnh vực sẽ kích thích thị trường, và người ta cũng kỳ vọng sẽ có những tiến bộ công nghệ hơn nữa trong lĩnh vực pin lưu trữ quy mô lưới điện. Người ta nói rằng lưu trữ pin quy mô lưới điện đang trong giai đoạn chuyển tiếp, nhưng về mặt kỹ thuật, nó đã ở trạng thái sẵn sàng. Đặc biệt, tôi tin rằng việc phát triển các hệ thống tổng thể tích hợp phần mềm và phần cứng cho doanh nghiệp (B2B) là một lĩnh vực mà các công ty Nhật Bản có thể tận dụng thế mạnh của mình.

Cung cấp dịch vụ hỗ trợ toàn diện
Dành cho các nhà điều hành tham gia thị trường

—Công ty Fuji Electric có thể làm gì để khuyến khích các nhà điều hành tham gia vào thị trường dự trữ điện năng?

OnoHệ thống lưu trữ pin quy mô lưới điện đóng vai trò quan trọng trong xã hội bằng cách cung cấp nguồn dự trữ năng lượng. Tuy nhiên, đối với các nhà vận hành, điều quan trọng là hệ thống này phải hoạt động hiệu quả và bền vững. Để đạt được điều này, cần phải cân bằng giữa doanh thu và chi phí, cũng như giảm thiểu gánh nặng triển khai và vận hành hệ thống. Fuji Electric, công ty đã phát triển các lĩnh vực kinh doanh trong ngành năng lượng và môi trường, hỗ trợ khách hàng bằng các công nghệ hệ thống mà công ty đã trau dồi.

Để tối đa hóa lợi nhuận, cần phải dự đoán chính xác giá thị trường, cũng như xây dựng và cung cấp các kế hoạch giao dịch tối ưu. Chúng tôi cung cấp các hệ thống vận hành giao dịch pin được xây dựng dựa trên khả năng dự báo giá thị trường và lập kế hoạch pin tối ưu. Hệ thống vận hành giao dịch pin của chúng tôi có thể được sử dụng để thực hiện các giao dịch tối ưu không chỉ với hệ thống pin của riêng chúng tôi mà còn khi sử dụng hệ thống pin từ các công ty khác.

Để giảm bớt gánh nặng triển khai hệ thống cho khách hàng, chúng tôi cung cấp các giải pháp tổng thể bao gồm hệ thống vận hành giao dịch pin, hệ thống pin và thiết bị kết nối. Hiện tại chưa có tiêu chuẩn kỹ thuật nào cho giao diện giữa các hệ thống cấp cao hơn (hệ thống giao dịch thị trường điện) và hệ thống cấp thấp hơn (hệ thống pin). Chúng tôi có thể giảm bớt gánh nặng cho khách hàng bằng cách cung cấp dịch vụ trọn gói. Tất nhiên, chúng tôi cũng cung cấp các dịch vụ riêng lẻ, cho phép chúng tôi đáp ứng linh hoạt các yêu cầu của khách hàng.

Đặc biệt, hệ thống vận hành giao dịch pin của chúng tôi được trang bị chức năng AC (điều phối viên tổng hợp) để cung cấp các kế hoạch giao dịch tối ưu và chức năng RA (tổng hợp tài nguyên) để quản lý công suất dự trữ. Các chức năng này có sẵn riêng lẻ hoặc dưới dạng gói, cho phép tùy chỉnh giải pháp phù hợp với mô hình kinh doanh của từng khách hàng. Tự động hóa cũng giúp giảm thiểu nhân công cần thiết cho hoạt động.

Ngoài ra, chúng tôi dự định phát triển các hệ thống này thành các hệ thống đa năng có thể xử lý các giao dịch trên thị trường dự trữ điện năng và thị trường điện bán buôn bằng cách sử dụng các hệ thống pin đặt cùng với các cơ sở năng lượng tái tạo, cũng như các hệ thống pin của khách hàng.

Lợi thế cạnh tranh của Fuji Electric đến từ đâu?

OnoChúng tôi đã dành nhiều năm để phát triển các hệ thống pin được thiết kế để ổn định lưới điện bằng cách tận dụng các công nghệ được sử dụng trong các thiết bị nguồn điện dự phòng (UPS) và bộ biến tần được trang bị chất bán dẫn công suất. Chúng tôi đã hoàn thiện các công nghệ để duy trì chất lượng điện năng thông qua nhiều dự án khác nhau, bao gồm việc cung cấp thiết bị trình diễn ổn định điện gió vào năm 2004 và các cơ sở hệ thống trình diễn cho lưới điện siêu nhỏ trên đảo vào năm 2009.

Ngoài ra, chúng tôi đã và đang nghiên cứu dự báo nhu cầu điện năng trong nhiều năm nhằm mục đích đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định. Các giải pháp của chúng tôi trong lĩnh vực này đã được các công ty điện lực tư nhân trước đây và các công ty điện lực mới áp dụng. Một trong những thế mạnh khác của chúng tôi là tập trung vào đào tạo kỹ sư trong các lĩnh vực liên quan và duy trì trình độ chuyên môn kỹ thuật cao.

Hỗ trợ hoạt động kinh doanh của khách hàng
bằng cách liên tục cải tiến hệ thống.
Đáp lại những khuôn khổ đang thay đổi

— Chúng ta có thể kỳ vọng những sự phát triển nào trong tương lai?

MatsuhashiDựa trên các xu hướng chính trong vài năm qua, chúng tôi dự kiến sẽ thấy những cải thiện trong thị trường dự trữ điện năng, cũng như việc triển khai thị trường tối ưu hóa đồng thời vào khoảng năm 2028. Điều này thể hiện một cuộc cải cách lớn, tích hợp thị trường điện năng bán buôn với thị trường dự trữ điện năng, cho phép thiết lập giá kWh, ΔkW và ΔkWh cùng một lúc.

Điều này sẽ cho phép đạt được tính hợp lý về kinh tế thông qua việc tối ưu hóa chi phí tổng thể. Tuy nhiên, các nhà điều hành tham gia sẽ được yêu cầu phát triển các công nghệ mới và sở hữu năng lực phát triển hệ thống, bao gồm cả các mô hình tối ưu hóa hệ thống toàn diện.

Để đạt được mục tiêu này, các công ty Nhật Bản cần tận dụng tối đa thế mạnh của mình trong việc cung cấp các hệ thống tích hợp phần mềm và phần cứng. Chúng tôi đặt nhiều kỳ vọng vào Fuji Electric, công ty có thể cung cấp các dịch vụ tỉ mỉ, được thiết kế riêng cho từng doanh nghiệp, bao gồm điều khiển tích hợp các loại pin khác nhau và dự báo chính xác các điều kiện bằng cách sử dụng mô hình phản chiếu.

OnoKhi chuyển đổi sang các khuôn khổ mới, chẳng hạn như giao dịch trước một ngày hoặc thị trường tối ưu hóa đồng thời, các hệ thống phải phát triển để đáp ứng các yêu cầu liên quan. Chúng tôi sẽ tăng cường tổ chức của mình để có thể phát triển và cung cấp các chức năng cần thiết mới mà không bị chậm trễ.

Ngoài ra, khi các yêu cầu kết nối lưới điện ngày càng trở nên khắt khe, chúng tôi đã tận dụng kiến thức chuyên môn của mình để tăng cường hỗ trợ khách hàng. Đồng thời, chúng tôi chủ động thu thập thông tin mới nhất bằng cách tham gia các dự án thí điểm quốc gia và các nhóm nghiên cứu để phát triển các công nghệ nhằm giải quyết tình trạng thiếu điện năng do quán tính và đánh giá các quy định về lưới điện.

Fuji Electric có khả năng tích hợp toàn bộ hệ thống và đã nỗ lực phát triển các công nghệ cốt lõi. Chúng tôi sẽ tiếp tục mở rộng kinh doanh và đóng vai trò trung tâm trong việc ổn định lưới điện, góp phần hiện thực hóa một xã hội không phát thải carbon.

Chúng tôi cũng nhân cơ hội này để hỏi Sàn giao dịch Dự trữ Điện năng (Electric Power Reserve Exchange), đơn vị điều hành thị trường dự trữ điện năng, về kỳ vọng của họ đối với việc tham gia thị trường bằng cách sử dụng pin và các nguồn năng lượng tương tự. Câu trả lời của họ được trình bày dưới đây.