Trang chủ
Giới thiệu về Fuji Electric
Những câu chuyện
Phát triển hàng đầu công nghệ “GFM Inverter” mới để thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tái tạo

Phát triển hàng đầu công nghệ “GFM Inverter” mới để thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tái tạo

Những điểm chính của bài viết này

Thách thức của lưới điện và nhu cầu về bộ biến tần GFM
Những thách thức của nhóm phát triển và hợp tác liên phòng ban
Với mục tiêu phát triển một bộ biến tần GFM có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi xảy ra tai nạn
Bài học kinh nghiệm từ thử nghiệm kết hợp máy thực tế
Giải quyết các vấn đề kỹ thuật để ứng dụng thực tế
Đóng góp vào mạng lưới điện trong tương lai

Khi việc sử dụng năng lượng tái tạo ngày càng mở rộng trên toàn thế giới, chính phủ Nhật Bản đang thúc đẩy quá trình khử cacbon bằng cách đặt mục tiêu biến năng lượng tái tạo thành nguồn điện chính. Tuy nhiên, vẫn có một số thách thức khi đưa năng lượng tái tạo vào sử dụng trên diện rộng. Một giải pháp là ngày càng có nhiều sự quan tâm đến các công nghệ mới có khả năng duy trì sự ổn định của lưới điện.
Gần đây, chúng tôi đã trao đổi với ba thành viên trong nhóm của Fuji Electric, những người tham gia phát triển bộ biến tần GFM (bộ biến tần dạng lưới) về việc thương mại hóa một công nghệ tiên tiến như thế nào.

Thách thức của lưới điện và nhu cầu về bộ biến tần GFM

Điện do nhà máy điện tạo ra được vận chuyển đến các hộ gia đình và nhà máy thông qua mạng lưới truyền tải và phân phối gọi là lưới điện. Lưới điện cung cấp nguồn điện ổn định bằng cách duy trì tần số không đổi trong khi cân bằng cung và cầu.
Các máy phát điện quy mô lớn, chẳng hạn như các máy phát điện tại các nhà máy điện nhiệt và thủy điện, đã hỗ trợ lưới điện và sử dụng "công suất quán tính" của chúng tạo ra bởi lực quay để giữ tần số không đổi. Tuy nhiên, không có công suất quán tính nào trong thế hệ năng lượng tái tạo hiện có. Nếu một lượng lớn điện được tạo ra từ năng lượng mặt trời hoặc gió được đưa trực tiếp vào lưới điện, tần số sẽ trở nên không ổn định và trong trường hợp xấu nhất, nó có thể gây ra tình trạng mất điện trên diện rộng.

Để mở đường cho quá trình khử cacbon, cần phải tìm ra cách sử dụng ổn định nguồn năng lượng tái tạo không có quán tính trong lưới điện.
Ông Uemura thuộc Phòng R&D đã nghiên cứu các công nghệ để giải quyết vấn đề công suất quán tính giảm. Ông cho biết khi tìm thấy một bài báo ở nước ngoài mô tả về bộ biến tần GFM, ông đã nghĩ ngay rằng, “Chính là nó!”
Theo phát hiện của chúng tôi, Fuji Electric đã nghiên cứu phát triển bộ biến tần GFM kể từ nửa cuối những năm 2010. Bộ biến tần GFM sử dụng phần mềm điều khiển để mô phỏng các đặc tính của máy phát điện đồng bộ. Chúng nhằm mục đích góp phần cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng tái tạo bằng cách cung cấp năng lượng quán tính theo cùng cách như máy phát điện và ổn định tần số lưới điện.

Bộ biến tần GFM hiện đang được phát triển sẽ được sử dụng làm hệ thống điều hòa điện năng (PCS) cho pin lưu trữ.
Bức ảnh cho thấy một bộ pin lưu trữ PCS dành cho các sản phẩm hiện có.

Những thách thức của nhóm phát triển và hợp tác liên phòng ban

Ông Koshiba, Bộ phận Giải pháp Xã hội, Nhóm Bán hàng Điện tử Công suất

Ông Koshiba phụ trách bán hàng và tiếp thị và có bằng sau đại học về khoa học. Công việc của ông bao gồm xác định nhu cầu của khách hàng và phổ biến thông tin trong công ty. Vì kiến thức chuyên môn thường được yêu cầu trong lĩnh vực bán hàng, ông cho biết những gì ông học được ở trường sau đại học đã giúp ích cho ông.
Ông cho biết, “Biến tần GFM của chúng tôi hiện là sản phẩm mẫu để trình diễn, không phải là sản phẩm sản xuất hàng loạt, vì vậy khách hàng rất muốn thử nghiệm những thứ khác nhau. Do đó, tất nhiên, họ có những yêu cầu rất chi tiết. Nhiệm vụ của tôi là điều phối những yêu cầu này để chúng có thể được đáp ứng. Khi các yêu cầu không chỉ liên quan đến yêu cầu kỹ thuật mà còn liên quan đến giá cả và thời gian giao hàng, thì đây chính là lúc doanh số phát huy tác dụng!”

Mr. Oka, Power & Energy Management Department, Energy Business Group

Ông Oka, Phòng Quản lý Điện và Năng lượng, Nhóm Kinh doanh Năng lượng

Ông Oka thuộc Phòng Quản lý Điện năng và Năng lượng sử dụng thông tin nhận được từ ông Koshiba để tạo ra các thông số kỹ thuật cho việc thương mại hóa bộ biến tần GFM. Ông gia nhập công ty sau khi hoàn thành bằng thạc sĩ và hiện đang học năm thứ ba. Hiện tại, ông phụ trách điều phối các phòng kỹ thuật.
Ông nhận xét, “Tôi tổ chức các vấn đề kỹ thuật và tham vấn với các phòng ban có liên quan, chẳng hạn như phòng thiết kế và phòng R&D. Các phòng thiết kế, sản xuất và thử nghiệm chịu trách nhiệm về các chi tiết, nhưng để đạt được mục tiêu thương mại hóa, cần phải phối hợp toàn bộ quy trình.”
Ông Uemura là một kỹ sư cấp trung có bằng Tiến sĩ, chịu trách nhiệm phát triển và cải tiến các công nghệ cốt lõi. Ông cho biết, “Mặc dù vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết, nhưng chúng tôi đang nỗ lực thực hiện dự án này vì nó có ý nghĩa rất lớn trong việc hiện thực hóa một xã hội không phát thải carbon”.

Với mục tiêu phát triển một bộ biến tần GFM có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi xảy ra tai nạn

Ông Uemura, Phòng nghiên cứu điều khiển hệ thống điện, Phòng thí nghiệm đổi mới kỹ thuật số

Sự phát triển của biến tần GFM dựa trên công nghệ điện tử công suất mà Fuji Electric đã phát triển trong nhiều năm. Ông Koshiba nhận xét, “Điểm mạnh chính của chúng tôi là chúng tôi có khả năng công nghệ để phát triển mọi thứ từ phần cứng biến tần đến phần mềm điều khiển một cách nhất quán tại công ty.”
Một trong những thách thức kỹ thuật quan trọng trong quá trình phát triển biến tần GFM là cải thiện khả năng vượt qua lỗi (FRT).
Ông Uemura nhận xét, “Chúng tôi đặt mục tiêu phát triển một bộ biến tần GFM có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi có các vấn đề như biến động tần số hoặc điện áp. Chúng tôi muốn thực hiện điều này bằng cách tận dụng chức năng ngăn chặn quá dòng độc quyền của chúng tôi (xem Ghi chú) cho bộ biến tần GFM. Nếu quá trình phát triển thành công, nó sẽ không chỉ mang lại cho sản phẩm của Fuji Electric lợi thế cạnh tranh mà còn góp phần ổn định lưới điện nơi lắp đặt bộ biến tần GFM.”

(Ghi chú) chức năng ngăn chặn quá dòng = Công nghệ điều chỉnh lượng dòng điện để ngăn thiết bị bên trong bị cháy do dòng điện quá lớn

Bài học kinh nghiệm từ thử nghiệm kết hợp máy thực tế

Ba thành viên trong nhóm đang trò chuyện về công nghệ đang được phát triển

Khi thử nghiệm hoạt động trong điều kiện tai nạn, nhóm đã gặp phải một khó khăn bất ngờ. Ngày cuối cùng của cuộc thử nghiệm kéo dài ba tuần chỉ còn cách ba ngày nữa.
Việc thử nghiệm được tiến hành trong điều kiện cực kỳ khắc nghiệt, trong đó điện áp ở phía lưới điện giảm xuống bằng không. Đây là một thử nghiệm được mong đợi từ lâu, nhưng bộ biến tần,
vốn được cho là hoạt động trong giai đoạn thiết kế, nhưng không hiểu sao lại không hoạt động. Ông Uemura và ông Koshiba đã đến địa điểm thử nghiệm kết hợp thiết bị thực tế và nói rằng, “Đây là ngày trọng đại”. Khi ông Uemura kiểm tra tình hình, ông phát hiện ra rằng nguyên nhân khiến biến tần không hoạt động là do cầu dao trên bảng điện kết nối lưới đã bị ngắt. Chúng tôi đã làm việc ngay với các nhà thiết kế và thử nghiệm hệ thống để khắc phục sự cố.
“Chúng tôi đã rút ra được bài học lớn rằng cần phải biến tần hoạt động như một thành phần của toàn bộ hệ thống kết hợp với bảng điều khiển kết nối lưới điện và bảng điều khiển giám sát và vận hành, thay vì là một thiết bị độc lập.” (Ông Uemura)

Giải quyết các vấn đề kỹ thuật để ứng dụng thực tế

Còn một thách thức nữa đối với bộ biến tần GFM hướng lưới. Bản thân bộ biến tần GFM có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi mất điện, nhưng theo các quy định hiện hành, nó cần phải tắt vì mục đích an toàn khi hệ thống cấp trên bị mất điện.
Một trong những đặc điểm của nghiên cứu và phát triển của Fuji Electric là môi trường thử nghiệm rộng rãi sử dụng thiết bị thực tế. Để giải quyết vấn đề như thế này, nhóm phát triển liên tục tiến hành mô phỏng và thử nghiệm chi tiết bằng thiết bị thực tế. Ông Oka cho biết, “Bằng cách áp dụng cả phương pháp lý thuyết và thực hành, chúng tôi đang phát triển các sản phẩm đáng tin cậy hơn”.

The three team members wrote short messages to students. (From left: Mr. Koshiba, Mr. Uemura, Mr. Oka)

Ba thành viên trong nhóm đã viết những tin nhắn ngắn cho học sinh. (Từ trái sang phải: Thầy Koshiba, Thầy Uemura, Thầy Oka)
“Xây dựng mối quan hệ liên tục với khách hàng là điều quan trọng. Trên hết, điều quan trọng là phải chăm sóc sức khỏe của bạn.” (Ông Koshiba)
“Bạn sẽ không bao giờ biết được kết quả nếu không thử, vì vậy hãy thử xem!” (Ông Uemura)
“Vì tôi mới chỉ làm việc năm thứ ba tại công ty nên tôi coi mọi thứ như một thử thách!” (Ông Oka)

Đóng góp vào mạng lưới điện trong tương lai

Ông Uemura nhận xét, “Tại Fuji Electric, các hoạt động kinh doanh của chúng tôi góp phần giải quyết các vấn đề xã hội. Do đó, giải quyết trực tiếp các vấn đề hiện tại sẽ góp phần vào xã hội.”
Thách thức mà ba thành viên trong nhóm này phải đối mặt là ứng dụng thực tế của bộ biến tần GFM. Nếu thành công, nó sẽ thúc đẩy việc đưa năng lượng tái tạo vào sử dụng và đóng góp đáng kể vào việc hiện thực hóa một xã hội không phát thải carbon.