Quản lý năng lượng thông minh cho công nghiệp

Các xu hướng hội tụ có thể sẽ thúc đẩy việc áp dụng các giải pháp quản lý năng lượng của các công ty công nghiệp và có khả năng thúc đẩy sự tương tác của họ với các tiện ích điện và lưới điện.

Quản lý năng lượng thông minh cho công nghiệp

Tổng quan 

Quản lý năng lượng đang trở thành một thành phần ngày càng tăng trong chiến lược kinh doanh. Các công ty công nghiệp đang xem xét kỹ hơn hồ sơ năng lượng của họ để xác định cơ hội giảm chi phí , khử cacbon và khả năng phục hồi. Họ đang ngày càng áp dụng các công nghệ quản lý năng lượng và xem xét các nguồn tài nguyên tại chỗ, chẳng hạn như năng lượng tái tạo và lưu trữ năng lượng. Nhiều người đang tham gia vào các chương trình tiện ích hiện tại để đạt được các mục tiêu quản lý năng lượng và một số nhìn thấy cơ hội xa hơn trong các chương trình thị trường và tiện ích điện tương tác hơn đang phát triển.

Đối với các nhà cung cấp điện, các cơ hội liên quan đến việc tạo ra doanh thu tiềm năng từ việc lắp đặt và bảo trì các dịch vụ mới, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, các giải pháp lưu trữ năng lượng và khả năng phục hồi và giá trị tiềm năng từ các nguồn lực thuộc sở hữu của khách hàng được sử dụng để cạo đỉnh, cân bằng lưới điện và hoãn chi tiêu vốn về cơ sở hạ tầng lưới điện. Bài viết này nêu bật các yếu tố chính sau:

• Các cơ hội tồn tại cho các công ty công nghiệp và nhà cung cấp điện được hưởng lợi từ việc áp dụng quản lý năng lượng, công nghệ năng lượng sạch và tương tác chặt chẽ hơn với các tiện ích điện và lưới điện
• Dự báo thị trường trong thập kỷ tới, bao gồm cả những khu vực nào của Hoa Kỳ có thể sẽ chứng kiến sự tăng trưởng lớn hơn trong các dịch vụ này
• Các chiến lược triển khai, bao gồm các ví dụ về các nghiên cứu điển hình ban đầu và một số công nghệ có triển vọng gia nhập thị trường
• Những thách thức mà cả hai bên đang giải quyết khi họ ngày càng làm việc cùng nhau trong các giải pháp này

Tạo cơ hội cho các công ty công nghiệp

Ba xu hướng đang hội tụ trong các doanh nghiệp công nghiệp, tạo cơ hội cho khả năng tương tác lưới điện của các tài sản công nghiệp lớn hơn.

Xu hướng đầu tiên là một bước chuyển rộng hơn hướng tới Công nghiệp 4.0, hoặc chuyển đổi kỹ thuật số của các quy trình sản xuất và sản phẩm. Công nghệ và chuyển đổi kỹ thuật số, chẳng hạn như đám mây, trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet vạn vật (IoT), mang lại kết nối rộng rãi cho mọi thứ, từ máy móc trong dây chuyền sản xuất, hệ thống sưởi và làm mát, đến ánh sáng văn phòng và nhà máy. Đổi lại, kết nối này cho phép nhiều tài sản bên trong một tòa nhà được quản lý, tối ưu hóa và duy trì thông qua phân tích dữ liệu và thông tin chi tiết. một nguồn cung cấp điện sạch hơn, linh hoạt hơn và linh hoạt hơn.

Xu hướng thứ hai là điện khí hóa các đội tàu, quy trình công nghiệp, sưởi ấm và làm mát không gian trong các tòa nhà phù hợp với quá trình chuyển đổi năng lượng rộng lớn hơn đang diễn ra trên toàn nền kinh tế. Điện hiện chỉ chiếm khoảng 11% tổng tiêu thụ năng lượng công nghiệp, với khí đốt tự nhiên và các nhiên liệu khác chiếm phần còn lại. Tuy nhiên, việc sử dụng điện đang trở nên quan trọng hơn khi các công ty công nghiệp tích cực tìm kiếm các cách để tiếp tục điện khí hóa việc sử dụng năng lượng của họ như một phần của các nỗ lực bền vững rộng rãi hơn. Trích dẫn áp lực từ các nhà đầu tư, khách hàng và nhân viên, các nhà lãnh đạo công nghiệp quan tâm đến những cách mà điện khí hóa có thể hỗ trợ các mục tiêu về môi trường, xã hội và quản trị doanh nghiệp (ESG) của họ, đặc biệt khi chúng liên quan đến các nỗ lực khử cacbon.

Xu hướng thứ ba hội tụ với chuyển đổi kỹ thuật số và điện khí hóa là quản lý năng lượng, liên quan đến việc theo dõi và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng để đạt được các mục tiêu, chẳng hạn như tiết kiệm chi phí, giảm lượng khí thải carbon và tăng khả năng phục hồi. Luôn là một phần của sự kết hợp khi xem xét quản lý năng lượng cho các công ty công nghiệp, khả năng phục hồi hiện đang trở thành ưu tiên dựa trên các sự kiện thời tiết hoặc khí hậu khắc nghiệt gần đây, bao gồm bão và cháy rừng. Các nhà lãnh đạo công nghiệp ngày càng lo ngại về việc duy trì thời gian hoạt động cho các tài sản quan trọng của họ và  các giám đốc điều hành sản xuất đã trích dẫn việc mất điện do các sự cố liên quan đến thời tiết là mối đe dọa lớn nhất đối với nguồn cung cấp điện hiện tại của họ.

Các nguồn năng lượng phân tán (Distributed energy resources - DER), chẳng hạn như năng lượng mặt trời tại chỗ, năng lượng gió và bộ lưu trữ pin, đang ngày càng tìm đường vào môi trường công nghiệp và có thể giúp các doanh nghiệp thương mại và công nghiệp đạt được các mục tiêu quản lý năng lượng của họ là tiết kiệm chi phí, giảm lượng khí thải carbon và tăng khả năng phục hồi. Chúng bao gồm các hệ thống nhiệt và điện kết hợp mà nhiều công ty công nghiệp đã hoạt động trong nhiều thập kỷ, đến các hệ thống năng lượng gió hoặc mặt trời tại chỗ, bộ lưu trữ pin, microgrid, thanh nano cấp tòa nhà hoặc bộ sạc xe điện (EV). 

Tạo cơ hội cho các nhà cung cấp điện

Đối với các nhà cung cấp điện, cơ hội lớn nhất có thể tăng doanh số bán điện như các công ty công nghiệp và các khách hàng khác về sử dụng năng lượng cuối của họ. Các nhà cung cấp có thể sử dụng các tiện ích truyền thống hoặc các công ty con không được kiểm soát của họ, các nhà phát triển năng lượng tái tạo hoặc những người khác ngày càng có thể cung cấp năng lượng điện thông qua nhiều loại công nghệ mới.

Ngoài doanh số bán điện có khả năng tăng, nhiều nhà cung cấp điện đã tham gia vào các thị trường ngày càng tăng cho các dịch vụ điện, chẳng hạn như lập kế hoạch, tài chính, lắp đặt và vận hành và bảo trì sản xuất tại chỗ, lưu trữ năng lượng, bộ sạc xe điện, microgrids/nanogrids, v.v. thường thông qua mô hình kinh doanh “như một dịch vụ” chìa khóa trao tay.

Đối với các dịch vụ điện truyền thống, sự phát triển của các dịch vụ này có thể làm giảm doanh thu bán điện do khách hàng ngày càng tự sản xuất hoặc thực hiện các biện pháp tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, các dịch vụ này cũng có thể cung cấp các lợi ích cho việc lập kế hoạch lưới điện và tài nguyên tiện ích. Ví dụ: khi nhiều khách hàng thêm DER và liên kết việc sử dụng năng lượng của họ với các hệ thống quản lý năng lượng ngày càng phức tạp, công ty tiện ích hoặc nhà điều hành lưới điện có thể khai thác các nguồn tài nguyên đó để đáp ứng nhu cầu cao điểm hoặc mức tăng đột biến bất thường trong việc sử dụng điện. Các nhà vận hành cũng có thể khai thác tính linh hoạt mới này để giúp cân bằng cung và cầu điện khi thị phần điện gió và mặt trời quy mô lớn, có thể không liên tục, ngày càng tăng. 

​​​​​​​

Triển vọng triển khai: Cuộc cách mạng quản lý năng lượng thông minh công nghiệp và vai trò của DERs

Trong nhiều cơ sở công nghiệp, hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) theo truyền thống thường tập trung vào các khu vực có lưu lượng truy cập cao và hướng tới việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống. Tuy nhiên, với sự gia tăng của Công nghiệp 4.0 bên trong môi trường sản xuất, cảm biến, IoT và phân tích đám mây có thể tiến tới quản lý năng lượng “thông minh” bao gồm sưởi ấm và làm mát tất cả các không gian bao gồm nhà kho và sàn sản xuất, mà còn cả thiết bị công nghiệp, máy bơm, máy phát điện , và thậm chí cả xe cộ và ánh sáng. 

Mục tiêu của trường hợp sử dụng như vậy là tận dụng dữ liệu ngữ cảnh để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và giảm chi phí chung, mang lại hiệu quả, chẳng hạn như tự động chạy không tải đối với các nội dung không được sử dụng. Ngoài ra, các hệ thống quản lý năng lượng thông minh có thể nắm giữ chìa khóa để mở ra tiềm năng tương tác lưới điện cao hơn cho các công ty công nghiệp.

Hệ thống quản lý năng lượng thông minh là một hệ thống dựa trên máy tính được thiết kế để theo dõi, kiểm soát, đo lường và tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng trong một tòa nhà, nhà máy hoặc bất kỳ cơ sở nào. Hệ thống có thể kết nối các hệ thống tiêu thụ điện và các thiết bị khác có thể theo dõi, đo lường và tổng hợp dữ liệu trong nội bộ và có khả năng giao tiếp với tiện ích hoặc nhà điều hành lưới điện để tương tác thời gian, chẳng hạn như mua năng lượng trong giờ thấp điểm, rẻ hơn; tham gia các sự kiện đáp ứng nhu cầu; EV được quản lý các chương trình tính phí; và truyền năng lượng thặng dư như một phần của các chương trình tiện ích hoặc vận hành lưới điện khác.

Sau đây là một số loại giải pháp mà các công ty công nghiệp có thể triển khai để giúp giảm chi phí năng lượng, đáp ứng các mục tiêu ESG và tăng cường khả năng phục hồi khi bị mất điện do thời tiết. 

Các chương trình phụ tải linh hoạt

Một trong những loại giải pháp quản lý năng lượng đầu tiên mà các công ty thường thực hiện là các chương trình phụ tải linh hoạt, thường được cung cấp bởi các công ty tiện ích hoặc các nhà khai thác lưới điện khu vực. Một loại chương trình phổ biến là đáp ứng nhu cầu, trong đó đơn vị tiện ích hoặc nhà điều hành lưới điện trả tiền cho các doanh nghiệp để giảm sử dụng năng lượng khi cần cung cấp. Các chương trình này thường đơn giản để tham gia và yêu cầu đầu tư ít, nếu có. Sau khi cơ sở nhận được tín hiệu về sự kiện đáp ứng nhu cầu, họ có thể phản hồi theo cách thủ công hoặc tự động thông qua hệ thống quản lý năng lượng thông minh hoặc phần mềm khác (xem thanh bên, “Các chương trình tải linh hoạt đang hoạt động: Đáp ứng nhu cầu”). Họ thường nhận được các khoản thanh toán khi ở chế độ chờ cho các sự kiện và cũng được thanh toán dựa trên mức độ họ đã giảm sử dụng năng lượng trong mỗi sự kiện.

Các chương trình phụ tải linh hoạt là một nguồn lực ngày càng quan trọng để giúp các nhà vận hành lưới điện cân bằng khả năng gián đoạn từ khối lượng ngày càng tăng của các nhà máy năng lượng mặt trời và gió quy mô tiện ích. Và các chương trình phần mềm tinh vi đang giúp các nhà vận hành lưới điện đồng bộ hóa và tinh chỉnh các tương tác này để mang lại lợi ích cho khách hàng và lưới điện.

Các tiện ích có thể trì hoãn chi tiêu vốn cho cơ sở hạ tầng mới bằng cách khai thác tải linh hoạt cũng như sản lượng từ DER do khách hàng sở hữu khác. Theo một báo cáo, đầu tư hoãn lại hoặc đầu tư tránh do tính linh hoạt của tải có thể có khả năng vượt quá 15 tỷ đô la Mỹ mỗi năm vào năm 2030.

Thế hệ tái tạo tại chỗ với bộ lưu trữ pin

Sản xuất tái tạo tại chỗ bao gồm các hệ thống phát điện nằm trong khuôn viên của công ty được lấy từ năng lượng tái tạo, chẳng hạn như các tấm pin mặt trời, tuabin gió và sinh khối. Hệ thống tại chỗ có thể được sở hữu và vận hành bởi chính công ty hoặc bên thứ ba, thường thông qua PPA. Các nguồn năng lượng mặt trời và các nguồn tài nguyên tại chỗ khác có thể nhận được các khoản tín dụng hóa đơn cho sản lượng thặng dư mà họ cung cấp cho lưới điện, thường là thông qua các chương trình đo lường mạng lưới tiện ích.

Hệ thống lưu trữ pin có thể được triển khai riêng, thường là để vẽ và lưu trữ điện từ lưới điện trong rẻ hơn, ngoài khơi giờ cao điểm để sử dụng trong, giờ cao điểm đắt hơn hoặc để tiêu thụ cạo suốt cả ngày để tránh phí khối lượng dựa trên “nhu cầu”. Lưu trữ pin cũng đang ngày càng được triển khai với các hệ thống thế hệ năng lượng mặt trời và các lưu lượng thặng dư để sử dụng trong giai đoạn đầu ra thấp hơn.

Xe điện và bộ sạc xe điện

Xe điện (Electric Vehicles - EV) và bộ sạc xe điện ngày càng trở nên phổ biến khi các tổ chức điện khí hóa các đội xe. Đối với các công ty công nghiệp với nhà kho, cơ sở sản xuất, kinh doanh lĩnh vực, và hậu mãi dịch vụ, sự đa dạng của các phương tiện có thể dao động từ xe nâng để xe dịch vụ. Quá trình sạc EV có thể được điều chỉnh và tối ưu hóa khi giá thấp nhất hoặc nguồn cung cấp “xanh nhất”, 14 hoặc trong một số trường hợp, khi có khả năng bù đắp cho việc cung cấp dịch vụ lưới điện. Đây được gọi là V1G hoặc sạc được quản lý. Pin EV cũng có thể hoạt động như một nguồn lưu trữ có thể xả năng lượng từ xe vào lưới điện (V2G) hoặc một mạng lưới vi mô cục bộ, mặc dù các vấn đề kỹ thuật, kinh doanh, kỹ thuật và an toàn phải được giải quyết thêm trước khi V2G được thực hành rộng rãi ở Hoa Kỳ Những trạng thái.
Nhiều tiện ích ưu đãi cho khách hàng điện khí nội và ngoại thất. Những ưu đãi này thường dưới dạng giảm giá đối với thiết bị sạc điện EV hoặc nâng cấp các thành phần lưới điện địa phương với mức phí giảm hoặc miễn phí để xây dựng “các trang bị sẵn sàng” cho các trạm sạc EV mới.

Cơ hội ở phía trước

Mua bán điện ngang hàng

Mặc dù sự tham gia tổng hợp của DER vào các thị trường bán buôn có thể đang ở giai đoạn gần, nhưng một cơ hội có thể xuất hiện trong tương lai xa hơn một chút là giao dịch điện năng ngang hàng (P2P). Các hệ thống như vậy đang được thử nghiệm ở các địa điểm được chọn ở Hoa Kỳ và trên toàn cầu và sẽ cho phép các chủ sở hữu DER giao dịch điện với nhau, thường thông qua một nền tảng được kích hoạt bởi các công nghệ như blockchain. Những thách thức để hiện thực hóa giao dịch điện P2P cũng tương tự như đối với việc tham gia thị trường bán buôn, mặc dù nhìn chung thậm chí còn khó khăn hơn.

Điều phối một chiến lược năng lượng toàn diện, có đầy đủ thông tin

Khai thác các cơ hội để quản lý và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và tài sản có thể không phải là năng lực cốt lõi của các công ty công nghiệp. Ngoài ra, những nỗ lực, kiến ​​thức và dự án của họ có thể bị thui chột, ngăn cản họ nhận ra những lợi ích đầy đủ của các chương trình.

Điều hướng môi trường pháp lý

Cơ cấu quản lý của nhà nước có thể không khuyến khích các công ty tiện ích được quản lý phát triển các dịch vụ mới. Tuy nhiên, nhiều công ty mẹ của ngành dịch vụ tiện ích có các công ty con chưa được kiểm soát có thể cạnh tranh và theo đuổi các cơ hội trong lĩnh vực này. Các rào cản về quy định là thách thức lớn nhất đối với sự tham gia thị trường của các DER do khách hàng sở hữu (26%).

Quản lý rủi ro mạng

Mạng lưới điện của Hoa Kỳ phải đối mặt với hàng triệu nỗ lực tấn công mỗi ngày. Khi càng nhiều DER và thiết bị được kết nối với lưới điện và được điều khiển kỹ thuật số, bề mặt tấn công mạng tiềm ẩn càng mở rộng và tạo cơ hội cho những kẻ xấu xâm nhập vào mạng lưới tiện ích và mạng lưới điện sinh sôi.

Điều quan trọng là các tiện ích và khách hàng công nghiệp triển khai DER phải giải quyết các rủi ro mạng trước và trong suốt quá trình triển khai để xác định, quản lý và điều hướng những rủi ro đó một cách hiệu quả. Việc coi quản lý rủi ro không gian mạng là một phần của quá trình chuyển đổi và không phải là một trở ngại có thể tạo điều kiện tốt hơn cho các tiện ích cũng như khách hàng và đối tác của họ quản lý và giảm thiểu những rủi ro đó một cách hiệu quả. Tiện ích nên xem xét việc xác định rủi ro thông qua các bước cụ thể, chẳng hạn như đánh giá của bên thứ ba, và giảm thiểu rủi ro trong các lĩnh vực như bảo mật ứng dụng, an ninh và kiểm soát thiết kế, giám sát an ninh và ứng phó sự cố và khả năng phục hồi.

Con đường phía trước

Bắt đầu với kế hoạch quản lý năng lượng thông minh

Các công ty công nghiệp có thể bắt đầu bằng cách đánh giá việc sử dụng năng lượng của họ thông qua việc kiểm tra mức tiêu thụ trước đây, chi phí, lượng khí thải và các dữ liệu khác, đồng thời thiết lập một đường cơ sở để từ đó cải thiện hiệu suất. Tiếp theo, họ có thể xác định tầm nhìn và sứ mệnh của mình và đặt mục tiêu. Thực hiện phân tích chi phí - lợi ích có thể giúp đưa ra các quyết định về cách tài trợ cho chương trình và có thể bao gồm việc khám phá các khuyến khích sẵn có, cơ hội thị trường và các lựa chọn khác. Tham khảo ý kiến ​​một nhà cung cấp dịch vụ năng lượng có kinh nghiệm có thể hữu ích.

Tham gia vào hệ sinh thái

Với sự phức tạp tiềm ẩn của việc triển khai một bộ giải pháp quản lý năng lượng, các công ty công nghiệp có thể hưởng lợi từ việc kết hợp nhiều người chơi trong hệ sinh thái lại với nhau. Ví dụ, 70% số người được hỏi trong lĩnh vực sản xuất cho biết tiện ích của họ là một đồng minh quan trọng. Họ cũng có thể hình thành liên minh với các nhà cung cấp nền tảng công nghệ, nhà cung cấp thiết bị, nhà phát triển năng lượng tái tạo, thương nhân và những người khác để điều phối các giải pháp toàn diện.

Từ quan điểm tiện ích, khi được hỏi họ đang hợp tác với những người chơi trong hệ sinh thái nào để đưa ra các giải pháp quản lý năng lượng, những người trả lời khảo sát thường được lựa chọn các nhà cung cấp bộ lưu trữ pin nhất. Những người tham gia khác có thể bao gồm các nhà cung cấp linh kiện điện, kỹ sư và nhà cung cấp dịch vụ tài chính.

Năng lượng như một loại hình dịch vụ?

Trong khi trường hợp đầu tư vào quản lý năng lượng đang trở nên mạnh mẽ, một số công ty có thể ngần ngại đầu tư vốn lớn. Nhưng họ vẫn có thể khai thác những cơ hội này để tiết kiệm chi phí và đáp ứng ESG và các mục tiêu khác. Một nửa số nhà sản xuất được khảo sát cho biết mức hòa vốn 2-3 năm đối với các khoản đầu tư vốn là điều kiện tài chính quan trọng nhất của họ.22 Mặc dù thời gian hoàn vốn đối với các khoản đầu tư quản lý năng lượng đang giảm nhanh chóng và cơ hội gia tăng cho các tương tác lưới điện có thể sẽ làm giảm chúng hơn nữa, một con đường đơn giản hơn cho các công ty công nghiệp đang phát triển.

Năng lượng như một loại hình dịch vụ - Energy-as-a-service (EaaS) là mô hình phân phối chìa khóa trao tay có thể kết hợp cài đặt, sở hữu, vận hành và bảo trì các nguồn năng lượng tái tạo tại chỗ, kho lưu trữ và các DER khác. Các dịch vụ này cũng có thể được đóng gói với giao dịch tài chính, REC hoặc tín dụng carbon và tham gia vào các chương trình tiện ích hoặc thị trường bán buôn có sẵn để tối ưu hóa lợi nhuận. Tất cả chỉ với một khoản phí đăng ký hàng tháng có thể thấp hơn đáng kể so với chi phí điện hàng tháng hiện tại của công ty.