Làm thế nào để ngăn chặn hệ thống điện sụp đổ khi có sự cố xảy ra?

Một cơn bão nhiệt đới đã quét qua US vào tháng 4 năm 2020 và làm tê liệt toàn bộ hệ thống điện của nhiều vùng thuộc thành phố New York và nhiều bang khác. Tập đoàn điên lực Consolidated Edison đã khắc phục hoàn toàn sự cố mất điện ở bang Manhattan chỉ trong vài phút, tuy nhiên ở những vùng lân cận như Bronx, Brooklyn, Queens hàng ngàn hộ gia đình bị mất điện kéo dài trong vài ngày.

• Phương pháp tiếp cận mới để dự báo nhu cầu sử dụng điện
• Tương lai của Lưới điện tự động hóa

Có một số lý do quan trọng liên quan đến vấn đề kỹ thuật đã giúp cho việc sửa chữa hệ thống điện ở bang Manhattan một cách nhanh chóng nhưng nhìn chung việc mất điện kéo dài thường xảy ra ở những khu vực chưa phát triển.

Trong một số trường hợp khẩn cấp, mất điện có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người. Đặc biệt khi thời tiết trở lạnh hoặc có những đợt nắng nóng kéo dài, người già, trẻ em, người có bệnh về tim mạch là những đối tượng dễ bị ảnh hưởng nhất. Đợt nắng nóng kỷ lục gần đây ở bang Oregon, Washington đã cướp đi sinh mạng hơn 200 người và đợt lạnh bất thường ở bang Texas gây ra hậu quả nặng nề khi sự cố mất điện xảy ra trên diện rộng. Vào năm 2017 tại US, ước tính khoảng 685.000 người Mỹ nằm trong diện phụ thuộc vào điện. Mặc dù vậy, một phần năm người dân trong nhóm đó vẫn phải chịu cảnh mất điện kéo dài trong 3 đến 4 giờ.

Bước 1: Phát hiện sự cố mất điện theo thời gian thực

Xem xét thứ tự ưu tiên cần sửa chữa khi sự cố mất điện diễn ra. Thay vì tập trung khắc phục sự cố ở những khu vực có mật độ hộ gia đình cao, công ty điện lực phải ưu tiên sửa chữa những khu vực quan trọng cần được cung cấp điện năng liên tục ví dụ như bệnh viện, nhà dưỡng lão,… Để thực hiện phương pháp này, một nhóm nghiên cứu tại trường đại học New York đã phát triển một bảng dữ liệu về sự cố mất điện. Bảng dữ liệu bao gồm những thông tin được cung cấp từ công ty điện lực Consolidated Edison và được tích hợp với các dữ liệu khác liên quan đến nhân khẩu học, môi trường qua đó đánh giá mức độ nghiêm trọng của từng khu vực khi sự cố mất điện xảy ra.

Dựa trên việc đánh giá này, nhóm nghiên cứu đã tính toán và xếp hạng cho hơn 300 khu vực, tương ứng là các mã số zíp trực thuộc trong thành phố New York. Bảng xếp hạng bao gồm thông tin về nhân khẩu học ví dụ như thu nhập hộ gia đình, độ tuổi, chủng tộc, giới tính, dữ liệu sức khỏe, tầng lớp thu nhập thấp và nhà dưỡng lão. Từ dữ liệu trong bảng xếp hạng, nhóm nghiên cứu có thể xác định được khu vực nào cần ưu tiên khắc phục sự cố mất điện.

Để tổng hợp các dữ liệu này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế bộ ghi dữ liệu mất điện ở thời gian thực và kết hợp với những dữ liệu được lưu trữ trong quá khứ. Các thông tin về địa chỉ, mã zíp, nhân khẩu học được trích xuất từ cơ sở dữ liệu công cộng của thành phố New York. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một thuật toán tổng hợp xếp hạng những khu vực dễ bị tổn thương khi sự cố mất điện xảy ra. Dữ liệu này được thể hiện trên giản đồ khu vực mất điện theo thời gian thực – màu đỏ thể hiện khu vực dễ bị tổn thương nhất trong khi vùng màu xanh thể hiện khu vực ít bị tổn thương. Giản đồ dữ liệu này được thiết kế để cho phép người dùng nhận biết sự cố nào có mức độ ưu tiên sửa chữa cao hơn.

Bước 2: Ưu tiên khắc phục sự cố mất điện cho những khu vực dễ bị tổn thương nhất

Ngoài việc xác định được vị trí mất điện và nhóm khách hàng nào đang bị ảnh hưởng, công ty điện lực cần có khả năng dự báo lượng điện năng tiêu thụ trong nhiều giờ và nhiều ngày liên tục. Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với người đang phải chịu nhiều biến chứng từ bệnh hô hấp Covid-19. Một số người bệnh điều trị tại nhà sẽ được xếp vào nhóm khu vực dễ bị tổn thương nhất khi sự cố mất điện xảy ra.

Phần mềm dự báo hoạt động chủ yếu dựa trên dữ liệu tiêu thụ điện năng trong quá khứ, tuy nhiên điều đó không còn chính xác trong bối cảnh đại dịch Covid-19 vì có rất nhiều người phải điều trị tại nhà dẫn đến một lượng lớn điện năng tiêu thụ tăng một cách đột biến từ các hộ gia đình.

Bất kỳ một phương án nào được đề xuất, cần phải xem xét mức độ ảnh hưởng của phương án đó đến mô hình dự báo nhu cầu tiêu thụ điện năng và ảnh hưởng trên hệ thống lưới điện. Vào mùa hè năm 2019, thị trưởng thành phố New York phê duyệt dự án phòng chống các đợt nắng nóng và quyết định đầu tư 55 triệu đô la để lắp đặt hơn 74.000 máy điều hòa nhiệt độ cho các hộ gia đình có thu nhập thấp. Tuy nhiên, điều này lại làm tăng đột biến lượng điện năng tiêu thụ trong khu vực dân cư và tạo ra đỉnh phụ tải trong hệ thống điện. Hiện nay nhiều văn phòng và các cơ sở doanh nghiệp mở cửa hoạt động trở lại, việc dự báo chính xác lượng điện năng tiêu thụ và khi nào phụ tải sẽ đạt đỉnh vào thời gian này càng trở nên khó khăn hơn.

Phải chăng hệ thống lưới điện có liên quan đến sự công bằng của xã hội? Thật sự đúng là như vậy, một số nhóm người trong xã hội vẫn chưa được quan tâm đến, có thể thấy được thông qua một số vùng bị mất điện kéo dài trong vài ngày trong khi một số khu vực khác lại rất nhanh. Chúng ta cần phải hành động tốt hơn để bảo vệ nhóm người đó. Các công ty điện lực cần khảo sát nhu cầu sử dụng điện của người dân địa phương qua đó có thể hỗ trợ một cách nhanh chóng khi có bất kì sự cố mất điện nào được gọi đến.

Nguyễn Thế Tiên (ĐH Kyungpook, Hàn Quốc)
Nguyễn Gia Minh Thảo (Học viện Công nghệ Toyota, Nhật Bản)
Dịch và hiệu đính từ ¹https://spectrum.ieee.org/prevent-power-outage-crisis
Cộng đồng điện tử Công suất Việt Nam