Tái tạo năng lượng từ mô hình Microgrid: khi sinh viên dám đương đầu với cái khó

Bùi Quang Mạnh ngay từ khi còn là cựu học sinh lớp chuyên Tin, trường THPT Nguyễn Trãi (Hải Dương) đã mong muốn học tập trong môi trường nghiên cứu. Với sự tin tưởng, động viên của gia đình, em đã lựa chọn khám phá ngành Tự động hóa tại trường Điện – Điện tử (Đại học Bách khoa Hà Nội). Không phụ công của bản thân, Bùi Quang Mạnh – K64 Tự động hóa vừa xuất sắc giành 9.3 điểm cho một đề tài hóc búa.

• Khi sinh viên và nhà tuyển dụng gặp nhau tại lễ bảo vệ tốt nghiệp
• Hơn 800 sinh viên SEEE của Đại học Bách khoa Hà Nội tham gia bảo vệ đồ án tốt nghiệp

Dấn thân vào cái khó và đặc biệt

Để chuẩn bị cho việc tốt nghiệp đại học, Mạnh bắt tay vào thực hiện đồ án với đề tài “Đáp ứng tần số của hệ thống microgrid dựa trên công nghệ nghịch lưu tạo lưới và bám lưới được cung cấp năng lượng từ tàu điện tại cảng và năng lượng gió ngoài khơi”. Đây là một đề tài mới, tài liệu trong nước không có, Mạnh và thầy giáo hướng dẫn – TS. Nguyễn Bảo Huy (CTI Lab4EV – trường Điện – Điện tử – Đại học Bách khoa Hà Nội) đã phải mày mò, tìm kiếm, và cái khó nhất chính là tài liệu tham khảo rất ít. “Đề tài của em có thể nói là đặc biệt vì chưa có ai làm, vừa liên quan đến lưới điện, hệ thống điện vừa liên quan kiến thức tự động hóa. Đây là hai chuyên ngành khác nhau của trường Điện – Điện tử, do đó, để hoàn thành được đồ án em đã phải học kiến thức cả hai bên để có thể cho ra được mô hình lưới điện mô phỏng như hiện nay” – Mạnh chia sẻ.

Không có con đường nào trải đầy hoa hồng, khó khăn tiếp diễn khó khăn, kiến thức là vô tận, tìm tài liệu thì như “mò kim đáy bể”, vậy nên tiếp tục hay dừng lại chọn đề tài khác là câu hỏi được lặp đi lặp lại nhiều lần đối với sinh viên Bùi Quang Mạnh.

Nhưng với bản lĩnh của chàng trai vùng đất “địa linh nhân kiệt”, Mạnh tự nhủ bản thân không được để những khó khăn như vậy làm chùn bước. Em kiên trì cùng thầy giáo hướng dẫn tìm kiếm tài liệu, từ tiếng Anh, tiếng Pháp đến tiếng Đức,… để có thể đúc rút những kinh nghiệm cho bản thân hoàn thiện đề tài một cách suôn sẻ.

Phát triển đề tài, bắt kịp xu thế

Microgrid hay còn gọi là lưới điện vi mô, là một hệ thống năng lượng điện có thể tự cung tự cấp, quy mô phục vụ cho một khu vực địa lý cụ thể như trong một trường đại học, bệnh viện, trung tâm thương mại hoặc khu đô thị, vùng hải đảo,…

Nhận thấy sự xuất hiện của các nguồn năng lượng tái tạo tại các bến cảng, hệ thống microgrid tại khu vực bến cảng đã và đang được phát triển rộng rãi trên đất liền và các hải đảo.

Tuy nhiên, bên cạnh vô số những lợi ích như giảm thiểu khí nhà kính, khí thải và tăng cường an ninh năng lượng, xu thế này có thể đặt ra một số thách thức. Chẳng hạn như yêu cầu năng lượng cao, cần có khung chính sách năng lượng cụ thể, đặc biệt liên quan đến sự thay đổi và sự gián đoạn của nguồn năng lượng tái tạo.

Đồ án đề xuất xây dựng một mô hình microgrid sử dụng những nguồn năng lượng bền vững gồm có một công nghệ đầy tiềm năng – grid -forming inverters (GFMI) với nguồn năng lượng từ gió biển, theo sau là bộ biến tần bám lưới (GFLI) được cung cấp bởi một tàu điện trên bờ và một thành phần của lưới điện truyền thống là máy phát điện đồng bộ. Mô hình microgrid được xây dựng trên MATLAB/Simulink bằng phương pháp biểu diễn Energetic Macroscopic Representation (EMR).

Ngoài ra, một chiến lược điều khiển được thiết kế nhằm cải thiện hiệu suất của hệ thống bao gồm ổn định điện áp, ổn định tần số và hiệu suất tổng thể của hệ thống. Điểm mới của đề tài là ứng dụng công cụ EMR để tổ chức mô hình hệ thống và phát triển cấu trúc điều khiển.

Đóng góp chính của bài nghiên cứu được hội đồng bảo vệ đồ án đánh giá cao chính là kết quả đánh giá về sự ảnh hưởng của trở kháng đường dây lên sự dao động của tần số lưới bằng cách sử dụng vòng khóa pha (PLL) và thuật toán biến đổi Fast Fourier (FFT). Trước khi đề xuất giải pháp khắc phục nhằm ổn định tần số lưới điện, đồ án cũng cung cấp một cái nhìn tổng quan về các phương pháp điều chỉnh tần số cho lưới điện, những thách thức hiện tại của hệ thống và hướng nghiên cứu trong tương lai.

TS. Nguyễn Bảo Huy cho biết, đây là một đề tài rất hay. Mạnh đã tìm ra được vấn đề mà người khác chưa nhìn thấy, cũng như bản thân rất biết cách học hỏi, sáng tạo.

Bài toán đặt ra hiện nay chính là vấn đề chuyển dịch năng lượng, các nguồn năng lượng truyền thống đang dần chuyển sang nguồn năng lượng bền vững. Những nguồn năng lượng này sẽ được kết nối với các lưới điện, tỷ trọng điện tử công suất trong các lưới điện càng ngày càng cao. Nếu như trước đây, năng lượng tái tạo mới chỉ chiếm được một tỷ trọng nhỏ, các bộ biến đổi điện tử công suất chủ yếu làm việc ở chế độ bám theo lưới điện, điện áp và tần số là do lưới điện duy trì, các bộ biến đổi sẽ bám theo lưới. Càng ngày điện tử công suất càng nhiều, dần dần đóng vai trò tạo lưới,…

Đây là một đề tài mới cả trong nghiên cứu học thuật và công nghiệp. Ngành điện ở Việt Nam đang là một trong những ngành đổi mới sáng tạo cao, tỷ trọng năng lượng tái tạo cũng đang chiếm nhiều ưu thế. Bài toán của Mạnh đang bắt “trend” với tình hình hiện nay.

“Đề tài đã đưa ra được khảo sát về biến động tần số ở trong lưới điện, có sự tham gia của các bộ biến đổi điện tử công suất,… Mạnh đã chỉ ra được một điều rất thú vị đó là, tần số của lưới điện không thay đổi quá nhiều nhưng để điều khiển điện tử công suất thì cần có các bộ ước lượng tần số đó, mà tần số ước lượng được lại dao động mạnh. Đây cũng là tiền đề để triển khai, phát triển những bước tiếp theo sau này của đề tài”, TS.Nguyễn Bảo Huy nhấn mạnh.

Tại buổi bảo vệ đồ án tốt nghiệp, TS. Đỗ Mạnh Cường, là một trong những thành viên hội đồng phản biện đề tài đã đánh giá cao kết quả nghiên cứu của sinh viên Bùi Quang Mạnh. Theo TS. Đỗ Mạnh Cường đây không chỉ là một đề tài hay, có tính đột phá, tìm được những điểm mới, điểm mạnh mà thực tế hiện nay đang cần, đề tài còn có thể phát triển một cách tốt hơn nữa trong tương lai khi đưa vào ứng dụng thực tế.

Từ kết quả nghiên cứu này, Mạnh cho biết, đề tài này cũng sẽ được báo cáo tại Hội nghị quốc tế về ngành Điện – Điện tử IECON 2023 vào tháng 10 tới tại Singapore.

Ngoài việc tham gia vào nghiên cứu, Quang Mạnh cũng rất năng nổ tham gia các hoạt động ngoại khóa của trường, từ năm thứ nhất em đã tham gia vào đội hỗ trợ việc làm và sự kiện Bách khoa HES. Có thể thấy, với tình yêu, đam mê và khát vọng của tuổi trẻ, Bùi Quang Mạnh đã trở thành một Baker thực sự và dần chinh phục được bản thân. Khi chúng tôi hoàn thành bài viết này cũng là lúc Mạnh đang trên hành trình đến nước Mỹ để học tiến sĩ.

Duyên Nguyễn – Đỗ Phương