IoT đã trở thành một trong những công nghệ quan trọng và đột phá trong lĩnh vực năng lượng. Với khả năng kết nối và thu thập dữ liệu từ các thiết bị và hệ thống, IoT đã mang lại nhiều lợi ích và cơ hội mới cho ngành công nghiệp năng lượng.
• Khai thác dữ liệu lớn trong các nhà máy sản xuất điện
• Ứng dụng công nghệ Digital Twins trong chuyển đổi số
Ứng dụng chính của IoT trong lĩnh vực năng lượng
IoT tham gia giám sát và quản lý thông minh, tối ưu hóa hoạt động và bảo trì theo độ tin cậy thiết bị (RCM), tiết kiệm năng lượng và quản lý tài nguyên, hệ thống năng lượng thông minh, tích hợp mạng lưới năng lượng. Nhờ vào sự phát triển của IoT, ngành năng lượng đã có thể tận dụng các công nghệ tiên tiến và thông minh để tối ưu hóa hoạt động, tiết kiệm năng lượng và phát triển các giải pháp năng lượng bền vững. Việc áp dụng IoT trong lĩnh vực năng lượng đang mở ra một tương lai sáng cho việc cung cấp năng lượng sạch, hiệu quả và bền vững cho toàn cầu.
IoT và Digital Twin đóng vai trò quan trọng trong quá trình số hóa nhà máy nói chung, nhà máy điện nói riêng và cung cấp nhiều tính năng hiệu quả cho hoạt động sản xuất. IoT kết nối các thiết bị, máy móc và hệ thống trong nhà máy để tạo thành một hệ thống thông minh liên kết. Điều này cho phép việc thu thập dữ liệu từ các nguồn khác nhau và cung cấp cái nhìn toàn diện về hoạt động của nhà máy, IoT cho phép giám sát hoạt động của nhà máy một cách liên tục và từ xa. Điều này giúp chuẩn đoạn sự cố sớm, tăng cường an ninh và tiện lợi trong việc điều khiển và tối ưu quy trình sản xuất. (Hình 1)
Sự kết hợp IoT với công nghệ trí tuệ nhân tạo, phân tích dữ liệu lớn giúp cho quá trình tự động hóa, mô phỏng, chuẩn đoán, tối ưu,… trong quá trình vận hành điều khiển nhà máy điện được hiệu quả và chính xác hơn. Trong hình 2 là mô hình kiến trúc ví dụ cho sự kết hợp IoT với công nghệ trí tuệ nhân tạo trong vận hành tubin gió, trong đó các hệ thống IoT được sử dụng để thu thập các dữ liệu thời tiết, thông số vận hành từ hệ thống SCADA,…
IoT giúp cho quá trình tự động hóa nhà máy điện: IoT cung cấp khả năng tự động hóa các quy trình sản xuất trong nhà máy. Từ việc điều khiển thiết bị đến tối ưu hóa lưu lượng và quy trình, IoT giúp tăng cường hiệu suất và giảm thời gian chết.
IoT xây dựng bản sao số nhà máy điện (Digital Twin)
Cụ thể như:
Mô phỏng hoá: Digital Twin là phiên bản số hóa của một nhà máy điện hoặc một hệ thống, bao gồm các thành phần, quy trình và hoạt động. Nó tạo ra một môi trường ảo để kiểm tra, phân tích và tối ưu hóa hoạt động trước khi triển khai thực tế.
Phân tích dự đoán: Digital Twin sử dụng dữ liệu thực tế và mô phỏng để phân tích và dự đoán hiệu suất, sự cố và tương lai của nhà máy. Điều này giúp đưa ra quyết định thông minh, tối ưu hóa quy trình và tránh sự cố không mong muốn.
Quản lý tuổi thọ và bảo trì: Digital Twin giúp theo dõi và quản lý tuổi thọ của các thiết bị và máy móc trong nhà máy. Nó cho phép lập lịch bảo trì dựa trên dữ liệu và thông tin chính xác, từ đó giảm thiểu thời gian chết không cần thiết và tăng tuổi thọ của các tài sản.
Cả IoT và Digital Twin là những công nghệ quan trọng trong số hóa nhà máy, mang lại hiệu suất, tối ưu hóa và đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất. Sự kết hợp của chúng giúp tạo ra một môi trường số hóa thông minh và tối ưu cho nhà máy hiện đại.
Internet công nghiệp là về việc kết nối máy móc với con người và các dịch vụ. Đó là việc khai thác dữ liệu lớn, phân tích dữ liệu đó và biến nó thành thông tin có thể thực hiện. Đó là việc tối ưu hóa quy trình nhà máy và sản xuất, và việc làm cho thiết bị và dịch vụ thông minh hơn. Ngoài ra, đó là việc cải thiện sự hợp tác để nâng cao chuyên môn của những người vận hành, bảo trì và quản lý nó.
Việc tạo ra bản sao số cho nhà máy điện mang lại nhiều lợi ích trong ngành công nghiệp sản xuất điện như khả năng tự cải tiến quy trình, tự duy trì hệ thống, khả năng chuẩn đoán, nâng cao khả năng an toàn trong vận hành, tính linh hoạt trong vận hành (hình 3)
Tóm lại, IoT và công nghệ Digital Twins trong tương lai sẽ là xu thế phát triển trong quản lý vận hành các nhà máy và thiết bị lớn và mang lại nhiều lợi ích vượt trội trong quá trình sản xuất vận hành nhà máy điện, hướng tới hệ thống điện thông minh.
Song song với sự phát triển của bản sao nhà máy số thì dự kiến số lượng thiết bị IoT khổng lồ (mIoT) sẽ lên tới hàng tỷ và dự định tiếp tục tăng. Trong quá trình hoạt động, các thiết bị này sẽ tiếp tục kết nối với mạng truyền thông tin cậy hơn và độ trễ thấp, đồng thời dữ liệu được truyền đi liên tục hơn. Sự phức tạp của việc quản lý dữ liệu và tối ưu hóa năng lượng cho các thiết bị IoT đang trở thành một thách thức khó khăn đối với các nhà nghiên cứu, vì khả năng xử lý các thiết bị IoT liên kết đã được nâng cao với sự ra đời của 5G và các công nghệ liên quan. Sự thành công trong triển khai dịch vụ IoT và tính đáng tin cậy của giao thức an toàn điện phụ thuộc vào hoạt động hợp tác của các thiết bị IoT dưới dạng một đàn (swarm). Đây cũng sẽ là hướng nghiên cứu tiềm năng để nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của các hệ thống IoT khi kết hợp với các công nghệ khác.
Nguyễn Tùng Linh
Trường Đại học Điện Lực
