Khi đánh giá một dự án năng lượng cho nhà máy, doanh nghiệp thường sớm đặt câu hỏi: nên lắp bao nhiêu kWp Solar PV, cần bao nhiêu kWh BESS, hay hệ thống nào nên được cải thiện để tối ưu chi phí điện?
Nhưng trước khi đi đến công suất hoặc công nghệ, có một câu hỏi nền tảng cần được trả lời:
Nhà máy đang sử dụng điện như thế nào?
Tổng điện năng tiêu thụ hàng tháng cho biết nhà máy dùng bao nhiêu kWh, nhưng chưa cho biết điện được sử dụng vào thời điểm nào, nhu cầu công suất đạt mức cao khi nào, tải nền ở mức nào hay hoạt động nào tạo ra những biến động đó.
Đó là lý do phân tích phụ tải nhà máy cần đi trước nhiều quyết định đầu tư năng lượng. Dữ liệu phụ tải giúp doanh nghiệp hiểu cách điện đang được sử dụng và tạo cơ sở để đánh giá Solar PV, BESS, EMS hoặc các giải pháp hiệu quả năng lượng theo điều kiện vận hành thực tế.
Vì sao tổng điện năng tiêu thụ chưa đủ để hiểu phụ tải nhà máy?
Hai nhà máy có thể sử dụng cùng một lượng điện trong một tháng nhưng có biểu đồ phụ tải rất khác nhau.
Một cơ sở có thể duy trì công suất tương đối ổn định trong phần lớn thời gian sản xuất. Cơ sở khác có thể vận hành ở tải thấp trong nhiều giờ nhưng xuất hiện các đỉnh công suất lớn khi nhiều dây chuyền hoặc thiết bị cùng hoạt động.
Nếu chỉ nhìn tổng kWh trên hóa đơn, sự khác biệt này gần như không thể hiện rõ. Nhưng với một dự án năng lượng, thời điểm sử dụng điện, mức công suất và mức độ biến động của phụ tải có thể ảnh hưởng trực tiếp đến cách lựa chọn và cấu hình giải pháp.
Dữ liệu phụ tải theo thời gian giúp làm rõ khi nào nhu cầu tăng, đỉnh tải kéo dài bao lâu, tải nền ở mức nào và phụ tải thay đổi ra sao giữa các ca hoặc ngày sản xuất.
Một nhà máy vì vậy không nên được đánh giá chỉ bằng câu hỏi “tiêu thụ bao nhiêu điện?”, mà còn phải trả lời được “điện được sử dụng khi nào và vì sao phụ tải thay đổi?”.
Mục tiêu của quá trình này không phải thu thập càng nhiều dữ liệu càng tốt, mà là có đúng dữ liệu cho đúng quyết định cần đưa ra.
Phân tích phụ tải nhà máy cần xem những dữ liệu nào?
Một bộ dữ liệu hữu ích cần giúp doanh nghiệp hiểu bốn vấn đề: mức tiêu thụ, thời điểm sử dụng, nguyên nhân tạo ra phụ tải và những thay đổi dự kiến trong tương lai.
1. Hóa đơn điện và lịch sử tiêu thụ
Hóa đơn điện là điểm bắt đầu để hiểu quy mô tiêu thụ và cấu trúc chi phí, nhưng một tháng dữ liệu thường không đủ để đại diện cho toàn bộ hoạt động của nhà máy.
Với phân tích ban đầu, khoảng 12 tháng dữ liệu hóa đơn thường là một điểm xuất phát hữu ích để quan sát một chu kỳ vận hành, yếu tố mùa vụ và các giai đoạn sản xuất khác nhau.
Nếu nhà máy vừa mở rộng công suất, thay đổi đáng kể lịch sản xuất hoặc có những giai đoạn bất thường, dữ liệu dài hơn có thể cần thiết để tránh xây dựng baseline từ một khoảng thời gian không đại diện.
Ngoài tổng kWh, doanh nghiệp cần xem các thành phần có liên quan đến chi phí điện, chẳng hạn nhu cầu công suất, hệ số công suất và điều kiện biểu giá.
Khi mục tiêu của dự án là tối ưu chi phí, việc phân tích cần dựa trên biểu giá, khung thời gian sử dụng điện và điều kiện áp dụng hiện hành của chính điểm đo hoặc nhóm khách hàng đang được đánh giá, thay vì sử dụng một mức giá điện trung bình chung.
2. Biểu đồ phụ tải theo thời gian
Nếu hóa đơn trả lời câu hỏi “bao nhiêu”, biểu đồ phụ tải nhà máy giúp trả lời “khi nào”.
Dữ liệu theo thời gian cho phép quan sát cách công suất thay đổi trong ngày: thời điểm bắt đầu ca, khi nhiều dây chuyền hoạt động đồng thời, khoảng nghỉ giữa ca, cuối tuần hoặc các giai đoạn giảm sản xuất.
Từ đó, nhóm kỹ thuật có thể nhận diện tải nền, thời điểm xuất hiện công suất cao, độ dài và tần suất của các đỉnh tải, cũng như sự khác biệt giữa các ca hoặc ngày vận hành.
Không phải mọi dự án đều cần cùng một độ phân giải dữ liệu.
Dữ liệu 15 phút, 30 phút, theo giờ hoặc mức chi tiết khác nên được lựa chọn theo hiện tượng cần quan sát. Nếu mục tiêu liên quan đến những đỉnh công suất ngắn, dữ liệu tổng theo tháng hoặc theo ngày có thể không đủ để đưa ra kết luận.
Nói cách khác, độ phân giải của dữ liệu cần phù hợp với độ phân giải của bài toán.
3. Lịch sản xuất và sản lượng
Đường phụ tải cho biết công suất tăng hoặc giảm, nhưng không tự giải thích được nguyên nhân.
Để biến dữ liệu điện thành thông tin có giá trị cho quyết định đầu tư, doanh nghiệp cần đặt load profile của nhà máy cạnh lịch ca, lịch sản xuất, sản lượng, shutdown, bảo trì và thời gian vận hành của các hệ thống chính.
Một đỉnh công suất có thể xuất hiện khi nhiều động cơ khởi động cùng lúc, hệ thống lạnh tăng tải, máy nén khí đáp ứng nhu cầu cao hoặc nhiều dây chuyền được bố trí chạy đồng thời.
Nếu thiếu bối cảnh vận hành, doanh nghiệp có thể nhận diện được đỉnh tải nhưng chưa chắc xác định đúng nguyên nhân và khả năng can thiệp.
Điều này cũng quan trọng khi so sánh hiệu suất giữa các giai đoạn. Điện năng tiêu thụ tăng chưa chắc đồng nghĩa hệ thống vận hành kém hiệu quả nếu sản lượng tăng tương ứng. Ngược lại, mức tiêu thụ không thay đổi cũng chưa đủ để kết luận hiệu suất đã được duy trì nếu sản lượng giảm.
4. Các tải và hệ thống sử dụng năng lượng chính
Dữ liệu tại công tơ tổng cho biết toàn nhà máy đang sử dụng điện như thế nào. Nhưng khi cần phân tích sâu hơn, câu hỏi sẽ chuyển thành:
Hệ thống nào đang tạo ra phần phụ tải đó?
Tùy đặc thù cơ sở, phạm vi có thể bao gồm chiller, khí nén, HVAC, bơm, quạt, động cơ lớn hoặc các thiết bị sản xuất chính.
Điều này không có nghĩa doanh nghiệp phải lắp công tơ cho mọi thiết bị.
Các điểm đo nên được lựa chọn dựa trên giá trị của thông tin đối với quyết định cần đưa ra. Nếu một hệ thống chiếm tỷ trọng đáng kể hoặc có hành vi vận hành cần làm rõ, submetering tại khu vực đó có thể cung cấp dữ liệu hữu ích hơn việc mở rộng đo lường một cách đồng loạt.
Nguyên tắc phù hợp là đo những gì cần thiết để trả lời câu hỏi đang cần quyết định.
Cách tiếp cận này cũng phù hợp với tư duy quản lý năng lượng theo ISO 50001: dữ liệu và điểm đo cần được xác định theo nhu cầu quản lý năng lượng, quy mô cơ sở và hệ thống đo hiện có, thay vì thu thập dữ liệu mà không có mục tiêu rõ ràng.
5. Những thay đổi phụ tải trong tương lai
Dữ liệu lịch sử phản ánh cách nhà máy đã vận hành, nhưng dự án năng lượng thường được thiết kế để phục vụ nhiều năm tiếp theo.
Doanh nghiệp vì thế cần đưa vào đánh giá những thay đổi đã có cơ sở kế hoạch, chẳng hạn mở thêm dây chuyền, tăng số ca, mở rộng nhà xưởng, thay thiết bị lớn hoặc thay đổi đáng kể lịch sản xuất.
Không cần dự báo tất cả những gì có thể xảy ra trong tương lai. Nhưng những thay đổi có khả năng ảnh hưởng đáng kể đến phụ tải nên được đưa vào các scenario trước khi khóa cấu hình đầu tư.
Nếu không, một giải pháp phù hợp với phụ tải hiện tại có thể không còn phù hợp khi điều kiện sản xuất thay đổi.
Dữ liệu phụ tải ảnh hưởng đến Solar PV, BESS và EMS như thế nào?
Giá trị của phân tích phụ tải nhà máy nằm ở việc cùng một nền dữ liệu có thể cung cấp đầu vào cho nhiều quyết định năng lượng khác nhau.
Với Solar PV, doanh nghiệp cần hiểu không chỉ tổng nhu cầu điện mà còn mức độ trùng khớp giữa thời điểm sử dụng điện và thời gian hệ thống Solar có thể phát điện. Hai nhà máy có tổng tiêu thụ điện tương đương nhưng load profile khác nhau có thể có điều kiện sử dụng Solar rất khác.
Với BESS, dữ liệu phụ tải là một trong những đầu vào quan trọng để xác định bài toán ứng dụng trước khi đánh giá công suất, dung lượng năng lượng và chiến lược điều khiển. Đây cũng là nền tảng để tích hợp Solar và BESS cho nhà máy theo đúng phụ tải và mục tiêu vận hành, thay vì suy cấu hình BESS chỉ từ công suất Solar hoặc tổng kWh tiêu thụ.
Với giải pháp hiệu quả năng lượng, dữ liệu tổng giúp xác định khu vực cần điều tra, còn dữ liệu theo hệ thống hoặc thiết bị giúp xác định đúng tải cần phân tích sâu hơn. Một tải lớn chưa tự động đồng nghĩa với một cơ hội tiết kiệm lớn; còn phải xem yêu cầu của quy trình, điều kiện vận hành và hiệu suất hiện tại.
Với EMS, phân tích ban đầu giúp xác định dữ liệu nào thực sự cần được theo dõi. Giá trị của EMS không nằm ở số lượng biểu đồ trên dashboard, mà ở khả năng biến dữ liệu thành thông tin hỗ trợ vận hành và ra quyết định.
Từ góc nhìn đầu tư, nguyên tắc chung là:
công nghệ nên được cấu hình từ đặc tính phụ tải và mục tiêu vận hành, thay vì chọn công nghệ trước rồi yêu cầu nhà máy thích nghi với cấu hình đó.
Bộ dữ liệu ban đầu nên chuẩn bị trước khi đánh giá
Doanh nghiệp chưa cần một hệ thống dữ liệu hoàn chỉnh trước khi bắt đầu screening.
Ở giai đoạn đầu, nên chuẩn bị hóa đơn điện và biểu giá áp dụng; dữ liệu phụ tải theo thời gian nếu có; lịch ca, lịch sản xuất và sản lượng; danh sách các tải hoặc hệ thống tiêu thụ chính; kế hoạch mở rộng hoặc thay đổi công suất; cùng thông tin về Solar PV hoặc nguồn năng lượng tại chỗ đang vận hành.
Nếu một số dữ liệu chưa có, điều đó không có nghĩa dự án chưa thể bắt đầu.
Khoảng trống dữ liệu cũng là một kết quả hữu ích của quá trình screening. Nó giúp xác định cần đo thêm ở đâu, trong bao lâu và với mức độ chi tiết nào trước khi doanh nghiệp đưa ra một quyết định có hệ quả lớn.
Quyết định đầu tư nên bắt đầu từ cách nhà máy thực sự vận hành
Phân tích phụ tải không phải một thủ tục trước khi lựa chọn công nghệ. Đây là cơ sở để xác định bài toán năng lượng nào thực sự cần giải quyết.
Một nhà máy có thể cần Solar PV, BESS, EMS, giải pháp hiệu quả năng lượng hoặc sự kết hợp của nhiều hạng mục. Nhưng việc lựa chọn cấu hình chỉ có cơ sở khi doanh nghiệp hiểu đủ rõ cách điện được sử dụng, thời điểm nhu cầu xuất hiện, nguyên nhân của các biến động và những điều kiện vận hành cần được duy trì.
Trong cách tiếp cận của 365Energy, công nghệ không phải điểm bắt đầu. Bước đầu tiên là làm rõ bài toán của cơ sở công nghiệp; từ đó mới xác định dữ liệu cần bổ sung, phạm vi đánh giá và giải pháp phù hợp.
Bắt đầu từ dữ liệu phụ tải của nhà máy
Nếu doanh nghiệp đang đánh giá Solar PV, BESS, EMS hoặc các cơ hội tối ưu năng lượng, bước tiếp theo có thể bắt đầu bằng việc rà soát dữ liệu hiện có và xác định những khoảng trống cần bổ sung.
Trao đổi với 365Energy để xác định bộ dữ liệu đầu vào và phạm vi đánh giá phù hợp trước khi đi đến cấu hình giải pháp.