Tương lai của những toà nhà thông minh trên thế giới

Một trong những cơ chế chính giúp các tòa nhà thông minh giảm thiểu nguy cơ mất điện là đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ. Theo truyền thống, lưới điện hoạt động theo mô hình cung và cầu không đổi, việc sản xuất điện năng phải luôn khớp chính xác với mức tiêu thụ để duy trì sự ổn định.

Trạng thái cân bằng này thường bị phá vỡ trong thời gian nhu cầu sử dụng cao nhất, dẫn đến tình trạng quá tải lưới điện và mất điện. Nhiều quốc gia trên thế giới đang đầu tư đáng kể vào năng lực phát điện, lưu trữ và truyền tải mới để cải thiện khả năng quản lý vào giờ cao điểm, tránh hay hạn chế thấp nhất tình trạng mất điện. Trong khi nỗ lực tăng nguồn cung, có một cách rẻ hơn và dễ dàng hơn để giải quyết vấn đề, đó là chuyển hướng nhu cầu tiêu thụ điện sang những giờ và ngày thấp điểm.

Một nghiên cứu mới đây cho thấy an ninh năng lượng của đất nước có thể được hỗ trợ với sự can thiệp và đầu tư tối thiểu, chỉ bằng cách thay đổi thời gian sử dụng điện trong ngày và khai thác năng lượng của các tòa nhà dưới dạng pin nhiệt. Những phát hiện này được đưa vào nghiên cứu mới của Viện Australia, hợp tác với nhà cung cấp dịch vụ công nghệ xây dựng hàng đầu của Australia “Buildings Alive”.

Các nhà nghiên cứu cho thấy, nếu các tòa nhà chuyển 1/3 mức tiêu thụ điện vào giờ cao điểm cuối buổi chiều mùa hè sang thời điểm giữa ngày sẽ tiết kiệm được 1,7 tỷ USD mỗi năm. Sự thay đổi này tương đương với việc tăng sản lượng các nhà máy than, khí đốt và thủy điện lên khoảng 25%, đồng thời giảm lượng khí thải nhà kính của Australia xuống 2.780.000 tấn mỗi năm. Những lợi ích này có thể được đảm bảo thông qua thay đổi tương đối nhỏ trong thực tiễn quản lý tòa nhà, chẳng hạn như làm mát các tòa nhà văn phòng lớn sớm hơn trong ngày, sau đó cho phép nhiệt độ của chúng tăng trở lại mức bình thường vào buổi chiều.

“Điều này thực sự khá đơn giản. Australia có rất nhiều nguồn cung cấp năng lượng tái tạo sạch, giá rẻ vào giữa ngày nhưng lại có nhiều nhu cầu sử dụng điện năng vào cuối ngày khi chúng ta phụ thuộc vào điện từ than và khí đốt. May mắn là, việc chuyển nhu cầu sử dụng điện lớn từ chiều muộn sang thời điểm giữa ngày là tương đối dễ dàng. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy các tòa nhà thương mại lớn đặc biệt hiệu quả trong việc thay đổi nhu cầu điện hàng ngày của họ để tận dụng tốt hơn nguồn năng lượng sạch, giá rẻ dồi dào vào giữa ngày” - Tiến sĩ Richard Denniss, Giám đốc Điều hành tại Viện Australia cho biết.

“Bằng cách thay đổi mô hình nhu cầu tiêu thụ điện năng của các tòa nhà lớn ở Australia phù hợp với thời điểm nguồn cung điện dồi dào, giá rẻ và lượng khí thải carbon thấp, chúng ta có thể tạo ra tác động lớn với mức độ can thiệp và đầu tư tương đối thấp” - Tiến sĩ Craig Roussac, Giám đốc điều hành của Buildings Alive nói.

“Các giải pháp cho vấn đề này đã có. Tuy nhiên, các hệ thống xếp hạng hiệu quả hiện tại đang cản trở việc áp dụng công nghệ mới do không nhận ra tiềm năng tài chính, khí thải và ổn định lưới điện của các tòa nhà thông minh, tương tác với lưới điện. Nếu chúng ta không khai thác tiềm năng của các tòa nhà thông minh, tương tác với lưới điện, người dân Australia sẽ phải trả giá thông qua chi phí mạng lưới cao hơn, giá điện đắt hơn và ô nhiễm gia tăng”.

Australia trước đây đã có hệ thống xếp hạng hiệu quả xây dựng hàng đầu thế giới, nhưng chúng vẫn chưa phát triển. Hầu hết tòa nhà có thể tăng gấp đôi nhu cầu năng lượng vào những thời điểm dồi dào trong ngày và giảm một nửa khi mạng lưới bị hạn chế. “Điện năng không được tạo ra như nhau và thị trường, cơ cấu khuyến khích, hệ thống xếp hạng của chúng ta phải được thiết kế để phản ánh thực tế đó. Chỉ khi đó tiềm năng đáng kể của các tòa nhà thông minh trong giảm bớt áp lực lên lưới điện vào thời gian cao điểm, đồng thời giảm cả chi phí và lượng khí thải carbon mới được hiện thực hóa” - Tiến sĩ Craig Roussac nhấn mạnh.

Tận dụng dữ liệu thời gian thực để điều chỉnh nhu cầu tiêu thụ điện

Theo các nhà nghiên cứu, sự thay đổi có thể dễ dàng bắt đầu từ các tòa nhà thương mại và tổ chức, vì họ có quy định về việc sử dụng năng lượng hiệu quả và tiêu chuẩn hóa hơn. Những lợi ích hữu hình có thể được đảm bảo thông qua thay đổi tương đối nhỏ đối với phương thức quản lý tòa nhà hiện tại, chẳng hạn như làm mát các văn phòng lớn sớm hơn trong ngày sau đó cho phép nhiệt độ của chúng tăng lên mức chấp nhận được vào buổi chiều.

Được trang bị cảm biến IoT, các tòa nhà thông minh có thể tận dụng dữ liệu thời gian thực về việc sử dụng năng lượng để điều chỉnh linh hoạt nhu cầu điện nhằm đáp ứng điều kiện lưới điện khác nhau. Trong thời gian lưới điện bị căng thẳng, chẳng hạn như các đợt nắng nóng hoặc hiện tượng thời tiết khắc nghiệt, năng lượng không cần thiết có thể tự động giảm, giảm bớt áp lực lên hệ thống và giúp ngăn ngừa tình trạng mất điện trên diện rộng.

Các tòa nhà thông minh cũng có thể tăng cường khả năng phục hồi của lưới điện thông qua việc sản xuất và lưu trữ năng lượng phi tập trung. Các nguồn năng lượng tái tạo tích hợp như tấm pin mặt trời cho phép các tòa nhà tạo ra điện tại địa phương, giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy điện tập trung và cơ sở hạ tầng truyền tải. Ngoài ra, hệ thống lưu trữ năng lượng tiên tiến, chẳng hạn như pin lithium-ion, cho phép các tòa nhà lưu trữ năng lượng dư thừa trong thời gian nhu cầu thấp và xả năng lượng đó trong giờ cao điểm hoặc trường hợp khẩn cấp, hoạt động hiệu quả như các lưới điện siêu nhỏ.

Hơn nữa, khả năng dự đoán của các tòa nhà thông minh góp phần ngăn ngừa tình trạng mất điện bằng cách xác định và giải quyết sự cố cơ sở hạ tầng tiềm ẩn trước khi chúng thành sự cố gián đoạn lớn. Phân tích dựa trên AI liên tục theo dõi tình trạng và hiệu suất của hệ thống tòa nhà, phát hiện các điểm bất thường và dự đoán lỗi thiết bị với độ chính xác vượt trội. Bằng cách giải quyết trước các vấn đề bảo trì, tòa nhà thông minh giảm thiểu nguy cơ mất điện đột xuất do trục trặc hoặc hỏng hóc thiết bị. Khi các thành phố tiếp tục đối mặt với thách thức do biến đổi khí hậu và cơ sở hạ tầng cũ kỹ đặt ra, các tòa nhà thông minh thực sự có thể trở thành những thành phần có giá trị của hệ sinh thái năng lượng bền vững và có khả năng phục hồi.

Bảo Lâm