Tri thức Bách khoa Hà Nội thắp sáng đảo xa Bạch Long Vỹ

Tại đảo Bạch Long Vỹ - điểm tiền tiêu xa bờ nhất Vịnh Bắc Bộ, máy chủ điện toán đám mây âm thầm xử lý hàng triệu dữ liệu thuật toán, tự động điều phối nhịp nhàng nguồn gió, nắng, pin lưu trữ và máy phát diesel. Sự xuất hiện của hệ thống điều phối thông minh do các nhà giáo - nhà khoa học Đại học Bách khoa Hà Nội nghiên cứu phát triển đã giúp chi phí vận hành hệ thống điện tại huyện đảo tiền tiêu này giảm sâu tới 80%, mở ra mô hình năng lượng xanh bền vững cho các vùng biển đảo Tổ quốc.

Bài toán năng lượng giữa sóng gió đại dương

Bạch Long Vỹ giữ vị trí chiến lược đặc biệt quan trọng về kinh tế và an ninh quốc phòng của Việt Nam. Đảo nằm cách hòn Dáu (Hải Phòng) 110 km, cách đảo Hạ Mai (Vân Đồn, Quảng Ninh) 70 km và cách đảo Hải Nam (Trung Quốc) 130 km. Do khoảng cách địa lý quá xa khơi, việc truyền tải điện bằng cáp ngầm xuyên biển gặp nhiều trở ngại kỹ thuật lẫn chi phí đầu tư khổng lồ. Nhiều năm qua, nguồn điện phục vụ sinh hoạt, công tác của cán bộ, chiến sĩ và ngư dân trên đảo chủ yếu trông chờ vào hệ thống máy phát chạy dầu diesel.

Tháng 11/2020, dự án cấp điện cho huyện đảo giai đoạn 1 do Tổng công ty Điện lực miền Bắc (EVNNPC) làm chủ đầu tư đã được khởi công. Dự án đưa vào vận hành mô hình lưới điện siêu nhỏ (microgrid) kết hợp nhiều nguồn năng lượng. Hệ thống bao gồm 1 tuabin gió công suất 1 MW, trang trại điện mặt trời công suất 504 kWp, 2 máy phát điện diesel công suất 1.000 kVA mỗi máy, hệ thống ắc quy lưu trữ (BESS) dung lượng 2.000 kWh cùng hệ thống điều khiển hòa đồng bộ.

Lưới điện siêu nhỏ vận hành độc lập giữa biển khơi đặt ra nhiều bài toán kỹ thuật hóc búa. Điện gió và điện mặt trời phụ thuộc hoàn toàn vào diễn biến thời tiết biến động thất thường. Nắng gắt hay gió mạnh đột ngột có thể tạo ra lượng điện dư thừa lớn, nhưng khi mây phủ hay gió lặng, nguồn phát lập tức sụt giảm. Sự chênh lệch giữa sản lượng điện thực tế và dự báo buộc đơn vị quản lý vận hành phải thường xuyên huy động máy phát diesel chạy dự phòng. Phương thức vận hành thủ công này làm gia tăng lượng tiêu thụ nhiên liệu dầu, đẩy chi phí sản xuất điện lên rất cao và kèm theo đó cũng phát thải lượng lớn khí nhà kính ra môi trường.
 

Trước thực trạng đó, tháng 7/2022, đoàn công tác gồm các chuyên gia Công ty Thí nghiệm điện miền Bắc (NPC-ETC) và các giảng viên Khoa Điện, Trường Điện - Điện tử (SEEE), Đại học Bách khoa Hà Nội đã có chuyến khảo sát thực địa tại Bạch Long Vỹ. Đội ngũ nghiên cứu với sự góp mặt của các nhà khoa học từ Trường Điện - Điện tử và Viện Kinh tế và Quản lý, Đại học Bách khoa Hà Nội (nay là Trường Kinh tế, Đại học Bách khoa Hà Nội) đã đặt quyết tâm giải quyết dứt điểm bài toán tối ưu hóa vận hành cho lưới điện nơi tiền tiêu.

Lời giải năng lượng xanh cho đảo tiền tiêu

Nhiệm vụ cốt lõi của nhóm nghiên cứu Bách khoa là xây dựng một “bộ não quản lý vận hành” tự động. Hệ thống này có khả năng nhìn thấy trước nguồn phát năng lượng tái tạo và nhu cầu sử dụng điện trong tương lai nhờ các công cụ dự báo thời tiết và phụ tải tiêu thụ điện trên đảo. Từ đó, chương trình tự động tính toán, đưa ra lịch huy động công suất tối ưu cho từng nguồn điện theo từng giờ trong ngày.

Trước đó, nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới thường đơn giản hóa các mô hình toán học bằng cách bỏ qua các ràng buộc thực tế của máy phát diesel như thời gian khởi động, thời gian dừng tối thiểu hay chi phí bật tắt tổ máy. Điều đó khiến kết quả tính toán thiếu tính chính xác khi áp dụng vào thực địa. Các nhà khoa học Bách khoa Hà Nội đã ứng dụng phương pháp Quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MILP) giải trên phần mềm tính toán toán học cao cấp GAMS. Mô hình toán cũng đồng thời cho phép mô phỏng chính xác mọi đặc tính kỹ thuật khắt khe của tổ máy phát diesel, bao gồm chi phí nhiên liệu bậc hai, tốc độ tăng giảm công suất, thời gian làm việc và thời gian nghỉ bắt buộc.



Sản phẩm hoàn thiện của đề tài là một chương trình quản lý năng lượng (EMS) chạy trên máy chủ điện toán đám mây tích hợp phần mềm dự báo, tính toán tối ưu và giao diện người dùng thân thiện. Máy chủ này có khả năng kết nối trực tiếp với hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) tại đảo thông qua giao thức truyền thông chuẩn quốc tế IEC104. Nhờ sự kết nối này, các mệnh lệnh điều độ vận hành được truyền nhận nhanh chóng, chính xác theo thời gian thực.

Chưa dừng lại ở lưới điện hiện trạng, nhóm nghiên cứu Đại học Bách khoa Hà Nội còn đề xuất giải pháp công nghệ mang tính đột phá như tích hợp công nghệ năng lượng hydro sạch vào hệ thống. Cụ thể, vào những thời điểm nắng to, gió lớn, lượng điện năng dư thừa từ tuabin gió và pin mặt trời thay vì bị lãng phí bỏ đi sẽ được đưa vào bình điện phân (Electrolyzer) để tách nước thành khí hydro. Khí hydro được nén cất giữ an toàn trong bình chứa. Khi đêm xuống hoặc phụ tải tăng cao đột ngột, lượng hydro này được đưa vào hệ thống pin nhiên liệu (Fuel Cell) để phát điện trở lại lưới.



Có thể hình dung pin nhiên liệu hydro giống như một “ngân hàng năng lượng” xanh. Năng lượng dư thừa được “gửi” dưới dạng khí hydro và “rút” ra thành điện năng với sản phẩm phụ duy nhất xả ra môi trường chỉ là nước tinh khiết. Việc kết hợp song song giữa hệ thống ắc quy lưu trữ ngắn hạn và pin nhiên liệu hydro lưu trữ dài hạn giúp lưới điện đảo Bạch Long Vỹ vận hành êm ái, đạt hiệu suất tối đa.

Quả ngọt khoa học ứng dụng phục vụ đất nước và dấu ấn 70 năm Bách khoa

Ngày 12/6/2025, Tổng công ty Điện lực miền Bắc đã tổ chức hội đồng nghiệm thu chính thức đề tài “Nghiên cứu tính toán phương thức vận hành tối ưu cho lưới điện huyện đảo Bạch Long Vỹ”. Hội đồng nghiệm thu do EVNNPC chủ trì đã đánh giá rất cao kết quả nghiên cứu do PGS. Nguyễn Đức Huy - Phó Hiệu trưởng Trường Điện - Điện tử cùng nhóm tác giả Đại học Bách khoa Hà Nội báo cáo. Hội đồng nhất trí đề xuất chuyển giao, ứng dụng rộng rãi sản phẩm máy chủ điện toán đám mây này vào thực tế vận hành cho các hệ thống lưới điện siêu nhỏ do EVN-NPC và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) quản lý.
 

Thành công của đề tài mang ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong chuỗi sự kiện Triển lãm sản phẩm khoa học công nghệ chào mừng Kỷ niệm 70 năm thành lập Đại học Bách khoa Hà Nội diễn ra tháng 10/2026 tới. Sản phẩm đại diện cho tinh thần “nghiên cứu khoa học gắn liền với thực tiễn” của các thế hệ nhà giáo - nhà khoa học Bách khoa. Thay vì giữ các công trình trong phạm vi thư viện hay phòng thí nghiệm, tri thức Bách khoa đã trực tiếp vươn xa ra đầu sóng ngọn gió, giải quyết bài toán năng lượng cấp thiết cho cộng đồng.

Công trình vừa trợ lực hiệu quả cho sự phát triển kinh tế, xã hội và an ninh quốc phòng nơi tiền tiêu, vừa đóng góp thiết thực vào mục tiêu đưa mức phát thải ròng về "0" (Net Zero) vào năm 2050 theo cam kết của Việt Nam tại Hội nghị COP26. Ánh sáng điện ổn định, xanh mát trên đảo Bạch Long Vỹ hôm nay chính là bằng chứng sinh động cho tấm lòng, trí tuệ và sứ mệnh phụng sự đất nước của các nhà giáo - nhà khoa học ngôi trường kỹ thuật công nghệ hàng đầu Đại học Bách khoa Hà Nội.