Hình ảnh trực quan tuyệt đẹp về lưới điện châu Âu (2022)
(121gigawatts.org)- Đây là bản đồ thể hiện lưới truyền tải điện châu Âu bằng điểm kết nối và đường dây điện, cho phép nhìn nhanh cách tiêu thụ và phát điện theo khu vực khớp với nhau trong các ràng buộc dòng điện thực tế
- Chấm xanh lá là điểm phát điện nhiều hơn tiêu thụ, chấm tím là điểm tiêu thụ nhiều hơn phát điện, còn hình tam giác biểu thị hướng dòng điện trên đường dây
- Các con số hiển thị là kết quả của thuật toán tối ưu hóa chia ngày đã chọn thành các khoảng 2 giờ, đáp ứng toàn bộ nhu cầu tiêu thụ đồng thời tối thiểu hóa tổng chi phí phát điện
- Dữ liệu được lấy từ mô hình lưới điện châu Âu mở pypsa-eur, và mã trực quan hóa được công khai trong kho
coppersushi - Phương pháp tính toán giống với dòng công suất tối ưu trong vận hành lưới điện thực tế, nhưng do giá chào thầu và sản lượng phát điện thực tế không được công khai nên sử dụng giả định dựa trên trung bình lịch sử
Dòng điện mà bản đồ thể hiện
- Bản đồ trực quan hóa lưới truyền tải điện châu Âu bằng các điểm và đường
- Mỗi điểm là một điểm kết nối nơi mức tiêu thụ điện của các khu dân cư gần đó và sản lượng điện của nhà máy điện được nối vào lưới
- Các điểm và ký hiệu phân biệt trạng thái cung-cầu điện và dòng điện
- 🥒 Chấm xanh lá: sản lượng phát điện lớn hơn tiêu thụ nên đưa điện ra lưới
- 🍇 Chấm tím: tiêu thụ lớn hơn sản lượng phát điện nên lấy điện từ lưới
- ▲ Tam giác: biểu thị hướng dòng điện
- Khi đưa chuột lên tam giác, có thể xem lượng điện chạy trên đường dây và tổng công suất của từng đường dây
- Con số hiện ra khi đưa chuột lên một điểm là giá trị tổng sản lượng phát điện tại điểm đó trừ đi mức tiêu thụ
Cách tính dòng công suất tối ưu
- Các con số hiển thị là kết quả chạy thuật toán tối ưu hóa để tìm dòng công suất tối ưu (optimal power flow)
- Thuật toán tính các điều kiện sau cho ngày đã chọn
- Nhà máy điện nào cần sản xuất bao nhiêu điện
- Chia một ngày thành các khoảng 2 giờ để tính toán
- Điều chỉnh sao cho tổng chi phí phát điện là thấp nhất
- Bảo đảm đáp ứng toàn bộ nhu cầu tiêu thụ điện
- Với mỗi điểm kết nối và mỗi khoảng thời gian, các đầu vào sau được thu thập
- Tổng mức tiêu thụ của các khu dân cư và ngành công nghiệp gần đó
- Giá phát điện trên mỗi MW của điện mặt trời, điện gió, thủy điện, than, dầu, khí đốt và điện hạt nhân
- Tổng công suất phát điện theo từng điểm của các nhà máy điện hiện hữu như khí đốt, than, hạt nhân
- Điều kiện nắng, gió và dòng chảy sông được tính dựa trên dữ liệu quá khứ của ngày đã chọn
- Lượng điện tối đa mà các nhà máy điện mặt trời, điện gió và thủy điện có thể sản xuất
- Lượng điện tối đa mà mỗi đường dây điện có thể truyền tải
- Sau đó, thuật toán ước tính và cải thiện sản lượng theo từng nhà máy điện để tìm tổ hợp chi phí phát điện thấp nhất thỏa mãn mọi điều kiện
Nguồn dữ liệu và mã
- Dữ liệu được lấy từ
pypsa-eur pypsa-eurlà mô hình tối ưu hóa mở của hệ thống truyền tải điện châu Âu- Phần mã bổ sung được viết trên
pypsa-eurđể tạo trực quan hóa bản đồ được công khai tạicoppersushi
Khác biệt so với lưới điện thực tế
- Cách tính toán về mặt toán học giống với phương pháp mà các đơn vị vận hành lưới điện thực tế dùng để cung cấp điện ổn định
- Mức sản xuất thực tế của từng nhà máy điện phụ thuộc vào giá mà nhà máy đưa ra
- Giá này thay đổi mạnh theo từng giờ, còn giá thực tế và sản lượng phát điện thực tế không được công khai
pypsa-eurgiả định giá của điện mặt trời, điện gió, than, hạt nhân, v.v. dựa trên trung bình lịch sử, rồi chạy thuật toán tối ưu hóa để đáp ứng toàn bộ nhu cầu tiêu thụ với chi phí sản xuất thấp nhất- Vì vậy, kết quả gần với cách tính thực tế về “ai sản xuất bao nhiêu và điện chảy như thế nào”, nhưng dữ liệu đầu vào không phải là giá chào thầu thực tế hay sản lượng phát điện thực tế
- Các giới hạn của mô hình được trình bày chi tiết hơn trong chương 4 của bài báo
pypsa-eur
Năng lượng tái tạo và ràng buộc lưới truyền tải
- Nếu điện hóa sưởi ấm, ô tô con và vận tải bằng xe tải, đồng thời sản xuất điện theo cách gần như không phát thải, có thể giảm phần lớn lượng phát thải của các nước phát triển
- Nhưng chỉ xây thêm cơ sở phát điện từ năng lượng tái tạo là chưa đủ
- Cần đáp ứng tiêu thụ ở mọi khu vực, và nếu lưới điện không chịu được, năng lượng đã sản xuất có thể không dùng được và phải bỏ đi
- Việc xây dựng phát điện tái tạo ở đâu cũng quan trọng, và cần đồng thời xét đến các ràng buộc của lưới điện để điện sản xuất ra có thể thực sự được sử dụng
- Bài viết liên quan trình bày vấn đề này dài hơn là The Copper Plate Must Die
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Khi nhìn nước Pháp ở tỷ lệ thấy được toàn quốc, các chấm màu xanh đều nằm gần nhà máy điện hạt nhân
Điều này cho thấy rõ lưới điện Pháp chủ yếu vận hành bằng điện hạt nhân
Tôi tò mò nếu xem cùng bản đồ vào mùa hè thì liệu sự thay đổi trong cơ cấu điện năng có tạo ra một bản đồ khác không
Điều đó cho thấy rõ điện hạt nhân nhất thiết phải là một phần trong cơ cấu sản xuất điện không phát thải
Vì vậy các nhà máy điện hạt nhân ở Đức cũng vẫn được hiển thị là đang sản xuất điện
UI tốt và dữ liệu cũng thú vị, nhưng có vẻ như không được kết nối với dữ liệu thời gian thực thực sự như http://gridwatch.co.uk/ hay https://gridwatch.templar.co.uk/france/, mà giống ước tính tĩnh dựa trên giá trị trung bình hơn
Dù nói là dùng khoảng thời gian 2 giờ, nhưng không có hiển thị như thời điểm cập nhật cuối nên không rõ ràng
Tuy nhiên lượng điện thực tế mà mỗi nhà máy sản xuất phụ thuộc vào giá chào, giá này thay đổi mạnh theo từng giờ, và cả giá lẫn sản lượng đều không được công khai
Thay vào đó, pypsa-eur giả định giá của điện mặt trời, điện gió, than, điện hạt nhân, v.v. dựa trên trung bình lịch sử, rồi chạy thuật toán tối ưu hóa để đáp ứng toàn bộ nhu cầu tiêu thụ với chi phí sản xuất tối thiểu
Ví dụ, tôi kiểm tra qua thì thấy nhà máy Fessenheim của Pháp vẫn còn hiển thị, nhưng nó không còn sản xuất điện nữa
Cá nhân tôi thích bên nhanh và rõ ràng hơn: https://app.electricitymaps.com/
electricitymaps.com là một góc nhìn vĩ mô hơn nhiều, phù hợp để xem dòng điện giữa các quốc gia, còn bản đồ này phù hợp để xem từng điểm phát điện và dòng chảy
Ở đó có đầy đủ dữ liệu và trình xem cũng khá tốt
Bản đồ bị nghiêng kiểu này mà không có cách đổi thì khiến tôi bực một cách phi lý
Càng phóng to thì méo càng nặng, và dù thu nhỏ hết cỡ thì méo góc vẫn không biến mất
Hẳn là lập trình viên đã cố ý bỏ công làm tính năng này, nhưng tôi tự hỏi ai lại nghĩ đây là ý hay
Nó giống minimap điều hướng trong xe hơi hoặc game không cố định hướng bắc ở phía trên, nhưng còn tệ hơn
Phiên bản già hơn của bạn sẽ cảm ơn bạn
Ai đó đã làm miễn phí và cung cấp miễn phí, chỉ là nó chưa hoàn hảo thôi, và trong đời còn có những chuyện tệ hơn
Nếu đúng là thật sự tức giận, có lẽ có nguyên nhân gốc rễ khác và đây chỉ là yếu tố kích hoạt
Nếu toàn bộ lục địa là một lưới điện đồng bộ, từ trước tôi vẫn thắc mắc làm sao biết được mỗi nước đang xuất khẩu hay nhập khẩu điện với ai
Có thể đo tổng nhập khẩu/tổng xuất khẩu bằng cách so sánh sản lượng phát và mức tiêu thụ, nhưng làm sao xác định được đang nhận từ nước láng giềng nào và gửi sang nước nào?
Nga cũng là một mảng lớn của châu Âu nhưng không có trong bản đồ trên, và tôi nghĩ có thể họ nằm cùng lưới điện với ba nước Baltic
Về chính câu hỏi thì đo dòng công suất là kỹ thuật điện thông thường, và công tơ điện gia dụng cũng làm việc tương tự
Chỉ là việc đó có lẽ do các đơn vị vận hành thực hiện hơn là nhà nước trực tiếp làm
EEVblog có một video giải thích rất hay cách việc này diễn ra trong công tơ điện gia dụng analog: https://www.youtube.com/watch?v=P_3DXcB9-xE
Energy Charts có cả biểu đồ dòng chảy vật lý và giao dịch của Đức
Giao dịch: https://www.energy-charts.info/charts/energy/chart.htm?l=en&c=DE&source=tcs_saldo
Dòng chảy vật lý: https://www.energy-charts.info/charts/energy/chart.htm?l=en&c=DE&source=cbpf_saldo
Hai cái không giống nhau, nên đôi khi chỉ phát sinh điện truyền quá cảnh, nhưng có lẽ nên hiểu từ “quá cảnh” ở đây khá lỏng
Tôi nghĩ chuyện ai trả tiền cho cái gì thì họ biết riêng
Giữa các quốc gia được kết nối, nhà cung cấp cũng có thể tham gia các thị trường khác
Một nhà máy điện ở Pháp có thể bán điện cho Tây Ban Nha nhưng không thể bán cho Bồ Đào Nha
Điểm cốt lõi là giá chào của mỗi đơn vị vận hành được tính toán phần nào dựa trên chi phí cơ hội
Với turbine gió, nếu không bán lượng điện tạo ra từ gió hiện tại thì cũng không thể để dành bán sau, nên không có chi phí cơ hội; và tất cả các đề xuất được chấp nhận cho một dự báo nhất định sẽ được thanh toán theo mức giá chào đắt nhất trong số đó
Nhân tiện, 1.21 GW là một chi tiết tham chiếu tới bộ phim Back to the Future năm 1985
Clip của cảnh đó: https://www.youtube.com/watch?v=BDuZqYeNiOA
Thông tin phim: https://en.wikipedia.org/wiki/Back_to_the_Future
Nếu chưa xem thì cả bộ ba phim đều đáng xem, rất vui và phù hợp với gia đình
Trong thế giới quan của tôi, bạn thuộc một nhóm nhỏ đến mức thật sự thú vị
https://youtu.be/AtPA6nIBs5g?si=QidOC7VEn6mxXjBK
Tôi thắc mắc nơi nào phát âm gigawatts như vậy
Bản trực quan hóa này khá kỳ lạ
Có vẻ độ dày của đường sẽ tỷ lệ với số watt, nhưng thực tế dường như không phải vậy
Vậy thì tôi không biết nó biểu thị cái gì, rất khó hiểu và khá dễ gây hiểu lầm
Cũng có một dashboard Grafana dùng dữ liệu điện châu Âu tại https://energygraph.info/
Điểm đặc trưng của Áo là thủy điện tích năng
Vì có nhiều núi và thung lũng, họ dùng các hồ nước như những cục pin khổng lồ
Khi nguồn cung dư thừa, họ bơm nước lên cao; khi nhu cầu cao, họ xả nước xuống để phát điện
Cách này giúp giữ ổn định đường truyền tải, đồng thời bù đắp các yếu tố như thiếu gió, thời gian khởi động/dừng của nhà máy nhiệt điện, và khác biệt trong mô hình tiêu thụ do thời tiết lạnh
Vì phải có nước để bơm ngược lên, nên cần một hồ chứa hạ lưu lớn bên dưới đập hoặc một con sông có lưu lượng lớn; điều này còn hiếm hơn cả các vị trí thủy điện tốt
Nhà máy thủy điện tích năng hoàn toàn nhân tạo kiểu Taum Sauk County gần như là một trường hợp độc nhất
Xét theo công suất điện, Thụy Sĩ là nước sử dụng và hưởng lợi lớn trên thế giới; còn xét theo tổng lượng, chỉ Trung Quốc, Nhật Bản và Mỹ có công suất phát vượt mức hai chữ số GW
Điều có thể thấy từ bản trực quan hóa là các đô thị lớn trông như đang kéo điện từ vùng xung quanh về, nhưng đồng thời cũng có các trung tâm phát điện rất lớn
Điều này đặc biệt rõ gần London
Nghĩ đến việc các thành phố lớn có nhu cầu cao vì tiêu thụ cả công nghiệp lẫn dân cư đều lớn, thì có vẻ đó là điều đương nhiên