Mặc dù việc chuyển sang sử dụng xe điện chạy bằng pin ở Vương quốc Anh đang tăng tốc – cứ 5 ô tô bán ra ở Anh vào năm 2022 thì có 1 chiếc chạy bằng pin – cho đến nay, nhu cầu năng lượng ngày càng tăng đặt trên lưới điện đã được đáp ứng, phần lớn là do công suất lưới điện tiềm ẩn hiện có. Tuy nhiên, khi quá trình chuyển đổi tiếp tục, tác động lên lưới điện dự kiến sẽ trở nên đáng kể hơn nhiều.
Theo Cơ quan Môi trường Châu Âu, tổng mức tiêu thụ điện của xe điện ở Châu Âu sẽ tăng từ khoảng 0,03% năm 2014 lên 9,5% vào năm 2050. Mức tăng này diễn ra vào thời điểm nhiều doanh nghiệp đang đầu tư vào điện khí hóa như một phần trong chiến lược khử cacbon của họ, và tại cấp tài phán, mối quan tâm của chính phủ về an ninh năng lượng và tính bền vững của nguồn cung cấp ngày càng tăng.
Để có cơ hội đạt được mục tiêu khử cacbon trong hệ thống điện của Vương quốc Anh vào năm 2035, một số rào cản chính đối với điện khí hóa sẽ phải được khắc phục và các nhà đổi mới đang đẩy nhanh các chương trình R&D của họ để tìm kiếm giải pháp.
Nghiên cứu nộp bằng sáng chế do Withers & Rogers thực hiện cho thấy các công nghệ hydro dường như đóng vai trò như thế nào, đặc biệt là về mặt giảm chi phí lưu trữ và phân phối năng lượng. Trong các lĩnh vực khác, các nhà phát triển phần mềm tập trung vào việc phát triển các mạng thần kinh có khả năng dự đoán nhu cầu năng lượng dựa trên các kiểu sử dụng, đồng thời tính đến các cân nhắc về cơ sở hạ tầng và môi trường ở cấp địa phương.
Sự kết nối
Hiện tại, sự chậm trễ kết nối là một rào cản lớn đối với tiến độ khử cacbon của lưới điện, với một số dự án năng lượng xanh được thông báo rằng họ sẽ phải đợi từ 10 đến 15 năm để đơn đăng ký của họ được xem xét. Để giúp giải quyết vấn đề ngày càng tồi tệ này, DeepMind đã hợp tác với nhà điều hành mạng phân phối (DNO), UK Power Networks, để phát triển phần mềm hỗ trợ AI có khả năng tạo bản đồ cáp điện số hóa. Những bản đồ kỹ thuật số này sẽ nâng cao khả năng hiển thị và cho phép các dịch vụ kết nối nhanh hơn dành cho những khách hàng muốn kết nối với các địa điểm năng lượng tái tạo hoặc trung tâm sạc EV.
Việc theo dõi tốt hơn các mô hình sử dụng có thể tạo điều kiện thuận lợi cho một hệ thống quản lý năng lượng năng động, phi tập trung hơn, có khả năng giải quyết nhu cầu cao nhất một cách thông minh và loại bỏ áp lực từ các 'điểm nóng', chẳng hạn như các khu vực đô thị nơi các mô hình sạc EV có thể trở thành một vấn đề. General Electric đã nộp một số đơn xin cấp bằng sáng chế liên quan đến quản lý lưới điện.
Ví dụ: một bằng sáng chế châu Âu (EP 3435322 A1) mô tả một hệ thống sáng tạo quản lý các nguồn năng lượng phân tán, chẳng hạn như các hệ thống phát điện tái tạo tại địa phương, nhằm cung cấp năng lượng dự trữ linh hoạt trong lưới điện.
Khi đề cập đến tác động của các kiểu sạc EV đối với lưới điện, một nghiên cứu gần đây được công bố bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã tiết lộ rằng một số áp lực có thể được giảm bớt bằng cách khuyến khích vị trí chiến lược của các trạm sạc và hệ thống để tạo điều kiện sạc chậm quá. Ví dụ: sạc tại nơi làm việc có thể giúp giảm áp lực vào các giờ cao điểm buổi tối trong khi tận dụng công suất cao nhất có sẵn từ việc lắp đặt năng lượng mặt trời vào khoảng giữa trưa.
Những phát triển trong việc quản lý các tác vụ điện toán sử dụng nhiều năng lượng có thể được áp dụng để giúp giải quyết vấn đề quản lý nhu cầu sạc EV trong tương lai. Ứng dụng bằng sáng chế GB2574362A thảo luận về cách các quy trình điện toán cục bộ có thể được điều chỉnh động để tiêu thụ ít năng lượng hơn. Điều này có thể diễn ra vào những thời điểm khi nhu cầu lưới điện cao hoặc khi năng lượng có sẵn từ các nguồn tái tạo thấp. Các nguyên tắc tương tự có thể được áp dụng cho sạc EV; tạm thời giảm tốc độ sạc của các phương tiện ở cấp độ cá nhân, để vượt qua giai đoạn nhu cầu lưới điện cao điểm.
V2G
Bản thân xe điện có thể cung cấp nguồn lực để giúp quản lý nhu cầu lưới điện. Công nghệ Vehicle-to-grid (V2G) hứa hẹn sẽ nhận ra tiềm năng của xe điện như một tài sản lưu trữ năng lượng phân tán, khổng lồ. Ví dụ: kiểm soát thời gian sạc và xả của cả EV, sử dụng công nghệ V2G, có thể hỗ trợ ổn định nhu cầu lưới điện, như được mô tả trong đơn đăng ký bằng sáng chế do Honda – WO 2017/009978 A1 nộp. Tuy nhiên, một rào cản đối với việc triển khai các công nghệ V2G là thiếu phần cứng được tiêu chuẩn hóa, với các hệ thống sạc EV khác nhau có các yêu cầu kỹ thuật khác nhau đáng kể.
Một ứng cử viên tiềm năng cho phần cứng V2G tích hợp trên xe là một công nghệ được mô tả trong đơn xin cấp bằng sáng chế WO 2015/192133 A2 do Đại học Maryland đệ trình, có khả năng cung cấp khả năng sạc trên một dải điện áp lớn của ắc quy và cung cấp năng lượng trở lại cho lưới thông qua bộ pin kéo điện áp cao hoặc bộ pin điện áp thấp hơn.
Một điều tích cực nữa là thị trường xe điện đang chứng kiến sự hợp tác ngày càng tăng giữa các nhà đổi mới về các vấn đề liên quan đến tiêu chuẩn hóa. Động thái gần đây của GM nhằm áp dụng phích cắm sạc Bắc Mỹ của Tesla, cho phép người lái xe tiếp cận với Tesla Superchargers, là bằng chứng về áp lực thương mại mà các nhà sản xuất riêng lẻ đang phải đối mặt để hợp tác. Cuối cùng, quy định cũng có thể đóng một vai trò trong việc thúc đẩy quá trình tiêu chuẩn hóa các hệ thống năng lượng tái tạo trong tương lai.
Một lĩnh vực đổi mới quan trọng khác có thể mở đường cho các hệ thống quản lý năng lượng hiệu quả hơn là tăng cường sử dụng kho lưu trữ năng lượng cục bộ. Nhiều hệ thống lưu trữ năng lượng điện trong nước và địa phương hiện đang sử dụng pin lithium-ion, nhưng một số hệ thống bị suy giảm hiệu suất theo thời gian.
Quản lý năng lượng
Các giải pháp lưu trữ pin khác đang được phát triển là các thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa, chẳng hạn như pin dòng chất lỏng đơn, có thể được sử dụng thay cho pin lithium-ion. Ví dụ, pin dòng oxi hóa khử là hệ thống trong đó các thành phần hoạt tính điện được hòa tan trong chất điện phân lỏng chứ không phải trong điện cực. Tuy nhiên, các giải pháp như vậy thường cung cấp năng lượng mật độ tương đối thấp, đòi hỏi các bể chứa lớn để tạo ra đủ sản lượng cho một cộng đồng nhỏ các hộ gia đình. Tiến bộ quan trọng đang được thực hiện trong lĩnh vực này, chẳng hạn như thông qua việc phát triển pin lưỡng cực có thể sản xuất hàng loạt.
Với rất nhiều sự tập trung vào việc phát triển các hệ thống quản lý năng lượng thông minh hơn, bền vững hơn, có một cơ hội thương mại lớn cho các nhà đổi mới ở Vương quốc Anh và trên toàn cầu. Những người đưa ra các giải pháp hiệu quả và hiệu quả để hỗ trợ tất cả các hình thức phát điện vi mô – bao gồm cả xe điện – và đưa chúng ra thị trường một cách nhanh chóng, có thể trở thành những người thay đổi cuộc chơi trong ngành. Khi thị trường phát triển, tiêu chuẩn hóa có thể sẽ theo sau và các nhà đổi mới đã được cấp bằng sáng chế cho các công nghệ này sẽ có cơ hội thương mại hóa chúng một cách rộng rãi thông qua việc sử dụng các thỏa thuận cấp phép.