Bí ẩn dao động 60 giây trong lưới điện đã được giải mã

Trong nhiều năm, các kỹ sư vận hành lưới điện châu Âu ghi nhận một hiện tượng kỳ lạ: tần số lưới giảm nhẹ đúng mỗi 60 giây. Một nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Jülich (Đức) đã tìm ra thủ phạm — chính là các hệ thống pin lưu trữ quy mô lớn tự kiểm tra trạng thái sạc theo cùng một nhịp.

Cơ sở hạ tầng nghiên cứu năng lượng tại Jülich

Một hiện tượng đều đặn đến khó hiểu

Tennet Germany, đơn vị vận hành hệ thống truyền tải lớn nhất nước Đức, đã quan sát trong nhiều năm rằng tần số của lưới điện châu Âu sụt giảm trong chốc lát mỗi 60 giây. Những sai lệch này không đến mức đe dọa an toàn hệ thống, nhưng chúng đo được rõ ràng và có tính chu kỳ đáng ngờ.

Ban đầu, không ai giải thích được nguyên nhân. Nhóm của Dirk Witthaut, cùng các nhà nghiên cứu từ Đại học Cologne và Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT), đã vào cuộc điều tra và đưa ra kết luận: thủ phạm là hàng loạt hệ thống pin lưu trữ lớn kiểm tra trạng thái sạc mỗi phút một lần.

"Thực sự là nhiều năm làm công việc thám tử. Chúng tôi nhanh chóng nhận ra nguyên nhân phải là thứ gì đó được điều khiển bởi đồng hồ," Witthaut chia sẻ.

Manh mối từ phòng thí nghiệm sống trên campus

Theo Witthaut, chỉ có một thứ giải thích được chu kỳ chính xác 60 giây như vậy, và hiệu ứng quan sát được chỉ có thể xuất hiện khi nhiều thiết bị cùng tiêu thụ điện tại một thời điểm. Một thiết bị đơn lẻ không thể tạo ra hiện tượng này.

Bước ngoặt đến từ Living Lab Energy Campus — cơ sở hạ tầng nghiên cứu tại Jülich chuyên phát triển và thử nghiệm các hệ thống cung cấp năng lượng tích hợp cao. Nhóm nghiên cứu lắp đặt điểm đo tại thiết bị đầu cuối ở 80 địa điểm, và đúng là mô hình chu kỳ tương tự xuất hiện chính xác tại những nơi có hệ thống pin lưu trữ lớn.

"Chúng tôi xem xét kỹ một trong số đó và phát hiện có sự gia tăng tiêu thụ điện vào đầu mỗi phút do bước kiểm tra nguồn," Witthaut giải thích.

Do không có tiêu chuẩn bắt buộc nào cho bước kiểm tra này, Witthaut cho rằng phần lớn nhà sản xuất pin đều cho rằng khoảng thời gian 60 giây là hợp lý, và chọn thời điểm đầu mỗi phút để kiểm tra.

Nhà nghiên cứu Dirk Witthaut

Không chỉ là chuyện của riêng châu Âu

Nhóm nghiên cứu khẳng định đây không phải hiện tượng riêng của châu Âu mà mang tính toàn cầu. Tại Ireland, nơi các trung tâm dữ liệu có hệ thống pin lưu trữ lớn chiếm khoảng một phần năm nhu cầu điện của cả nước, biên độ của tín hiệu 1 phút đã tăng gấp bốn lần trong giai đoạn 2016–2021.

Tác động không hề nhỏ. Những đợt tăng nhu cầu ngắn ngủi khiến tua-bin tại các nhà máy thủy điện quay chậm lại trong chốc lát rồi tăng tốc trở lại, làm tăng hao mòn thiết bị. Khi công nghệ lưu trữ ngày càng mở rộng, vấn đề này có thể trở nên phổ biến hơn.

Witthaut cũng không loại trừ khả năng các thiết bị điều khiển số khác — như hệ thống điều hòa, máy bơm nhiệt, máy giặt hay máy rửa bát — cũng có thể tạo ra những mô hình tương tự.

Giải pháp đơn giản đến bất ngờ

Theo công bố trên tạp chí Nature Energy, cách khắc phục không hề phức tạp:

• Phân tán thời điểm kiểm tra một cách ngẫu nhiên, thay vì luôn bắt đầu vào cùng một thời điểm.
• Điều này giúp phân tải nhu cầu điện, giảm các xung đột biến đồng loạt và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Thiết bị đo đạc trong hệ thống năng lượng

Ý nghĩa với lưới điện hiện đại

Phát hiện này là lời nhắc nhở rằng trong một hệ thống điện ngày càng số hóa, những chi tiết nhỏ trong phần mềm điều khiển thiết bị — như một chu kỳ kiểm tra 60 giây tưởng chừng vô hại — có thể tạo ra tác động đo được ở quy mô toàn hệ thống. Khi số lượng pin lưu trữ và thiết bị IoT kết nối lưới tiếp tục tăng, việc thiết kế các giao thức kiểm tra và đồng bộ hợp lý sẽ trở thành yếu tố quan trọng để đảm bảo độ ổn định và tuổi thọ của hạ tầng năng lượng.