Công nghệ 5G trong việc hiện đại hóa ngành năng lượng và tiện ích

Ngành năng lượng và tiện ích đóng vai trò nền tảng trong việc phát triển kinh tế - xã hội, cung cấp điện, than, dầu, khí đốt và nước sạch cho nhu cầu tiêu dùng và sản xuất. Nghiên cứu của ABI Research chỉ ra rằng các ứng dụng 5G như xe tự hành, máy bay không người lái, truyền phát video 4K/8K đang giúp nâng cao hiệu quả vận hành trong ngành này từ 60% đến 99%, đồng thời cải thiện năng suất lao động và giảm tiêu thụ điện.

Lợi ích định lượng cho một số trường hợp sử dụng 5G chủ yếu trong lĩnh vực năng lượng. Nguồn: ABI Research

Các công nghệ như thị giác máy (MV), AI, 5G, máy bay không người lái và robot tự hành (AMR) đang giúp rút ngắn thời gian kiểm tra mạng điện từ 15-20 ngày xuống chỉ còn 2 giờ. Ứng dụng 5G trong kiểm tra cơ sở hạ tầng điện cũng giúp giảm thời gian từ 3 ngày xuống 1 giờ, đồng thời tiết kiệm 50% chi phí xây dựng nhờ công nghệ phân chia mạng, kiểm soát tải và kết nối cảm biến IoT.

Doanh thu số hoá các ngành công nghiệp ứng dụng 5G cho những doanh nghiệp ICT, 2026. Nguồn: Ericsson và Arthur D. Little

Theo báo cáo của Ericsson và Arthur D. Little, năng lượng và tiện ích sẽ sử dụng 19% trong tổng doanh thu 1,3 nghìn tỷ USD từ chuyển đổi số 5G các ngành công nghiệp vào năm 2026. Deloitte cũng dự báo thị trường 5G toàn cầu trong ngành dầu khí đạt 7,4 tỷ USD vào năm 2025, với tốc độ tăng trưởng kép 6%/năm.

Lưới điện thông minh (Smart Grid) 5G

Lưới điện bao gồm ba giai đoạn chính: sản xuất, truyền tải và phân phối. Tuy nhiên, hệ thống truyền thống đang phải đối mặt với tình trạng quá tải, mất điện, thất thoát và lãng phí điện năng xảy ra ngày một thường xuyên cũng như vấn đề ô nhiễm môi trường từ các nguồn năng lượng hoá thạch. Lưới điện thông minh, với sự hỗ trợ của kết nối thiết bị và công nghệ hiện đại, giúp tối ưu hóa nguồn năng lượng tái tạo, tự động phát hiện sự cố và giảm lãng phí.

Mô hình lưới điện thông minh. Nguồn: Leligou, H. và cộng sự, 2018

Tại Thụy Điển, gián đoạn hệ thống điện gây thiệt hại 150 triệu EUR mỗi năm. Ứng dụng công nghệ kết nối và tự động hóa, thời gian mất điện có thể giảm 50-75%, giúp doanh thu nhà vận hành mạng điện tăng thêm 40 triệu EUR. Đặc biệt, 5G đóng vai trò quan trọng trong công việc bảo vệ và điều khiển từ mạng điện từ xa, đảm bảo kết nối ổn định ngay cả ở khu vực xa.

Hiện đại hóa lưới điện: Sự hội tụ của các ngành công nghiệp

Lưới điện thông minh tích hợp công nghệ 5G giúp giám sát, dự báo nhu cầu năng lượng chính xác hơn, cân bằng phụ tải, giảm chi phí vận hành. Cấu trúc mạng bao gồm ba lớp: hạ tầng năng lượng, mạng viễn thông (mini-cell, vệ tinh), và hệ thống giám sát thông minh. Lớp này kết nối linh hoạt qua API open, giúp tùy chỉnh theo nhu cầu cung cấp năng lượng của tòa nhà.

Các địa điểm triển khai dự án Smart5Grid. Nguồn: sustainableplace

Dự án Smart5Grid của Liên minh Châu Âu (EU), phát triển tại Ý, Tây Ban Nha, Bulgaria, Hy Lạp từ năm 2021, ứng dụng 5G trong bốn lĩnh vực chính:

Tự động phát hiện lỗi và tự khắc phục lưới điện phân phối: Triển khai tại mạng điện Enel (đô thị Olbia, Ý), hệ thống trợ giúp giải quyết sự cố trong vài mili giây nhờ 5G, đảm bảo các khu vực khác hoạt động bình thường và giảm tối đa thời gian mất điện.

Kiểm tra từ xa các khu vực làm việc được phân định tự động ở cấp độ phân phối: Áp dụng tại trạm biến áp sơ cấp 66kV tại công viên Garraf Naural (Barcelona, Tây Ban Nha), công nghệ 5G cho phép theo dõi nhân viên bảo trì theo thời gian thực, sử dụng máy ảnh, cảm biến hiện đại và mô hình 3D để tăng cường sức mạnh toàn lao động.

Điều khiển phát điện phân tán chính xác ở mức mili giây: Tại trang trại điện gió ở phía đông nam Bulgaria, hỗ trợ 5G giám sát và điều chỉnh các thông số điện, môi trường trường theo thời gian thực, giúp tối ưu hóa vận hành không chỉ cho điện gió mà có nhiều nguồn năng lượng tái tạo khác.

Giám sát diện rộng theo thời gian thực: Tại khu vực xuyên biên giới phía bắc Hy Lạp và phía nam Bulgaria, hệ thống đo lường đồng bộ pha (PMU) kết nối qua 5G giúp giám sát luồng điện, ổn định mạng xuyên biên giới, hỗ trợ phản hồi nhanh chóng với các hoạt động cung cấp.

Những công nghệ này giúp tăng cường độ tin cậy của hệ thống điện, nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng và mức độ ưu tiên cho doanh nghiệp giữa người dùng.

Bảo trì dự đoán, tự động phát hiện lỗi với cảm biến IoT kết nối 5G và Trí tuệ nhân tạo/Học máy (ML)

Bảo trì dự đoán ​​​​sẽ đóng vai trò quan trọng để đảm bảo độ tin cậy và an toàn cao nhất của hệ thống năng lượng, đặc biệt với cáp điện, thiết bị điện, bồn chứa LNG, máy bơm và đường ống. Công nghệ này tận dụng thời gian thực hiện dữ liệu từ cảm biến, kết hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học để phân tích, phát hiện sớm dấu hiệu hỏng hóc, từ đó bảo trì lịch trình tối ưu hóa.

Cách mạng hóa hoạt động bảo trì trong công nghiệp sản xuất

Với mạng 5G, dữ liệu từ cảm biến được truyền tải gần như tức thời, giúp hệ thống tự động điều chỉnh, nâng cao độ chính xác dự kiến ​​sẽ xảy ra rủi ro. Lợi ích chính là giảm chi phí bảo trì, hạn chế thời gian hoạt động liên tục và thiết bị hiệu suất tối ưu. Trong ngành dầu khí, bảo trì dự đoán ​​hỗ trợ giám sát/bảo trì tình trạng máy bơm, áp lực thùng chứa, giàn khoan, hệ thống tài sản và máy móc, đường ống dẫn, tình trạng xói mòn giàn khoan,… giúp một công ty ngoài khơi giảm 20% thời gian gián đoạn, tăng sản lượng 500.000 thùng dầu/năm theo báo cáo của McKinsey.

Tại nhà máy điện, cảm biến theo dõi nhiệt độ, độ ồn và máy phát điện, bằng việc sử dụng công nghệ bảo trì dự đoán với sự hỗ trợ của 5G, AI/ML hệ thống có thể phát hiện bất thường để cảnh báo sớm, gợi ý cho người phụ trách sắp xếp hoạt động bảo trì cần thiết đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. Tháng 8/2020, Vodafone phát triển khai 5G kết nối thiết bị thông minh tại nhà máy khí đốt Centrica (Easington, Durham, Anh), giúp phát hiện rò rỉ, ngăn chặn sự cố và đảm bảo nguồn cung ổn định.

Tích hợp năng lượng tái tạo vào lưới điện phi tập trung với công tơ điện 2 chiều và các thiết bị IoT kết nối 5G

Theo Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA), công suất năng lượng tái tạo toàn cầu tăng gần 50% lên gần 510 gigawatt (GW) vào năm 2023, năng lượng tái tạo đã đóng góp tới khoảng 1/3 công suất điện toàn cầu. Trung Quốc dẫn đầu về việc xây dựng nhiều tấm pin mặt trời, hơn cả thế giới đã làm vào năm trước đó. Khi ngày càng nhiều hộ gia đình, doanh nghiệp tự sản xuất điện, nhu cầu chia sẻ năng lượng dư thừa cho mạng lưới điện và giữa các hộ gia đình gia đình, cung cấp mô hình phân phối mạng điện.

Công tơ điện 2 chiều cho phép truyền điện từ hộ gia đình lên mạng hoặc chia sẻ với người khác, giúp tiết kiệm chi phí, thậm chí chí tạo ra thu nhập từ điện dư thừa. Hệ thống điện thông minh mới cần xử lý lượng dữ liệu theo tỷ lệ thiết bị IoT, điều chỉnh mà mạng 4G chưa đáp ứng được. Với tốc độ chậm, băng thông lớn, 5G hỗ trợ thu thập và phân tích dữ liệu theo thời gian thực, giúp dự báo nhu cầu, phát hiện sự cố mất điện và quản lý tối ưu.

Cảm biến IoT trên đường dây và trạm điện kết nối qua 5G sẽ cảnh báo sự cố khi nâng cao khả năng phục hồi mạng điện. Công nghệ này cũng mở ra các hệ thống thanh toán linh hoạt, hỗ trợ tích hợp nguồn năng lượng tái tạo mạnh mẽ, giúp mạng lưới điện vận hành thông minh và hiệu quả hơn.

Công tơ thông minh 5G

Công tơ thông minh giúp người dùng theo dõi năng lượng và chi phí theo thời gian thực, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và tiết kiệm chi phí. Tại Vương quốc Anh, 31,3 triệu công tơ thông minh đã được lắp đặt, chiếm 55% tổng số công tơ (cuối năm 2022). Nghiên cứu cho thấy thiết bị này giúp giảm tiêu thụ điện 3% và gas 2,2%. Ứng dụng di động như Loop hỗ trợ người dùng quản lý năng suất hiệu quả, giúp tiết kiệm trung bình 250 bảng Anh/năm.

Bên trái là Công tơ điện thông minh trong nhà bếp của một gia đình ở Vương quốc. Ảnh: True Images/Alamy; Bên phải là Giao diện điện thoại của ứng dụng Loop. Ảnh: loop.homes

Hiện nay, công tơ thông minh chủ yếu chạy trên mạng 2G, 3G, 4G, nhưng với việc tắt 2G, 3G tại một số quốc gia như Anh vào năm 2033, các công ty năng lượng phải nâng cao công nghệ. Mạng 5G đem lại độ chính xác cao trong đo lường, quản lý lượng tối ưu và cho phép điều khiển từ xa. Tuy nhiên, chi phí cao và kỹ năng kỹ thuật tạo việc làm phát triển nhưng có giới hạn. Một số nước như Thụy Điển, Phần Lan đã thử nghiệm công nghệ RF Mesh dựa trên 5G, trong khi nhiều công ty đang tìm cách nâng cấp công tơ lên ​​4G hoặc sử dụng LPWAN.

Mô hình triển khai công tơ/cảm biến thông minh trong nhà. Nguồn: intellias.com

Tại Wavre (Bỉ), dự án REW phát triển công ty tơ thông minh kết nối 5G trong các tòa nhà công cộng, giúp theo dõi và tối ưu hóa năng lượng theo thời gian thực. Mô hình này vẫn được hỗ trợ chia sẻ năng lực ngang hàng, phát triển nguồn điện thông minh. Dự án REW nằm trong CONNECTOW, hợp tác giữa Chính quyền thành phố Wavre và Citymesh (Nhà cung cấp mạng viễn thông dùng riêng) với sự hỗ trợ 3,9 triệu euro từ EU.

Kiểm tra, bảo trì, vận hành trên thực địa từ xa một cách an toàn với sự hỗ trợ của thiết bị bay không người lái (UAV) hoặc robot di động tự hành (AMR) tuần tra, kết nối 5G

Lĩnh vực năng lượng và tiện ích cần nhiều nguồn lực để quản lý và bảo trì tài sản trên diện tích hàng nghìn km². Dù đã phát triển camera giám sát (CCTV), nhưng công việc hàng tuần thực sự vẫn phụ thuộc vào nhân viên kỹ thuật, gây tốn kém và rủi ro an toàn.

Máy bay không người lái (UAV) và robot tuần tra 5G giúp kiểm tra các khu vực nguy hiểm mà không cần tắt nguồn, truyền video HD 4K thời gian thực, kết hợp AI để phát hiện sự cố. UAV có thể quét mã vạch hoặc nhận dạng tần số vô tuyến (RFID) để tìm phụ tùng thay thế, trong khi robot tại nhà máy lọc dầu được trang bị cảm biến phát hiện khí độc.

Máy bay không người lái (UAV) được điều khiển thủ công để thực hiện kiểm tra lưới điện một cách trực quan, nhưng việc nhận chứng nhận kiểm soát bay mất nhiều thời gian gây cản trở việc áp dụng rộng rãi của phương pháp này. Sử dụng UAV điều khiển bằng tay kiểm tra mạng lưới truyền tải điện có thể cần phải đi qua 3 hoặc 4 lần vì mỗi mạng lưới truyền tải điện có ít nhất một đường dây điện cho mỗi pha điện và cáp chống sét an toàn, thường có cáp quang bên trong cho mục đích liên lạc.

Tham vấn chuyên gia từ xa và đào tạo kỹ năng cho nhân sự với 5G và công nghệ thực tế ảo VR/AR/MR

Công nghệ VR/AR/MR kết nối 5G trợ giúp kỹ thuật hiện trường nhận được hỗ trợ từ thiết bị đeo thực tế ảo từ xa, truyền video độ nét cao, xử lý sự cố chỉ trong một lần đến hiện trường. Đào tạo kỹ thuật qua thực tế Ảo giúp nhân viên học từ xa, tiết kiệm chi phí, đảm bảo chất lượng dịch vụ.

Metaverse: Thế giới ảo nhưng tổn thương tâm lý thật sự nặng nề

Kính thông minh XR cung cấp hướng dẫn kỹ thuật số, hỗ trợ thực hiện thời gian, nâng cao hiệu suất và giảm gián đoạn hoạt động. Shell và Saudi Aramco đã ứng dụng công nghệ này để tối ưu hóa hoạt động kiểm tra, cải thiện an toàn và tiết kiệm chi phí.

Nhân viên sử dụng kính Navigator Z1. Nguồn: capestone.com

Thiết bị RealWear Navigator Z1, phát triển cho môi trường rủi ro ro cao như dầu khí, được chứng nhận an toàn, tích hợp nhận dạng giọng nói ngay trong môi trường ồn ào 100 dB, hỗ trợ riêng Wi-Fi 6 và 5G. Công nghệ này cho phép phát triển AI trong giám sát và quản lý dịch vụ hiện trường, nâng cao hiệu suất và an toàn lao động.

Quản lý cháy rừng do sự cố lưới điện với máy bay không người lái truyền hình ảnh từ trên không trong thời gian thực, được xử lý bằng AI qua mạng 5G

Hạ tầng điện lỗi là nguyên nhân chính gây cháy rừng, như hỏa hoạn ở California năm 2017 tạo ra 44 người thiệt hại mạng, thiêu rụi 245.000 mẫu rừng. Công việc kiểm tra đường dây điện kéo dài nhiều năm, chủ yếu thực hiện công thủ hoặc qua UAV, trực thăng, gây chậm chạp trong phòng tiện ích.

Công nghệ 5G giúp UAV truyền tải độ phân giải hình ảnh dữ liệu theo thời gian thực, kết hợp AI hợp lý để phát hiện hiện tượng bất thường. Nếu có dấu hiệu nguy hiểm, UAV có thể phóng to, chụp ảnh 360 độ, hỗ trợ xử lý nhanh chóng. Giải pháp này giúp giảm chi phí bảo trì, bảo vệ môi trường và hạn chế thiệt hại cho con người.

Không chỉ giúp giám sát mạng điện, công nghệ 5G vẫn mở ra nhiều giải pháp tối ưu cho khối lượng lớn. Từ kết nối UAV kiểm tra 5G, kính viễn vọng kỹ thuật viên hỗ trợ thông tin từ xa, đến bảo trì dữ liệu phân tích AI, các công nghệ mới đang thay đổi cách vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ thống hạ tầng quan trọng. Trong các bài viết tiếp theo, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sâu hơn về những ứng dụng này và cách chúng tôi giúp doanh nghiệp tối ưu chi phí, nâng cao hiệu suất và bảo vệ môi trường.