1. Giới thiệu

Trong bối cảnh toàn cầu đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng về biến đổi khí hậu và sự cạn kiệt các nguồn năng lượng hóa thạch, năng lượng tái tạo ngày càng khẳng định vai trò then chốt trong việc bảo đảm phát triển bền vững. Tuy nhiên, để tối ưu hóa hiệu quả của năng lượng tái tạo, việc áp dụng chuyển đổi số trở nên không thể thiếu. Chuyển đổi số trong lĩnh vực năng lượng tái tạo không chỉ giúp cải thiện quản lý và vận hành các nguồn năng lượng phân tán mà còn hỗ trợ giảm phát thải khí nhà kính, đảm bảo an ninh năng lượng, và thúc đẩy kinh tế xanh. Các công nghệ như lưới điện thông minh (Smart Grids), hệ thống đo lường thông minh (Smart Meters), trí tuệ nhân tạo (AI), và phân tích dữ liệu lớn (Big Data) đã và đang mở ra những tiềm năng vượt bậc cho ngành năng lượng.

Nguồn: Prysmian

Đức là một trong những quốc gia tiên phong trong chuyển đổi năng lượng toàn cầu, nổi bật với chính sách "Energiewende" (Chuyển đổi năng lượng), được xem là hình mẫu cho sự tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống năng lượng quốc gia. Với hơn 57% tổng sản lượng điện được sản xuất từ các nguồn tái tạo vào năm 2023, Đức đã chứng minh hiệu quả của việc kết hợp chuyển đổi số và chính sách đồng bộ để đạt được các mục tiêu năng lượng xanh. Vai trò của Đức trong việc dẫn dắt các sáng kiến năng lượng toàn cầu cũng như khả năng tích hợp công nghệ số vào các hệ thống năng lượng phức tạp là nguồn cảm hứng lớn cho các quốc gia khác, bao gồm Việt Nam.

Bài nghiên cứu này nhằm phân tích vai trò của chuyển đổi số trong lĩnh vực năng lượng tái tạo tại Đức, từ đó rút ra các bài học kinh nghiệm có thể áp dụng tại Việt Nam. Trong bối cảnh Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo nhưng vẫn đang đối mặt với nhiều thách thức về hạ tầng công nghệ và quản lý, việc học hỏi từ Đức sẽ giúp định hướng chiến lược phát triển năng lượng bền vững, đáp ứng các yêu cầu về giảm phát thải và bảo vệ môi trường.

2. Chuyển đổi số trong lĩnh vực năng lượng tái tạo tại Đức

2.1. Tổng quan về chuyển đổi số và năng lượng tái tạo tại Đức

Đức là một trong những quốc gia tiên phong trong chuyển đổi năng lượng với chính sách "Energiewende", nhằm thúc đẩy sự thay đổi từ năng lượng hóa thạch và hạt nhân sang năng lượng tái tạo. Chính sách này ra đời không chỉ để đáp ứng yêu cầu giảm thiểu khí nhà kính mà còn hướng tới xây dựng một hệ thống năng lượng bền vững và an toàn. Mục tiêu của Đức bao gồm việc giảm 80-95% lượng phát thải CO₂ vào năm 2050 và nâng tỷ lệ năng lượng tái tạo trong cơ cấu điện năng lên ít nhất 80% trong cùng năm.

Nguồn: Clean Energy Wire

Chuyển đổi số đóng vai trò nền tảng trong việc hiện thực hóa các mục tiêu của "Energiewende". Việc áp dụng công nghệ số giúp tối ưu hóa việc tích hợp năng lượng tái tạo vào lưới điện, cải thiện hiệu quả vận hành hệ thống, và nâng cao khả năng quản lý năng lượng. Các công nghệ như lưới điện thông minh (Smart Grids), hệ thống đo lường thông minh (Smart Meters), trí tuệ nhân tạo (AI), và phân tích dữ liệu lớn (Big Data) đã được triển khai rộng rãi để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về quản lý và tối ưu hóa hệ thống năng lượng.

Đặc biệt, Đức đã đầu tư mạnh mẽ vào cơ sở hạ tầng số, bao gồm phát triển hệ thống truyền tải điện cao áp và các giải pháp lưu trữ năng lượng tiên tiến, nhằm giải quyết các thách thức của việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo phân tán. Chuyển đổi số không chỉ giúp Đức đạt được các mục tiêu về năng lượng mà còn mở ra các cơ hội kinh tế thông qua đổi mới sáng tạo và tạo việc làm trong ngành năng lượng tái tạo.

2.2. Ứng dụng cụ thể của chuyển đổi số trong năng lượng tái tạo

(1) Lưới điện thông minh (Smart Grids)

Lưới điện thông minh là một trong những thành phần quan trọng nhất trong chuyển đổi số của Đức. Công nghệ này cho phép tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời vào hệ thống lưới điện quốc gia một cách hiệu quả. Lưới điện thông minh sử dụng các cảm biến, công nghệ kết nối IoT (Internet of Things), và các hệ thống điều khiển tự động để tối ưu hóa việc phân phối và sử dụng năng lượng. Điều này không chỉ cải thiện độ tin cậy của lưới điện mà còn giảm tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải.

(2) Hệ thống đo lường thông minh (Smart Meters)

Hệ thống đo lường thông minh cho phép ghi nhận dữ liệu tiêu thụ điện năng theo thời gian thực, giúp người dùng kiểm soát tốt hơn việc sử dụng năng lượng và điều chỉnh hành vi tiêu thụ một cách hợp lý. Tại Đức, việc triển khai rộng rãi các Smart Meters đã giúp cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm chi phí vận hành. Đồng thời, các nhà cung cấp năng lượng cũng sử dụng dữ liệu từ Smart Meters để dự báo nhu cầu và lập kế hoạch cung ứng phù hợp.

(3) Trí tuệ nhân tạo (AI) và Phân tích dữ liệu lớn (Big Data)

AI và Big Data đóng vai trò quan trọng trong việc dự báo và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống năng lượng tại Đức. Các thuật toán AI được sử dụng để phân tích dữ liệu thời tiết và sản xuất năng lượng từ các nguồn tái tạo như gió và mặt trời, giúp dự đoán chính xác hơn sản lượng năng lượng và cân bằng cung cầu. Đồng thời, công nghệ Big Data cũng hỗ trợ phát hiện các vấn đề trong hệ thống lưới điện, từ đó giúp giảm thiểu thời gian và chi phí bảo trì.

(4) Giải pháp lưu trữ năng lượng

Đức đã đầu tư mạnh vào các hệ thống lưu trữ năng lượng, chẳng hạn như pin lithium-ion và hydro xanh. Chuyển đổi số giúp tối ưu hóa việc quản lý và sử dụng các hệ thống lưu trữ này, đảm bảo cung cấp năng lượng ổn định ngay cả khi sản lượng từ các nguồn tái tạo bị gián đoạn do thời tiết.

2.3. Các kết quả đạt được và thách thức

Nhờ vào sự kết hợp giữa chính sách năng lượng bền vững và chuyển đổi số, Đức đã đạt được những thành tựu đáng kể trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Năm 2023, năng lượng tái tạo chiếm gần 50% cơ cấu điện năng tại Đức, trong đó điện mặt trời và điện gió là hai nguồn chính. Các hệ thống lưới điện thông minh và đo lường thông minh đã cải thiện hiệu quả vận hành và giảm thiểu đáng kể lượng phát thải CO₂.

Tuy nhiên, Đức vẫn đối mặt với một số thách thức lớn. Đầu tiên là vấn đề đầu tư: để đạt được các mục tiêu đề ra, Đức cần chi khoảng 721 tỷ EUR vào hạ tầng năng lượng vào năm 2030. Thứ hai, tốc độ phát triển nhanh chóng của năng lượng tái tạo đang gây áp lực lên hệ thống lưới điện, dẫn đến tình trạng quá tải và mất cân đối cung cầu. Ngoài ra, sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết của các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời vẫn là một trở ngại lớn. Cuối cùng, việc chấp nhận của cộng đồng đối với các dự án năng lượng tái tạo, chẳng hạn như trang trại gió, đôi khi gặp phải sự phản đối do lo ngại về môi trường và cảnh quan.

Dù còn nhiều thách thức, kinh nghiệm của Đức trong việc áp dụng chuyển đổi số vào lĩnh vực năng lượng tái tạo vẫn là nguồn cảm hứng quan trọng cho các quốc gia khác, bao gồm Việt Nam.

3. Hiện trạng và thách thức trong chuyển đổi số năng lượng tại Việt Nam

3.1. Hiện trạng năng lượng tái tạo và chuyển đổi số tại Việt Nam

Trong thập kỷ qua, Việt Nam đã đạt được những thành tựu đáng kể trong phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Theo thống kê năm 2022, sản lượng điện từ năng lượng tái tạo chiếm khoảng 48% tổng sản lượng điện toàn quốc, trong đó điện mặt trời và điện gió đóng góp 13%. Với tiềm năng tự nhiên lớn, Việt Nam đã trở thành một trong những quốc gia phát triển năng lượng tái tạo nhanh nhất khu vực Đông Nam Á.

Tuy nhiên, việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo phân tán vào hệ thống điện quốc gia đòi hỏi sự hỗ trợ mạnh mẽ từ các giải pháp chuyển đổi số. Các doanh nghiệp lớn trong ngành đã bắt đầu triển khai các hệ thống quản lý năng lượng (EMS), lưới điện thông minh (Smart Grid), và hệ thống đo lường thông minh (Smart Meter). Những công nghệ này giúp cải thiện hiệu quả vận hành, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, và đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện.

Chính phủ Việt Nam cũng đã ban hành nhiều chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo và chuyển đổi số. Tuy nhiên, việc áp dụng còn rời rạc và chưa đồng bộ trên toàn quốc. Để đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, cần có sự đầu tư mạnh mẽ hơn vào hạ tầng công nghệ, nâng cao năng lực quản lý và thực thi các chính sách liên quan.

3.2. Những thách thức chính

Hạ tầng công nghệ và kỹ thuật

Hệ thống lưới điện hiện tại của Việt Nam chưa được thiết kế để tích hợp một tỷ lệ lớn năng lượng tái tạo. Việc thiếu các công nghệ lưu trữ năng lượng và hạ tầng quản lý tiên tiến gây khó khăn trong việc điều phối cung cầu, đặc biệt trong các giai đoạn cao điểm. Điều này làm tăng nguy cơ quá tải và mất cân bằng hệ thống. Để giải quyết vấn đề này, cần có sự đầu tư lớn vào nâng cấp hạ tầng kỹ thuật, bao gồm hệ thống truyền tải và các thiết bị hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo.

Khung pháp lý và chính sách

Mặc dù Việt Nam đã ban hành nhiều chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo, nhưng khung pháp lý cho chuyển đổi số trong ngành năng lượng vẫn còn thiếu đồng bộ. Các quy định liên quan đến đầu tư, bảo mật dữ liệu và triển khai công nghệ chưa được hoàn thiện, gây khó khăn cho doanh nghiệp trong việc thực hiện các dự án số hóa. Sự rõ ràng và minh bạch trong chính sách là yếu tố quan trọng để khuyến khích đầu tư và triển khai hiệu quả.

Nguồn nhân lực

Nguồn nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và chuyển đổi số đang là một thách thức lớn. Việc thiếu hụt các chuyên gia am hiểu cả về công nghệ và quản lý năng lượng đã làm chậm quá trình triển khai các giải pháp số hóa. Cần có các chương trình đào tạo chuyên sâu để nâng cao năng lực cho đội ngũ nhân lực trong lĩnh vực này.

Tài chính và đầu tư

Chuyển đổi số trong ngành năng lượng đòi hỏi nguồn vốn lớn để đầu tư vào hạ tầng công nghệ, đào tạo nhân lực và nghiên cứu phát triển. Tuy nhiên, việc huy động vốn gặp nhiều khó khăn do rủi ro cao và thời gian hoàn vốn dài. Đặc biệt, các doanh nghiệp nhỏ và vừa thường không đủ khả năng tiếp cận các nguồn tài chính để triển khai các dự án công nghệ lớn.

Nhận thức và chấp nhận của xã hội

Nhận thức về lợi ích của chuyển đổi số trong năng lượng còn thấp ở cả cấp quản lý và cộng đồng. Sự thiếu hiểu biết và tin tưởng vào các công nghệ mới dẫn đến tâm lý ngần ngại trong việc triển khai và sử dụng các giải pháp số hóa. Cần có các chiến dịch truyền thông để nâng cao nhận thức của xã hội về tầm quan trọng của chuyển đổi số trong phát triển năng lượng tái tạo.

An ninh mạng

Chuyển đổi số làm gia tăng nguy cơ về an ninh mạng, đặc biệt là đối với hệ thống năng lượng quốc gia. Các cuộc tấn công mạng có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng, làm gián đoạn cung cấp điện và gây tổn thất kinh tế. Hiện nay, các biện pháp bảo mật cho hệ thống năng lượng số hóa tại Việt Nam vẫn chưa đủ mạnh để đối phó với các mối đe dọa ngày càng tinh vi.

4. Bài học từ Đức và đề xuất cho Việt Nam

4.1. Bài học từ mô hình của Đức

Đức được coi là một trong những quốc gia tiên phong trong việc kết hợp năng lượng tái tạo và chuyển đổi số, tạo ra một mô hình đáng học hỏi cho nhiều nước trên thế giới. Một trong những yếu tố quyết định thành công của Đức là chính sách "Energiewende" (Chuyển đổi năng lượng), được thiết kế với mục tiêu rõ ràng và dài hạn, tập trung vào việc giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và nâng cao tỷ lệ sử dụng năng lượng tái tạo. Chính phủ Đức đã xây dựng một khung pháp lý nhất quán và minh bạch, trong đó Đạo luật Nguồn năng lượng Tái tạo (EEG) đóng vai trò trọng tâm, giúp khuyến khích đầu tư vào các dự án năng lượng tái tạo.

Một bài học quan trọng khác từ Đức là sự đầu tư mạnh mẽ vào hạ tầng công nghệ. Đức đã triển khai lưới điện thông minh (Smart Grid) và hệ thống đo lường thông minh (Smart Meter) trên diện rộng, cho phép tối ưu hóa việc phân phối và sử dụng năng lượng. Đồng thời, các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và phân tích dữ liệu lớn (Big Data) được áp dụng để dự báo nhu cầu năng lượng và quản lý hệ thống điện hiệu quả hơn.

Đức cũng đặc biệt chú trọng đến sự tham gia của cộng đồng và các tổ chức xã hội trong quá trình phát triển năng lượng tái tạo. Các chương trình giáo dục và truyền thông được triển khai nhằm nâng cao nhận thức và khuyến khích sự đồng thuận xã hội đối với các dự án năng lượng mới. Việc phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao thông qua đào tạo chuyên sâu cũng giúp đảm bảo hiệu quả và sự bền vững của hệ thống năng lượng.

4.2. Đề xuất cho Việt Nam

Dựa trên kinh nghiệm của Đức, Việt Nam có thể áp dụng các bài học quan trọng để thúc đẩy chuyển đổi số trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Thứ nhất, hoàn thiện khung pháp lý và chính sách

Việt Nam cần xây dựng một khung pháp lý rõ ràng, minh bạch và đồng bộ để hỗ trợ đầu tư và phát triển năng lượng tái tạo. Các chính sách cần tập trung vào việc khuyến khích đầu tư tư nhân, đảm bảo cạnh tranh công bằng và tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các công nghệ tiên tiến.

Thứ hai, đầu tư vào hạ tầng công nghệ

Phát triển lưới điện thông minh và các hệ thống lưu trữ năng lượng là ưu tiên hàng đầu. Điều này giúp tích hợp hiệu quả các nguồn năng lượng tái tạo phân tán và đảm bảo cung cấp điện ổn định, đặc biệt trong bối cảnh Việt Nam có tiềm năng lớn về điện gió và mặt trời.

Thứ 3, phát triển nguồn nhân lực

Chính phủ cần đẩy mạnh các chương trình đào tạo chuyên sâu về công nghệ năng lượng và quản lý hệ thống năng lượng tái tạo. Việc này không chỉ đảm bảo có đủ nhân lực chất lượng cao mà còn thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong lĩnh vực năng lượng.

Thứ tư, huy động tài chính

Việt Nam nên tìm kiếm các nguồn tài chính quốc tế, như các quỹ hỗ trợ phát triển xanh hoặc các tổ chức tài chính quốc tế, để đầu tư vào các dự án năng lượng tái tạo và chuyển đổi số.

Thứ năm, nâng cao nhận thức cộng đồng

Cần triển khai các chiến dịch truyền thông nhằm nâng cao nhận thức của người dân và các tổ chức xã hội về tầm quan trọng của năng lượng tái tạo và chuyển đổi số. Sự đồng thuận xã hội sẽ là yếu tố quan trọng giúp các dự án năng lượng được triển khai thành công.

5. Kết luận

Chuyển đổi số đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo, không chỉ nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống năng lượng mà còn góp phần giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường và hướng tới phát triển bền vững. Qua nghiên cứu mô hình của Đức, chúng ta nhận thấy tầm quan trọng của chính sách đồng bộ, đầu tư vào hạ tầng công nghệ, và sự tham gia của cộng đồng trong việc hiện thực hóa các mục tiêu năng lượng tái tạo.

Việt Nam có thể học hỏi và áp dụng các bài học từ Đức để vượt qua những thách thức hiện tại, xây dựng một hệ thống năng lượng bền vững hơn. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu các mô hình thành công khác trên thế giới và tích cực triển khai các đề xuất đã nêu, nhằm đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 và góp phần vào cuộc cách mạng năng lượng toàn cầu.

Nguyễn Thị Thanh Huyền - Văn phòng Cục

Tài liệu tham khảo

1. Fraunhofer IEE, "Digitalisierung als Schlüssel für die Energiewende," [Online]. Available: https://www.iee.fraunhofer.de/de/presse-infothek/Presse-Medien/2022/digitalisierung_als_schluessel_fuer_die_energiewende.html.

2. PwC Deutschland, "Energiewende und Digitalisierung," [Online]. Available: https://www.pwc.de/de/energiewirtschaft/energiewende-und-digitalisierung.html.

3. EWE AG, "Digitalisierung der Energiewende - Smart & Grün," [Online]. Available: https://www.ewe.com/de/zukunft-gestalten/digitalisierung/digitalisierung-der-energiewende.

4. Agentur für Erneuerbare Energien (AEE), "Die Digitalisierung der Energiewende," [Online]. Available: https://www.unendlich-viel-energie.de/mediathek/publikationen/metaanalyse-die-digitalisierung-der-energiewende.

5. BDEW, "Digitale Transformation für die Energiewende," [Online]. Available: https://www.bdew.de/media/documents/210909_BDEW_Strategiepapier_Digitale_Transformation_f%C3%BCr_die_Energiewende_final.pdf.

6. Ngân hàng Thế giới, "Towards a Just Energy Transition in Vietnam," [Online]. Available: https://www.worldbank.org/en/news/speech/2022/01/24/towards-a-just-energy-transition-in-vietnam.