Điện toán đám mây và tiềm năng ứng dụng xây dựng hệ thống quản lý năng lượng

AUTHOR: hieu.tt1


Quản lý và giám sát sử dụng điện năng cho các khối doanh nghiệp mỏ than hầm lò đang là nhu cầu cần thiết và cấp bách đối với Tập đoàn CN Than – Khoáng sản Việt Nam. Với cơ chế đặc thù quản lý cấp Tập đoàn, việc lựa chọn mô hình quản lý năng lượng tập trung cần phải xác định là tầm nhìn chiến lược, nhằm giảm tránh trước hết là chi phí nghiên cứu, chi phí đầu tư thiết bị đồng bộ và chi phí quản lý quy mô toàn Tập đoàn. Bài báo sau đây giới thiệu mô hình “điện toán đám mây” và hướng nghiên cứu tiềm năng ứng dụng mô hình để xây dựng hệ thống quản lý năng lượng tập trung khối sản xuất than hầm lò cho Tập đoàn CN Than – Khoáng sản Việt Nam.

1. Hiện trạng sử dụng và quản lý điện năng trong các khối doanh nghiệp sản xuất than hầm lò thuộc Tập đoàn CN Than — Khoáng sản Việt Nam

1.1 Hiện trạng sử dụng điện năng

Theo quy hoạch phát triển nghành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030 đã được Thủ tướng chính phủ phê duyệt tại quyết định số 60/QĐ-Ttg ngày 09/01/2012, sản lượng khai thác than hầm lò sẽ tăng nhanh từ 21,4 triệu tấn năm 2011 lên 76,85 triệu tấn vào năm 2030 (hình 1a).

Khai thác than hầm lò những năm gần đây có xu hướng phát triển rất nhanh về tăng sản lượng khai thác và tăng cường trình độ cơ giới hóa. Mặt khác các mỏ than hầm lò xuống sâu kéo theo một lượng điện năng tiêu thụ lớn cho bơm nước, quạt gió vì thế suất tiêu thụ điện năng trên mỗi tấn than khai thác ngày càng tăng cao so với mức tăng sản lượng.

Điện năng tiêu thụ tại đơn vị sản xuất than hầm lò được phân bổ trung bình qua các khâu công nghệ chính như sản xuất than hầm lò, thông gió chính, bơm thoát nước, vận tải, sàng tuyển than và các khâu phụ trợ (hình 1b).

SanluongKT_hieutt1

Hình 1.a) Quy hoạch phát triển than hầm lò Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030 ; b) Phân bố tiêu thụ điện năng trong các khâu sản xuất

1.2. Tình hình quản lý điện năng

Tại các doanh nghiệp khai thác mỏ hầm lò, điện cung cấp cho các phụ tải được lấy từ trạm biến áp chính 35/6kV của mỏ, gồm hai máy biến áp và làm việc luân phiên theo chu kỳ ca sản xuất. Từ trạm biến áp chính điện được cung cấp trực tiếp cho các động cơ trung áp 6kV (quạt gió chính, trục tải, trạm bơm) và qua các biếp áp gián tiếp 6/0,69–0,4kV để cung cấp cho các phụ tải trong lò và trên mặt bằng mỏ. Đồng thời từ trạm biến áp chính điện năng được dẫn đến cửa giếng bằng hai đường dây trên không hoặc cáp và cung cấp cho trạm phân phối trung tâm hầm lò bằng hai tuyến cáp đặt trong giếng. Qua khảo sát công tác quản lý điện năng tại các đơn vị sản xuất than hầm lò nhận thấy việc quản lý các trạm điện 35/6kV hầu hết vẫn mang tính thủ công ghi chép, theo dõi bằng tay và sổ sách. Một số ít doanh nghiệp trong Tập đoàn đã nhận thức được tầm quan trọng của việc sử dụng và quản lý điện năng, tuy nhiên các doanh nghiệp mới chỉ đầu tư các thiết bị quản lý giám sát ở mức cơ bản, là giám sát trạng thái đóng cắt của máy cắt, ghi chép thủ công dữ liệu hoạt động máy biến áp ngay tại trạm.

2. Mục tiêu quản lý điện năng tập trung và mô hình “điện toán đám mây”

Do đặc thù ngành công nghiệp mỏ luôn thay đổi, mở rộng, xuống sâu biên giới khai thác, số lượng thiết bị sử dụng điện tăng, đòi hỏi nhân lực quản lý, ghi chép thủ công ngày càng lớn. Mặt khác, do địa hình khai thác phức tạp, việc thu thập dữ liệu cũng gặp khó khăn, thời gian xử lý dữ liệu kéo dài. Cơ sở dữ liệu về tình hình sử dụng điện năng khó có khả năng cập nhật liên tục và chính xác. Do đó, các doanh nghiệp thực sự gặp khó khăn, bất cập trong việc quản lý và sử dụng điện năng khi quy mô khai thác ngày càng thay đổi theo thời gian. Đặc thù sử dụng điện năng tại các doanh nghiệp về cơ bản là giống nhau, tuy nhiên việc quản lý điện năng lại chưa thực sự đồng nhất. Điều này gây khó khăn cho Tập đoàn trong công tác quản lý tập trung và định hướng đầu tư mở rộng phát triển.

Quản lý năng lượng nói chung và điện năng nói riêng đang là vấn đề thời sự nóng trong những năm qua và cả những năm tiếp theo khi tình hình an ninh năng lượng đang ngày càng thu hút sự quan tâm của Quốc Gia và Tập đoàn CN Than — Khoáng sản Việt Nam. Việc xây dựng hệ thống quản lý điện năng, giám sát chặt chẽ tình hình sử dụng năng lượng sớm hay muộn phải được tiến hành. Chi phí cho việc đầu tư xây dựng hệ thống ngày càng tăng theo thời gian. Do đó, việc lựa chọn công nghệ xây dựng hệ thống mang tính tập trung, đồng bộ cấp Tập đoàn có ý nghĩa vô cùng quan trọng, bức thiết, nhằm giảm chi phí nghiên cứu, đầu tư dàn trải, đầu tư có lộ trình và định hướng rõ ràng.

Trong những năm trở lại đây, “điện toán đám mây” đang trở thành một trong những thuật ngữ mà ngành công nghệ thông tin (CNTT) thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng quan tâm nhất. Nhiều tổ chức lớn bắt đầu quan tâm đến việc khai thác và nghiên cứu triển khai mô hình này để giảm thiểu chi phí, đầu tư cơ sở hạ tầng như Google, IBM, Amazon, Microsoft …Không nằm ngoài xu thế phát triển của thế giới, việc nghiên cứu, khai thác, ứng dụng mô hình “điện toán đám mây” vào xây dựng hệ thống quản lý năng lượng tập trung khối sản xuất than hầm lò cho Tập đoàn Than — Khoáng sản Việt Nam có khả thi hay không cơ bản đang được triển khai bước đầu qua việc tìm hiểu và đánh giá sơ bộ.

Mô hình “điện toán đám mây” được diễn giải sơ lược qua một số ý chính như sau:

Khái niệm: Điện toán đám mây, là một loại mô hình dịch vụ CNTT trong đó các tài nguyên như cơ sở hạ tầng, nền tảng công nghệ, phần cứng, phần mềm được cung cấp nhanh chóng cho người dùng như họ yêu cầu trên Internet.

Lịch sửThuật ngữ điện toán đám mây xuất hiện bắt nguồn từ ứng dụng điện toán lưới trong thập niên 1980, tiếp theo là điện toán theo nhu cầu và phần mềm dịch vụ (SaaS).

Điện toán lưới đặt trọng tâm vào việc di chuyển một số lượng công việc lớn đến địa điểm của các tài nguyên điện toán cần thiết để sử dụng. Một lưới là một nhóm máy chủ mà trên đó nhiệm vụ lớn được chia thành những tác vụ nhỏ để chạy song song, được xem là một máy chủ ảo.

Với điện toán đám mây, các tài nguyên điện toán như máy chủ có thể được định hình động hoặc cắt nhỏ từ cơ sở hạ tầng phần cứng và sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ, hỗ trợ những môi trường không phải là điện toán lưới như Web ba lớp chạy các ứng dụng truyền thống hay ứng dụng Web 2.0.

Đặc điểm: Điện toán máy chủ ảo thường bị lẫn với điện toán lưới, điện toán theo nhu cầu và điện toán tự trị. Thực ra việc triển khai nhiều hệ thống điện toán máy đám mây ngày nay được trang bị hệ thống lưới, có tính năng tự trị và được tiếp thị giống như những tiện ích, nhưng điện toán đám mây có thể được nhìn nhận như một bước phát triển tự nhiên tiếp theo từ mô hình lưới — theo nhu cầu.

cloud_model

Hình 2: Mô hình kiến trúc điện toán đám mây

Kiến trúcĐại bộ phận hạ tầng cơ sở của điện toán đám mây hiện nay là sự kết hợp của những dịch vụ đáng tin cậy được phân phối thông qua các trung tâm dữ liệu được xây dựng trên những máy chủ với những cấp độ khác nhau của các công nghệ ảo hóa. Những dịch vụ này có thể được truy cập từ bất kỳ đâu trên thế giới, trong đó đám mây là một điểm truy cập duy nhất cho tất cả các máy tính có nhu cầu của khách hàng. Các dịch vụ cần đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ từ phía khách hàng và thông thường đều đưa ra các mức thỏa thuận dịch vụ. Các tiêu chuẩn mở và phần mềm mã nguồn mở cũng góp phần phát triển điện toán máy chủ ảo (hình 2).

Đặc tínhDo các khách hàng nói chung không sở hữu hạ tầng cơ sở, họ chỉ đơn thuần truy cập hoặc thuê, họ có thể không cần chi phí đầu tư và dùng các tài nguyên như một dịch vụ, thay vào đó trả tiền cho nhu cầu sử dụng của mình. Một vài lợi ích cơ bản được mô tả đơn giản như sau:

– Tiết kiệm chi phí đầu tư: mua phần cứng, bản quyền phần mềm.

– Tiết kiệm chi phí vận hành: trả theo mức độ sử dụng, giảm chi phí hỗ trợ, bảo trì, nhân công IT.

– Triển khai nhanh chóng và linh hoạt trong việc mở rộng phạm vi.

– Cập nhật thông tin nhanh và hiệu quả hơn.

– Chuẩn hóa và tự động hóa quy trình xử lý dữ liệu.

– Cập nhật nâng cấp mới nhất.

Nhà cung cấp dịch vụĐiện toán đám mây đang được phát động bới nhiều nhà cung cấp, trong đó có Amazon, Google, DataSynapse, và Salesforce cũng như những nhà cung cấp truyền thống như Sun Microsystems, HP, IBM, Intel và Microsoft.

3. Tiềm năng ứng dụng mô hình quản lý điện năng tập trung dựa trên nền tảng công nghệ “điện toán đám mây”

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, các doanh nghiệp đang đối mặt với việc phải tăng cường quản lý năng lượng một cách chặt chẽ, chính xác và kịp thời hơn nữa. Đồng thời, chức năng của Tập đoàn là phải giám sát các doanh nghiệp sử dụng và quản lý năng lượng như thế nào. Do đó, đòi hỏi hệ thống quản lý năng lượng phải có tính đồng bộ, từ phần cứng đến phần mềm quản lý. Như vậy, hệ thống quản lý năng lượng cần phải có hai phần riêng rẽ, phần cứng độc lập do doanh nghiệp tự đầu tư và phần mềm quản lý, phân tích dựa trên công nghệ “điện toán đám mây” từ phía nhà cung cấp dịch vụ.

Mô hình quản lý năng lượng dựa vào dịch vụ “điện toán đám mây“ được mô tả giản lược như sau (hình 3):

– Hệ thống phần cứng: bao gồm các thiết bị đo lường, thu thập dữ liệu, và thiết bị truyền phát có kết nối Internet.

– Hệ thống dịch vụ phần mềm và các chức năng xử lý dữ liệu: dựa vào dịch vụ “điện toán đám mây“.

mining_model

Hình 3. Mô hình quản lý năng lượng tập trung ứng dụng công nghệ “Điện toán đám mây”

Các doanh nghiệp cần phải đầu tư phần cứng một lần, bao gồm các thiết bị đo lường và bộ thu thập dữ liệu. Phần dữ liệu thô từ các thiết bị đo lường của doanh nghiệp được gửi qua mạng, đến máy chủ trung tâm lưu trữ và xử lý của nhà cung cấp dịch vụ. Tại đây, dữ liệu được lưu trữ với số lượng lớn, xử lý theo tiêu chuẩn chung. Kết quả trả về cho các doanh nghiệp là các số liệu đã được xử lý, tùy theo nhu cầu sử dụng, bao gồm cả việc phân tích, so sánh, bảng đánh giá dữ liệu năng lượng, các báo cáo, thống kê có sẵn dưới dạng ảnh, các dự báo xu hướng tiêu thụ năng lượng. Dịch vụ xử lý số liệu dựa trên kinh nghiệm của các nhà cung cấp dịch vụ có chuyên môn, kinh nghiệm xử lý. Doanh nghiệp (trong đó có Tập đoàn) sử dụng dịch vụ tại mọi địa điểm, từ mọi thiết bị có kết nối Internet.

Do đặc điểm của mô hình điện toán đám mây là lưu trữ và xử lý dữ liệu lớn từ các bộ thu thập dữ liệu của các doanh nghiệp gửi lên. Chức năng so sánh và đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng từ nhiều khu vực khác nhau, từ nhiều thiết bị khác nhau, được nhìn nhận một cách khách quan và linh hoạt hơn. Do đó, cho phép các khách hàng doanh nghiệp đạt được cái nhìn sâu sắc vào thông tin về sự khác biệt trong tình trạng tiêu thụ năng lượng của các khu vực giống và khác nhau về quy mô sản xuất. Thông qua việc nhận biết, đánh giá tình trạng tiêu thụ năng lượng, ngoài việc tư vấn từ nhà cung cấp dịch vụ, các doanh nghiệp có thể tự học hỏi lẫn nhau về tư duy sử dụng năng lượng.

Lợi thế mà dịch vụ “điện toán đám mây” đem lại, trước hết, cho các doanh nghiệp là không mất chi phí bảo trì hệ thống quản lý dữ liệu, duy trì và nâng cấp bản quyền phần mềm, tuy nhiên, việc đầu tư phần cứng (các thiết bị đo lường và truyền phát) ban đầu là điều nhất thiết phải làm. Doanh nghiệp chỉ phải trả phí dịch vụ để được sử dụng các tính năng phân tích dữ liệu số lượng lớn trong thời gian ngắn, tính năng tư vấn, sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng. Việc phân tích dữ liệu không chỉ đơn thuần do đơn vị tự xây dựng, mà còn dựa trên kinh nghiệm của các đơn vị thành viên khác và từ nhà cung cấp dịch vụ có kinh nghiệm cao cấp hơn. Ưu điểm của dịch vụ này là tính chất chia sẻ dữ liệu, cách thức xử lý vấn đề, hỗ trợ từ nhà tư vấn các chủ đề năng lượng mà doanh nghiệp quan tâm.

Đối với quản lý cấp Tập đoàn, bức tranh sử dụng năng lượng trong khối sản xuất than hầm lò hiện dạng minh bạch, chính xác và kịp thời. Vấn đề cốt lõi trong việc quản lý năng lượng có hiệu quả hay không là ở tính minh bạch trong việc sử dụng, đánh giá số liệu về tình hình sử dụng năng lượng tại các doanh nghiệp thành viên. Từ cơ sở minh bạch này hỗ trợ Tập đoàn đề xuất bộ quy chuẩn chung về sử dụng năng lượng, đồng thời việc triển khai các giải pháp đồng bộ nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng tiết kiệm mới được thực thi một cách an toàn, chính xác.

4. Kết luận

Công nghệ “điện toán đám mây” hiện đang còn khá mới mẻ trong lĩnh vực CNTT thuộc nghành khai thác than khoáng sản ở Việt Nam. Lợi thế từ mô hình đem lại là nền tảng cơ sở hạ tầng CNTT hiện đại, tiên tiến, hỗ trợ tối đa từ nhà cung cấp, đáp ứng đầy đủ nhu cầu của người sử dụng. Ngành khai thác than khoáng sản ngày càng được đẩy mạnh, nâng cao công suất khai thác. Hệ thống quản lý năng lượng tập trung cần phải được xây dựng trên nền tảng CNTT mạnh mẽ. Bản chất của hệ thống quản lý năng lượng, nhận định chung vẫn chỉ là vấn đề xử lý, nhìn nhận và đánh giá dữ liệu. Công nghệ hiện đại giúp cho việc quản lý và sử dụng năng lượng hiệu quả hơn. Do đó, hướng nghiên cứu khả năng áp dụng công nghệ “điện toán đám mây” vào việc xây dựng hệ thống quản lý năng lượng tập trung là một hướng đi mới, cần thiết, phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới.

Tài liệu tham khảo.

1.“Quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030“. Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư Mỏ và Công nghiệp — Vinacomin. 2012

2.Ths. Vũ Thế Nam. “Khảo sát và đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các hộ tiêu thụ trọng điểm vùng Quảng Ninh, xây dựng một số mô hình trong Tập đoàn Công nghiệp Than — Khoáng sản Việt Nam về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả“. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ — Vinacomin. 2011.

3. Tài liệu từ Internet.

Post Views: 454

Comments

comments