Các nền tảng quản lý năng lượng thông minh ngày càng được sử dụng để điều phối sản xuất, lưu trữ và phân phối lạnh dựa trên dữ liệu thời gian thực như thời tiết, nhu cầu điện và mật độ sử dụng tòa nhà.
Trung Quốc đang chứng minh rằng các siêu đô thị có thể giảm nhiệt một cách bền vững mà không gây áp lực quá lớn lên lưới điện, với một chiến lược thông minh bao gồm hệ thống làm mát khu vực tập trung hiệu quả, công nghệ lưu trữ - vận hành thông minh và giải pháp vật liệu phủ tản nhiệt thụ động. Chiến lược làm mát đô thị của quốc gia này thấy sự chuyển dịch từ các giải pháp đơn lẻ, thụ động sang các giải pháp tổng thể, chủ động, xanh, thông minh…
Mô hình phối hợp giữa hệ thống làm mát tập trung và lưới điện thông minh, cho phép dịch chuyển tải tiêu thụ từ giờ cao điểm sang giờ thấp điểm. Ảnh: China Overseas Network
Khi nhiệt độ toàn cầu tăng và tần suất các đợt nắng nóng cực đoan trở nên thường xuyên hơn, nhu cầu làm mát cho các tòa nhà ở các đô thị lớn tại Trung Quốc đang tăng vọt. Hệ thống điều hòa không khí tiêu thụ 40-60% tổng năng lượng của tòa nhà. Điều này tạo ra một thách thức kép: đảm bảo tiện nghi nhiệt cho cư dân đồng thời giảm thiểu áp lực lên lưới điện vốn đang quá tải, đặc biệt là trong những giờ cao điểm của mùa hè.
Trung Quốc đang đi đầu trong việc biến hệ thống làm mát thành một phần thiết yếu của hạ tầng đô thị, giống như điện, nước và đường sá, thay vì để mỗi tòa nhà tự trang bị điều hòa riêng lẻ như trước đây.
HỆ THỐNG LÀM MÁT KHU VỰC TẬP TRUNG
Thay vì trang bị hệ thống máy lạnh riêng lẻ cho từng tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại hay khu chung cư, các thành phố như Thâm Quyến, Quảng Châu và Thượng Hải đang xây dựng những nhà máy sản xuất nước lạnh trung tâm. Từ đây, nước lạnh được bơm qua hệ thống đường ống ngầm để làm mát cho hàng loạt tòa nhà trong khu vực.
Sau khi hấp thụ nhiệt trong tòa nhà, nước sẽ quay trở lại nhà máy để được làm lạnh, tạo thành một hệ thống vòng kín liên tục, theo Nhân dân Nhật báo. Mô hình này cho phép nhiều tòa nhà dùng chung hệ thống thiết bị, giảm đầu tư trùng lặp, tiết kiệm năng lượng và giải phóng diện tích xây dựng.
Khu Hợp tác Tiền Hải tại Thâm Quyến là một trong những dự án làm mát tập trung điển hình nhất của Trung Quốc. Khi đưa vào vận hành, trạm làm mát số 5 có thể làm mát cho khoảng 2,75 triệu m2 sàn xây dựng. Khi hoàn thiện toàn bộ, hệ thống 10 trạm làm mát tại đây được kỳ vọng sẽ tiết kiệm 130 triệu kWh điện và giảm 130.000 tấn khí thải CO₂ mỗi năm.
Sản xuất đá công nghiệp tại nhà máy Tân Thành, thành phố Kim Hoa, tỉnh Chiết Giang, với công nghệ lưu trữ nhiệt then chốt giúp cân bằng tải cho lưới điện các siêu đô thị Trung Quốc. Ảnh: VCG
Tại Khu Thương mại Tài chính Quảng Châu, dự án năng lượng tích hợp sẽ bao phủ diện tích khoảng 8 km2, cung cấp hơn 200.000 tấn nước lạnh thông qua 8 trạm năng lượng tập trung, được kết nối với nhau bằng một mạng lưới phân phối thông minh.
Một nghiên cứu tại Thượng Hải năm 2025 cho thấy các hệ thống làm mát có thể "hợp tác" với lưới điện để giảm áp lực khi cao điểm. Giống như một chiếc pin năng lượng, chúng tích trữ lạnh từ đêm hôm trước để "nhả" ra vào ban ngày, giúp giảm tải cho lưới.
Cụ thể, chiến lược chạy theo giá điện giúp giảm 38,8% chi phí, chiến lược theo khuyến khích giảm 45,3%; hiệu suất hệ thống tăng từ 4,38 lên 4,72 và 4,62. Đặc biệt, khi lưới điện quá tải, hệ thống có thể cắt giảm 2.172 kW trong 30 phút hoặc 1.037 kW trong 2 giờ mà vẫn đảm bảo người dùng được làm mát, nhờ đó giảm 25% điện năng tiêu thụ trong giờ cao điểm.
CÔNG NGHỆ LƯU TRỮ VÀ VẬN HÀNH THÔNG MINH
Một trong những thách thức lớn nhất với lưới điện là sự chênh lệch giữa nhu cầu làm mát vào ban ngày và ban đêm. Các hệ thống làm mát khu vực (làm mát tập trung- DCS) hiện đại của Trung Quốc giải quyết vấn đề này bằng cách tích hợp các giải pháp lưu trữ và quản lý thông minh.
Các trạm năng lượng làm mát tận dụng vào giờ thấp điểm ban đêm để sản xuất đá lạnh dự trữ, sau đó xả lạnh vào ban ngày nhằm giảm tải cho lưới điện. Mô hình này được thử nghiệm tại Chu Hải cho thấy hiệu quả rõ rệt: kết hợp vận hành đa trạm với tích trữ nước và băng giúp giảm 5-11% năng lượng và chi phí, đồng thời tăng hiệu suất làm mát hơn 16%, theo nghiên cứu của nhóm học giả Đại học Ma Cao và Đại học Hải Dương Trung Quốc trên Tạp chí Energy.
Các mô hình tối ưu hóa tiên tiến còn cho phép phối hợp vận hành nhiều trạm năng lượng trong một mạng lưới, giúp tận dụng tính linh hoạt về không gian và thời gian của toàn hệ thống.
Nhờ khả năng phối hợp vận hành giữa các trạm năng lượng, dự án tại Chu Hải có thể kéo dài tuổi thọ của hệ thống làm mát đáng kể. Cụ thể, thay vì bị quá tải vào năm 2028 (do nhu cầu làm mát tăng cao bởi biến đổi khí hậu), hệ thống có thể đáp ứng được nhu cầu đến tận sau năm 2059, kéo dài thêm hơn 30 năm so với dự kiến.
Ngoài ra, các cơ chế đáp ứng nhu cầu (Demand Response- DR) đang được áp dụng cho hệ thống DCS. Một nghiên cứu tại miền Nam Trung Quốc đã thiết lập cơ chế DR thông qua giá làm mát theo giờ sử dụng, cho phép cắt giảm 12,1% tải làm mát cao điểm mà vẫn duy trì nhiệt độ trong nhà ở mức thoải mái và giảm chi phí cho người dùng. Điều này chứng tỏ việc điều chỉnh nhu cầu (thay vì chỉ tăng nguồn cung) có sức mạnh to lớn trong việc giữ cân bằng cho hệ thống điện.
VẬT LIỆU PHỦ TẢN NHIỆT THỤ ĐỘNG VÀ QUY HOẠCH KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ ĐỂ GIẢM HIỆU ỨNG ĐẢO NHIỆT
Bên cạnh việc làm mát các tòa nhà, các nhà khoa học Trung Quốc còn phát triển các giải pháp để bảo vệ chính các thiết bị của lưới điện khỏi quá nhiệt.
Các nhà khoa học từ Viện Nghiên cứu Điện lực Lưới điện Quốc gia, Đại học Giao thông Thượng Hải và các đơn vị phối hợp đã phát triển một loại sơn phủ đặc biệt có khả năng phản xạ hơn 97% ánh sáng mặt trời. Đồng thời, nó còn có thể tự động tỏa nhiệt ra ngoài không gian qua một "cửa sổ khí quyển" (bước sóng 8-13 μm), nơi nhiệt độ chỉ khoảng -270°C. Điều đặc biệt là lớp phủ này làm được điều đó mà không cần tiêu thụ bất kỳ năng lượng nào, theo IEEE Xplore.
Công nghệ này đã được thử nghiệm và đưa vào ứng dụng thực tế, đáp ứng mục tiêu vừa giảm phát thải carbon vừa tăng cường độ ổn định cho lưới điện. Các báo cáo khác cũng xác nhận lớp phủ loại này có thể mang lại hiệu quả hạ nhiệt từ 5°C-16°C cho các thiết bị như tủ điều khiển, máy biến áp.
Khi được phủ lên vỏ các thiết bị đóng cắt điện ngoài trời (GIS), lớp sơn đặc biệt này đã chứng minh hiệu quả vượt trội: nhiệt độ bề mặt thiết bị giảm tới 15°C ngay cả khi tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mạnh (khoảng 900 W/m2).
Ngoài ra, nó còn giảm đáng kể sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt được chiếu sáng và mặt khuất bóng của thiết bị, từ 6,3°C xuống còn 1,5°C. Nhờ đó, nguy cơ nứt vỡ do sự giãn nở nhiệt không đều được hạn chế, giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Bên cạnh các giải pháp công nghệ như hệ thống làm mát khu vực và vật liệu phủ, việc quy hoạch không gian đô thị cũng đóng vai trò quan trọng trong giảm hiệu ứng đảo nhiệt (tình trạng các thành phố nóng hơn vùng ngoại ô do bê tông hóa và thiếu cây xanh). Các nhà nghiên cứu Đại học Lâm Nghiệp Trung Quốc đang phát triển các mô hình mạng lưới làm mát thích ứng (ACN) để tối ưu hóa cách bố trí công viên, hồ nước và không gian xanh, giúp tăng cường hiệu quả làm mát tự nhiên cho đô thị.
Chiến lược làm mát đô thị của Trung Quốc đang cho thấy một sự chuyển dịch có hệ thống từ các giải pháp đơn lẻ, thụ động sang các giải pháp tổng thể, chủ động và thông minh. Việc kết hợp hệ thống DCS tập trung, công nghệ lưu trữ và quản lý thông minh không chỉ giải quyết bài toán năng lượng trước mắt mà còn xây dựng khả năng chống chịu lâu dài cho các thành phố trước biến đổi khí hậu.
Dù các giải pháp về cơ sở hạ tầng cứng như DCS mang lại hiệu quả tức thời nhưng để đạt được sự bền vững lâu dài, cần phải kết hợp chúng với các giải pháp mềm như quy hoạch đô thị xanh. Tuy nhiên, việc nhân rộng mô hình DCS vẫn gặp nhiều thách thức, như chi phí đầu tư ban đầu cao và sự cần thiết của các cơ chế chính sách hỗ trợ.
