Báo cáo về sự cố mất điện ở Tây Ban Nha và bài học kinh nghiệm cho toàn thế giới

Lò phản ứng hạt nhân nhỏ - Đề xuất bước khởi động triển khai Quyết định của Thủ tướng Thủ tướng Chính phủ đã ký ban hành Quyết định số 1131/QĐ-TTg, ngày 12/6/2025, Ban hành danh mục công nghệ chiến lược và sản phẩm công nghệ chiến lược. Trong đó xác định: “Lò phản ứng hạt nhân nhỏ, an toàn là một trong các công nghệ chiến lược”. Bài viết dưới đây của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam tìm hiểu một số thông tin về lò phản ứng hạt nhân nhỏ trên thế giới, chú ý một số đối tác tiềm năng của Việt Nam và đề xuất một số bước đi khởi động triển khai Quyết định của Thủ tướng Chính phủ.

Sau khi nghiên cứu tất cả các khía cạnh liên quan để làm rõ sự cố, với nguồn thông tin tốt nhất, “Báo cáo mất điện tại hệ thống điện bán đảo Tây Ban Nha” giải thích những nguyên nhân chính của sự cố mất điện trên hệ thống điện Tây Ban Nha vào hồi 12 giờ 33 phút 24 giây, ngày 28/4/2025.

Bình thường, các sự cố lớn được khởi đầu bằng ngắn mạch, sự cố vận hành, hay sự kiện nói chung chỉ ra nguyên nhân ban đầu rõ ràng và không gây tranh cãi, nhưng trong sự cố này, không có sự cố ban đầu nào cho thấy nguyên nhân rõ ràng.

Sự cố này là kết quả của sự trùng hợp nhiều yếu tố ngoài tiêu chí N-1 (tiêu chí là cơ sở tiêu chuẩn cho việc thiết kế và vận hành hệ thống điện).

Tình trạng hệ thống ban đầu:

Rạng sáng ngày 28/4/2025, các điều kiện vận hành bình thường, nhu cầu phụ tải thấp và nguồn phát chạy thấp (trừ nguồn điện mặt trời phải đến 7h:15-7h:20 mới bắt đầu phát điện).

Dao động điện áp trong hệ thống truyền tải ổn định cho đến lúc 6h:00, trùng với lúc thay đổi kết nối với Pháp. Từ lúc đó, điện áp giảm khi nhu cầu tăng cho đến 9h:00. Trong giai đoạn đó, có hai lần dao động nội vùng với biên độ thấp xảy ra ở hệ thống châu Âu, nhưng không để lại hậu quả nào, vì nằm trong vùng dao động bình thường của hệ thống điện lớn như châu Âu.

Từ 9h:00 đến 9h:30, điện mặt trời tăng đáng kể, làm thay đổi cán cân tổng nguồn phát về phía năng lượng mặt trời cho đến khi nguồn này chiếm phần lớn. Từ 9h:00 đến 12h:00 điện áp biến động lớn hơn, do thay đổi nguồn phát và phụ tải. Vào thời điểm 11h:00 điện áp lưới 400 kV giảm mất 10 kV, sau đó lại phục hồi và vượt 30 kV tại một số trạm biến áp, trùng lúc với một số trạm biến áp 400 kV của Công ty đường sắt ADIF bị ngắt do điện áp vượt 55 kV, có thể do không điều chỉnh kịp với điện áp tăng trên lưới. Tuy nhiên, những biến động điện áp đó nằm trong điều kiện vận hành bình thường của hệ thống điện bán đảo Tây Ban Nha. Các trung tâm điều khiển đã theo dõi chặt chẽ điện áp và vận hành theo Quy trình Vận hành 7.4 (P.O. 7.4), trong đó nhà điều hành hệ thống đảm bảo nguồn phát điện trên thị trường đủ để thực hiện kiểm soát điện áp vào bất kỳ thời điểm nào.

Một trong sự khác biệt chính giữa nguồn phát điện truyền thống và nguồn điện năng lượng tái tạo, đồng phát điện và điện rác (RCW - Renewable Co-generation and Wastes-to-Energy) là cách vận hành khi kiểm soát điện áp ở trạm biến áp mà họ kết nối, bởi vì quy định áp dụng khác nhau.

- Nguồn phát truyền thống tuân thủ P.O. 7.4 bắt buộc phải điều chỉnh điện áp một cách chủ động và không phụ thuộc vào công suất hữu ích mà họ đang phát. Do đó các nguồn này đảm bảo điện áp ổn định trong lưới.

- Nguồn RCW điều chỉnh điện áp thụ động theo Chỉ thị Hoàng Gia 413/2014 - tức là khả năng hấp thụ công suất phản kháng phụ thuộc vào công suất có ích mà họ phát ra tại thời điểm đó chứ không theo điện áp trong lưới.

Do sự khác biệt đó, nhà điều hành hệ thống luôn xác định công suất truyền thống cần thiết trong hệ thống để đảm bảo kiểm soát điện áp trong 24 giờ họ dự báo tiếp theo. Khi bắt đầu thực hiện, tùy tình hình mà có thể điều chỉnh chính xác hơn.

Từ 10h:30 đến 11h:23 có một số dao động tần số 0,2 Hz gây ra dao động điện áp xảy ra trên lưới điện châu Âu, nhưng trong phạm vi điều chỉnh được.

Mô tả sự cố:

Đến 12h:00 hệ thống hoàn toàn phù hợp với các quy định vận hành.

Sự kiện 1:

Vào lúc 12h:03, trong khoảng thời gian 4 phút và 42 giây, một dao động tần số đáng kể với độ lệch 0,6 Hz đã xảy ra trên hệ thống. Độ lệch đó tạo ra tụt điện áp 30 kV.

Trung tâm điều độ của REE đã kích hoạt các biện pháp được thiết lập từ trước để cải thiện việc dập dao động và loại bỏ nó:

- Kết nối song song các đường truyền 400 kV để giảm trở kháng hệ thống.

- Giảm trao đổi xuất khẩu điện với Pháp 800 MW cho đến khi đạt xuất khẩu theo chương trình 1500 MW.

- Thay đổi chế độ vận hành đường kết nối HVDC với Pháp sang chế độ công suất cố định (1.000 MW từ Tây Ban Nha sang Pháp).

Thêm vào đó, do điện áp giảm vì dao động tần số, một loạt kháng bù ngang bị ngắt kết nối.

Khi dao động đã bị dập tắt, do mất đường kết nối với Bồ Đào Nha qua Caceres, trong khi đường kết nối qua Badajoz bị hỏng, trung tâm điều độ đã giảm trao đổi điện với Bồ Đào Nha nhằm cải thiện khả năng dập dao động tần số.

Khi giảm kết nối để xuất khẩu điện ra nước ngoài, điện áp trên lưới của Tây Ban Nha đã tăng. Tiếp đó, để thực hiện các lệnh điều độ thông qua kích hoạt các nguồn năng lượng cân bằng, các trung tâm điều khiển chọn đơn chào hàng cạnh tranh nhất để cắt giảm, đó là các nhà máy quang điện ở phía Nam. Điều đó tạo ra hai ảnh hưởng:

- Do nằm ở phía Nam, việc giảm phụ tải trên đường truyền sang Pháp (phía Bắc) ảnh hưởng đến nhiều đường truyền hơn, do đó ảnh hưởng lớn đến điện áp hệ thống.

- Đó là các nhà máy RCW vận hành theo Chỉ thị Hoàng Gia 413/2014, khi họ giảm công suất hữu ích thì hấp thụ công suất phản kháng cũng giảm.

Vào hồi 12h:16, dao động 0,6Hz lại xuất hiện, gây dao động và tụt điện áp trong khoảng 405 kV và 380 kV trên phần lớn các trạm biến áp liên quan. Dập dao động tần số lại trở thành ưu tiên cao nhất.

Do điện áp giảm, phải cắt thêm nhiều kháng bù ngang. Các hành động giúp ổn định tình hình, nhưng chúng lại làm tăng điện áp hệ thống.

Khi phân tích lại tình hình, đã xác định ra lần dao động này không phải dao động tự nhiên mà bị ép buộc. Dao động với biên độ cao đã xảy ra tại nhà máy điện nằm tại tỉnh Badajoz (Nhà máy A). Khi xảy ra dao động, hà máy A đang phát khoảng 250 MW. Do nhà máy gây ra dao động, nên dao động chấm dứt khi nhà máy ổn định lại tần số.

Điều kiện hệ thống lúc đó đang trong phạm vi cho phép nên có thể khẳng định dao động vừa rồi xuất phát từ sự cố điều khiển, hoặc bất thường nào đó trong nội bộ nhà máy A. Các nhà máy khác cùng kết nối vào trung tâm truyền tải khu vực không gặp phải vấn đề nào.

Sự kiện 2:

Lúc 12h:19, trong khi điều độ vẫn còn bận với các biện pháp dập dao động trong Sự kiện 1, một dao động mới 0,2 Hz xuất hiện trên hệ thống, đặc điểm của kết nối liên châu Âu. Dao động dẫn đến điện áp một số trạm biến động từ 375 kV đến 412 kV.

Phân tích chi tiết cho thấy: Dao động bắt đầu với 0,6 Hz và sau đó là 0,2 Hz. Mặc dù Nhà máy A đã nâng công suất lên 350 MW và không có biến động công suất hữu ích, nhưng công suất phản kháng có biến động. Toàn bộ hệ thống được phân tích lại và thấy có nhiều đợt dao động 0,6 Hz nhỏ đã xảy ra trong thời gian rất ngắn.

Các biện pháp sau được áp dụng:

1. Kết nối song song các tuyến 400 kV để giảm trở kháng hệ thống.

2. Giảm xuất khẩu sang Pháp xuống 1.000 MW. Như vậy, đường AC không xuất khẩu.

3. Giảm xuất khẩu sang Bồ Đào Nhà xuống 2.000 MW.

Các biện pháp đó đóng góp làm tăng điện áp hệ thống. Vào hồi 12h:22, khi hệ thống phục hồi sau Sự kiện 2, điện áp bắt đầu tăng ở tất cả các trạm, mặc dù vẫn nằm trong giới hạn vận hành.

REE bắt đầu kết nối kháng bù ngang ở các trạm nhằm đối phó với tăng điện áp. Tại thời điểm này có hai điều kiện xảy ra:

1. Hệ thống phân phối đưa ra công suất phản kháng 760 Mvar vào hệ thống truyền tải cả nước.

2. Sự tăng bất bình thường của phụ tải khoảng 845 MW. Có hai nguyên nhân có thể đã xảy ra ở lưới phân phối:

- Mất khoảng 152 MW ở các nguồn phân tán lớn hơn 1 MW.

- Mất 700 MW ở các nguồn nhỏ hơn 1 MW.

Việc tăng nhu cầu phụ tải làm giảm xuất khẩu sang Pháp, do đó giảm truyền tải công suất đến các điểm kết nối và làm tăng điện áp trong lưới truyền tải.

Nhu cầu phụ tải phụ thuộc vào điện áp, do đó khi điện áp tăng, như cầu cũng tăng - khuếch đại thêm việc thiếu nguồn cục bộ.

Nhận thấy cần nguồn có khả năng điều chỉnh điện áp, Trung tâm điều độ yêu cầu khởi động hai nhà máy khí chu trình hỗn hợp (CCGT) có khả năng điều chỉnh chủ động theo P.O. 7.4 một ở phía Nam và một ở phía Bắc. Nhưng cả hai nhà máy đều cần thời gian khởi động từ 1h đến 2,5h - tức là phải sau 14h. Cuối cùng, họ không khởi động được, vì lưới đã sập.

Sự kiện 3:

Vào lúc 12h:32:57, một trạm biến áp 400/220 kV ở tỉnh Granada (phía Nam) bị ngắt phía bên 220 kV. Trạm đang cấp 355 MW lên lưới và hấp thụ 165 Mvar công suất phản kháng. Điện áp ở trạm lúc đó dưới 418 kV, trong mức chấp nhận được. Có thể trạm được đặt mức ngắt không đúng, hoặc phản ứng không kịp thời dẫn đến bị ngắt.

Sự kiện 3 cũng đóng góp vào tăng điện áp hệ thống, dù vẫn trong khoảng vận hành - vì lý do như đã trình bày: Mất khả năng hấp thụ công suất phản kháng và giảm dòng năng lượng qua hệ thống truyền tải. Xuất khẩu sang Pháp lúc này bằng 0.

Sau 12h:32:57, vì các sự kiện diễn ra quá nhanh, thời gian được ghi nhận với mức chính xác đến mili giây.

Sự kiện 4:

Lúc 12h:33:16,460 (khoảng 19,5 giây sau), một nguồn khác bị ngắt. Lần này là ở trạm thuộc tỉnh Badajoz (phía Nam) kết nối với trạm 400 kV (gọi là trạm B) trong khi đang cấp 582 MW. Sau đó 360 mili giây, một nguồn quang điện mặt trời cũng ở tỉnh Badajoz đang phát 145 MW cũng bị ngắt tại trạm 400 kV.

Tổng cộng 727 MW công suất bị mất, kèm theo là công suất phản kháng. Sự kiện 4 lại tiếp tục đóng góp vào tăng điện áp do cơ chế như đã mô tả: Mất công suất phản kháng và giảm truyền tải công suất lên phía Bắc.

Sự kiện 5:

Vào lúc 12h:33:17,368 (khoảng 0,98 giây sau sự kiện trước), ba nhà máy điện gió bị ngắt khi đang phát 23 MW.

- 80 mili giây sau, nhà máy quang điện đang nối vào trạm B bị ngắt, là mất tiếp 118 MW.

- 27 mili giây sau đó, 34 MW nữa bị mất của một nhà máy điện gió và điện mặt trời khi đang nối vào trạm 220 kV ở tỉnh Huelva (phía Nam).

- 233 mili giây sau, trạm biến áp kết nối các nguồn ở tỉnh Seville (phía Nam) bị ngắt, làm mất 550 MW đang phát qua đó, do yêu cầu cắt từ phía nguồn phát.

- 200 mili giây tiếp theo, một nhà máy điện mặt trời ở tỉnh Caceres (miền Trung) bị ngắt khi đang phát 37,5 MW.

Cuối cùng, 40 mili giây sau, nhà máy điện mặt trời đang cung cấp 72 MW ở tỉnh Badajoz bị ngắt.

Tổng cộng, 834 MW điện mặt trời và gió bị ngắt trong vòng 650 milli giây, cùng với toàn bộ năng lực hấp thụ công suất phản kháng.

Sự kiện 5 dẫn tới điện áp hệ thống tiếp tục tăng.

Sập hệ thống:

Hệ thống điện bán đảo Tây Ban Nha đã mất khoảng 2.000 MW điện RCW trong trục truyền tải và hơn nữa trong lưới phân phối chỉ trong vài chục giây.

Phần lớn nguồn truyền thống có năng lực kiểm soát điện áp chủ động đã không hấp thụ được công suất phản kháng, mà đáng nhẽ phải hấp thụ theo Quy trình vận hành, đặc biệt là nhà máy ở phía Nam và miền Trung.

Mỗi nguồn phát bị ngắt lại gây ra tăng một ít điện áp, điều đó lại làm cho nhà máy tiếp theo bị ngắt, gây ra hiện tượng ngắt nối nhau.

Vào thời điểm này, tần số bắt đầu bị giảm rõ rệt khi hệ thống bị quá điện áp. Lúc này quán tính quay cũng không còn tác dụng nữa, vì hệ thống đã mất quá nhiều nguồn.

Vào hồi 12h:33:19,620, nhập khẩu điện từ Pháp tăng tối đa lên 3807 MW. Nhập khẩu cao qua đường AC dẫn đến mất đồng bộ.

Trong tình huống này, hệ thống đã phản ứng các bước sau:

- Bắt đầu cắt giảm phụ tải ở Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha.

- Cắt đường truyền AC với Pháp để hỗ trợ khôi phục hệ thống.

Do điện từ nguồn RCW tiếp tục tự ngắt, tần số hệ thống tiếp tục giảm và điện áp tiếp tục tăng.

Một nhà máy điện khí chu trình hỗn hợp ở miền Đông bị ngắt kết nối khi tần số xuống 49,5 Hz và điện áp lên 419,6 kV. Mất nhà máy này có nghĩa là mất điều khiển điện áp và quán tính hệ thống.

Khi tần số xuống 49,5 Hz hệ thống kích hoạt ngắt các nhà máy thủy điện tích năng. Đầu tiên là 2.000 MW thủy điện tích năng. Sau đó khi tần số xuống 49,3 Hz thêm 588 MW nữa bị ngắt. Phụ tải của các khách hàng công nghiệp kết nối thẳng vào lưới truyền tải bị ngắt khi tần số xuống 49 Hz.

Cắt giảm phụ tải lại gây ra tăng điện áp trên cả hệ thống, không riêng gì miền Nam, phía Ma Rốc cũng cắt đường kết nối do tần số quá thấp. Chỉ còn đường HVDC nối với Pháp hoạt động, nhưng lại đang xuất khẩu điện sang Pháp. Hệ thống điện của Tây Ban Nha và Bổ Đào Nha bị cắt khỏi lưới châu Âu, phụ tải tiếp tục bị ngắt, nhà máy điện tiếp tục bị ngắt, nhưng sự mất cân bằng vẫn còn trong hệ thống.

Khi tần số xuống 47,79 Hz, nhà máy điện hạt nhân đầu tiên bị ngắt. Chưa đầy 1 giây sau một nhà máy CCGT bị ngắt, rồi tiếp đến nhà máy điện hạt nhân thứ hai bị ngắt, ngay sau đó là hai tổ máy hạt nhân nữa và một nhà máy CCGT. Đường truyền HVDC với Pháp cũng bị ngắt sau đó.

Vào hồi 12h:33:24, hệ thống điện bán đảo Iberian của Tây Ban Nha bị sập. Lúc 12h:33:27,300 điện áp trên đường 400 kV chỉ còn 1 kV - đánh dấu thời điểm mất điện toàn bộ hệ thống.

Tóm lược các sự kiện xảy ra trên hệ thống:

Hệ thống điện được thiết kế để chịu được tình huống N-1, và ở mức độ nào đó là N-2. Để mất điện toàn bộ là phải xảy ra nhiều sự cố cùng một lúc trên hệ thống. Sau đây là liệt kê các sự cố xảy ra theo thứ tự, và một số đã có thể được xử lý theo kịch bản N-1.

1. Dao động cưỡng bức 0,6 Hz, có thể bắt đầu từ một nhà máy quang điện mặt trời ở tỉnh Badajoz khiến hệ thống phải kích hoạt hành động bảo vệ. (N-1).

2. Dao động tự nhiên 0,2 Hz kích hoạt hệ thống tiếp tục theo các quy trình bảo vệ. (N-2).

3. Các nhà máy thuộc Quy trình P.O.7.4 không hấp thụ được công suất phản kháng cần thiết. (N-3).

4. Sự biến động của các nguồn RCW khi điều chỉnh công suất ảnh hưởng đến điều khiển điện áp và nhiều nhà máy không thực hiện trách nhiệm của mình. (N-4).

5. Các nhà máy truyền thống được yêu cầu phát điện sau khi có dao động, đã không kịp phát điện.

6. Công suất bị mất trong lưới phân phối: Các nguồn <1MW và tự sản tự tiêu tổng công suất 435 MW trước 12h:32:57. (N-5).

7. Một biến áp đấu nguồn lên lưới ở Granada đã bị ngắt không phù hợp. (N-6).

8. Nhà máy điện mặt trời bị ngắt không phù hợp và một nhà máy điện mặt trời cũng bị ngắt ở Badajoz mà không có dữ liệu điểm kết nối. (N-7).

9. Nhà máy điện khác ở Badajoz bị ngắt không phù hợp, nối vào trạm biến áp khác. (N-8).

10. Ngắt ba nhà máy điện gió ở Segovia.

11. Ngắt một nhà máy điện gió và một nhà máy quang điện mặt trời ở Huelva.

12. Một nhà máy quang điện mặt trời ở Seville bị ngắt không phù hợp. (N-9).

13. Một nhà máy quang điện mặt trời ở Caceres bị ngắt không phù hợp. (N-10).

14. Một nhà máy quang điện mặt trời ở Badajoz nối vào trạm 220 kV bị ngắn.

15. Ngắt nhà máy điện khí CCGT ở Valencia. (N-11).

16. Cắt điện các nhà máy thủy điện tích năng và phụ tải do mất tần số càng làm tăng điện áp hệ thống.

17. HVDC làm việc ở chế độ cố định tiếp tục xuất khẩu 1.000 MW sang Pháp.

18. Ngắt nhà máy điện hạt nhân. (N-12).

Kết luận và bài học rút ra từ sự cố này:

Bài học rút ra từ sự cố này không chỉ bao gồm các vấn đề kỹ thuật, hay quy chuẩn kỹ thuật, mà cả về luật pháp cho quy tắc vận hành từng loại nhà máy. Hiện tại các bên vẫn đang thảo luận gay gắt về nguyên nhân chính và lỗi của trung tâm điều độ, của hệ thống truyền tải và của các nhà máy điện. Có điều chắc chắn là những bài học này không chỉ dành cho Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Pháp hay châu Âu, mà cần được rút kinh nghiệm trên toàn thế giới./.

ĐÀO NHẬT ĐÌNH - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

Red Electrica, “Blackout in Spanish Peninsular Electrical System the 28th of April 2025”, 18/6/2025. https://d1n1o4zeyfu21r.cloudfront.net/WEB_Incident_%2028A_SpanishPeninsularElectricalSystem_18june25.pdf