Triển vọng truyền tải điện UHVDC và hàm ý ứng dụng cho Việt Nam
06:47 | 15/07/2022
 Cải tiến hệ thống nguồn và lưới điện - Chìa khóa giúp chống biến đổi khí hậu Lưới điện thế kỷ 21 - công cụ hỗ trợ đắc lực cho sự tăng trưởng của ngành năng lượng nói chung và ngành điện nói riêng, giúp các quốc gia thực hiện tốt an ninh năng lượng và trở thành chìa khóa giúp giải quyết khủng hoảng biến đổi khí hậu. |
 Kinh nghiệm lập quy hoạch lưới điện thông minh cho các nước ASEAN Bài viết đề cập 10 câu hỏi khi lập quy hoạch lưới điện thông minh cho các nước Đông Nam Á theo tư vấn của Thủ trưởng các công ty điện lực ASEAN (HAPUA), ASEAN-RESP, GIZ và Siemens AG (Đức) nhằm thúc đẩy việc sử dụng công nghệ lưới điện thông minh (SG) trong bối cảnh năng lượng tái tạo ngày càng sôi động như hiện nay tại khu vực ASEAN. |
 Những công nghệ nào có thể hỗ trợ thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng? Quá trình chuyển đổi năng lượng là con đường hướng tới sự chuyển đổi ngành năng lượng từ nguồn gốc hóa thạch sang hệ thống năng lượng sạch, không carbon để hạn chế sự biến đổi khí hậu. Việc tăng cường sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo, cũng như sử dụng các công nghệ thông minh, hiệu quả trong sử dụng, truyền tải và phân phối điện đều là các giải pháp hữu hiệu phục vụ cho mục tiêu này. Hãy cùng chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam xem xét một số công nghệ giúp thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng dưới đây. |
Về dự án truyền tải điện UHVDC mới nhất của Trung Quốc:
Tân Hoa xã vừa trích dẫn nguồn tin của Công ty Lưới điện Quốc gia Giang Tô Trung Quốc (SGJEPC) cho hay: Dự án truyền tải điện một chiều siêu cao áp (UHVDC) 800 kilovolt Baihetan - Jiangsu đã hoàn thành (ngày 20/5/2022). Dự án truyền tải điện này dài 2.080 km, đã truyền thử nghiệm từ Thủy điện Bạch Hạc Than tại tỉnh Tứ Xuyên, phía Tây Nam Trung Quốc đến tỉnh Giang Tô vào cuối tháng 6/2022 vừa qua. Sau đó, chính thức đi vào hoạt động vào cuối năm nay, công suất truyền tải điện đạt 8.000 MW. Đây là dự án sử dụng nhiều công nghệ tiên tiến như: In 3D, máy bay không người lái và nhận dạng AI… trong công tác thiết kế, xây dựng và trong công tác quản lý vận hành để nâng cao chất lượng hiệu quả xây dựng, nâng cao hiệu quả truyền tải điện năng.
Dự án được khởi công cuối năm 2020 như một phần của chương trình truyền tải điện từ Tây sang Đông của Trung Quốc. Sau khi đi vào hoạt động, nó sẽ cung cấp hơn 30 tỷ kWh điện hàng năm, giúp giảm lượng khí thải CO2 hơn 25 triệu tấn mỗi năm. Dự án được xem là tiên phong cho xu hướng truyền tải điện xanh ở Trung Quốc để tăng cường năng lực sản xuất điện tái tạo. Nhiều dự án đường dây UHV sẽ được xây dựng ở các vùng Tây Bắc và Tây Nam trong giai đoạn 2021 - 2025, dự kiến tổng mức công suất truyền tải có thể lên tới 56.000 MW.
Ngoài dự án trên, Tập đoàn Lưới điện Quốc gia Trung Quốc (SGCC) còn sở hữu nhiều đường dây truyền tải điện điện siêu cao áp UHVDC khác, như đường dây Changji - Guquan, dài 3.324 km. Điểm khởi đầu là trạm Changji, huyện Changji Hui thuộc khu tự trị Xinjiang (Tân Cương) ở Tây Bắc đi qua các tỉnh Cam Túc, Thiểm Tây, Hà Nam, khu tự trị Ninh Hạ, kết thúc tại trạm chuyển đổi Guquan, thành phố Xuancheng, phía Đông nam tỉnh An Huy, miền Đông Trung Quốc.
Theo SGCC, mục đích của dự án là truyền tải điện từ phía Tây Bắc khu vực ít dân cư nhưng lại dư thừa điện sang phía Đông đông dân của Trung Quốc như: Bắc Kinh, Thượng Hải nhưng lại có ít nhà máy nhiệt và thủy điện. Ngoài ra, nó còn là động lực để thúc đẩy sự phát triển của khu vực kém phát triển ở Tây Bắc Trung Quốc, nhưng lại dư thừa năng lượng tái tạo và xa hơn là giảm tiêu thụ than của các nhà máy điện ở phía Đông Trung Quốc.
Truyền tải điện siêu cao áp (UHV) đã được ứng dụng ở Trung Quốc từ năm 2009 để truyền tải cả dòng điện xoay chiều (AC) lẫn dòng một chiều (DC) trên một khoảng cách xa. Việc mở rộng cả công suất AC và DC được tiếp tục để đáp ứng nhu cầu phát điện trong khi giảm thiểu tổn thất truyền tải.
Kể từ năm 2004, tiêu thụ điện ở Trung Quốc đã tăng với tốc độ chóng mặt để thỏa mãn cho các lĩnh vực công nghiệp. Tình trạng thiếu hụt nguồn cung nghiêm trọng trong năm 2005 đã ảnh hưởng đến hoạt động của nhiều công ty Trung Quốc.
Trung Quốc là quốc gia tiêu thụ điện lớn nhất thế giới. Năm 2021 Trung Quốc sản xuất 8.312 tỷ kWh điện, gấp 2 lần so với Mỹ cùng năm. Đến tháng 5/2021 công suất lắp đặt nguồn điện Trung Quốc cũng lớn nhất với 2.240 GW, gần gấp đôi công suất đặt 1.226 GW của Mỹ. Chỉ riêng công suất điện mặt trời năm 2021 đã hơn 306 GW, tăng 14% so với năm trước. Công suất nguồn điện mặt trời và điện gió hiện chiếm 18% tổng công suất nguồn toàn Trung Quốc.
Quyết định truyền tải UHVDC của Trung Quốc dựa trên thực tế là các nguồn năng lượng ở rất xa các trung tâm phụ tải. Phần lớn các nguồn thủy điện nằm ở phía Tây, và than ở phía Tây Bắc, nhưng phụ tải lớn lại ở phía Đông và Nam. Để giảm tổn thất truyền dẫn đến mức có thể quản lý được, truyền tải UHVDC là một lựa chọn hợp lý.
Như SGSS công bố tại Hội nghị Quốc tế về Truyền tải điện UHV năm 2009 ở Bắc Kinh: Trung Quốc sẽ đầu tư 600 tỷ NDT (khoảng 88 tỷ USD) vào việc phát triển UHV từ 2009 đến năm 2020. Lưới điện UHV sẽ hỗ trợ kế hoạch điện khí hóa và giảm phát thải carbon của Trung Quốc, và cho phép tích hợp năng lượng tái tạo bằng cách tháo gỡ nút thắt truyền tải hiện đang hạn chế việc mở rộng công suất phát điện từ gió và năng lượng mặt trời.
Tiềm năng của công nghệ UHVDC:
Công nghệ truyền tải điện siêu cao áp một chiều UHVDC (Ultra high voltage direct current) cho phép tạo ra các “siêu xa lộ” đưa lượng điện năng khổng lồ vượt qua những khoảng cách cực lớn. Điều mà lâu nay được xem là rào cản không nhỏ trong ngành điện, đặc biệt, nguồn năng lượng sạch, tái tạo dồi dào như thuỷ điện, điện gió hay điện mặt trời, khi nơi sản xuất điện lại ở cách xa nơi tiêu thụ…
Trước đây, đưa điện năng từ các nhà máy điện vượt qua khoảng cách trên 1.000 km vẫn là điều bất khả thi do tổn hao truyền tải là quá lớn và sự không ổn định của hệ thống. Nay nhờ UHVDC, mọi thứ đã trở nên thuận lợi hơn, thậm chí có thể tải đi xa tới trên 3.000 km như một số dự án mới đây tại Trung Quốc, Mỹ hay nhiều nơi khác đã minh chứng cho điều này. Tính đến nay, tại Trung Quốc đã xây dựng khoảng 34 tuyến đường truyền tải UHVDC và hiện có 5 dự án khác hiện đang trong giai đoạn xây dựng.
Tổn thất Ohmic, hay điện trở, đại diện cho phần lớn nhất của tổn thất trong quá trình truyền tải điện năng. Tổn hao Ohmic trong dây AC và DC có thể so sánh phụ thuộc vào các hằng số như đường kính dây, số lượng dây dẫn phân pha và điện áp danh định trong đường dây. Vì lý do kinh tế, các đường kính này có xu hướng giống nhau ở cả đường dây cao áp AC và DC - có nghĩa là tổn thất do điện trở trong dây gần như giống nhau trong thực tế.
Ngoài ra, còn giảm hiệu ứng bề mặt, một hiện tượng trong đó dòng điện trong đường dây AC phân bố xung quanh các bề mặt thiết diện dây dẫn, dẫn đến tăng tổn thất. Những tổn thất này có thể được giảm thiểu bằng kỹ thuật để góp phần giảm tổn thất rất ít từ truyền dẫn DC lên đến 1.000 km. Sự ưa thích đối với DC trên khoảng cách xa có thể được giải thích đơn giản bằng bước sóng của một đường truyền, theo công thức l=c/f, trong đó c là tốc độ ánh sáng và f là tần số. Đối với f=50 Hz, l~ 6.000 km.
Ở khoảng cách 6.000 km, dây dẫn là một bước sóng điện, có nghĩa, pha đã được dịch chuyển theo một chu kỳ duy nhất. Điều này thể hiện sự không ổn định về tín hiệu tiềm ẩn. Các kết nối AC cần phải ngắn về mặt điện, tốt nhất là nhỏ hơn 10% chiều dài này. Kết quả, với khoảng cách lớn hơn 500 km, và chắc chắn sau 800 km thường được coi là khoảng cách đạt điểm hòa vốn kinh tế, sẽ có lợi khi sử dụng kết nối DC vì dòng điện trong đường dây DC không có pha và do đó không có sự dịch chuyển pha.
Trên thực tế, vấn đề dịch chuyển pha rất phức tạp để khắc phục đến mức các công ty truyền tải điện thường chọn chuyển đổi sang HVDC để truyền dài giữa các lưới, thay vì đồng bộ pha giữa các lưới AC.
Hệ quả của lập luận về độ dài điện này là phần lớn của các kết nối dài, mang năng lượng tái tạo mà những người ủng hộ lưới điện thông minh hình dung sẽ là DC. Ví dụ tại Mỹ, vận chuyển năng lượng gió từ Great Plains về phía Đông, thủy điện từ Đông Bắc đến California, hoặc năng lượng mặt trời từ Mojave đến bất kỳ khu vực đô thị lớn nào bên ngoài Los Angeles và Las Vegas sẽ yêu cầu kết nối với giới hạn trên 500 km cho các vùng thiếu điện và liên quan đến nguồn điện một chiều. Các hạn chế liên quan đến pha tương tự cũng từng thấy ở lưới điện ở Trung Quốc, do đó việc áp dụng các đường dây HVDC để chuyển điện với khoảng cách lên 1.000 km từ phía Tây của đất nước đến phía Đông đông dân hơn của đất nước mang tính kinh tế. Tuy nhiên, để hiểu rõ tính cạnh tranh chi phí, cần phải đánh giá cụ thể khả năng tương thích của các nguồn tái tạo với lưới điện.
Để thấy lợi thế của công nghệ HVDC, Chính phủ Trung Quốc đã xây dựng 9 tuyến HVDC từ năm 2009 đến năm 2017, kết nối các nguồn năng lượng ở phía Tây Bắc (đặc biệt là các trang trại gió) với các trung tâm dân cư ở phía Đông. Kinh tế Trung Quốc có mức tăng trưởng đầy kịch tính dẫn đến tốc độ tăng trưởng tiêu thụ điện hằng năm ở mức hai con số liên tục. Tập đoàn SGCC đã đầu tư 57 tỷ USD vào các dự án điện cao thế (từ năm 2009 đến năm 2018), đưa Trung Quốc trở thành nước dẫn đầu toàn cầu trong việc triển khai hệ thống truyền tải HV, với khoảng 60% công suất thế giới.
Rất khó so sánh cụ thể tính kinh tế của công nghệ HVDC ở các nền kinh tế lớn như Mỹ với Trung Quốc, nhưng việc Trung Quốc quyết định triển khai xây dựng đường dây truyền tải UHVDC, nối vùng Tây Nam Trung Quốc giàu tiềm năng thuỷ điện với các trung tâm phụ tải của đất nước nằm cách 1.500 - 2.000 km về phía Đông đã phần nào khẳng định tính khả thi của công nghệ này, bởi nhu cầu nguồn năng lượng tái tạo tiếp tục tăng trưởng và xa hơn là đạt được mục tiêu trung hòa carbon vào giữa thế kỷ này, như đề ra.
Ưu điểm và tồn tại của công nghệ HVDC:
Công nghệ UHVDC nâng điện áp lên một bước đáng kể, từ mức HVDC tiêu chuẩn ±500 kV được sử dụng ở châu Á và đã được đưa vào áp dụng trên hai thập kỷ này, lên tới ±800 kV, đồng thời giảm tổn thất truyền tải từ mức điển hình là 10% xuống còn 7%. Tổn thất truyền tải này, tương đương 192 MW đối với đường dây công suất 6.400 MW, hay bằng 96 chiếc tua bin gió công suất 2 MW, khiến cho việc sản xuất điện tại những vùng xa xôi hẻo lánh ở Trung Quốc, Ấn Độ, Braxin và châu Phi trở nên khả thi hơn. Đó là những vùng có các nguồn thuỷ điện khổng lồ cho đến nay vẫn chưa khai thác hết.
Các nước chính được hưởng lợi từ công nghệ UHVDC sẽ là Trung Quốc và Ấn Độ, bởi các quốc gia này đang phải vật lộn để đảm bảo nguồn năng lượng tin cậy. Ấn Độ có kế hoạch trong 10 năm tới sẽ xây dựng 5 đường dây UHVDC, công suất truyền tải mỗi đường dây từ 6.000 đến 8.000 MW. Trung Quốc đang có kế hoạch trong 10 năm tới sẽ xây dựng mỗi năm một đường dây UHVDC, công suất mỗi đường dây từ 5.000 đến 6.400 MW. Ngoài ra, Braxin và các quốc gia vùng phía Nam châu Phi cũng có kế hoạch xây dựng các đường dây UHVDC 800 kV.
Về lợi thế, UHVDC tiết kiệm đáng kể tiền bạc, khoảng 30% so với công nghệ 500 kV một chiều, hoặc công nghệ 800 kV xoay chiều truyền thống. Sở dĩ tiết kiệm được như vậy là do giảm được tổn hao đường dây và từ đó tiết kiệm được cho trạm biến đổi điện và thiết bị đóng cắt điện xoay chiều liên quan. UHVDC giảm đáng kể nhu cầu về hành lang tuyến, khoảng một nửa so với các phương pháp truyền tải điện xoay chiều.
Chưa hết, đường dây DC có từ trường hầu như không dao động. Điều đó có nghĩa là đường dây HVDC dễ dàng đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt hơn về từ trường (<0,4 μT) được áp dụng ngày càng rộng rãi tại các thị trường phát triển.
Về mặt trái, hiện đang xuất hiện nhiều tranh cãi về việc liệu việc Tập đoàn Lưới điện Quốc gia Trung Quốc hay SGCC đề xuất xây dựng liệu có phải là chiến lược độc quyền, chống lại việc cải cách lưới điện hay không? Trước khi có Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu 2015, cần phải loại bỏ dần than, dầu và khí đốt, đã có tranh cãi về UHV kể từ năm 2004 khi SGCC đề xuất ý tưởng xây dựng UHV. Cuộc tranh cãi tập trung vào UHVAC trong khi ý tưởng xây dựng UHVDC đã được chấp nhận rộng rãi, tập trung vào bốn vấn đề dưới đây:
1/ Vấn đề an ninh và độ tin cậy: Với việc xây dựng ngày càng nhiều đường dây UHV, lưới điện trên toàn quốc được kết nối ngày càng sâu rộng. Nếu sự cố tai nạn trên một tuyến thì khó có thể hạn chế ảnh hưởng trong phạm vi nhỏ. Điều này có nghĩa, khả năng mất điện ngày càng cao, chưa kể nguy cơ bị tấn công khủng bố dễ dàng xảy ra.
2/ Vấn đề thị trường: Tất cả các đường truyền UHV khác trên thế giới hiện đang vận hành ở điện áp thấp hơn do không đủ cầu. Tiềm năng của việc truyền tải đường dài cần được nghiên cứu sâu hơn. Mặc dù phần lớn tài nguyên than nằm ở phía Tây Bắc, nhưng rất khó để xây dựng các nhà máy điện than ở đó, vì chúng cần một lượng nước lớn và đó là nguồn tài nguyên khan hiếm ở Tây Bắc Trung Quốc. Trong khi đó, cùng với sự phát triển kinh tế ở phía Đông Trung Quốc, nhu cầu về điện đã bùng nổ tại khu vực này.
3/ Các vấn đề về môi trường và hiệu quả: Một số chuyên gia cho rằng, các tuyến UHV sẽ không tiết kiệm được nhiều đất hơn so với việc xây dựng thêm các tuyến đường sắt để tăng cường vận chuyển than và phát điện tại vùng phụ tải. Một vấn đề khác là hiệu suất truyền tải. Sử dụng nhiệt và điện kết hợp ở đầu phía người dùng sẽ tiết kiệm năng lượng hơn so với sử dụng điện từ đường dây truyền tải khoảng cách xa.
4/ Vấn đề kinh tế: Tổng vốn đầu tư ước tính là 270 tỷ RMB (khoảng 40 tỷ USD), đắt hơn nhiều so với việc xây dựng một tuyến đường sắt mới để vận chuyển than. Vì thế UHV mang đến cơ hội truyền tải năng lượng tái tạo từ các khu vực xa xôi có nhiều tiềm năng về năng lượng gió và điện mặt trời. Ví dụ SGCC ước tính công suất tiềm năng cho năng lượng gió là 200 GW ở khu vực Tân Cương.
Tiềm năng ứng dụng công nghệ HVDC tại Việt Nam:
Theo báo cáo Triển vọng Năng lượng Việt Nam năm 2021 (EOR21): Với lộ trình tiến tới trung hòa carbon vào 2050, ngoài các dự án nhiệt điện than đã được cam kết trong Quy hoạch điện VII (điều chỉnh), sẽ không cần và không nên xây dựng thêm điện than mới, điện khí cũng cần cân nhắc với quy mô không lên quá 25 GW, thay vào đó là xu hướng gia tăng các nguồn điện thân thiện môi trường như: Điện gió, điện mặt trời, kết hợp với tăng cường lưới điện và các nguồn pin lưu trữ. Đồng thời EOR21 đề xuất sau năm 2030 cần xây dựng một số đường truyền tải một chiều HVDC từ các vùng có tiềm năng điện mặt trời và gió đến các trung tâm phụ tải (khoảng cách trên 600 km), với lưu ý việc lựa chọn cấp điện áp 500 kV, hay cao hơn sẽ được phân tích theo từng dự án cụ thể.
Đến thời điểm này, đang có rất nhiều nhà đầu tư đăng ký và tìm kiếm cơ hội đầu tư vào lĩnh vực phát triển nguồn điện tại Việt Nam. Theo thống kê, khối lượng đăng ký nguồn xây mới giai đoạn 2020 - 2030 đã lên đến 133 GW, trong đó điện gió 34 GW, điện mặt trời 30 GW và khí hóa lỏng (LNG) 40 GW.
Do các nguồn điện tại Việt Nam thường phân bổ tại các vị trí xa trung tâm phụ tải, quy mô đăng ký nguồn điện tại một số tiểu vùng khá lớn với nhiều loại nguồn điện khác nhau, dẫn tới xuất hiện nhiều tổ hợp phát triển nguồn, tương ứng với mỗi kịch bản nguồn là các phương án truyền tải.
Chương trình phát triển nguồn điện của Quy hoạch điện VIII vẫn đang hiệu chỉnh những điểm cuối cùng, chờ Thủ tướng phê duyệt. Do đó, phương án truyền tải liên vùng, liên miền vẫn đang còn các yếu tố mở.
Với giả thiết đầu vào tính toán bối cảnh Việt Nam, khoảng cách càng lớn (trên 400 km), chi phí đầu tư cho hệ thống HVDC càng thấp, có thể thấp hơn đến 32 - 38% chi phí HVAC ở khoảng cách 2.000 km.
Về tổn thất truyền tải, nếu cùng số mạch thì hệ thống HVDC sẽ có tổn thất thấp hơn. Tuy nhiên, khi nhìn nhận dưới góc độ tổng công suất và khoảng cách truyền tải (số mạch đường dây AC nhiều hơn DC), nếu khai thác hiệu quả đường dây AC bằng cách đặt bù dọc và bù ngang hợp lý thì tổn thất truyền tải của 2 hệ thống HVDC và HVAC là tương đương nhau. Nếu tính toán chi phí hiện đại hóa sau 40 năm vận hành thì hệ thống HVDC có chi phí thấp hơn đáng kể (từ 12 đến 26%) khi khoảng cách truyền tải trên 400 km và công suất truyền tải trên 2.000 MW.
Một ưu điểm nữa không thể bỏ qua đối với UHVDC, đó là nhờ giảm đáng kể nhu cầu về hành lang tuyến, do hành lang có thể giảm xuống chưa bằng một nửa so với các phương pháp truyền tải điện thay thế. Với UHVDC, chiều rộng của tuyến đường dây (tức là hành lang truyền tải) là nhỏ nhất. Để truyền dẫn cùng một công suất, các phương pháp truyền tải truyền thống sẽ yêu cầu từ hai đường dây (ba pha) trở lên, hành lang truyền tải sẽ rộng hơn rất nhiều. Vì vậy, trong bối cảnh việc bồi thường giải phóng mặt bằng là một vấn đề nan giải hiện nay (cả về tiến độ, chi phí bồi thường) và các thủ tục về chuyển đổi mục đích sử dụng đất rừng rất phức tạp trong điều kiện yếu tố ảnh hưởng môi trường đang ngày càng coi trọng, thì việc tiết kiệm diện tích chiếm đất hành lang của UHVDC là một điểm cộng quan trọng trong xem xét đầu tư UHVDC ở Việt Nam.
Việc lựa chọn công nghệ truyền tải điện HVDC hay HVAC phụ thuộc rất nhiều vào mục tiêu phát triển năng lượng và triết lý phát triển nguồn điện tại Việt Nam. HVDC là một công nghệ mới mẻ tại Việt Nam, cần nhiều thời gian để nghiên cứu phát triển, xây dựng hệ thống tiêu chuẩn và các quy định chuyên ngành.
Do đó, việc quyết định sử dụng công nghệ HVDC cần được đưa ra trong một lộ trình phát triển ổn định đối với việc theo đuổi các mục tiêu phát triển năng lượng của Chính phủ và sự kiên định trong chiến lược phát triển nguồn điện. Đặc biệt, hệ thống truyền tải HVDC nếu được xây dựng không chỉ giúp đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia mà còn nâng tầm trình độ khoa học và công nghệ trong lĩnh vực truyền tải điện của Việt Nam./.
KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM
(THEO: EAC/NREC/CCN/LSE/VV - 7/2022)
Link tham khảo:
2/ https://www.nrec.com/en/index.php/about/newsInfo/52.html
3/ http://www.chinatoday.com.cn/ctenglish/2018/ln/202102/t20210226_800237464.html
Copy link
Có thể bạn quan tâm
Các bài mới đăng
Các bài đã đăng
[Xem thêm]Xem nhiều nhất
