Ứng dụng vật liệu và công nghệ mới cho đường dây cao áp trên không

Chậm ban hành Kế hoạch thực hiện Quy hoạch điện VIII - Nguyên nhân, hệ lụy và giải pháp Quy hoạch điện VIII đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 15/5/2023 tại Quyết định số 500/QĐ-TTg. Tuy nhiên, cho đến nay (sau 10 tháng), Chính phủ vẫn chưa ban hành Kế hoạch thực hiện Quy hoạch. Việc chậm trễ này sẽ gây ra những hệ lụy cho an ninh cung cấp điện của nước ta trong thời gian sắp tới. Dưới đây là một số phân tích, đánh giá và đề xuất giải pháp của Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Kỹ thuật mới tạo ra các giải pháp tiếp cận mới cho đường dây trên không (OHL):

Đường dây trên không (OHL) đóng vai trò quan trọng trong ngành điện lực. Đây là phương pháp truyền tải lâu đời nhất và cho đến ngày nay được sử dụng phổ biến nhất trên toàn thế giới để truyền tải điện, đặc biệt là truyền tải lượng điện lớn và trên khoảng cách xa trên đất liền. Đường dây điện áp cao hơn có thể vượt quá chiều dài tuyến đường 1.000 km để truyền tải ở dòng điện xoay chiều (HVAC), hoặc dòng điện một chiều (HVDC) lên đến điện áp 1.150 kV.

Ngày càng có nhiều nguồn năng lượng tái tạo cần được tích hợp vào lưới truyền tải hiện có. Ngoài ra, do quá trình tự do hóa thị trường điện những năm gần đây nên nhu cầu sản xuất và tiêu thụ điện cũng có sự thay đổi. Việc kinh doanh đường dây truyền tải đã trở nên khó khăn hơn, tuy nhiên, các kỹ thuật mới cho phép đưa ra các giải pháp và cách tiếp cận mới. Trong số đó có:

- Xây dựng các đường dây trên không mới với các kỹ thuật, thiết kế và phương pháp tiếp cận mới.

- Thay đổi các thành phần trên đường dây hiện có (ví dụ các dây dẫn khác có công suất dòng điện cao hơn).

- Tăng điện áp đường dây trên đường dây hiện có (ví dụ từ 220 kV lên 400 kV), hoặc thay đổi từ AC sang DC.

- Ứng dụng hệ thống xếp hạng đường dây động trên các đường dây hiện có.

Độ tin cậy lâu dài, tuổi thọ dài, hiệu quả chi phí và xem xét các khía cạnh môi trường là cần thiết cho đường dây trên không. Những cách tiếp cận, vật liệu, phương pháp và thiết kế hiện đại giúp đáp ứng những yêu cầu này.

Công nghệ và vật liệu mới cho OHL:

Những tiến bộ gần đây về vật liệu, công nghệ mới cung cấp cho các công ty truyền tải và đơn vị vận hành nhiều lựa chọn để có thiết kế tốt hơn, vận hành và bảo trì OHL hiệu quả hơn.

Dây dẫn nhiệt độ cao - độ võng thấp (HTLS) được làm bằng hợp kim đặc biệt và có thể sử dụng ở nhiệt độ lên tới 210°C. Những dây dẫn như vậy có thể mang nhiều điện hơn những dây dẫn tiêu chuẩn có nhiệt độ cho phép từ 80 - 90°C. Các vật liệu mới hạn chế độ võng và lực kéo dây dẫn để ngăn chặn sự điều chỉnh, hoặc thay thế bằng các tháp cao hơn. Dây dẫn HTLS được sử dụng để nâng cấp các đường dây hiện có, cũng như cho các đường dây mới. Chúng thường được “thiết kế riêng” cho một dự án và mỗi dự án phải được điều tra theo từng trường hợp cụ thể. Hình ảnh thể hiện mối tương quan giữa dòng điện (Amperes) và nhiệt độ dây dẫn. Nhiệt độ càng cao thì Ampe có thể mang theo điện càng nhiều, nhưng tổn thất cũng cao hơn.

Xếp hạng đường dây động (DLR) cho biết nhiệt độ thực tế của dây dẫn và các thông số môi trường thực tế để tính toán tải điện tối đa cho phép tại thời điểm này. Nguyên tắc là: Nhiệt độ môi trường càng cao - tải điện cho phép càng thấp; tốc độ gió càng cao - tải điện cho phép càng cao. Điều kiện tối ưu cho khả năng mang dòng điện cao của OHL là những đêm mùa đông lạnh giá (không có bức xạ mặt trời) và gió ở tốc độ cao vuông góc với hướng đường dây.

Hiện có một số hệ thống dành cho DLR, sử dụng cảm biến nhiệt gắn trực tiếp trên dây dẫn, hoặc cảm biến để kéo dây dẫn, hoặc phương pháp tính toán từ dữ liệu môi trường, hoặc đo tần số rung của dây dẫn v.v... Ưu điểm là khoản đầu tư khá nhỏ cho đường dây hiện có. Một số điều kiện tiên quyết phải được lưu giữ và kiểm tra trước khi giới thiệu DLR:

- Khoảng trống đối với mặt đất, tòa nhà, chướng ngại vật.

- Nhiệt độ dây dẫn tối đa cho phép (khía cạnh cơ học).

- Thiết bị trong trạm biến áp phải được chuẩn bị cho dòng điện cao hơn.

- Xem xét lưu lượng tải của lưới điện.

- Điều kiện pháp lý (sự cho phép) để chạy đường dây với dòng điện mong muốn.

Việc chuyển đổi đường dây AC hiện có thành DC có thể tăng cường độ mang tải của nó. Việc điều chỉnh trên đường dây sẽ trở nên cần thiết và các trạm chuyển đổi AC/DC và DC/AC ở hai đầu đường dây phải được xây dựng. Việc chuyển đổi AC sang DC như vậy ngày nay không phổ biến, nhưng là một lựa chọn cho tương lai. Những nỗ lực và chi phí phải được cân bằng với những lợi ích đạt được.

Việc tăng cường sử dụng các đường dây trên không DC điện áp cao và cực cao là một giải pháp để truyền tải lượng lớn năng lượng trên khoảng cách xa (thường vượt quá 600 km). Các dự án và ý tưởng trên toàn thế giới tồn tại để vận chuyển hàng trăm GW trên vài nghìn km trong tương lai. Khái niệm về “Kết nối toàn cầu” dựa trên các công nghệ như vậy.

Các khía cạnh môi trường và bảo trì của OHL:

Tác động trực quan thường là lý do phản đối OHL mới và hiện có. Thiết kế cột điện mới có thể giúp khắc phục vấn đề này. Cấu hình cột tiêu chuẩn điển hình đã được phát triển qua nhiều thập kỷ ở tất cả các quốc gia, được tối ưu hóa về mặt vật liệu, tình hình môi trường địa phương, vận chuyển, lắp dựng, bảo trì, chi phí, tuổi thọ, quy tắc và tiêu chuẩn quốc gia, hình thức bên ngoài. Nhiều công ty điện lực đã bắt đầu cân nhắc thiết kế cột mới để có được, hoặc tăng cường sự chấp nhận đối với OHL mới. Nhiều trong số đó là các giải cột đơn thân, một số thậm chí còn có chức năng thu hút sự chú ý. Ngày càng có nhiều ví dụ về thiết kế cột mới được sử dụng trên khoảng cách xa hơn và một số trong số đó đã đạt đến trạng thái thiết kế cột tiêu chuẩn mới cho một số chủ sở hữu đường dây nhất định như ở Đan Mạch và Hà Lan.

Một cách khác để được chấp nhận là “ẩn” OHL ở bất cứ nơi nào cảnh quan cho phép điều này hoặc ngụy trang đường dây bằng lớp phủ thích hợp của cột và thậm chí cả dây dẫn.

Tiếng ồn có thể nghe được từ OHL trong điều kiện thời tiết không thuận lợi. Hiện có các phương pháp để giảm thiểu điều này, trong số đó có nhiều dây dẫn phụ, sắp xếp pha, bố trí dây dẫn và xử lý bề mặt dây dẫn.

Đường dây trên không tạo ra điện trường và từ trường (EMF). Điện trường phụ thuộc vào điện áp dây, từ trường phụ thuộc vào dòng điện thực tế chạy qua dây dẫn. Cả hai đều có thể được giảm thiểu trong quá trình thiết kế OHL bằng cách sắp xếp giai đoạn và quyết định lộ trình. Giá trị cho phép của chúng được xác định trong các quy định quốc tế và quốc gia.

Việc bảo trì bằng robot trong đánh giá và bảo trì OHL ngày càng trở nên phổ biến tại nhiều quốc gia và công ty điện lực. Những robot như vậy có thể kiểm tra dây dẫn, chất cách điện và có thể leo lên các công trình. Chúng hỗ trợ các nhà quản lý công trình trong việc đánh giá thiệt hại, thời hạn sử dụng và là công cụ có giá trị để đánh giá thiệt hại. Robot treo dây được thiết kế để thực hiện kiểm tra trực quan dây dẫn. Chúng có thể phát hiện và xác định vị trí các vết ăn mòn và dây lõi thép bị đứt, đo mặt cắt ngang còn lại của dây thép, cũng như sửa chữa tạm thời các bộ phận. Máy bay không người lái là loại trực thăng chụp hình ảnh khi bay gần đường dây truyền tải.

Ngoài ra, chúng có thể chụp ảnh phổ hồng ngoại và tia cực tím từ chất cách điện, dây dẫn, đồng thời có thể phát hiện các điểm nóng do ô nhiễm và vầng quang điện. Robot trên mặt đất được thiết kế để thu thập, cũng như điều khiển từ xa các dây dẫn mang điện và thực hiện các nhiệm vụ vượt xa khả năng của con người (xét từ góc độ ứng suất cơ và điện). Công nghệ này có thể được sử dụng cho công việc cấu trúc đường dây trực tiếp. Chẳng hạn như sửa chữa và thay thế chất cách điện. Một lợi thế lớn là giảm thời gian cần thiết. Các loại Robot khác là chuyên biệt (kiểm tra chất cách điện và làm sạch chất cách điện)./.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Link tham khảo: https://www.cigre.org/article/new-technologies-materials-and-approaches-for-overhead-lines