Hầu hết năng lượng sử dụng trong hệ thống điện đều bị lãng phí trước khi đến tay hộ tiêu thụ (Ảnh st)
Trong nỗ lực thúc đẩy hiệu quả hệ thống, các tuabin khí tiên tiến đang đạt đến giới hạn của nhiệt động lực học. Hiện nay, sự chú ý đang tập trung vào hệ thống truyền tải và phân phối. Người ta từ lâu đã chấp nhận tổn thất là một hạn chế của vật lý, nhưng các phương pháp mới đối với lưới điện đang mở ra các tuyến đường thay thế để cải thiện hiệu quả.
Trong nỗ lực hướng tới chuyển dịch sang năng lượng sạch, hiệu suất năng lượng có lẽ là yếu tố đóng góp tiềm năng lớn hơn tất cả các yếu tố khác cộng lại. Hầu hết năng lượng sử dụng trong hệ thống điện đều bị lãng phí trước khi đến tay hộ tiêu thụ. Cho đến nay, phần lớn trọng tâm về hiệu suất năng lượng đều tập trung vào việc phát và tiêu thụ điện. Nhưng hiện nay, người ta chú ý nhiều hơn đến chuyển dịch và hệ thống phân phối, nơi mà rất nhiều tổn thất năng lượng đang xảy ra.
Một nền kinh tế tiên tiến thường sẽ chứng kiến tổn thất T&D khoảng 5 đến 7% (Ảnh st)
Do mạng lưới truyền tải và phân phối tạo thành từ các loại cáp kim loại thông thường có điện trở nên tổn thất là không thể tránh khỏi. Những tổn thất này xuất phát từ việc tạo ra nhiệt trong cáp, nhưng cũng xuất hiện ở mọi giai đoạn của quá trình truyền tải bao gồm tổn thất chuyển đổi trong máy biến áp và tụ điện. Một nền kinh tế tiên tiến thường sẽ chứng kiến tổn thất T&D khoảng 5 đến 7%, mặc dù những tổn thất này khác nhau rất nhiều giữa các quốc gia. Theo Ngân hàng Thế giới, Singapore ghi nhận tổn thất T&D khoảng 2% trong khi Mỹ lên tới 6%. Có rất nhiều yếu tố tác động, nhưng sự ra đời của công nghệ HVDC đã cải thiện hiệu suất lưới điện.
Ngoài ra, việc triển khai HVDC rộng rãi hơn xảy ra đồng thời với việc tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo. Nguyên nhân chủ yếu là do các nguồn năng lượng tái tạo tốt nhất thường không nằm gần các trung tâm phụ tải và do đó phải truyền tải đi xa từ nơi sản xuất đến địa điểm nhu cầu. Do tổn thất truyền tải là một hàm số của khoảng cách truyền tải, nên chi phí vốn tăng cao của HVDC đòi hỏi các trạm biến tần ở mỗi đầu của mạch liên kết bù đắp nhiều hơn bởi mức tăng hiệu suất. Tùy thuộc vào cấp điện áp, tổn thất HVDC là khoảng 3,5% trên 1.000km so với khoảng 6,7% trên 1.000km đối với các đường dây AC ở cùng điện áp.
Bên cạnh HVDC, các phương pháp công nghệ khác đối với dây dẫn cũng có thể giảm tổn thất. Ví dụ, bằng cách sử dụng cáp hiệu suất cao, điện trở thấp và độ dẫn điện cao mang lại những cải tiến so với cáp đồng thông thường — như là dây dẫn hợp kim nhôm gia cường (ACAR), dây dẫn nhôm gia cường thép (ACSR) hoặc dây dẫn chịu nhiệt độ cao, độ võng thấp (HTLS) như việc phát triển gần đây hơn của cáp sợi cacbon composite.
Ngoài việc tối ưu hóa thông qua việc lựa chọn dây dẫn, việc lựa chọn cấp điện áp tốt nhất cho từng dây dẫn theo nhu cầu, khoảng cách và công suất của mạng lưới điện cũng có thể giảm tổn thất.
Tất cả các yếu tố này có thể cùng nhau giảm tổn thất truyền tải bằng cách tối đa hóa hiệu quả của tài sản vật chất, đồng thời cũng có thể sử dụng một số kỹ thuật vận hành bổ sung để giảm thiểu tổn thất.
Với việc thu thập và phân tích dữ liệu theo thời gian thực, có thể triển khai công nghệ lưới điện thông minh để giúp giảm tổn thất truyền tải và tăng hiệu suất. Ví dụ, các kỹ thuật như quản lý nhu cầu tốt hơn, điều chỉnh điện áp và tần số hiệu quả hơn để giảm thiểu sóng hài gây tổn thất, hoặc phát hiện và cách ly chạm chập để ngăn ngừa sự cố liên hoàn đều có thể tối đa hóa tính năng lưới điện và bằng cách đó giảm tổn thất mạng lưới điện.
Các phương pháp khác để nâng cao hiệu suất hệ thống bao gồm các thay đổi về cấu trúc điều tiết có thể cho phép tối đa hóa đầy đủ các tài sản. Công suất lưới điện và năng lực truyền tải của bất kỳ đường dây cụ thể nào thường được tính toán dựa trên các lề bảo toàn và kịch bản xấu nhất có thể xảy ra. Do khả năng truyền tải tối đa của dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, nên điều kiện thời tiết xung quanh có thể gây ra sự thay đổi đáng kể về công suất tối đa. Nhiệt độ không khí, tốc độ gió và hướng gió, tất cả đều có thể có tác động.
Nhiều công ty điện lực sử dụng nhiệt độ trung bình theo mùa để thiết lập thông số danh định của đường dây truyền tải nhằm đảm bảo công suất trên mạng lưới điện.
Vào các giờ ban ngày, các nhà điều hành hệ thống độc lập, các tổ chức truyền tải khu vực và chủ sở hữu truyền tải phải áp dụng các thông số danh định theo giờ, và mặc dù việc tính toán không thường xuyên như vậy vào ban đêm, nhưng các phép đo này giúp cung cấp thông số danh định công suất theo thời gian thực chính xác hơn.
Bằng cách xác định chính xác hơn công suất thông số danh định đường dây, thường có thể truyền tải nhiều điện hơn qua mạng lưới điện. Điều này làm tăng độ dẻo dai của mạng lưới điện và cũng có thể giảm chi phí cho hộ tiêu thụ.
Với áp lực phải tiết kiệm năng lượng ở bất cứ nơi nào có thể, hiển nhiên là từ khâu phát điện đến khâu sử dụng cuối cùng, hiệu quả sẽ cải thiện đáng kể. Ngay cả trong hệ thống truyền tải và phân phối, những thay đổi tương đối đơn giản, chi phí thấp cũng có thể cải thiện đáng kể chi phí kinh tế và môi trường của việc cung cấp điện cho quốc gia.
Biên dịch: Chu Hải Yến
Theo “T&D world”, số tháng 7/2024