Quán tính lưới điện: Tốt hay xấu?

Vai trò của quán tính vẫn là một câu hỏi thiết kế cốt lõi đối với các nhà vận hành lưới điện (Ảnh st)

Sự cố mất điện lớn ở châu Âu vào tháng 4 năm 2025 đã làm nổi bật những thách thức với các nguồn lực dựa trên bộ nghịch lưu và quán tính lưới điện, nhấn mạnh nhu cầu lập mô hình và kiểm soát tốt hơn các hệ thống điện hiện đại.

Vụ mất điện diện rộng ở Tây Ban Nha vào cuối tháng 4/2025 (Ảnh st)

Vào cuối tháng 4/2025, một vụ mất điện diện rộng đã quét qua nhiều khu vực ở châu Âu, tập trung ở Tây Ban Nha. Mặc dù các phương tiện truyền thông ban đầu tập trung vào việc thiếu quán tính, chính phủ Tây Ban Nha sau đó đã làm rõ rằng các vấn đề chính liên quan đến khả năng hiển thị và kiểm soát các nguồn lực dựa trên các bộ nghịch lưu. Báo cáo cuối cùng với phân tích chi tiết vẫn đang chờ xử lý, do đó nguyên nhân gốc rễ thực sự vẫn chưa được biết. Dù vậy, vai trò của quán tính, bao gồm quán tính tự nhiên và quán tính tổng hợp, vẫn là một câu hỏi thiết kế cốt lõi đối với các nhà vận hành lưới điện.

Quán tính là một thuật ngữ mà tất cả các kỹ sư đều học trong chương trình Nhập môn Kỹ thuật. Giống như ma sát, quán tính là một khái niệm mà các kỹ sư thường có thể giải thích cho những người không phải là kỹ sư. Nhưng việc định lượng quán tính cần thiết để giữ cho lưới điện ổn định lại là một vấn đề khác. Ngay cả trong giới kỹ sư nghiên cứu về nó, vẫn còn nhiều tranh cãi về cách tính toán các giá trị này, đặc biệt là khi các nguồn năng lượng mới như bộ nghịch lưu tạo lưới được đưa vào sử dụng. Hiện có nhiều mô hình khác nhau để tính toán các giá trị, và một số bài báo phản biện khoa học đưa ra các câu trả lời khác nhau cho những vấn đề đó.

Vậy tại sao lại đổ lỗi cho việc thiếu quán tính? Khoảng 70% sản lượng điện đến từ các nguồn điện sử dụng bộ nghịch lưu (IBR), vốn có quán tính thấp hơn so với các máy phát điện đồng bộ. Hơn nữa, hầu hết sản lượng điện đồng bộ đều ngừng hoạt động vào ngày xuân ấm áp đó.

Những gì truyền thông bỏ sót là các dạng quán tính khác - động cơ phụ tải, thủy điện tích năng và thậm chí cả bản thân các IBR. Những điều này thường bị bỏ qua. Mặc dù chúng ta không có bức tranh dữ liệu đầy đủ, một số trích đoạn gợi ý:

1. Phụ tải đang giảm xuống trong giờ ăn trưa
2. Sản lượng điện mặt trời đạt kỷ lục năm 2025 ngay trước sự kiện
3. Điện áp lưới điện được báo cáo là cao vào thời điểm đó

Một báo động gần đây của Tập đoàn Độ tin cậy điện Bắc Mỹ (NERC) cho thấy rõ: chúng ta vẫn còn thiếu các mô hình lưới điện chính xác. Khi thiết kế lại lưới điện, chúng ta cần hiểu rõ đặc tính quá độ và động lực của từng nguồn điện, cũng như các tác động của chúng, bao gồm cả quán tính. Liệu máy bù đồng bộ và các sơ đồ bảo vệ mới có phải là một phần của tương lai không? Chúng ta có thể khai thác bao nhiêu quán tính tổng hợp từ các bộ nghịch lưu tích trữ và tạo lưới? Liệu chúng ta có thể tắt quán tính khi cần thiết không và khi nào là thời điểm đó? Chúng ta sẽ cần những bộ điều khiển tốc độ cao nào? Liệu có nên dành 10% trong toàn bộ sản lượng điện cho phản ứng tần số sơ cấp? Liệu các nhà vận hành có thể điều chỉnh nguồn điện từ các nhà máy công suất 1kW đến nhiều gigawatt theo thời gian thực không?

Đã có tám vụ mất điện trên toàn cầu vào năm 2025. Việc sửa chữa các mô hình và hiểu rõ những động lực này là rất quan trọng đối với sự ổn định của lưới điện trong tương lai.

Những phát hiện ban đầu

Tháng 6 năm 2025, chính phủ Tây Ban Nha báo cáo rằng mặc dù điện mặt trời không phải là nguyên nhân gốc rễ, nhưng nó là một tác nhân đóng góp chính - đặc biệt là do các vấn đề về kết nối, kiểm soát và khả năng hiển thị.

Cuộc điều tra của ENTSO-E (Mạng lưới các Nhà điều hành Hệ thống Truyền tải Điện Châu Âu) vẫn đang được tiến hành, nhưng báo cáo của Tây Ban Nha gợi ý rằng một số hành động khẩn cấp cho Bắc Mỹ:

1. Hiển thị hoàn toàn hệ thống: Tất cả các kết nối phải hiển thị với các DSO hoặc các TSO theo thời gian thực.
2. Mô hình hóa động: Chủ sở hữu/người lắp đặt phải cung cấp các mô hình hệ thống động và tạm thời. Các nhà sản xuất bộ nghịch lưu phải cung cấp mô hình cho người vận hành.
3. Kiểm soát của nhà vận hành: các DSO/các TSO phải có khả năng cắt giảm sản lượng điện và thay đổi một cách trực tiếp các góc công suất.
4. Các quy tắc bao quát: Áp dụng cho tất cả, bao gồm cả tích trữ, điện gió và các hệ thống hạn chế hoặc không phát công suất lên lưới.
5. Phê duyệt trước các thay đổi: Việc cập nhật các thành phần tác dụng phải được phê duyệt kèm theo các mô hình đã cập nhật.
6. Các tiêu chuẩn vượt qua và các tiêu chuẩn rơle: Tất cả các hệ thống đều phải có rơle cấp điện lực và năng lực vượt qua, với thời gian xuất tín hiệu không chủ ý <2 giây.
7. Trách nhiệm giải trình: Hệ thống phải phản hồi lệnh điều khiển - nếu không chủ sở hữu sẽ phải chịu trách nhiệm.
8. Phản ứng tần số: Tất cả các hệ thống phải hỗ trợ phản ứng tần số chính.

Các biện pháp này nghe qua có thể khắt khe - nhưng nếu chúng ta thực sự nghiêm túc với mục tiêu lưới điện không cacbon, thì đó không phải là tùy chọn. Chúng là thiết yếu.

Biên dịch: Chu Hải Yến

Theo “Utilitydive”, số tháng 6/2025