Đăng ký thành viên

Lưới điện cần hiện đại hóa từ các mạng lưới điện phân phối sang hệ thống truyền tải điện công suất lớn (Ảnh st)

Có rất nhiều công việc đang được thực hiện trên hệ thống cấp điện để giúp thế giới chuyển dịch từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng sạch. Lưới điện cần hiện đại hóa từ các mạng lưới điện phân phối tới các hệ thống truyền tải điện công suất lớn. Trên toàn thế giới, các công ty điện lực đã đưa ra những đề xuất thiết lập các hành lang truyền tải, tân trang đường dây phân phối và tăng công suất hệ thống tổng thể. Làm trầm trọng thêm những thách thức này là nhu cầu điện gia tăng trên toàn thế giới, trong khi hệ thống truyền tải điện công suất lớn đang lão hóa.

Hệ thống cung cấp điện dẫn đầu danh sách cơ sở hạ tầng đang lão hóa. Hệ thống này là mục tiêu chính cần đại tu và nâng cấp. Năm 2023, IEA (Cơ quan Năng lượng Quốc tế) đã công bố một báo cáo có tiêu đề “Lưới điện và Chuyển dịch Năng lượng An toàn”. Báo cáo đã gây sốc cho độc giả khi tuyên bố rằng thế giới cần bổ sung hoặc tân trang hơn 80 triệu kilômét đường dây truyền tải vào năm 2040 để đạt các mục tiêu khử cacbon. “Con số này tương đương với toàn bộ lưới điện toàn cầu hiện có.”

Chỉ nghĩ đến việc xây dựng hoặc tân trang hàng nghìn kilômét đường dây truyền tải cũng có thể là một trách nhiệm đáng sợ. Nghiên cứu của IEA không phải là báo cáo thu hút sự chú ý duy nhất gần đây về sự cần thiết phải cải thiện độ bền của các hệ thống truyền tải điện công suất lớn trên thế giới. Mỗi nghiên cứu đều có cách tiếp cận hơi khác nhau nhưng vẫn đưa ra kết luận gần giống nhau. Cần phải làm gì đó với toàn bộ hệ thống truyền tải điện công suất lớn và phải thực hiện nhanh chóng. Mục tiêu năm 2040 của IEA đã vấp phải sự hoài nghi từ phía các công ty điện lực, các ISO (Các cơ quan vận hành hệ thống điện độc lập) và các RTO (Các tổ chức truyền tải khu vực).

Sẽ thật tuyệt vời nếu có một công nghệ có thể tăng công suất truyền tải và hiện đại hóa cơ sở hạ tầng truyền tải cùng một lúc (Ảnh st)

Họ hiểu rằng xây dựng một dự án truyền tải điện cao áp quy mô lớn có thể mất hơn 10 năm. Hãy tưởng tượng tác động mà nhiều dự án truyền tải điện quy mô lớn diễn ra đồng thời trên toàn thế giới sẽ gây ra với ngành công nghiệp. Chỉ riêng các vấn đề về chuỗi cung ứng đã là không thể vượt qua, chưa kể đến chi phí của chúng. Sẽ thật tuyệt vời nếu có một công nghệ có thể tăng công suất truyền tải và hiện đại hóa cơ sở hạ tầng truyền tải cùng một lúc.

Công suất truyền tải

Các dây dẫn hiện đại đã phát triển để đạt công suất tối đa với độ võng thấp nhất và độ bền kéo cao nhất (Ảnh st)

Các dây dẫn hiện đại đã phát triển để đạt công suất tối đa với độ võng thấp nhất và độ bền kéo cao nhất. Đây là công nghệ dây dẫn tiên tiến nhưng bao gồm nhiều ứng dụng. Phần thú vị nhất trong cuộc thảo luận này là phần dây dẫn trên không. Chúng đang thu hút sự quan tâm của ngành cung cấp điện cho cả các dự án xây dựng mới và thay dây điện mới. Vì tốc độ là yếu tố cần cân nhắc hàng đầu, chúng ta hãy tập trung vào việc thay dây mới cho các đường dây truyền tải hiện có.

Vài tháng trước, FERC (Ủy ban Điều tiết Năng lượng Liên bang) đã ban hành Lệnh số 1920, “Xây dựng tương lai thông qua lập kế hoạch truyền tải điện khu vực và phân bổ chi phí”. Lệnh số 1920 giải quyết nhiều vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến lưới điện truyền tải. Về cơ bản, Lệnh 1920 dài khoảng 1.300 trang này bàn về các biện pháp khắc phục điều mà FERC cho là thiếu sót trong các quy trình hiện tại khi nói đến việc lập kế hoạch, xây dựng và thanh toán cho các công trình truyền tải cần thiết cho hiện tại và tương lai.

Một trong những cải cách thú vị hơn là công nghệ truyền tải thay thế. Các nhà cung cấp phải đưa những công nghệ này vào khi đánh giá các cơ sở truyền tải khu vực mới và nâng cấp các cơ sở hiện có. Theo định nghĩa, các ISO và các RTO là các nhà cung cấp và không bao gồm các công ty điện lực. Thậm chí các nhà cung cấp phải giải thích tại sao hoặc tại sao không đưa những công nghệ này vào các công trình truyền tải đã chọn.

Khoa học vật liệu hiện đại 

Lệnh số 1920 cũng đề cập đến các nâng cấp bao gồm việc thay dây mới cho đường dây truyền tải có sẵn. Về mặt logic, các dây dẫn tiên tiến phải là lựa chọn hàng đầu khi nói đến việc nâng cấp các công trình truyền tải. Các dây dẫn tiên tiến hiện đại phát huy lợi thế của những cải tiến mới nhất để tăng lượng công suất mà chúng có thể đưa ra thị trường. FERC cho biết các dây dẫn tiên tiến bao gồm, nhưng không giới hạn ở, "cáp siêu dẫn, dây dẫn composite tiên tiến, lõi thép tiên tiến, dây dẫn có độ võng thấp ở nhiệt độ cao, dây dẫn cảm biến nhiệt độ sợi quang và dây dẫn trên không tiên tiến".

Hãy tập trung thảo luận về các dây dẫn trên không tiên tiến. Điều đó sẽ cho phép xem xét sâu hơn về công nghệ dây dẫn này. Nghiên cứu gần đây do Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho (INL) thực hiện là một điểm khởi đầu tốt để bắt đầu. Nghiên cứu có tiêu đề là "Báo cáo quét dây dẫn tiên tiến" và có sẵn trên trang web của INL cho bất kỳ ai quan tâm.

Báo cáo của INL hé lộ một số chi tiết thú vị liên quan đến những loại dây cải tiến này. INL liệt kê nhiều loại dây dẫn tiên tiến hẳn đã quen thuộc với độc giả. Chúng bao gồm ACSR (Dây dẫn nhôm lõi thép), AAC (Dây dẫn nhôm toàn phần), ACSS/TW (Dây dẫn nhôm có thép tăng cường), AAAC (Dây dẫn hợp kim nhôm toàn phần), v.v. Tuy nhiên, vẫn còn một số tranh cãi liên quan đến chúng.

Có nhiều chuyên gia cho rằng các dây dẫn này không hơn gì so với các dây dẫn trên không cải tiến. Nhiều người khác cho rằng cải tiến các dây dẫn hiện đại đều là các khoa học vật liệu tiên tiến. FERC đưa ra nhận xét hay nhất, "Các dây dẫn tiên tiến bao gồm các công nghệ đường dây truyền tải hiện tại và tương lai có công suất truyền tải điện vượt quá công suất truyền tải điện của dây dẫn nhôm gia cố thép thông thường", và điều đó có vẻ đủ.

Công nghệ động

Báo cáo của INL nêu rõ, “Một đặc điểm chính của dây dẫn tiên tiến là khả năng chịu nhiệt độ cao của dây dẫn mà không bị võng quá mức khi chịu tải nặng.” Báo cáo cũng chỉ ra rằng việc thay dây dẫn giúp nâng cao tính năng đường dây với chi phí thấp hơn nhiều, ít tác động đến cộng đồng hơn so với xây dựng mới và nhanh hơn nhiều. Đây sẽ là cơ hội tốt để có được ý kiến chuyên gia về dây dẫn tiên tiến và tất cả các nhánh từ cây phả hệ công nghệ này. Daniel Berkowitz, Giám đốc thị trường chiến lược của Bekaert (Bỉ) đã thảo luận về chủ đề phức tạp này và đã nêu quan điểm của ông về công nghệ dây dẫn tiên tiến và cách các dây dẫn quen thuộc như ACSR phù hợp với mọi kế hoạch.

Dây dẫn ACSR

Berkowitz mở đầu cuộc thảo luận bằng câu nói, “Như bạn đã biết, ACSR là một thuật ngữ rất chung chung. Dây dẫn ACSR/GA2 truyền thống là loại có lõi thép cường độ lớp phủ kẽm tiêu chuẩn cấp 2. Nó có nhiều kích cỡ khác nhau và rất tuyệt vời vì giá thành rẻ và chắc chắn. Do đó, lưới điện thường trang bị dây dẫn này. Tất nhiên, dây dẫn ACSR hoặc ACSS có thể sử dụng lõi thép tiên tiến mà chúng tôi đang phát triển. Tuy nhiên, các nhà sản xuất dây dẫn có xu hướng sử dụng lớp phủ Bezinal (95% Kẽm, 5% Nhôm) với lõi thép cường độ cấp 5 (đôi khi còn gọi là "siêu cấp") trong dây dẫn ACSS/TW/MA5. Châu Âu hiện đang sử dụng lõi có cường độ thậm chí còn cao hơn như cấp 7 và 8 (tương ứng là "mega" và "giga"). Chúng tôi đạt được những cường độ này một phần bằng cách bổ sung hàm lượng cacbon vào thép. Điều này giúp tăng cường độ bền đứt danh định của dây dẫn và cho phép công ty điện lực kéo dây dẫn với độ căng lớn hơn.

Berkowitz giải thích, “Một trong những mục tiêu của chương trình hiện đại hóa cơ sở hạ tầng truyền tải của chính phủ là tăng thêm khoảng 161.000km trong mười năm tới. Với những vấn đề về quy định và cấp phép cùng với việc mua sắm hành lang tuyến, các vấn đề về chuỗi cung ứng, v.v., thì đó là một mục tiêu rất tham vọng. Tuy nhiên, việc thay dây mới cho các đường dây truyền tải hiện có bằng các dây dẫn tiên tiến có thể loại bỏ hoặc giảm bớt các mối quan ngại này. Thay dây dẫn mới giúp các công ty điện lực sử dụng lại hành lang tuyến và các cột điện hiện có. Ngoài ra, phần lớn các thành phần hiện có khác của hệ thống điện đều có thể sử dụng lại được, tất cả đều giúp tiết kiệm cả thời gian và tiền bạc.”

Berkowitz tiếp tục, “Các nghiên cứu đã được thực hiện bằng nhiều loại dây dẫn tiên tiến thay thế cho các dây dẫn truyền thống hiện có tương tự như đã sử dụng trên các đường dây truyền tải có sẵn. Kết quả thu được cực kỳ khả quan. Ví dụ, một trường hợp đã so sánh việc thay thế đường dây truyền tải dây dẫn ACSR truyền thống hiện có bằng dây dẫn tiên tiến ACSS/TW. ACSS/TW có cấp độ bền cao hơn và một lớp phủ kim loại tiên tiến. Nó có cùng đường kính với dây dẫn ban đầu. Kết quả cho thấy các đặc tính của đường dây truyền tải được thay mới đã cải thiện và công suất tăng 218%. Lưới điện truyền tải của tương lai phải có hiệu suất cao hơn hệ thống hiện tại. Dây dẫn tiên tiến là một trong những công cụ hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất trong hộp công cụ của một công ty điện lực."

Phương pháp tiếp cận toàn diện

Có một câu chuyện dân gian cũ về cách ăn một con voi. Câu chuyện nói rằng con voi phải được ăn từng miếng một. Đó phải là cách tiếp cận để bổ sung hoặc tân trang 80km đường dây truyền tải. Thật vậy, việc xây dựng một đường dây truyền tải mới có thể tốn thời gian và chi phí, nhưng điều đó là cần thiết. Và tất cả các đường dây truyền tải hiện có bị tắc nghẽn thì sao? Điều đó cũng cần giải quyết vì các công trình mới mới chỉ xây đến đó. Tại sao không áp dụng một cách tiếp cận toàn diện?

Dây dẫn ACSS tính năng cao, tiên tiến (Ảnh st)

Ngoài các đường dây điện mới, cần phải thay dây mới cho các đường dây truyền tải hiện có. Nó không chỉ làm giảm tình trạng tắc nghẽn mà còn mang lại hiệu quả lớn hơn! Một dây dẫn tính năng cao, tiên tiến như ACSS/TW thảo luận trong ví dụ trên đã tăng công suất của đường dây hiện có lên 218%. Đó là công suất tương đương của hai đường dây truyền tải trên một hành lang tuyến. Trong hầu hết các trường hợp, chi phí thay dây mới nhỏ hơn một phần ba so với xây dựng đường dây mới và thường có thể hoàn thành trong vài tháng thay vì vài năm. Nếu bổ sung công nghệ đánh giá động đường dây, chúng ta sẽ có thêm 30% đến 40% công suất. Công nghệ dây dẫn là giải pháp đôi bên cùng có lợi cho cả lưới điện phân phối và lưới truyền tải cũng như các nhà cung cấp và khách hàng!