Đăng ký thành viên

Hệ thống siêu siêu cao áp tăng cường hỗ trợ cuộc cách mạng năng lượng

Trung Quốc hiện đang dẫn đầu thế giới về công nghệ truyền tải UHV (Ảnh st)

Tháng 1/2009, đường dây truyền tải điện xoay chiều (AC) siêu siêu cao áp (UHV) 1.000kV từ đông nam tỉnh Sơn Tây (Trung Quốc) đến thành phố Kinh Môn ở tỉnh Hồ Bắc (Trung Quốc) bắt đầu đi vào hoạt động. Trong cuộc gặp tại Mỹ vài tháng sau đó, Steven Chu, Bộ trưởng Bộ Năng lượng Mỹ vào thời điểm đó đã nói với Chủ tịch Tập đoàn Lưới điện Quốc gia Trung Quốc (State Grid) khi đó là Liu Zhenya rằng ông ghen tị với dự án UHV của Trung Quốc, thừa nhận rằng Trung Quốc đã đi trước Mỹ trong lĩnh vực này và bày tỏ mong muốn được chia sẻ những thành tựu liên quan của Trung Quốc.

Từ truyền tải điện cao áp (HV) đến truyền tải điện siêu cao áp (EHV) và cuối cùng là truyền tải điện siêu siêu cao áp (UHV), việc đưa chuỗi điện áp lên cao trong truyền tải điện là một thách thức công nghệ khủng khiếp. So với điện áp thấp hơn, truyền tải UHV (1.000kV đối với dòng điện xoay chiều và ±800kV đối với dòng điện một chiều hoặc cao hơn) có thể đi qua khoảng cách xa hơn, công suất lớn hơn và ít tổn thất hơn, đồng thời tiết kiệm tài nguyên đất. Việc khánh thành dự án UHV đầu tiên của Trung Quốc vào ngày 6/1/2009 đã đánh dấu vị trí dẫn đầu của nước này về công nghệ truyền tải điện trên toàn thế giới.

Công nghệ UHV giải quyết vấn đề truyền tải điện xuyên miền trên một khoảng cách xa và tạo điều kiện để phát triển rộng rãi các nguồn năng lượng tái tạo như gió, mặt trời và thủy điện ở miền Tây Trung Quốc. Do đó, nó rất quan trọng đối với cuộc cách mạng năng lượng của Trung Quốc và sự phát triển của các lực lượng sản xuất tiên tiến trong nước.

Các nhân viên bảo trì của Công ty truyền tải và phân phối điện Giang Tô đang làm việc trên đường dây điện một chiều ±800kV ở thành phố Thai Châu, tỉnh Giang Tô (Ảnh st)

Dẫn đầu thế giới về Công nghệ điện

Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu về công nghệ UHV vào năm 1986 và khiến nó trở thành chủ đề chính trong các chương trình khoa học và công nghệ trong các giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ bảy, thứ tám và thứ mười (tương ứng là 1986-1990, 1991-1995 và 2001-2005). Việc phát triển công nghệ truyền tải thiết kế tiên tiến UHV sau đó đã được đưa vào Đề cương của Chương trình Quốc gia về Phát triển Khoa học và Công nghệ Trung hạn và Dài hạn và Chương trình Hỗ trợ Khoa học và Công nghệ Quốc gia. Việc hoàn thành dự án phân phối và truyền tải điện 750kV ở Tây Bắc Trung Quốc vào năm 2005, sử dụng các công nghệ trong nước, và việc truyền tải DC ±500kV thành công từ đập Tam Hiệp đến các khu vực khác của Trung Quốc đều là bằng chứng cho thấy những cải thiện rõ rệt về năng lực của Trung Quốc trong thiết kế cũng như chế tạo thiết bị phân phối và truyền tải điện. Tiến bộ này đã đặt nền móng cho việc phát triển và triển khai công nghệ và thiết bị UHV ở Trung Quốc.

Trung Quốc đã có những bước tiến rõ rệt trong thiết kế và chế tạo thiết bị phân phối và truyền tải điện (Ảnh st)

Mặc dù đã thực hiện được các bước tiến bộ trong lĩnh vực này trong thời gian 20 năm, vẫn còn nhiều vấn đề kỹ thuật hóc búa cần giải quyết khi việc xây dựng đường dây truyền tải điện xoay chiều 1.000kV từ miền Đông Nam tỉnh Sơn Tây đến thành phố Kinh Môn, tỉnh Hồ Bắc được phê duyệt vào tháng 8/2006.

Tháng 3/2008, Công ty TNHH TBEA Shenyang Transformer Group đã hoàn thành việc thiết kế một máy biến áp 1.000kV, thành phần quan trọng để truyền tải UHV. Thử nghiệm thành công máy biến áp này sẽ rất quan trọng đối với dự án UHV của Trung Quốc. Tuy nhiên cả hai cuộc thử nghiệm đầu tiên đều thất bại trước sự thất vọng của các nhà phát triển.

Các kỹ thuật viên đã không nản lòng. Sau nhiều nghiên cứu và sửa đổi, máy biến áp nặng 400 tấn này cuối cùng đã vượt qua thử nghiệm vào tháng 6/2008.

Để phát triển độc lập các công nghệ cốt lõi cho truyền tải UHV, Trung Quốc đã tập trung nguồn lực của các doanh nghiệp, trường đại học, viện nghiên cứu và người dùng cuối. Gần 50.000 người từ hơn 100 trường đại học, viện nghiên cứu và thiết kế, và nhà chế tạo đã tham gia vào việc phát triển hơn 180 công nghệ quan trọng và hơn 40 thiết bị quan trọng. Họ đã tạo ra những đột phá trong sáu lĩnh vực – điều khiển điện áp, cách điện ngoài, kiểm soát môi trường điện từ, phát triển và chế tạo các thiết bị trọn bộ, tích hợp hệ thống và năng lực thí nghiệm. Trên cơ sở những thành tựu này, Trung Quốc đã làm chủ công nghệ cốt lõi đối với truyền tải điện xoay chiều UHV, phát triển thành công nhiều thiết bị chủ chốt trọn bộ, lập kỷ lục mới cho thiết bị phân phối và truyền tải điện thiết yếu, và xây dựng một dự án truyền tải tự động với điện áp cao nhất và công suất lớn nhất thế giới.

Năm 2013, các công nghệ, thiết bị và ứng dụng kỹ thuật quan trọng cho truyền tải điện xoay chiều UHV đã giành được Giải thưởng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Nhà nước, vinh dự cao nhất mà ngành điện Trung Quốc từng nhận được. Năm năm sau, vào năm 2018, dự án truyền tải điện một chiều UHV ±800kV giữa Hướng Gia Bá và Thượng Hải đã giành được Giải thưởng lớn về Công nghiệp của Trung Quốc. Liu Kaijun, nguyên chủ tịch của State Grid Economic and Technological Research Institute Co., Ltd., cho biết các công nghệ được vinh danh bởi hai giải thưởng này có ý nghĩa quan trọng đối với ngành điện lực Trung Quốc vì chúng đã kết thúc kỷ nguyên mà Trung Quốc đi theo và bắt chước những tiến bộ trong công nghệ điện từ lâu ở phương Tây. Kể từ đó, Trung Quốc đã thiết lập các tiêu chuẩn của riêng mình trong lĩnh vực này và đi đầu trong đổi mới công nghệ.

Tháng 11/2020, Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia đã bật đèn xanh cho đường dây truyền tải điện một chiều UHV ±800kV giữa Bạch Hạc Than ở tỉnh Tứ Xuyên và tỉnh Giang Tô, với vốn đầu tư 30,7 tỷ NDT, có công suất 8 triệu kW.

Khi việc xây dựng cơ sở hạ tầng mới gia tăng trên khắp Trung Quốc, nhiều dự án UHV đang được triển khai. Sách trắng gần đây về phát triển và đầu tư UHV tiên đoán rằng đầu tư vào lĩnh vực UHV và các ngành công nghiệp hỗ trợ của Trung Quốc sẽ đạt 414 tỷ NDT vào năm 2022 và 587 tỷ NDT vào năm 2025.

“UHV là công nghệ truyền tải điện tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay và là công nghệ chiến lược sẽ thúc đẩy tiến bộ công nghệ trong ngành điện và tăng cường an ninh năng lượng. Nó tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường,” Liu nói. Các dự án UHV được liệt kê là một trong bảy hạng mục cơ sở hạ tầng mới vì lợi ích của nó là có một chuỗi công nghiệp dài hơn, tạo thêm động lực mạnh mẽ cho các ngành công nghiệp khác và thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển kinh tế và xã hội.

Sự tiến bộ về công nghệ truyền tải của Trung Quốc được cộng đồng quốc tế thừa nhận (ảnh st)

Cải thiện cơ cấu năng lượng

Ngày 24/11/2020, các bộ chuyển đổi điện cao áp và hạ áp của đường dây truyền tải điện từ Vân Nam đến Quảng Tây và Quảng Đông - hệ thống truyền tải điện một chiều điện áp cao (HVDC) hybrid đầu tiên trên thế giới - đã được mở khóa thành công. Điện áp hệ thống này lần đầu tiên tăng lên đến 800kV và công suất cấp nguồn tăng đều đặn lên 800MW, đánh dấu sự ra đời của bộ chuyển đổi nguồn điện áp truyền tải VSC-HVDC. Đây là nỗ lực thành công đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ HVDC và VSC-HVDC kết hợp để truyền tải điện năng qua một khoảng cách lớn. Đường dây truyền tải điện thủy điện từ Vân Nam đến Quảng Tây và Quảng Đông này sẽ cải thiện hơn nữa cơ cấu năng lượng ở các tỉnh phía nam của Trung Quốc, đồng thời tăng tính ổn định và an ninh của lưới điện xanh truyền tải điện từ phía tây sang phía đông Trung Quốc.

Liu cho biết: “Truyền tải UHV rất quan trọng để giải quyết vấn đề các nguồn năng lượng phong phú và nhu cầu năng lượng cao ở các khu vực khác nhau, và cũng là chiến lược quốc gia đưa điện từ phía tây sang phía đông Trung Quốc trên quy mô lớn”. Các điều kiện năng lượng của Trung Quốc đã thúc đẩy nước này phát triển hệ thống truyền tải UHV, có đặc điểm là hiệu suất cao hơn, đạt tới những khoảng cách xa hơn và cần ít tài nguyên đất.

Trong giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ 13 (2016-2020), tiêu thụ điện năng của Trung Quốc đã tăng trưởng với tốc độ hàng năm là 6,2%, tức là 360 tỷ kWh mỗi năm, bằng tổng mức tiêu thụ điện năng ở Vương quốc Anh, xếp thứ 11 trên toàn thế giới. Trong 5 năm tới, Trung Quốc sẽ bước vào giai đoạn từ giữa đến cuối của quá trình công nghiệp hóa, và quá trình đô thị hóa của nước này sẽ tăng tốc. Những điều này sẽ duy trì sự tăng trưởng mạnh mẽ về nhu cầu điện năng. Theo ước tính, mức tiêu thụ điện của Trung Quốc sẽ đạt từ 9 đến 10 nghìn tỷ kWh vào năm 2025, với mức tăng trưởng hàng năm ở mức 4-6%.

Mặc dù nhu cầu điện tăng trưởng mạnh như vậy nhưng cơ cấu năng lượng của Trung Quốc vẫn chưa đạt mức tối ưu: than đá chiếm ưu thế, trong khi nguồn cung dầu và khí đốt vẫn không đủ. Kết quả là hiệu suất năng lượng vẫn thấp và áp lực lên môi trường cao. Để thay đổi tình trạng này, những người trong ngành kêu gọi nỗ lực trên hai khía cạnh: thứ nhất, thúc đẩy sử dụng than sạch và hiệu quả; thứ hai, tăng tỷ trọng năng lượng sạch, bao gồm thủy điện, gió và quang điện trong cân bằng năng lượng.

Trước mắt và trong tương lai có thể dự đoán được, than đá đang và sẽ là nguồn điện chính của Trung Quốc. Một nửa hoặc nhiều hơn công suất lắp đặt của các máy nhiệt điện than hiện đang ở miền đông Trung Quốc, nơi đang cạn kiệt diện tích mặt bằng và sức chứa môi trường cho các nhà máy nhiệt điện than lớn hơn. Tuy nhiên, hơn 70% trữ lượng than nằm ở các tỉnh Sơn Tây, Thiểm Tây, Nội Mông và Tân Cương ở miền bắc và miền tây Trung Quốc. Do đó, trong tương lai, các nhà máy nhiệt điện than sẽ được xây dựng ở những vùng này. Sự thay đổi này sẽ không chỉ giảm bớt áp lực môi trường ở miền đông Trung Quốc mà còn tạo điều kiện cho việc thăm dò chuyên sâu, hiệu quả tài nguyên than và xử lý ô nhiễm tốt hơn bằng cách xây dựng các cụm sản xuất điện than.

Trong khi đó, năng lượng sạch sẽ chiếm tỷ trọng lớn hơn trong cơ cấu năng lượng của Trung Quốc. Điện từ các nguồn tài nguyên sạch được tiên đoán sẽ chiếm gần 50% sản lượng điện hàng năm vào năm 2050. Do việc sản xuất thủy điện, gió và năng lượng mặt trời phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu và địa lý nên nó chỉ khả thi ở những vùng giàu tài nguyên đó. Ví dụ, hơn 80% tài nguyên nước của Trung Quốc nằm ở các tỉnh phía tây như Tứ Xuyên, Vân Nam và Tây Tạng. Do đó, miền Bắc và miền Tây Trung Quốc sẽ là điểm đến cho các nhà máy năng lượng sạch trong tương lai.

Trong khi các nguồn năng lượng chủ yếu nằm ở phía tây và phía bắc, 2/3 nhu cầu năng lượng nằm ở phía đông và miền trung Trung Quốc cách xa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn kilômét. Điều này tạo ra nhu cầu truyền tải điện xuyên miền, trong đó lưới điện UHV có lợi thế rõ ràng. Ví dụ, Dự án Truyền tải UHVDC Zhundong-Wannan ±1100kV qua hơn 3.300km giữa Tân Cương và An Huy. Đây là hệ thống UHVDC có điện áp cao nhất và chiều dài truyền tải lớn nhất thế giới.

Liu cho biết: “Sự phát triển của công nghệ UHV giúp Trung Quốc có thể điều chỉnh và cải thiện cơ cấu năng lượng của mình”, đồng thời cho biết thêm rằng với công nghệ này, điện than được phát ra ở các nhà máy lớn với hiệu suất cao hơn và phát thải thấp hơn có thể được chuyển tải đến miền đông và miền trung Trung Quốc, do đó cho phép phân bổ các nguồn năng lượng tốt hơn. Quan trọng hơn, lưới điện với mạng lưới UHV làm cốt lõi sẽ tăng đầu vào của năng lượng mới, do đó góp phần vào nỗ lực của Trung Quốc trong việc cải thiện cơ cấu năng lượng và chống ô nhiễm không khí.

Một robot thanh tra được 5G hỗ trợ của dự án điện một chiều siêu cao áp ±800kV hoạt động trong một trạm biến áp ở thành phố Trú Mã Điếm, tỉnh Hà Nam vào ngày 27/8/2020 (Ảnh st)

Ứng dụng và công nhận toàn cầu

Với vị thế dẫn đầu về công nghệ UHV, Trung Quốc là nước đi đầu trên toàn cầu trong việc xây dựng các mạng lưới UHV. Đến cuối năm 2019, Trung Quốc đã hoàn thành 26 đường dây UHV trong tất cả bảy lưới điện khu vực của mình.

Sự tiến bộ của Trung Quốc được cộng đồng quốc tế thừa nhận. Nhiều người tin rằng truyền tải điện UHV là tương lai của lưới điện, là cột mốc quan trọng trong sự phát triển của ngành điện và là giải pháp cho cuộc khủng hoảng năng lượng đang đến gần mà nhân loại đang phải đối mặt.

Liu nói: “Sự mất kết nối giữa cung và cầu điện trên toàn thế giới cần được giải quyết thông qua việc phân bổ tối ưu các nguồn tài nguyên trên quy mô lớn hơn và xuyên lục địa”. Khi các quốc gia trên thế giới quan tâm nhiều hơn đến môi trường và biến đổi khí hậu, họ đã liên tục nâng cao các tiêu chuẩn về thăm dò năng lượng và thải chất gây ô nhiễm. Trong bối cảnh này, truyền tải điện UHV xuyên lục địa và liên quốc gia và các lưới điện kết nối với nhau nổi bật như một lựa chọn chiến lược do tính an toàn, tiết kiệm chi phí, hiệu quả và sự trưởng thành về công nghệ. Chúng đưa ra một giải pháp dài hạn để phân bổ tốt hơn các nguồn tài nguyên ở quy mô toàn cầu và các vấn đề khác liên quan đến năng lượng.

Nhiều quốc gia, bao gồm Nga, Ấn Độ và Brazil, đang phát triển việc truyền tải UHV và tìm kiếm hợp tác với Trung Quốc trong lĩnh vực này. Năm 2014, công nghệ truyền tải một chiều UHV của Trung Quốc lần đầu tiên được sử dụng trong một dự án nước ngoài là Dự án Truyền tải một chiều UHV ±800kV thủy điện Belo Monte ở Brazil. Dự án này hiện đã hoàn thành đáp ứng nhu cầu điện của gần 22 triệu người và thúc đẩy nâng cấp nhiều ngành công nghiệp liên quan, do đó thúc đẩy sự tăng trưởng của nền kinh tế Brazil. Công nghệ, thiết bị và tiêu chuẩn truyền tải UHV DC của Trung Quốc đã được sử dụng trong quá trình xây dựng, làm dày thêm kinh nghiệm và mở đường cho nhiều hoạt động hơn của các công ty Trung Quốc trên thị trường điện quốc tế.

Liu cho biết: “Trung Quốc là nước đầu tiên làm chủ công nghệ UHV cốt lõi và các tiêu chuẩn UHV của nước này đã được quốc tế chấp nhận”. Theo ông, giống như công nghệ đường sắt cao tốc và hàng không vũ trụ, công nghệ UHV là một đóng góp quan trọng mà Trung Quốc đang cống hiến cho thế giới. Nó đẩy nhanh cuộc cách mạng năng lượng toàn cầu và sẽ kích thích mạnh mẽ những thay đổi trong sản xuất và tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới.

Biên dịch: Phạm Gia Đại

Theo “chinatoday”