Đăng ký thành viên

Sự cố mất điện tại Bán đảo Iberia: Phân tích ban đầu và các bài học kinh nghiệm

Một vụ mất điện lớn ảnh hưởng đến toàn bộ Bán đảo Iberia, khiến Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha chìm trong bóng tối (Ảnh st)

Vào lúc 12:33 chiều ngày 28/4/2025 theo giờ địa phương, một vụ mất điện lớn đã ảnh hưởng đến toàn bộ Bán đảo Iberia, khiến Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha chìm trong bóng tối. Trong một buổi phát sóng trực tuyến vào ngày 6/5/2025, Sean McGuinness, Giám đốc Chương trình Nghiên cứu Bảo vệ Truyền tải và Phân phối của Tổ chức EPRI (một tổ chức phi lợi nhuận, độc lập của Mỹ, tiến hành nghiên cứu và phát triển liên quan đến sản xuất, phân phối và sử dụng điện), đã cung cấp thông tin cơ bản về các lưới điện Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha, cũng như tổng quan về nguyên nhân và hậu quả của vụ mất điện trên diện rộng này. McGuinness có kinh nghiệm làm việc tại Dublin (Ireland) và rất quen thuộc với hệ thống điện của lục địa châu Âu. Theo báo cáo, ông đã tham gia một số cuộc điều tra mất điện của EPRI trên nhiều hệ thống khác trong vài năm qua.

Mở đầu phiên họp, Daniel Brooks, Phó Chủ tịch cấp cao phụ trách Cấp năng lượng và Giải pháp khách hàng của EPRI, đã chỉ ra rằng các cuộc điều tra vẫn đang tiến hành xung quanh sự kiện này và McGuinness sẽ không suy đoán về các chi tiết chưa được xác nhận. Sau đây là tóm tắt những phát hiện về sự kiện này, dựa trên phân tích sơ bộ và bối cảnh của các sự kiện trước đây trong vùng.

Tổng quan về các lưới điện Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha

Mạng lưới truyền tải của Bồ Đào Nha kết nối với Tây Ban Nha thông qua nhiều mạch liên kết 400kV (Ảnh st)

Lưới điện Tây Ban Nha phục vụ khoảng 44 triệu người với phụ tải đỉnh khoảng 40GW. Hệ thống này có công suất lắp đặt ấn tượng là hơn 125GW, với sự thâm nhập cao từ năng lượng tái tạo, xấp xỉ 32GW từ điện mặt trời và 31GW từ điện gió. Phần còn lại chủ yếu đến từ khí đốt, thủy điện và hạt nhân. Mạng lưới truyền tải của Tây Ban Nha bao gồm khoảng 40.000km đường dây cao áp (400kV và 220kV) và duy trì kết nối với ba khu vực lân cận: Pháp (2,8GW công suất nhập khẩu), Bồ Đào Nha (2,1GW công suất nhập khẩu và 3,9GW công suất xuất khẩu) và Maroc (600MW công suất nhập khẩu và 900MW công suất xuất khẩu).

Lưới điện của Bồ Đào Nha nhỏ hơn, phục vụ cho dân số khoảng 11 triệu người với phụ tải đỉnh là 9GW. Hệ thống của Bồ Đào Nha chủ yếu dựa trên thủy điện, với công suất thủy điện xấp xỉ 8,3GW và các nguồn thủy điện tích năng đáng kể. Mạng lưới truyền tải của nước này trải dài khoảng 9.600km và kết nối với Tây Ban Nha thông qua nhiều mạch liên kết 400kV, cho phép hai quốc gia này vận hành đồng bộ chặt chẽ với nhau.

Bối cảnh lịch sử có liên quan từ sự kiện năm 2021

Các sự cố máy phát điện ở Tây Ban Nha từ năm 2021 đến năm 2023 tăng lên do quá điện áp (Ảnh st)

McGuinness cho rằng một sự cố nghiêm trọng xảy ra vào năm 2021 đã cung cấp bối cảnh quan trọng để hiểu về vụ mất điện gần đây. Trong sự kiện trước đó, cháy rừng ở vùng đông nam nước Pháp khiến khói bao phủ toàn bộ khu vực, làm gián đoạn hoạt động của đường dây truyền tải 400kV đang mang xấp xỉ 2,5GW điện. Khi các nhà điều hành hệ thống chưa kịp phản ứng, một đường dây thứ hai trên cùng một mạch điện cũng đã tác động cắt, dẫn đến quá tải các đường dây liên kết còn lại giữa Pháp và Tây Ban Nha và gây ra những dao động công suất. Sự kết hợp giữa các điều kiện này cuối cùng đã dẫn đến tác động cắt tất cả các mạch kết nối giữa Pháp và Tây Ban Nha.

Chuỗi sự kiện này kéo theo tác động cắt 2,6GW nguồn điện ở Tây Ban Nha, với 1GW bị hỏng do quá điện áp, đây là yếu tố bất thường trong chuỗi sự kiện. Các cơ chế bảo vệ hệ thống đã kích hoạt tự động, bao gồm việc ngắt kết nối 2,3GW thủy điện tích năng đang ở chế độ bơm, ngắt kết nối các khách hàng công nghiệp và sa thải 3,6GW phụ tải của người dùng cuối thông qua các rơle sa thải thụ tải tần số thấp.

Một thông tin quan trọng từ sự kiện năm 2021 là phát hiện về hành vi điện áp bất thường. Các tác động cắt đường dây ban đầu đã gây ra các vụ sụt áp ở vùng đông bắc Tây Ban Nha, với các mức sụt áp xuống thấp tới 337kV trên lưới điện 400kV. Các cuộn kháng nối tiếp đã được cắt để giải quyết tình trạng điện áp thấp này. Tuy nhiên, khi các mạch kết nối tác động cắt và phụ tải bị sa thải, điện áp nhanh chóng tăng lên tới 450kV. Sự dao động điện áp mạnh này đã góp phần đáng kể vào việc tác động cắt máy phát điện.

Tây Ban Nha đã lập tài liệu những thách thức đang diễn ra với việc điều chỉnh điện áp. Hầu hết các nhà máy điện gió và điện mặt trời trong nước đều hoạt động ở chế độ kiểm soát hệ số công suất cố định, thay vì kiểm soát điện áp chủ động. Các lưới điện 400kV và 220kV thường xuyên hoạt động trên các dải điện áp bình thường trong nhiều giờ mỗi tháng và các sự cố máy phát điện tác động cắt do quá điện áp đã tăng từ năm 2021 đến năm 2023.

Sự cố mất điện tháng 4 năm 2025

Vào thời điểm xảy ra sự kiện ngày 28/4/2025, Bán đảo Iberia đang trải qua các điều kiện hoạt động tương đối bình thường. Phụ tải lúc đó là khoảng 25GW ở Tây Ban Nha và 8GW ở Bồ Đào Nha. Điều kiện thời tiết thuận lợi, trời nắng và không có sự cố, mặc dù có gió lớn ở miền Nam bán đảo. Điều kiện vận hành của hệ thống khá thuận lợi do mùa xuân có mưa, dẫn đến mực nước hồ chứa thủy điện cao. Tuy nhiên, tại thời điểm xảy ra sự cố, một số máy phát điện lớn đang bảo trì theo mùa và một lượng điện mặt trời PV đáng kể đang cấp điện cho lưới điện.

Trước sự kiện này, Tây Ban Nha đang xuất khẩu điện trên tất cả các đường dây kết nối của mình, với rất nhiều hoạt động giao dịch gây ra những thay đổi về dòng công suất trên mạch kết nối Pháp-Tây Ban Nha. Hoạt động giao dịch đã cắt giảm lượng xuất khẩu sang Pháp từ khoảng 1GW xuống gần bằng không ngay trước khi xảy ra nhiễu loạn này. Điều này cho thấy hệ thống không hoạt động ở trạng thái ổn định mà đang trải qua những biến động do hoạt động thị trường.

McGuinness một lần nữa nhấn mạnh rằng không phải tất cả dữ liệu cần thiết để đưa ra các kết luận cuối cùng đều được công khai. Do đó, thông tin mà ông sắp trình bày chỉ là thông tin sơ bộ và kết quả tìm ra nguyên nhân gốc rễ cuối cùng có thể thay đổi.

Chuỗi sự kiện. Chuỗi sự kiện mất điện diễn ra với tốc độ đáng ngạc nhiên, nhưng dữ liệu sơ bộ cho thấy các dấu hiệu cảnh báo đã xuất hiện trước khi hệ thống sụp đổ. Khoảng 30 phút trước khi mất điện, các hệ thống theo dõi đã phát hiện ra một dao động tần số 0,2Hz đáng chú ý ở Tây Ban Nha kéo dài trong khoảng 5 phút trước khi tắt dần. Sau đó, 17 phút trước khi mất điện, một dao động 0,06Hz nhỏ hơn xuất hiện trong khoảng 2 phút, tiếp theo là sự trở lại của dao động 0,2Hz, kéo dài thêm khoảng 2 phút nữa.

Tuy nhiên, McGuinness lưu ý rằng bản thân các dao động không đủ để hạ gục lưới điện. Ông cho biết: "Một dao động tần số có thể xảy ra, nhưng bạn phải đẩy lưới điện ra khỏi phạm vi tần số bình thường để bảo vệ thực sự hoạt động và ngắt kết nối các thiết bị hoặc để dao động này dẫn đến điện áp vượt ra khỏi phạm vi hoạt động bình thường và bảo vệ điện áp hoạt động."

Bốn phút trước khi mất điện, một sự cố sụt giảm tần số nhỏ đột ngột khoảng 0,05Hz đến 0,06Hz đã xảy ra chính xác vào lúc 12:30 trưa giờ địa phương. Điều này có thể là do hoạt động giao dịch thị trường theo lịch trình vào cuối giờ. Lần sụt giảm tần số đầu tiên đã xác nhận xảy ra 19 giây trước khi mất điện chính, mặc dù điều này tương đối nhỏ, chỉ gây ra sụt giảm tần số từ 0,01Hz đến 0,02Hz.

Sự kiện chính bắt đầu với việc tác động cắt một máy phát điện lớn ở miền Tây Nam Tây Ban Nha. Ngay lập tức, tần số của Tây Ban Nha bắt đầu tụt giảm nhanh hơn so với phần còn lại của lưới điện châu Âu, cho thấy sự khởi đầu của sự mất đồng bộ. Tiếp theo là một chuỗi sự cố cực kỳ nhanh chóng, trong khoảng từ 1,5 giây đến 5 giây sau khi máy phát điện lớn đầu tiên tác động cắt, một máy phát điện lớn thứ hai ở Tây Ban Nha đã tác động cắt, kèm theo sự ngắt kết nối "nặng nề" các nguồn năng lượng tái tạo trên khắp Tây Ban Nha. Các đường dây liên kết giữa Pháp và Tây Ban Nha cũng như một tổ máy 1,3GW tại Nhà máy điện hạt nhân Golfech ở miền nam nước Pháp cũng tác động cắt trong khoảng thời gian này. Chỉ trong vòng 5 giây sau khi máy phát điện lớn đầu tiên tác động cắt, Tây Ban Nha đã trải qua một vụ mất điện toàn bộ hệ thống.

Khôi phục hệ thống. McGuinness giải thích: “Ngay sau khi xảy ra mất điện, tất cả các nhà điều hành hệ thống bắt đầu chuyển sang chế độ khôi phục, đánh giá những gì có sẵn, các máy cắt đang vận hành, thực hiện đóng cắt, đưa các đội đến hiện trường, v.v.” “Khởi động đen toàn bộ lưới điện 40GW từ đầu rõ ràng là không dễ dàng”, ông nói, lưu ý rằng điều này đòi hỏi rất nhiều hành động đóng cắt và rất nhiều sự phối hợp giữa các nhà điều hành hệ thống, các nhà điều hành phân phối, các thực thể và bên liên quan quan trọng khác.

Xét đến quy mô của sự cố mất điện, những nỗ lực phục hồi ở cả hai quốc gia cũng đều tương đối thành công. Ở Tây Ban Nha, ưu tiên hàng đầu là tái lập kết nối với Pháp. Kết nối này đã nhanh chóng phát huy lợi thế nhập khẩu tới 1,5GW công suất, cung cấp hỗ trợ quan trọng cho quá trình phục hồi. Các tổ máy thủy điện là ưu tiên tiếp theo, sau đó là các tổ máy chu trình kết hợp khi lưới điện phục hồi lại dần dần.

Các số liệu phục hồi đối với Tây Ban Nha cho thấy 62% trạm biến áp đã đóng điện trở lại sau 9,5 giờ, với tất cả các trạm biến áp phục hồi sau khoảng 15,5 giờ. Việc phục hồi tải đầy đủ đã hoàn thành trong vòng khoảng 24 giờ kể từ sự kiện ban đầu.

Ở Bồ Đào Nha, việc phục hồi dựa vào hai nguồn lực khởi động đen chính: một nhà máy tuabin khí 330MW ở phía bắc và một công trình thủy điện 346MW ở miền trung Bồ Đào Nha. Việc phục hồi diễn ra nhanh hơn một chút so với ở Tây Ban Nha, với 96% các trạm biến áp truyền tải phục hồi trong vòng 10,5 giờ và kết nối lại tất cả tải trong vòng khoảng 12 giờ.

Bài học và cân nhắc chính

Cần lập kế hoạch hệ thống toàn diện, phối hợp bảo vệ, quản lý điện áp và đánh giá độ ổn định động mạng lưới điện (Ảnh st)

Trong khi nguyên nhân chính xác của sự cố mất điện vào tháng 4 năm 2025 vẫn đang trong quá trình điều tra, một số yếu tố quan trọng cần chú ý trong quá trình lập kế hoạch và vận hành lưới điện, đặc biệt là đối với các hệ thống có tỷ lệ thâm nhập năng lượng tái tạo cao.

Kiểm soát điện áp. Kiểm soát điện áp nổi lên như một mối quan tâm chính. Cả kiểm soát điện áp tĩnh và động đều rất quan trọng đối với sự ổn định của lưới điện và phải có đủ công suất phản kháng và phát huy đúng cách. Người vận hành hệ thống cần duy trì nhận thức về các giới hạn nguồn công suất phản kháng và đánh giá mức độ dễ bị tổn thương của chúng trước các điều kiện điện áp tăng cao, đặc biệt là khi sự thâm nhập của năng lượng tái tạo tăng lên.

Phối hợp bảo vệ. Phối hợp bảo vệ là một cân nhắc quan trọng khác. Các chế độ đặt bảo vệ nhà máy điện có thể tạo ra các sự cố chế độ chung nếu không phối hợp đúng cách. Khi nhiều nhà máy đặt giới hạn bảo vệ gần cùng một quy phạm lưới điện hoặc các yêu cầu kết nối, tất cả chúng có thể ngắt cùng lúc trong điều kiện bất thường. Điều này có nghĩa là các sự kiện điện áp bất thường có thể ngắt kết nối nhiều công suất hơn so với kế hoạch dự phòng tiêu chuẩn giả định, dẫn đến các sự cố dồn dập.

Dao động. Dao động hệ thống, mặc dù không phải là nguyên nhân trực tiếp gây mất điện, có thể đẩy hệ thống ra khỏi phạm vi hoạt động bình thường. Hiểu được các chế độ dao động hiện có và đặc điểm giảm chấn của chúng là rất quan trọng đối với sự ổn định của hệ thống. Khi lưới điện tiến hóa và bổ sung các kết nối mới, các chế độ dao động mới có thể xuất hiện đòi hỏi phải theo dõi và giảm thiểu cẩn thận.

Mô men đồng bộ. Bên cạnh yếu tố quán tính thường được đề cập, mô men đồng bộ cũng là một vấn đề cần được đặc biệt lưu ý. Yếu tố này quyết định mức độ các máy phát đồng bộ vẫn kết nối tốt với nhau trong các nhiễu loạn và trở nên ngày càng quan trọng khi các hệ thống kết hợp ít máy phát đồng bộ hơn. Mô men đồng bộ đầy đủ là điều thiết yếu để ngăn ngừa mất đồng bộ trong các sự kiện hệ thống.

Năng lực vượt qua. Phải xác định rõ ràng các yêu cầu về năng lực vượt qua đối với máy phát điện trong điều kiện bất thường và điều quan trọng là phải xác minh thông qua thử nghiệm hiệu suất. Việc đặt ra các yêu cầu chỉ là bước khởi đầu; quan trọng không kém là bảo đảm thiết bị vận hành đúng kỳ vọng ngay cả trong điều kiện nhiễu loạn.

Quán tính. Quản lý quán tính ngày càng trở nên quan trọng đối với các lưới điện có mức thâm nhập năng lượng tái tạo cao. Nhiều hệ thống như vậy hiện triển khai các tầng quán tính để hạn chế tốc độ thay đổi tần số tối đa trong thời gian nhiễu loạn. Trong khi quán tính thường liên quan đến sự ổn định tần số, nó cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa mất đồng bộ giữa các bộ phận khác nhau của lưới điện. Khi sản lượng điện từ các nguồn đồng bộ truyền thống suy giảm, việc giám sát và quản lý chặt chẽ quán tính hệ thống trở nên thiết yếu nhằm duy trì ổn định trong những thời điểm nhiễu loạn.

Nguyên nhân vẫn đang được làm rõ

McGuinness nhấn mạnh rằng mức độ của từng yếu tố góp phần vào sự kiện ngày 28 tháng 4 vẫn chưa chắc chắn. Ông cho biết: "Chúng tôi không nói rằng bất kỳ yếu tố nào trong số này là nguyên nhân hoặc tác nhân kích hoạt, nhưng chúng tôi muốn nhìn nhận chúng như bối cảnh và bài học kinh nghiệm để các lưới điện khác xem xét lại vị trí của mình và xác định xem bất kỳ yếu tố nào trong số này có khả năng là yếu tố quan trọng mà bạn có thể muốn xem lại hoặc xem xét trên lưới điện của mình hay không, nếu bạn chưa thực hiện chi tiết".

Sự cố mất điện ở Bán đảo Iberia vào tháng 4 năm 2025 cho thấy sự phức tạp của các hệ thống điện hiện đại, đặc biệt là những hệ thống có tỷ lệ thâm nhập năng lượng tái tạo cao. Mặc dù nguyên nhân chính xác của sự kiện này vẫn đang trong quá trình điều tra, nhưng nó làm nổi bật tầm quan trọng của việc lập kế hoạch hệ thống toàn diện, phối hợp bảo vệ, quản lý điện áp và đánh giá độ ổn định động.

Khi cơ cấu nguồn năng lượng thay đổi, đánh giá hệ thống động trở nên ngày càng quan trọng. Các hệ thống điện hiện đại đòi hỏi các tiêu chuẩn về độ tin cậy nghiêm ngặt và đánh giá an ninh thường xuyên trong cả khung thời gian lập kế hoạch và vận hành. Các nhà điều hành hệ thống cần hiểu mức độ hệ thống của họ đang tiến gần đến các điểm có nguy cơ gây ra sự cố dây chuyền và thực hiện các biện pháp giảm thiểu phù hợp. Các bài học từ sự kiện này sẽ có giá trị đối với các nhà điều hành lưới điện trên toàn thế giới khi họ điều hướng các quá trình chuyển đổi tương tự trong hệ thống của riêng họ.

Biên dịch: Hồ Văn Minh

Theo “Power mag”, tháng 5/2024