Đăng ký thành viên

Tại sao các trạm biến áp tủ đóng cắt cách điện khí (GIS) là chìa khóa để đáp ứng nhu cầu điện đang tăng tốc ở Mỹ

Khi các công ty điện lực xây dựng các chiến lược để nhanh chóng đáp ứng nhu cầu chuyển dịch, các lợi thế về tốc độ đưa sản phẩm ra thị trường của các trạm biến áp tủ đóng cắt cách điện khí (GIS) rất đáng để cân nhắc.

Trạm biến áp GIS có thể đóng điện nhanh hơn nhiều so với trạm biến áp AIS (Ảnh st)

Hầu như mọi dự báo về nhu cầu điện của Mỹ đều chỉ ra sự tăng tốc đáng kể do đã ghi nhận rõ ràng các xu hướng, từ điện khí hóa ngành giao thông đến việc xây dựng các trung tâm dữ liệu tiêu thụ nhiều điện.

Các xu hướng này đang thúc đẩy nhu cầu mở rộng nhanh chóng lưới điện. Khi các công ty điện lực xây dựng các chiến lược để đáp ứng nhu cầu chuyển dịch nhanh chóng, các lợi thế về tốc độ đưa ra thị trường của các trạm biến áp tủ đóng cắt cách điện khí (GIS) rất đáng để cân nhắc.

Các trạm biến áp truyền thống do các công ty điện lực trên khắp cả nước xây dựng gọi là các trạm biến áp cách điện bằng không khí (AIS), trong đó không khí trong khí quyển đóng vai trò là môi chất cách điện, bảo vệ thiết bị khỏi nguy cơ hư hại do sự kiện phóng điện hồ quang. Thay vào đó, một trạm biến áp GIS thường sử dụng khí lưu huỳnh hexafluoride (SF₆) làm môi chất điện môi bên trong các vỏ bọc kín chịu áp suất bao quanh các thiết bị cao áp và trung áp.

Nhờ có nhiều hiệu quả trong các giai đoạn phát triển và thực hiện dự án, các trạm biến áp GIS có thể đóng điện nhanh hơn nhiều so với các trạm biến áp AIS đồng thời mang lại nhiều lợi ích bổ sung.

Các tương phản trong tiến độ phát triển

Các trạm biến áp GIS cũng như AIS có thời gian lập kế hoạch yêu cầu có thể dự kiến ​​là tương đương nhau. Tuy nhiên, thời gian thiết kế đối với các trạm biến áp GIS có thể ngắn hơn một chút do chủ yếu là các thành phần dạng mođun, cắm-và-chạy cần thiết cho các công trình này.

Mua sắm, chế tạo, thử nghiệm và đưa vào vận hành là những giai đoạn mà tiến độ bắt đầu có sự khác biệt đáng kể.

Các nút thắt cổ chai trong chuỗi cung ứng bắt đầu trong đại dịch COVID-19 vẫn chưa giảm, và thị trường điện Mỹ vẫn đang tiếp tục đối mặt với những thách thức trong việc giao hàng các thiết bị điện áp cao như các máy cắt, dao cắt, cáp, thanh cái, và các máy biến áp cần thiết cho các cấu hình AIS một cách kịp thời. Lượng thép và các vật liệu khác cùng với nhân công cần thiết để chế tạo các thành phần lớn, quan trọng này là những yếu tố chính góp phần vào tình trạng tồn đọng đơn hàng kéo dài. Các cuộc khảo sát gần đây xác nhận rằng thời gian giao hàng để mua thiết bị GIS nhanh hơn 45% so với thời gian giao hàng để mua các thiết bị AIS cao áp.

Hình 1: Dữ liệu đến tháng 5/2024 cho thấy thời gian giao hàng tương ứng của các thiết bị cao áp GIS so với các thiết bị cao áp AIS tính trung bình đối với các nhà cung cấp lớn (Ảnh st)

Tác động của xây dựng địa điểm tới tiến độ

Việc tìm diện tích cần thiết cho các địa điểm AIS là một yếu tố khác có thể làm tăng thời gian, mức độ phức tạp và chi phí cho quá trình phát triển dự án. Các trạm biến áp AIS đòi hỏi diện tích mặt bằng lớn hơn nhiều, không chỉ do kích cỡ của thiết bị mà còn do không gian cần thiết để tiếp cận nhằm thực hiện các thao tác thường xuyên và các hoạt động bảo trì.

Hơn nữa, trong thời đại chúng ta đang sống ngày nay, rất khó tìm ra một lô đất không có một hạn chế nào đó về môi trường. Một khi đã có lô đất đó, nhiều khi phải tiến hành đo đạc và thử nghiệm rộng rãi, theo sau đó là biện pháp giảm nhẹ về mọi mặt nếu phát hiện thấy bất kỳ chất gây ô nhiễm nào. Ngoài ra, phải dọn sạch thảm thực vật và cũng có thể phải san phẳng mặt bằng.

Trong khi đó, các địa điểm cần thiết cho trạm biến áp GIS thường nhỏ gọn hơn nhiều. Các trạm biến áp GIS có diện tích nhỏ hơn khoảng 60% đến 75% so với các trạm biến áp AIS. Điều này giúp giảm thiểu đáng kể thời gian cần thiết để xây dựng địa điểm cho một trạm biến áp GIS.

Tác động đến tiến độ xây dựng/lắp đặt

Cấu hình nhỏ gọn của trạm biến áp GIS cho phép giao hàng các thành phần ở dạng mođun và lắp đặt nhanh hơn so với thiết bị AIS truyền thống. Thiết kế dạng mođun của các GIS lắp sẵn bên ngoài đã cho thấy chúng mang lại lợi ích đáng kể lên đến 42% trong tiến độ xây dựng và lắp đặt.

Trong những năm gần đây, các dự án AIS cũng đã đưa ra các mođun chế tạo sẵn giúp rút ngắn khung thời gian xây dựng. Tuy nhiên, các thiết kế GIS cung cấp thêm lợi ích về tính linh hoạt để giao hàng đến các địa điểm nhỏ gọn như các nhà máy lọc dầu, các khu vực đô thị, các cơ sở hạt nhân và chế tạo. Có nhiều trường hợp trong đó đã cắt giảm một nửa thời gian cần thiết để lắp ráp và lắp đặt do lắp ráp trước các thành phần GIS bên ngoài. Trong khi đối với các trạm biến áp cao áp cách điện bằng không khí đòi hỏi diện tích mặt bằng lớn hơn, việc vận chuyển các mođun lắp ráp sẵn bị hạn chế bởi các khâu vận chuyển và phương tiện vận chuyển.

Tác động của việc cải thiện thử nghiệm và đưa vào vận hành đến tiến độ

Trái ngược với thiết bị AIS lắp ráp trước các thiết bị GIS đã lắp ráp và thử nghiệm hoàn chỉnh tại nhà máy hoặc cơ sở bên ngoài. Điều này dẫn đến việc giảm tiến độ quan trọng vào giai đoạn cuối của dự án. Ngoài ra, việc này cũng giúp giảm rủi ro về các vấn đề bất ngờ trong giai đoạn thử nghiệm và đưa vào vận hành vì các nhà thầu tại công trường có ít hạng mục hơn để thử nghiệm và khắc phục sự cố tại chỗ.

Trong suốt vòng đời của một dự án trạm biến áp, tiến độ sẽ nhanh hơn khoảng 16% khi lựa chọn thiết kế GIS thay vì AIS cho một dự án trạm biến áp thông thường.

Hình 2: Hiệu quả đạt được trong bốn trên năm giai đoạn thực hiện dự án GIS chính dẫn đến thời gian giao hàng nhanh hơn khoảng 24,6% (Ảnh st)

Các lợi ích bổ sung của GIS

Các trạm biến áp GIS mang lại nhiều lợi ích bổ sung ngoài việc thực hiện dự án nhanh hơn:

Tuổi thọ kỳ vọng dài hơn. Vì thiết bị GIS được bao bọc trong khí và sau đó lắp đặt trong các cấu trúc kín như các cấu trúc có mái bằng kim loại hoặc bê tông, nên chúng không bị phơi nhiễm sét đánh hoặc các hư hỏng tiềm ẩn khác từ các yếu tố bên ngoài. Một số nghiên cứu cho thấy vòng đời của thiết bị GIS có thể lên tới 50 năm, so với 25 đến 30 năm đối với cùng một thiết bị lắp đặt trong các trạm biến áp cách điện bằng không khí.

Vận hành và bảo trì (O&M). Sự ra đời của công nghệ hiện đại, các hệ thống điều khiển và truyền thông tiên tiến là tiêu chuẩn với các trạm biến áp GIS. Việc sử dụng công nghệ hiện đại như bản sao số và hệ thống bảo trì tiên đoán thiết bị giúp giảm lượng hoạt động O&M trong khi vẫn cung cấp khả năng tiếp cận thiết bị tốt hơn. Ngoài ra, các chu kỳ bảo trì thông thường đối với thiết bị GIS là 8 đến 10 năm so với 5 đến 7 năm đối với AIS.

An ninh vật lý. Với các trạm biến áp GIS nằm trong các cấu trúc kín có các tính năng an ninh mạnh mẽ, nguy cơ phá hoại từ những kẻ xâm nhập sẽ giảm đáng kể. Mặc dù có thể lắp đặt các biện pháp bảo vệ tại các trạm biến áp cách điện bằng không khí để giảm thiểu nguy cơ bị tấn công, nhưng nguy cơ bị tấn công tại các trạm biến áp AIS cao hơn so với nguy cơ tại các trạm GIS do các trạm này có các rào cản vật lý tốt hơn.

Tính linh hoạt trong việc mở rộng. Các thành phần dạng mođun của trạm biến áp GIS có thể dễ dàng lắp đặt theo cấu hình nhiều tầng. Nếu cần thêm công suất do tăng phụ tải, có thể xây dựng thêm một tầng nữa — đây là khái niệm mở rộng theo chiều dọc, so với mở rộng theo chiều ngang cần thiết cho trạm biến áp cách điện bằng không khí.

Chi phí dài hạn quy dẫn

Mặc dù thiết bị GIS có thể có chi phí vốn ban đầu cao hơn do nhu cầu về thiết bị cách điện kín khí, nhưng vòng đời dài hơn, tiến độ xây dựng nhanh hơn và thời gian sử dụng giúp san bằng chi phí này.

Với nhu cầu cao hiện nay về lưới điện linh hoạt có khả năng cung cấp nhiều điện hơn cho nhu cầu phụ tải ngày càng tăng, thời gian xây dựng các trạm biến áp GIS tương đối nhanh là một yếu tố tích cực mà nhiều công ty điện lực hiện đang cân nhắc cẩn thận.

Biên dịch: Phạm Gia Đại

Theo "T&D World", tháng 9/2024