Đăng ký thành viên

Tăng công suất truyền tải bằng các đường dây siêu dẫn

Các đường dây truyền tải siêu dẫn của Công ty VEIR (Mỹ) có thể truyền tải nhiều điện hơn đáng kể mà không cần tăng điện áp hoặc mặt bằng chiếm chỗ.

Công nghệ năng lượng tái tạo đang trải qua giai đoạn phát triển như cơn sốt vàng. Lưới điện phải bắt kịp với các yêu cầu pháp lý về năng lượng sạch và các ưu đãi tài chính đang thúc đẩy tăng trưởng nhanh chóng. Bộ Năng lượng Mỹ báo cáo hiện có 11.600 dự án năng lượng xanh đang chuẩn bị triển khai. Tuy nhiên, các dự án đó phải chờ xây dựng cơ sở hạ tầng lưới điện để hỗ trợ sự tăng trưởng này. 

Một rào cản lớn đối với việc mở rộng lưới điện là chi phí lắp đặt đường dây truyền tải tăng cao. Chi phí vật liệu, vấn đề cấp phép và sự phản đối của cộng đồng, tất cả đều cản trở sự phát triển cần thiết của đường dây truyền tải. 

Một giải pháp khả thi là đường dây truyền tải siêu dẫn của VEIR. Những đường dây này có thể tăng đáng kể khả năng truyền tải điện mà không cần phải tăng điện áp hoặc kích thước trụ điện. VEIR đang đi đầu trong vật liệu sử dụng để tạo ra các đường dây truyền tải siêu dẫn và đã phát triển một hệ thống làm mát độc quyền sử dụng nitơ để làm mát cáp thụ động. Những phát triển này giúp tăng trưởng đáng kể công suất mà không cần tăng điện áp. 

Đường dây truyền tải (Ảnh st)

Chi phí lắp đặt đường dây truyền tải thông thường tăng cao 

Hầu hết các chuyên gia đều đồng ý rằng lưới điện phải tăng gấp đôi hoặc gấp ba công suất để xử lý nhu cầu điện năng đang nổi lên trong tương lai. Thị trường xe điện, nhu cầu dữ liệu trí tuệ nhân tạo và công nghệ tái tạo đang tăng trưởng, tất cả đều sẽ gây áp lực rất lớn lên lưới điện. Nhiệt độ tăng cao và thiên tai gia tăng cũng gây ra áp lực đáng kể.

Các vấn đề về chuỗi cung ứng, điều kiện thị trường và sự phức tạp trong việc cấp phép, tất cả đều cản trở việc xây dựng và lắp đặt các đường dây truyền tải điện cao áp thông thường ở Mỹ.

Quá trình đấu thầu kéo dài giao thoa với các vấn đề tuân thủ quy định ngày càng phức tạp, dẫn đến việc làm giảm động lực của nhà thầu. Khi những chậm trễ như vậy xảy ra, giá vật liệu có thể tăng vọt, dẫn đến phá sản ngân sách. Không có gì lạ khi các dự án đường dây truyền tải tăng giá 20% trước khi chúng bắt đầu, nghĩa là mất hàng triệu USD cho các dự án lớn hơn. 

Sự phức tạp của việc lắp đặt đường dây truyền tải siêu dẫn 

Tuy các đường dây truyền tải siêu dẫn là giải pháp tuyệt vời cho nhiều nhược điểm liên quan đến các đường dây thông thường nhưng việc lắp đặt chúng cũng đi kèm với những thách thức có một không hai. Vật liệu siêu dẫn yêu cầu nhiệt độ cực thấp, nhiều khi gần bằng 0K (0 độ tuyệt đối), để duy trì trạng thái siêu dẫn của chúng. Điều này đòi hỏi phải sử dụng các hệ thống làm lạnh phức tạp và tốn kém ở nhiệt độ cực thấp để giữ cho các đường dây hoạt động, làm tăng đáng kể chi phí lắp đặt và bảo trì. Ngoài ra, cơ sở hạ tầng phải đủ mạnh để xử lý các hệ thống làm lạnh này, điều này làm tăng thêm tính phức tạp của quá trình lắp đặt.

Yttri bari oxit đồng (Ảnh st)

Các vật liệu sử dụng trong các đường dây siêu dẫn, chẳng hạn như hợp chất siêu dẫn YBCO (Yttrium-Barium-Copper-Oxide), rất đắt và khó chế tạo với lượng lớn. Độ giòn của các vật liệu này đòi hỏi việc nâng chuyển cẩn thận và các kỹ thuật chuyên biệt để tránh hư hại trong quá trình lắp đặt. Một thách thức khác là nhu cầu tích hợp liền mạch với các lưới điện hiện có, thường liên quan đến kỹ thuật tinh vi để đảm bảo khả năng tương thích và độ tin cậy.

Làm lạnh bằng nitơ giúp giảm điện áp như thế nào

Công ty khởi nghiệp VEIR (Mỹ) đang tiên phong trong một giải pháp bắt nguồn từ đổi mới làm lạnh. Giải pháp này phát huy lợi thế những tiến bộ của ngành công nghiệp tổng hợp hạt nhân trong việc phát triển băng siêu dẫn nhiệt độ cao. 

Đường dây truyền tải siêu dẫn của VEIR có thể truyền tải công suất lớn hơn từ 5 đến 10 lần so với đường dây thông thường mà không làm tăng điện áp hoặc mặt bằng chiếm chỗ. Hậu quả song song này luôn khó tránh khỏi. 

Giữ điện áp thấp sẽ rất quan trọng trong việc giảm sự phản đối đối với việc phát triển cơ sở hạ tầng ở các khu dân cư. VEIR đã lắp đặt nhiều đường dây ở Woburn, bang Massachusetts, nơi công trình của họ không có gì khác biệt so với các đường dây truyền tải thông thường. Công nghệ này cho phép nhất quán giữa quy mô và kích thước, do đó ngăn ngừa nhu cầu về các trụ điện khổng lồ hoặc các yếu tố cơ sở hạ tầng đồ sộ khác. 

Phát triển các đường dây truyền tải siêu dẫn (Ảnh st)

Công nghệ cải tiến cốt lõi của VEIR là hệ thống làm lạnh. Hệ thống VEIR sử dụng một đường ống cách nhiệt chân không bao quanh vật liệu siêu dẫn và nitơ để tạo ra hệ thống làm lạnh hợp lý hóa, thụ động. Một số trụ điện truyền tải sẽ bao gồm các bộ trao đổi nhiệt để hỗ trợ các cơ chế làm mát đường dây. Đường dây VEIR tạo ra công suất làm mát gấp 20 lần trên mỗi kilôgam chất làm lạnh nitơ lỏng bằng cách sử dụng quá trình bốc hơi phân tán.

Dự án quy mô thương mại đầu tiên của VEIR sẽ sẵn sàng vào năm 2026. Công ty có kế hoạch bán công nghệ truyền tải siêu dẫn của mình cho thị trường Mỹ. Công ty cũng đang phát triển một đường dây điện xoay chiều thương mại có thể truyền tải tới 400MW và điện áp lên tới 69kV.

Đóng góp của VEIR vào việc đưa các đường dây truyền tải siêu dẫn trong tương lai sẽ giúp đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng lưới điện để theo kịp sự tiến hóa nhanh chóng của năng lượng tái tạo.

Biên dịch: Nguyễn Thị Dung

Theo “Eepower”, tháng 10/2024