Tối ưu hóa dòng công suất: Các công nghệ cáp và dây dẫn mới nổi

Công nghệ dây dẫn và cáp mới đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tổn thất truyền tải, tối ưu hóa dòng công suất, tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo không liên tục và tăng cường độ ổn định của hệ thống (Ảnh st)

Dây cáp điện và dây dẫn tiên tiến có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng. Thị trường cáp và dây dẫn đang chứng kiến ​​sự đổi mới trong các công nghệ có thể chịu nhiệt độ cao và đạt khả năng truyền tải điện áp cao liền mạch. Hiện tại, các công nghệ này tập trung vào việc tăng khả năng mang dòng điện, phân phối điện hiệu quả trên khoảng cách xa với tổn thất điện tối thiểu và cải thiện độ ổn định và độ tin cậy của lưới điện. Công nghệ dây dẫn và cáp mới đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tổn thất truyền tải, tối ưu hóa dòng công suất, tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo không liên tục và tăng cường độ ổn định của hệ thống.

Các phần sau đây thảo luận về các công nghệ cáp và dây dẫn mới nổi…

Dây dẫn HTLS

Dây dẫn HTLS (Ảnh st)

Một trong những công nghệ dây dẫn đang nổi lên nhanh chóng là dây dẫn có độ võng thấp ở nhiệt độ cao (HTLS), có cùng đường kính với dây dẫn nhôm gia cố bằng thép (ACSR), có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 250^oC. Ngoài ra, dây dẫn HTLS yêu cầu độ giãn nhiệt ít hơn dây dẫn ACSR. Một kỹ thuật để nâng cao mức danh định nhiệt của đường dây hiện có là thay thế dây dẫn ACSR bằng dây dẫn HTLS trong khi vẫn giữ nguyên hành lang truyền tải (RoW). Việc lắp đặt và vận hành dây dẫn HTLS không đòi hỏi phải thay đổi đáng kể nền móng và kết cấu hiện có. Các cáp siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) là một bước phát triển mang tính cách mạng trong lĩnh vực truyền tải điện. Các cáp HTS cực kỳ hiệu quả và có thể truyền tải công suất lớn hơn qua khoảng cách xa hơn vì chúng có thể truyền tải điện với điện trở bằng 0, trái ngược với các dây dẫn bằng đồng hoặc nhôm thông thường. Do thiết kế nhẹ hơn và nhỏ gọn hơn so với các sản phẩm cạnh tranh thông thường, người ta thường sử dụng chúng trong các môi trường đô thị, nơi không gian hạn hẹp.

Nói chung, người ta phân chia dây dẫn HTLS thành bốn chủng loại: dây dẫn nhôm lõi composite (ACCC), dây dẫn nhôm có thép tăng cường (ACSS), dây dẫn nhôm siêu nhiệt gia cố hợp kim inva^(*) (STACIR) và dây dẫn ACSR hợp kim nhôm chịu nhiệt loại có khe hở (dây dẫn khe hở).

• Dây dẫn ACCC bao gồm lõi composite cacbon và nhôm ủ hình thang. Chúng có thể tăng gấp đôi công suất truyền tải điện, độ võng thấp hơn ở nhiệt độ vận hành cao, giúp giảm phát thải cacbon và tổn thất đường dây truyền tải ít hơn 20-30%.
• Dây dẫn ACSS chế tạo từ các ​​dây nhôm 1350 ủ và lõi dây thép bọc Galfan (5% kẽm và hợp kim đất hiếm-Nhôm) có độ bền kéo cao bên trong. Các dây dẫn này có khả năng vận hành ở nhiệt độ lên tới 250^oC, tổn hao thấp do nhôm ủ và dễ lắp đặt.
• Dây dẫn STACIR chế tạo từ ​​​​các thanh hợp kim nhôm zirconium, mang lại công suất truyền tải cao hơn 100% nhưng lại gây ra tổn thất cao. Các dây dẫn này có lõi thép bên trong bằng hợp kim inva bền chắc và các sợi nhôm siêu nhiệt sắp xếp đồng tâm tạo thành lớp ngoài của dây dẫn.
• Dây dẫn ACSR hợp kim nhôm chịu nhiệt có khe hở hoặc dây dẫn có khe hở được lấp đầy bằng mỡ chịu nhiệt giữa lõi thép và lớp trong cùng để giảm lực cản giữa hai lớp và chống ăn mòn.

Cáp bọc

Cáp bọc (Ảnh st)

Cáp bọc đang thu hút sự chú ý trên thị trường vì những nguy hiểm liên quan đến cáp trên không mà không được bảo vệ. Các loại cáp bọc phổ biến nhất bao gồm cáp bó trên không, các hệ thống cáp thanh cách, cáp polyetylen khối lượng riêng cao và cáp polyetylen liên kết ngang (XLPE).

• Polyetylen liên kết ngang đóng vai trò là vật liệu cách điện chính trong cáp XLPE, có thể chịu nhiệt độ cao hơn trong cả trường hợp phụ tải bình thường và ngắn mạch. Các công ty điện lực ngày càng sử dụng nhiều cáp XLPE ép đùn để lắp đặt cơ sở hạ tầng truyền tải ở những địa hình khó khăn. Các cáp XLPE có thể vận hành ở nhiệt độ cao và có thông số danh định dòng điện cao hơn.
• Các đường dây điện trên không, còn gọi là cáp bó trên không, sử dụng nhiều dây dẫn pha cách điện bó lại với nhau. Ngoài ra, chúng thường có một dây dẫn trung tính duy nhất. Các loại cáp này là đáng tin cậy và an toàn hơn các hệ thống phân phối trên không truyền thống với dây dẫn trần. Chúng cũng tiết kiệm chi phí hơn và có mức tổn thất điện năng giảm thấp.
• Cáp vòng cách, một loại công nghệ đường dây truyền tải điện trên không, kết hợp các vòng cách hoặc thiết bị cách điện để tách các dây dẫn, cho phép đặt chúng gần nhau hơn mà không ảnh hưởng đến sự an toàn. Thiết kế này nhằm mục đích nâng cao tính năng tổng thể của đường dây truyền tải điện bằng cách tăng hiệu suất và công suất.
• Cáp polyetylen khối lượng riêng cao (HDPE) là các loại cáp cách điện làm bằng polyme nhiệt dẻo nổi tiếng với tỷ lệ cường độ trên khối lượng riêng cao, độ bền hóa học cao và độ bền lâu cao. Cáp HDPE có khả năng chịu mài mòn, đặc biệt có lợi trong các ứng dụng mà ở đó cáp có thể phải phơi nhiễm các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Thiết kế nhẹ giúp chúng thuận lợi trong việc lắp đặt và vận chuyển, với hằng số điện môi thấp để duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu điện. Ngoài ra, chúng còn có khả năng chống bức xạ cực tím, khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng ngoài trời nơi cáp phơi nhiễm với ánh sáng mặt trời.

Cáp ngầm

Cáp ngầm (Ảnh st)

Cáp ngầm mang lại sự an toàn chống điện giật tốt hơn so với dây dẫn trên không và ngày càng được các cơ quan truyền tải quốc gia và bang chấp nhận. Có một số cải tiến trên thị trường cáp cho phép các công ty điện lực tăng công suất mà không cần phải giải quyết các vấn đề về khoảng trống RoW. Cáp ngầm yêu cầu chiều rộng lắp đặt ít hơn so với RoW rộng cần thiết cho các đường dây điện trên không. Chúng ít bị nhiễu điện từ, có thể ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử và hệ thống truyền thông nhạy cảm. Ngoài ra, chúng tạo ra các trường điện từ (EMF) thấp hơn so với đường dây trên không, giải quyết những lo ngại liên quan đến các hiệu ứng sự cố tiềm ẩn liên quan đến việc phơi nhiễm kéo dài các mức EMF cao.

Cáp điện mặt trời

Cáp điện mặt trời (Ảnh st)

Cáp điện mặt trời là một công nghệ tiên tiến khác đang thu hút sự chú ý tại thị trường Ấn Độ trong việc truyền tải điện an toàn từ các tấm pin mặt trời sang bộ nghịch lưu, đảm bảo sự ổn định. Chúng kết nối các thiết bị quan trọng và hoạt động như một phương tiện vận chuyển năng lượng mặt trời trong toàn hệ thống điện mặt trời. Chúng có thể chịu điều kiện thời tiết cực đoan nhờ độ bền cơ học vượt trội. Trong quá trình thực hiện dự án năng lượng mặt trời, các dây cáp này thường lắp đặt ngoài trời và tiếp xúc với nhiệt độ cao. Các loại cáp hiện đại này có thể chịu các điều kiện thời tiết cực đoan và lắp đặt ngoài trời nhờ việc chế tạo từ các vật liệu cao cấp có khả năng chịu nhiệt, chống ẩm, chống lạnh và tia cực tím, đảm bảo độ tin cậy và an toàn của hệ thống năng lượng mặt trời. Ngoài ra, cáp điện mặt trời chất lượng cao cho phép các tấm pin mặt trời hoạt động hiệu quả hơn, phát điện sạch hơn và giảm phát thải cacbon.

Đường dây cách điện khí

Đường dây cách điện khí (Ảnh st)

Mặc dù việc áp dụng các đường dây cách điện khí (GIL) chưa diễn ra rộng rãi trên thị trường nhưng chúng đang thu hút sự chú ý trên toàn cầu. Trong trường hợp không thể tiếp cận RoW để truyền tải điện, GIL là sự thay thế thực tế cho dây dẫn trên không. Điều này chủ yếu là do có thể đặt chúng trong hào, đường hầm và thậm chí dưới lòng đất. Ngoài ra, GIL có tổn thất điện trở nhỏ hơn so với dây dẫn trên không và mang lại độ tin cậy cao hơn đồng thời giảm nguy cơ hỏa hoạn. Môi chất cách điện trong GIL là lưu huỳnh hexafluoride và nitơ hexafluoride. Vật liệu cách điện chính của nó bao gồm các dây dẫn bằng nhôm được đỡ bởi các ống kín điều áp bằng hỗn hợp khí nitơ và lưu huỳnh hexafluoride theo tỷ lệ 80:20.

Cáp thông minh

Cáp thông minh là kết quả của việc kết hợp các cảm biến và công nghệ truyền thông vào các đường dây điện và điều khiển. Các loại cáp này tích hợp chức năng theo dõi tình trạng và tính năng, cho phép chúng nhận dạng tức thời các rắc rối như hư hại và phát nóng quá mức. Chiến lược bảo trì chủ động này giúp cải thiện độ tin cậy tổng thể của hệ thống điện và giúp tránh các vụ mất điện tốn kém.

Kết luận

Việc triển khai rộng rãi các loại cáp và dây dẫn giảm thiểu yêu cầu về RoW và vận hành hiệu quả ở nhiệt độ cao. Trong tương lai gần, người ta kỳ vọng việc sử dụng các loại cáp nhẹ và mềm mại này ​​sẽ thu hút sự chú ý. Chúng bao gồm các loại cáp làm bằng vật liệu nhẹ như ống nano, graphene và các polyme có độ bền cao, dễ lắp đặt và giảm nguy cơ hư hại. Nhìn chung, phân tích chi phí-lợi ích để phù hợp với yêu cầu cụ thể là thiết yếu để đạt được kết quả tốt nhất.

Invar ^(*): hợp kim chứa 63,8% sắt, 36% niken và 0,2% carbon, có độ giãn nở nhiệt rất thấp, gần như bằng 0.

Biên dịch: Phạm Gia Đại

Theo “powerline”, tháng 7/2024