Đường dây truyền tải HVDC - Ảnh: Electronics Hub

Những lợi ích kinh tế, kĩ thuật rõ ràng mà HVDC mang lại

Hệ thống truyền tải HVDC vận hành thương mại đầu tiên trên thế giới tại Thụy Điển – Gotland 1 (chủ yếu là cáp ngầm vượt biển, công suất 20MW, cấp điện áp 100kV và chiều dài 100km) -  sử dụng công nghệ van hồ quang thủy ngân (được đưa vào vận hành năm 1954) đánh dấu một bước tiến lớn của ngành này. Hiện nay, có khoảng 160 công trình đường dây siêu cao áp 1 chiều HVDC đang vận hành hoặc đang xây dựng trên thế giới, trong đó đáng kể gồm: Trung Quốc 43 công trình, Ấn độ 9 công trình, Canada  9 công trình, Mỹ  7 công trình, Úc  3 công trình, Bazil 3 công trình, châu Âu 72 công trình. Tại khu vực Đông Nam Á, các nước có đường dây HVDC gồm: Philippines, Thái Lan, Malaysia, Indonesia.

Với những tiến bộ trong lĩnh vực điện tử công suất, các khóa đóng ngắt dần được thay thế bằng thyristor và IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors), hiệu năng truyền tải và khả năng điều khiển của HVDC ngày càng được cải thiện thông qua việc sử dụng công nghệ điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation).

Những ứng dụng khác nhau của truyền tải HVDC - Ảnh: John Wiley & Sons

Những lợi ích kĩ thuật mà HVDC mang lại:

• Đường dây siêu cao áp một chiều không truyền tải công suất phản kháng mà chỉ truyền tải công suất tác dụng nên không gặp các vấn đề về quá điện áp trên đường dây dài như hệ thống xoay chiều.

• Liên kết 2 hệ thống không đồng bộ: Hệ thống HVDC có thể giúp trao đổi công suất giữa các hệ thống điện khác nhau về tần số, điều độ vận hành, thậm chí có thể liên kết giữa hệ thống điện mạnh với hệ thống điện yếu hơn nhiều mà không làm ảnh hưởng đến nhau.

• Đối với những đường cáp biển có chiều dài trên 50km thì truyền tải bằng đường cáp xoay chiều là không khả thi, trong khi đó, cáp HVDC có thể truyền tải đến 600km.

• Hệ thống HVDC có khả năng cách ly sự cố rã lưới và tăng độ ổn định hệ thống điện. Sự cố rã lưới năm 2003 ở Bắc Mỹ gây hậu quả rất nghiêm trọng, gây mất điện trên diện rộng và chỉ dừng lại khi gặp đường dây một chiều liên kết với Canada. Các trạm biến áp HVDC có khả năng phát ra công suất phản kháng độc lập với công suất tác dụng, do đó có tác dụng như nguồn áp, có thể cấp điện cục bộ cho những hệ thống điện yếu, tăng ổn định hệ thống điện.

Chi phí đầu tư ban đầu cho toàn bộ hệ thống HVDC luôn là một trở ngại lớn để các nước đang phát triển như Việt Nam có thể tiếp cận công nghệ HVDC. Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy hiệu quả đầu tư xây dựng HVDC so với HVAC tăng tỉ lệ thuận với chiều dài đường dây xây dựng. Suất đầu tư cho đường dây HVDC thấp hơn HVAC do thiết kế cột gọn nhẹ hơn. Thông thường, khi tính toán kinh tế đối với các dự án truyền tải trên thế giới, suất đầu tư cho đường dây HVDC bằng 0.6-0.8 lần đường dây HVAC cùng điện áp và số mạch.

Bên cạnh đó, hành lang tuyến của đường dây HVDC nhỏ hơn HVAC (do ảnh hưởng của điện trường tĩnh đến sức khỏe con người chỉ tương tự như từ trường trái đất), làm giảm chi phí đền bù và giải phóng mặt bằng.

Mặc dù chi phí đầu tư cho trạm chuyển đổi AC-DC và DC-AC cao hơn rất nhiều so với chi phí xây dựng trạm biến áp xoay chiều, chi phí này được bù đắp bởi khoản tiết giảm đầu tư đường dây HVDC và giảm tổn thất điện năng. Khi khoảng cách càng dài thì HVDC càng có lợi, từ đó xuất hiện một điểm cân bằng, tại đó 2 hệ thống HVDC và HVAC có tổng chi phí tương đương. Điểm cân bằng thường được tính theo chiều dài và có khoảng cách từ 600-800 km. Đối với hệ thống HVDC sử dụng cáp ngầm vượt biển thì khoảng cách của điểm cân bằng ngắn hơn nhiều so với đường dây trên không.

So sánh chi phí đầu tư HVDC và HVAC

Triển vọng phát triển HVDC tại Việt Nam

Với chiều dài dọc theo đường bờ biển và nhu cầu truyền tải công suất liên miền lớn, Việt Nam hội tụ đủ các yếu tố để triển khai xây dựng HVDC. Thực tế là, theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh (QHĐ7ĐC), đến năm 2030, Việt Nam sẽ nhập khẩu điện từ các nước trong khu vực như Lào, Campuchia và Trung Quốc. Vào tháng 12/2016, chính phủ 2 nước Lào và Việt Nam đã ký biên bản ghi nhớ, theo đó Việt Nam sẽ nhập khẩu khoảng 5000MW đến giai đoạn 2026-2030. Việc hình thành lưới truyền tải liên kết Việt Nam – Lào là một trong những thành phần quan trọng của chiến lược liên kết lưới điện ASEAN nói chung và tiểu vùng sông Mekong (VN – Lào – Thái Lan – Myanmar - Campuchia) nói riêng.

Bên cạnh đó, Lào với độ dự trữ nguồn điện rất cao (trên 60%) và trữ lượng thủy điện dồi dào đem lại khả năng xuất khẩu điện lên đến 6GW. Việc hình thành lưới truyền tải liên kết giữa 2 quốc gia Việt Nam – Lào sẽ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng cho hệ thống điện Việt Nam đặc biệt trong tình trạng một số nguồn khu vực miền Nam và miền Trung đang có nguy cơ chậm tiến độ. Do đó, việc giải quyết vấn đề truyền tải lượng công suất nhập khẩu từ Lào đến các khu vực thiết hụt điện năng là rất cấp thiết.

Kết quả cân bằng điện năng – công suất cho thấy về mặt công suất, tổng công suất đặt của hệ thống luôn cao hơn công suất phụ tải cực đại, trong đó miền Nam có độ dự phòng công suất từ 4%-30% (bao gồm cả công suất của các nhà máy điện gió và điện mặt trời). Tuy nhiên, giai đoạn sau năm 2020 các nhà máy điện năng lượng tái tạo chiếm một tỷ trọng lớn trong cơ cấu nguồn miền Nam (khoảng 15-30%), với đặc thù là nguồn điện không ổn định, sản lượng điện năng thấp nên miền Nam hầu như luôn trong tình trạng thiếu điện cục bộ đến năm 2030. Với cấu hình lưới hiện hữu nếu nhập khẩu lượng công suất khoảng 5000MW đến năm 2030 thì theo các kết quả tính toán hệ thống điện cho thấy sẽ gây quá tải công suất phát nóng và công suất giới hạn của giàn tụ bù dọc của các đường dây truyền tải liên miền. Do đó, việc nâng cao giới hạn truyền tải Bắc – Trung – Nam trong điều kiện nhập khẩu các nguồn điện từ Lào khoảng 5000MW đến năm 2030 là hết sức cần thiết.

Trong điều kiện hiện nay, việc đầu tư thêm các đường dây HVAC để truyền tải công suất các nguồn điện nhập khẩu Lào là khó khả thi do phát sinh quá nhiều diện tích đất hành lang tuyến và giải phóng mặt bằng, cũng như các tác động xấu đến các yếu tố môi trường khác (tài nguyên thiên nhiên, đất rừng,...). Trong khi đó, hiệu quả đầu tư các phương án này chênh lệch không đáng kể. Mặt khác, với công nghệ thiết bị bán dẫn ứng dụng trong HVDC ngày càng tiến bộ, sẽ có xu hướng làm cho truyền tải HVDC hiệu quả hơn do xu hướng giảm chi phí đầu tư của trạm chuyển đổi AC/DC. Sau khi xem xét các phương án, báo cáo nghiên cứu phương án truyền tải HVDC do PECC2 lập cho EVN đề xuất cải tạo 1 đường dây 500kV HVAC 1 mạch hiện hữu từ Nho Quan đến Cầu Bông thành đường dây ± 500kV HVDC.

Đường dây HVDC đề xuất Nho Quan – Cầu Bông

Các bước tiếp theo cần lập đề án bổ sung quy hoạch để nghiên cứu kỹ lưỡng hơn với đầy đủ các số liệu tin cậy để làm rõ sự cần thiết đầu tư, trình cấp thẩm quyền xem xét phê duyệt. Dù đã được đưa vào vận hành ở nhiều nước trên thế giới, nhưng tại Việt Nam, HVDC là công nghệ mới chưa được sử dụng nên chưa có qui phạm, tiêu chuẩn và hành lang pháp lý. Do đó, nếu ứng dụng công nghệ HVDC tại Việt Nam, sẽ có các vấn đề cần được nghiên cứu tiếp về hệ thống HVDC như: tính toán hệ thống điện, thiết kế công nghệ và xây dựng, kết nối vận hành hệ thống điện, quản lý vận hành bảo trì sửa chữa với các trạm chuyển đổi, hành lang pháp lý, xây dựng quy định, quy phạm, tiêu chuẩn có liên quan.

Để xây dựng các qui phạm, tiêu chuẩn cũng như hành lang pháp lý, cần thiết tổ chức các hội thảo, mời các chuyên gia công nghệ, tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ truyền tải HVDC để cập nhật các kiến thức mới, đồng thời, cần tham khảo và nghiên cứu tiêu chuẩn IEC và tiêu chuẩn của một số nước đã vận hành hệ thống HVDC để đưa vào áp dụng tại Việt Nam.

Như vậy, hệ thống truyền tải HVDC nếu được xây dựng không chỉ giúp đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia mà còn nâng tầm trình độ khoa học – công nghệ trong lĩnh vực truyền tải điện của Việt Nam.

Thực hiện: Nguyễn Lê Quốc Khánh