Tình trạng lưới điện và các biện pháp dài hạn để giải quyết các vấn đề về truyền tải điện

Admin 16/11/2017

Tình trạng lưới điện và các biện pháp dài hạn để giải quyết các vấn đề về truyền tải điện 

Trong Thông điệp về tình hình liên bang, Tổng thống Bush một lần nữa nhấn mạnh vấn đề nâng cao công suất nguồn điện trong nước và thoát khỏi sự phụ thuộc vào nguồn dầu nhập khẩu.

Tổng thống nêu rõ: “Vì lợi ích sống còn, chúng ta phải đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng, mà con đường tiến lên phía trước là thông qua các giải pháp công nghệ. Nước Mỹ phải tiếp tục thay đổi phương cách sản xuất điện, bằng cách sử dụng nhiều hơn nữa công nghệ than sạch, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, và năng lượng hạt nhân sạch, an toàn.”

Khoản 4,3 tỉ USD được phê duyệt theo Đạo luật về chính sách năng lượng của Mỹ (EPACT) năm 2005 dành cho xây dựng mới các nhà máy điện hạt nhân sẽ góp phần giảm bớt gánh nặng cho khâu phát điện tại quốc gia này, bên cạnh các hạng mục khác như năng lượng gió, sóng biển, than sạch, thủy triều, sinh khối, pin nhiên liệu và sản xuất khí hyđro.  Tuy nhiên, tăng cường phát triển nguồn điện không phải là vấn đề duy nhất mà nước Mỹ đang phải đối mặt. Việc bổ sung công suất nguồn sẽ không hiệu quả nếu không đưa được công suất đó đến nơi và vào lúc cần thiết. Lưới điện phân phối đang bị lão hóa và đã quá thời hạn cần được đại tu. Theo Bộ Năng lượng Mỹ, trong năm tới, khoản phí tắc nghẽn lưới điện đối với các khách hàng miền Đông nước Mỹ sẽ lên tới 8 tỉ USD, đó là chưa kể đến khoản phí tắc nghẽn lưới điện mà người dân bờ biển miền Tây ở Nam California, khu vực vịnh San Francisco, Portland và Seattle sẽ phải trả. Bộ Năng lương Mỹ, Hội đồng Nghiên cứu môi trường quốc gia Mỹ (NERC) và nhiều tổ chức khác đang triển khai một số hoạt động nhằm xử lý về lâu dài tình trạng lưới điện, tuy nhiên họ không chú trọng tới các yêu cầu trước mắt. Bởi thế, chúng ta hãy cùng xem xét những gì đang xảy ra trong ba lĩnh vực nhằm giảm gánh nặng truyền tải và nâng cao tin cậy bằng cách sử dụng công nghệ hiện có. 

Năng lượng tái tạo 

Tổng thống Bush không phải là người duy nhất đề cập đến tiềm năng của năng lượng tái tạo. Trong tháng giêng, một nhóm quan chức của Bộ Năng lượng do giáo sư Jefferson Tester của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) dẫn đầu đã báo cáo rằng nếu đầu tư 1 tỉ USD trong vòng 15 năm tới cho ngành địa nhiệt sẽ có thể bổ sung thêm 100 GW công suất nguồn. Tuy nhiên, cũng như nhiều nguồn năng lượng tái tạo khác, các nguồn này lại không ở gần các trung tâm dân cư đông đúc, hoặc nếu có gần thì chính những người dân nơi đó sẽ tìm cách ngăn cản việc triển khai, như đã xảy ra với dự án năng lượng gió Đất Mũi (Cape Wind Project), ở gần khu vực Mũi Cod. Và do đó, các trại gió được lắp đặt tại những nơi như miền Tây Texas hoặc sa mạc Mojave.  Cụ thể là miền Tây Texas đã trở thành đối thủ mạnh trên thị trường phong điện, vượt lên trên cả bang California để trở thành vùng phong điện lớn nhất nước Mỹ hồi năm 2006, sau khi xây dựng mới thêm ba trại gió với công suất tổng cộng là 430 MW, đó là Trung tâm năng lượng gió Horse Hollow 225 MW, Trại gió Buffalo Gap 121 MW và Trung tâm năng lượng gió Red Canyon 84 MW. Tuy nhiên điều này đã khiến cho lưới điện bị căng thẳng. Cụ thể như hồi năm 2001, Hội đồng về độ tin cậy cung cấp điện của bang Texas (Electrical Reliability Council of Texas - ERCOT) đã phải ra lệnh cắt giảm sản lượng phong điện tại một khu vực do các đường dây truyền tải bị quá tải. Năm 2005, trong cuốn sách trắng (Những vấn đề về truyền tải liên quan với năng lượng tái tạo tại bang Texas) trình lên Cơ quan lập pháp bang Texas, ECORT đã đề nghị duyệt chi 1 tỉ USD để nâng cấp các đường dây 345 kV tại miền Tây Texas để truyền tải 3.641 MW từ các nhà máy phong điện, và hai phương án khác nữa để truyền tải 8.641 MW khác với chi phí 2 - 3 tỉ USD.  Tương tự, công ty San Diego Gas and Electric muốn xây dựng một đường dây 500 kV để khai thác 1.000 đến 2.000 MW công suất địa nhiệt tiềm năng từ các nhà máy trong thung lũng Imperial.  Các hãng sản xuất máy phát điện và tuabin gió cũng đang tìm cách cải thiện độ ổn định lưới điện. Do các tuabin gió là các động cơ cảm ứng cỡ lớn nên chúng thường có khuynh hướng hút công suất phản kháng từ lưới điện, gây nên hiện tượng mất ổn định và sụt áp. Tiến sĩ Yuriy Kazachkov, chuyên tư vấn của hãng Shaw Power Technology cho biết: “Hầu hết các kiểu máy phát điện tuabin gió không có khả năng hỗ trợ nhiều cho việc ổn định điện áp lưới điện, thậm chí chúng còn có thể làm cho vấn đề điện áp trở nên tồi tệ hơn, cũng như bất kỳ loại máy điện cảm ứng nào khác. Mà bất kỳ nhà máy phong điện nào không có khả năng hỗ trợ điện áp cho lưới điện thì đều không thể được coi là công trình nguồn điện tốt.” Giải pháp thông thường để giải quyết vấn đề này là dùng tụ điện và các máy bù công suất phản kháng tĩnh để hiệu chỉnh hệ số công suất. Tuy nhiên, General Electric (GE) cũng như Clipper Windpower đều đã phát triển các công nghệ nhằm giải quyết vấn đề này ngay tại tuabin. GE dùng máy tính trung tâm để theo dõi hệ số công suất và sau đó gửi tín hiệu tới các bộ xử lý đặt ngay trong bầu máy để kích thích máy phát ở mức yêu cầu. Còn các tuabin mới nhãn hiệu Liberty của công ty Clipper lại dùng nam châm vĩnh cửu, do đó chúng vận hành ở hệ số công suất bằng 1, đồng thời công ty này cũng có hệ thống hiệu chỉnh điện áp khi điện năng được truyền qua các máy biến áp và hệ thống thanh cái của trại gió.

Bù tại chỗ công suất phản kháng  

Tuy nhiên, đối với các trại phong điện, vấn đề không chỉ là hỗ trợ lưới điện. Theo báo cáo cuối cùng của Cơ quan chuyên trách điều tra các sự cố Hệ thống điện Mỹ - Canađa về vụ mất điện ngày 14/8/2003 tại hai quốc gia này, phần Nguyên nhân và khuyến cáo, thì một trong các nguyên nhân quan trọng của sự cố mất điện tồi tệ nhất lục địa này trong vòng ba thập niên qua là “Không duy trì sự hỗ trợ thỏa đáng về công suất phản kháng”. 

Vai trò của các nguồn công suất phản kháng tại chỗ còn tiếp tục được nhấn mạnh trong bản báo cáo nghiên cứu của Bộ Năng lượng nhan đề “Phân tích sơ bộ về mặt kinh tế của việc sử dụng nguồn điện phân bố làm nguồn công suất phản kháng”. Báo cáo viết: “Công suất phản kháng từ nguồn điện phân bố có khả năng bù ở dạng phân bố và một cách năng động lượng công suất phản kháng tương ứng với nhu cầu công suất phản kháng luôn biến động theo thời gian, không gian. Một cách trực giác, dường như có một sự phù hợp tốt giữa nhu cầu bù công suất phản kháng liền kề hoặc gần các nút phụ tải và độ tăng trưởng phụ tải cùng với độ khả dụng của nguồn điện phân bố ngay tại hoặc gần với các phụ tải của khách hàng.” Mới đây, khi công ty Lafayette Utilities System (LUS) (tại Lafayette, bang Louisiana) bổ sung nguồn điện thì họ cũng hỗ trợ cho lưới điện. Phần lớn nguồn công suất của công ty này được cấp từ tổ máy phát chạy than tại nhà máy điện Rodemacher, nhưng do nhu cầu phụ tải gia tăng cùng với lưới điện không ổn định, LUS buộc phải bổ sung công suất tại chỗ. Ông Terry Huval, giám đốc của LUS bày tỏ: “Để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng phụ tải của cộng đồng tại địa phương cũng như đảm bảo không bị tắc nghẽn truyền tải, chúng tôi đã bổ sung tại đây 200 MW nguồn điện. Chúng tôi đã gặp một số khó khăn căng thẳng kéo dài suốt 5 - 6 năm qua, và đã có 290 lần thực hiện chống quá tải kể từ năm 2001 đến nay. Chúng tôi nghĩ rằng việc đảm bảo cung cấp điện một cách tin cậy cho khách hàng là rất quan trọng.” Để khắc phục các trở ngại này, Lafayette Utilities đã xây dựng mới hai nhà máy điện trong thành phố, mỗi nhà máy có hai tuabin chu trình đơn GE LM6000, công suất 50 MW, để cung cấp điện trong trường hợp khẩn cấp và phủ đỉnh. Nhà máy điện Hargis-Hebert là cái thứ hai trong số hai nhà máy này đã được nối vào lưới năm 2006. Ngoài việc cung cấp điện, các máy phát của hai nhà máy này còn có khả năng chạy ở chế độ bù đồng bộ, làm việc như một thiết bị cung cấp công suất phản kháng. Ông Gregory Magarie, chủ nhiệm dự án, giám đốc điều hành các công trình điện tại văn phòng Boston thuộc công ty R. W. Beck, làm việc cho dự án này với tư cách là kỹ sư điện chủ đạo, cho biết: “Bằng cách tách máy phát khỏi tuabin khí và để nó chạy như một động cơ đồng bộ, tổ máy phát đã lĩnh thêm chức năng bù đồng bộ, nhờ đó có thể hấp thụ hoặc cung cấp nhiều công suất phản kháng vào lưới điện (để điều khiển điện áp lưới) hơn so với trường hợp chỉ đơn thuần thay đổi chế độ kích từ của máy phát trong vận hành.” Theo ông, máy LM6000 tỏ ra thích hợp một cách lý tưởng với các ứng dụng bù đồng bộ và GE đã chào bán thiết bị này như một phương án lựa chọn của tuabin. Điểm khác biệt là khi tuabin được sử dụng làm máy bù đồng bộ thì người ta lắp thêm một khớp ly hợp vào giữa tuabin và máy phát để chúng có thể vận hành độc lập với nhau. Khớp ly hợp được chọn theo kiểu 260T do SSS Clutch Company Inc. (tại New Castle, bang Delaware) chế tạo. Công ty SSS đã lắp đặt trên 500 bộ khớp ly hợp cho các loại tuabin khí trên toàn thế giới có công suất đến 300 MW.  Ông giải thích: “Khi vận hành, máy phát tuabin khí được khởi động một cách bình thường và hòa đồng bộ với lưới ở mức công suất ra rất thấp. Sau đó, máy phát được tách ra khỏi tuabin khí và chạy như một động cơ đồng bộ (không mang tải). Để phát hoặc hút công suất phản kháng từ lưới, chỉ cần điều chỉnh hệ thống kích từ.”  Vì tuabin khí đã dừng lại (sau khi tách ra khỏi máy phát) nên sẽ vừa tiết kiệm được nhiên liệu lại vừa đỡ hao mòn thiết bị. Ông Magarie khẳng định rằng dùng máy phát tuabin khí theo kiểu này thì hiệu quả điều khiển chính xác hơn so với các công nghệ điều chỉnh điện áp khác. 

Ông cho biết: “Khác với việc đóng cắt các tụ điện hoặc cuộn kháng cố định để điều khiển điện áp lưới, chế độ chạy bù đồng bộ của máy phát có khả năng biến đổi gần như liên tục, tự động bám sát theo sự biến động của phụ tải chứ không thay đổi theo kiểu dật cấp từng nấc.” Theo ông thì các công ty điện lực khác cũng có thể khai thác những lợi ích tương tự trong những tình huống phù hợp. 

Ông nói: “Có thể nêu một ví dụ như khi bổ sung tuabin khí để hỗ trợ nhu cầu tăng trưởng phụ tải tại vùng ở đầu cuối phía xa của đường dây truyền tải điện hình tia. Cũng có thể xét tới việc cải tạo nguồn điện cũ thành máy bù đồng bộ ở những nơi có nhu cầu cao về công suất phản kháng, mà nguồn điện khác đã có sẵn và việc bổ sung thêm nguồn điện mới không mang lại hiệu quả kinh tế, hoặc bị ngăn trở vì những lý do khác.” 

Sử dụng biểu giá điện biến thiên theo giờ là đúng 

Cuối cùng, vì hiện tượng tắc nghẽn chỉ xảy ra vào giờ cao điểm nên việc chào giá điện biến thiên theo giờ là biện pháp các công ty điện lực địa phương sử dụng để cắt giảm công suất đỉnh và nhờ đó giảm bớt hiện tượng tắc nghẽn. Từ nhiều năm nay, phương án này mới chỉ áp dụng cho khách hàng thương mại. Phần 1262 của EPACT đã dành cho các công ty điện lực 18 tháng để nghiên cứu hiệu quả của biện pháp đo đếm thông minh nhằm áp dụng cho các hộ tiêu thụ điện sinh hoạt. Tiến sĩ Ahmad Faruqui thuộc Tập đoàn The Brattle (San Francisco) tham gia công trình nghiên cứu kéo dài 2 năm, trị giá 20 triệu USD đối với 2.500 khách hàng sinh hoạt ở California. Ông nói: “Ban đầu cũng có một số người hoài nghi, cho rằng khách hàng dùng điện sinh hoạt không quan tâm đến giá điện bởi họ quá bận rộn hoặc chi tiêu không nhiều cho việc sử dụng điện Nhưng rồi cuộc thí nghiệm về giá điện đã làm lung lay ý tưởng sai lầm này”.  Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng giá lên 5 lần vào các tình huống phụ tải đỉnh nghiêm trọng thì mức sử dụng điện giảm đi 13%, quá đủ để cân bằng nguồn cung cấp điện. Theo nghiên cứu này thì Uỷ ban tiện ích công cộng (PUC) của California đã cho phép Pacific Gas and Electric (PG&E) sử dụng các loại công tơ cải tiến và biểu giá động. Công ty PG&E sẽ triển khai lắp đặt 5 triệu công tơ điện và 4 triệu công tơ khí tại miền Bắc California trong 5 năm tới. Khi đó, các khách hàng này sẽ có thể lựa chọn để chuyển sang áp dụng các biểu giá theo nhu cầu đặc biệt. Các công ty Southern California Edison và San Diego Gas and Electric cũng đang đi theo hướng này để đưa 5 triệu khách hàng sử dụng cách tính giá điện thông minh. Faruqui nhận định: “Ba công ty này có thể đem lại một sự thay đổi lớn trong việc đo đếm điện năng ở Mỹ. Nếu California giành thắng lợi trong chiến dịch này, tôi chắc rằng các bang khác cũng sẽ phải xem xét vấn đề một cách nghiêm túc.” 

Không có giải pháp đơn lẻ 

Để giải quyết các khó khăn vướng mắc, người ta thường có khuynh hướng tìm kiếm những giải pháp thần kỳ, đơn giản. Điều này có thể thấy rõ trong lĩnh vực sức khỏe: hầu như ngày nào ta cũng nghe thấy có loại chế độ ăn kiêng hoặc thực phẩm bổ sung mới có khả năng chữa bệnh để rồi lại sớm được mách nước phải theo phương cách khác. Sai lầm ở đây là lầm tưởng sức khỏe hoặc hiện tượng béo phì chỉ là một vấn đề, trong khi đó nó lại là một loạt các vấn đề khác nhau, mỗi vấn đề lại đòi hỏi cách điều trị riêng. Cũng như đối với cơ thể con người, không thể có giải pháp đơn lẻ cho lưới điện bởi vì đây không phải chỉ là một vấn đề mà là một loạt các vấn đề cục bộ. Mỗi bước nêu trên cùng với chương trình hành động dài hạn hơn của Bộ Năng lượng Mỹ đều có vai trò riêng trong việc chữa các căn bệnh của lưới truyền tải. Bằng cách nhận diện đúng đắn các vấn đề cục bộ, có thể lựa chọn giải pháp đúng đắn để cải thiện tình hình lưới điện.

"Theo: KHCN điện Số 4 - 2007 "

Bình luận
Nội dung này chưa có bình luận, hãy gửi cho chúng tôi bình luận đầu tiên của bạn.
VIẾT BÌNH LUẬN