Vào năm ngoái, mạng lưới điện của Trung Quốc đã suýt đối mặt với sự cố mất điện nghiêm trọng do sự biến động của điện gió tại khu vực Tây Bắc gây mất ổn định trên toàn hệ thống.
Nhằm ngăn chặn các tình huống tương tự tái diễn, các kỹ sư nước này mới đây đã phát triển thành công một máy biến áp dòng điện một chiều (DC) thông minh với công suất 750 megavolt-ampere (MVA). Đây hiện là thiết bị lớn nhất cùng loại trên thế giới.
Được thiết kế chuyên biệt để vận hành các lưới điện có tỷ trọng điện gió và điện mặt trời lớn, thiết bị này được kỳ vọng sẽ định hình lại cách thức các hệ thống điện trên toàn cầu quản lý năng lượng tái tạo.
Theo báo cáo, thiết bị này đã "thiết lập kỷ lục thế giới về công suất lớn nhất đối với một máy biến áp chuyển đổi đơn lẻ trong lĩnh vực truyền tải dòng điện một chiều linh hoạt".
Giải pháp ổn định cho truyền tải năng lượng tái tạo quy mô lớn
Các lưới điện bắt buộc phải duy trì sự cân bằng liên tục giữa cung và cầu. Ngay cả những sự chênh lệch nhỏ cũng có thể dẫn đến thay đổi tần số; nếu không được kiểm soát kịp thời, sự cố có thể lan rộng và gây mất điện trên diện rộng.
Hơn nữa, do phụ thuộc vào thời tiết, sản lượng điện tái tạo có thể thay đổi nhanh hơn khả năng điều chỉnh của các nhà máy điện truyền thống, dẫn đến các giai đoạn mất ổn định. Tháng 8 năm ngoái, vấn đề này trở nên nghiêm trọng tại Tân Cương, khi việc phát điện gió thiếu sự phối hợp đã gây ra các dao động tần số thấp, đe dọa đến mạng lưới điện quốc gia.
Các hệ thống truyền tải hiện tại gặp khó khăn trong việc quản lý những biến động này trên quãng đường dài do dòng điện không thể được kiểm soát chính xác. Để giải quyết vấn đề này, Công ty Changzhou Xidian Transformer (thuộc Tập đoàn China XD Group) đã phát triển một máy biến áp DC linh hoạt công suất lớn.
Cỗ máy thông minh này chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) từ các nhà máy điện và lưới điện địa phương thành dòng điện một chiều (DC), giúp dòng điện di chuyển ổn định theo một hướng. Điều này giúp việc truyền tải đường dài hiệu quả hơn và cho phép các nhà vận hành điều chỉnh dòng điện nhanh chóng, hỗ trợ quản lý các biến động tần số tương tự như sự cố năm ngoái.
Thiết kế của máy biến áp bao gồm khả năng xử lý các thay đổi nhanh chóng từ nguồn đầu vào là điện gió và mặt trời, tích hợp cảm biến sợi quang để giám sát nhiệt độ bên trong theo thời gian thực, và công nghệ quản lý từ trường để giảm thiểu hao hụt năng lượng.
Đội ngũ phát triển đã tiến hành thử nghiệm rộng rãi thiết bị trong các điều kiện khắc nghiệt, bao gồm cả sét đánh và chuyển đổi AC/DC tốc độ cao. Kết quả thử nghiệm xác nhận hệ thống vẫn duy trì sự ổn định ngay cả khi vượt quá giới hạn thiết kế dự kiến.
Theo truyền thông Trung Quốc, cải tiến này "có thể giải quyết hiệu quả sự mất ổn định của việc phát điện năng lượng tái tạo tỷ trọng cao ngay từ đầu nguồn phát".
Hệ thống điện một chiều linh hoạt siêu cao áp đầu tiên
Máy biến áp này là một phần quan trọng của hệ thống HVDC (truyền tải điện một chiều điện áp cao). Các hệ thống như vậy được thiết kế để chuyển đổi điện AC từ nhà máy thành DC để truyền tải đi xa, và sau đó chuyển ngược lại thành AC tại điểm tiếp nhận.
Trong bối cảnh các quốc gia trên thế giới ngày càng phụ thuộc vào năng lượng tái tạo, các hệ thống HVDC đóng vai trò vô cùng quan trọng nhờ khả năng giảm thiểu thất thoát điện năng trên quãng đường dài và cho phép kiểm soát luồng điện tinh vi hơn.
Máy biến áp thông minh này sẽ được lắp đặt như một phần của dự án truyền tải điện "Tây sang Đông" của Trung Quốc, nhằm đưa điện từ các tỉnh miền Tây giàu năng lượng tái tạo đến các khu vực có nhu cầu tiêu thụ cao ở miền Đông.
Trải dài 2.370 km từ Cam Túc đến Chiết Giang, dự án dự kiến sẽ cung cấp hơn 36 tỷ kilowatt-giờ (kWh) mỗi năm. Đây được mô tả là hệ thống truyền tải điện một chiều linh hoạt siêu cao áp đầu tiên kết hợp cả ba yếu tố: khoảng cách xa, công suất lớn và kiểm soát thời gian thực.
Máy biến áp phá kỷ lục này là dấu chỉ hướng tới tương lai của ngành kỹ thuật lưới điện. Nhìn xa hơn, các nhà nghiên cứu đang khám phá các mạng lưới DC đa điểm, có khả năng định tuyến điện năng động qua nhiều khu vực, giúp năng lượng tái tạo trở nên đáng tin cậy và dễ dự đoán hơn ở quy mô lớn.
