Xây dựng hệ thống truyền tải điện siêu cao áp một chiều tại Việt Nam: Đề xuất 3 phương án

Xu hướng thế giới

Hệ thống truyền tải điện một chiều điện áp cao (HVDC - High Voltage Direct Current) là một phương pháp truyền tải điện năng công suất lớn trên khoảng cách xa. Cùng với việc ra đời các van điện tử công suất có điều khiển (Thyristor, GTO, IGBT…) đã làm cho công nghệ truyền tải điện một chiều có tính khả thi cao. Đến nay đã có nhiều quốc gia đang áp dụng hệ thống truyền tải điện một chiều một cách hiệu quả. 

Hệ thống truyền tải điện một chiều được xây dựng chủ yếu tại các nước có diện tích lớn (Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ, Canada, Brasil,...), có vai trò tải điện từ các nguồn điện lớn về trung tâm phụ tải ở xa, liên kết giữa các miền trong nước hoặc liên kết giữa các nước trong khu vực, hoặc kết nối 2 hệ thống điện có tần số khác nhau. 

Nguyên lý hoạt động của hệ thống HVDC là quá trình truyền tải điện năng giữa trạm truyền (Trạm Rectifier) tới trạm đến (Trạm inverter), tức là quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm biến đổi. Tại trạm biến đổi này điện áp xoay chiều được cho qua trạm biến áp để cung cấp một điện áp xoay chiều thích hợp cho bộ biến đổi. Bộ biến đổi sẽ có chức năng biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều và được truyền trên đường dây một chiều đến trạm biến đổi kia. 

Điện áp và dòng một chiều được làm phẳng bằng cuộn san dòng và khử sóng hài nhờ bộ lọc một chiều trên đường dây một chiều. Tại trạm biến đổi dòng điện và điện áp một chiều từ đường dây tải điện qua bộ biến đổi chuyển thành dòng và điện áp xoay chiều. Điện áp xoay chiều này được cho qua trạm biến áp để biến đổi thành điện áp xoay chiều mong muốn. Trong quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm nói trên vai trò của các mạch biến đổi tại hai trạm có thể thay đổi cho nhau dẫn đến sự đảo chiều của luồng công suất. Tại các trạm biến đổi, công suất phản kháng được cung cấp bởi các nguồn phản kháng.

Có nhiều sơ đồ truyền tải điện cao áp một chiều khác nhau, trong đó, phổ biến nhất là hệ thống truyền tải điện HVDC lưỡng cực.

Công nghệ truyền tải siêu cao áp HVDC có rất nhiều lợi ích so với truyền tải điện xoay chiều truyền thống. Hệ thống HVDC có thể truyền tải công suất trên một khoảng cách lớn mà không bị giảm khả năng tải như đường dây xoay chiều; điều khiển dòng năng lượng rất nhanh, do đó nâng cao độ ổn định, không chỉ đối với các liên kết HVDC mà còn đối với hệ thống xoay chiều bao quanh.

Cùng một công suất truyền tải nhưng cấp điện áp của đường dây HVDC thấp hơn đường dây AC, do đó, yêu cầu cách điện cũng đơn giản hơn. Hành lang tuyến của đường dây truyền tải điện một chiều nhỏ hơn nhiều so với truyền tải điện xoay chiều với cùng công suất truyền tải. Tác động môi trường của truyền tải điện một chiều cũng ít hơn. Điều đó cho phép truyền tải điện năng giữa hai hệ thống xoay chiều có tần số khác nhau (liên kết qua lại giữa hai hệ thống xoay chiều khác tần số). 

Tuy nhiên, công nghệ HVDC cũng tồn tại một số hạn chế như giá thành của trạm chuyển đổi, chi phí lắp đặt các thiết bị bù công suất phản kháng khá cao; phức tạp khi điều khiển. 

Triển vọng tại Việt Nam

Hiện nay, hệ thống điện Việt Nam đang tồn tại vấn đề phân bố nguồn điện không đồng đều giữa các miền/ khu vực trong cả nước, buộc phải tiến hành truyền tải điện công suất lớn từ Bắc-Trung vào miền Nam, trong khi năng lực truyền tải điện liên miền còn nhiều hạn chế dẫn đến độ dự phòng và độ an toàn trong truyền tải điện còn thấp. Khi xảy ra sự cố trên đường dây 500kV liên miền sẽ dễ gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp và rã lưới cục bộ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống điện, phụ tải điện và sự phát triển kinh tế - xã hội.

Với chủ trương phát triển nguồn điện toàn quốc theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt,việc ưu tiên khai thác các nguồn than nội địa phục vụ phát triển nguồn điện, khai thác hiệu quả các nguồn năng lượng sơ cấp, đưa vào các nguồn điện mới sử dụng khí thiên nhiên... đã dẫn đến hình thành các khu vực tập trung nhiều nguồn điện như khu vực Bắc Trung Bộ với các NMNĐ có quy mô lớn như Quảng Trạch (2.400MW), Vũng Áng (4.800MW), Quỳnh Lập (2.400MW), Nam Định (1.200MW), Nghi Sơn (1.800MW) và Thái Bình (1.800MW); khu vực Duyên hải miền Trung với NMNĐ Quảng Trị (1.200MW), TTĐL sử dụng mỏ khí Cá Voi Xanh công suất có thể lên đến 4.000MW, TTĐL LNG Cà Ná (6.000MW), TTĐL LNG Mỹ Giang (6.000MW),...

Hiện nay, EVN đang xúc tiến đàm phán để có thể nhập khẩu khoảng 1.000MW công suất thủy điện từ Lào giai trong năm 2020. Giai đoạn 2021-2025, dự kiến nhập khẩu khoảng 4.000MW công suất thủy điện từ Lào. Như vậy, khu vực miền Trung tiếp giáp với Lào sẽ tiếp nhận thêm một lượng công suất nhập khẩu tương đối lớn khoảng 5.000MW.

Ngày 11/4/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam. Đến tháng 02/2019, tổng công suất các nguồn điện điện mặt trời được Bộ Công Thương phê duyệt bổ sung vào quy hoạch và đưa vào vận hành trước năm 2020 đã đạt khoảng 13.300MWp tương đương khoảng 11.200MWac và tổng công suất các nguồn điện điện gió được Bộ Công Thương phê duyệt bổ sung quy hoạch đã đạt khoảng 4.200MW.

Như vậy, tổng công suất các nguồn năng lượng tái tạo trên cả nước được bổ sung vào hoạch và đưa vào vận hành đến năm 2022 là khoảng 15.400MW. Đặc biệt tại khu vực tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận đang được tập trung phát triển rất nhiều nguồn năng lượng tái tạo, tổng công suất nguồn năng lượng tái tạo tại khu vực này là khoảng 7.000MW.

Trong khi đó, khu vực miền Nam với nhiều bất lợi về nguồn cung năng lượng sơ cấp, các nguồn than phải nhập khẩu với số lượng lớn, kéo theo kết cấu hạ tầng các cảng trung chuyển phải xây dựng mới, cùng với những hạn chế trong khai thác và cung cấp khí thiên nhiên... đã làm ảnh hưởng không nhỏ đến kế hoạch phát triển nguồn điện tại khu vực này. Ngoài ra, giai đoạn đến năm 2030, các nguồn điện khu vực miền Bắc không còn khả năng phát triển mở rộng, lúc đó sẽ phát sinh nhu cầu nhận điện ngược trở lại.

Từ những nguyên nhân phân tích trên, đòi hỏi phải nâng cao năng lực truyền tải liên miền nhằm chia sẻ công suất dư thừa từ miền Bắc, miền Trung truyền tải cho miền Nam đến trước năm 2025 và từ miền Trung truyền tải điện ngược ra miền Bắc, vào miền Nam đến giai đoạn năm 2030 là cần thiết để đảm bảo an toàn cung cấp điện, nâng cao ổn định và góp phần vận hành kinh tế hệ thống điện cần được xem xét. Ngoài ra, việc truyền tải công suất nguồn điện (nhiệt điện, điện mặt trời, điện gió, LNG,…) tương đối lớn từ khu vực Nam Trung Bộ về khu vực trung tâm phụ tải của miền Nam cũng là vấn đề cần phải nghiên cứu kỹ.

Tìm phương án tối ưu

Hiện EVN giao cho Liên danh Công ty CP Tư vấn Xây dựng điện 1 và 2 xây dựng các phương án nhằm tối ưu hiệu quả trong vận hành hệ thống truyền tải. 3 phương án đã được xây dựng gồm:
Phương án 01: Xây dựng một đường dây 500kV xoay chiều mới truyền tải công suất Bắc - Trung - Nam. 
Phương án 02: Xây dựng một đường dây 500kV một chiều mới truyền tải công suất Bắc - Trung - Nam.
Phương án 03: Cải tạo một mạch đường dây 500kV hiện có thành đường dây HVDC truyển tải công suất Bắc - Trung - Nam.

Theo kết quả tính toán sơ bộ về vốn đầu tư giữa các phương án truyền tải HVAC và HVDC cho thấy, phương án xây dựng mới trục ĐD 500kV HVDC truyền tải Bắc - Trung - Nam là phương án có vốn đầu tư thấp nhất, phù hợp với lý thuyết và kinh nghiệm đã đúc kết được trên thế giới.Với khoảng cách truyền tải điện Bắc - Nam khoảng  hơn 1700km, công suất truyền tải có thể đạt 2.500MW, phương án sử dụng công nghệ HDVC có thể truyền tải công suất trên một khoảng cách lớn mà không bị giảm khả năng tải như đường dây xoay chiều là phương án phù hợp. 

Phương án xây dựng đường dây HVDC 500kV có các ưu điểm như giảm tổn thất công suất, tăng độ ổn định, hạn chế gia tăng dòng ngắn mạch trên hệ thống điện, giảm ảnh hưởng môi trường (diện tích đất sử dụng, điện từ trường,...) và tạo điều kiện vận hành an toàn, kinh tế hệ thống điện trong tương lai. 

Tuy nhiên, việc giải phóng mặt bằng thi công các công trình đường dây là rất khó khăn, phức tạp, là tác nhân chính dẫn tới việc chậm tiến độ thi công, đóng điện công trình. Tuyến đường dây này nếu được xây dựng có quy mô rất lớn, dài 1700km, đi qua các hàng chục tỉnh, thành phố, nếu xây dựng tuyến mới công tác thỏa thuận với các địa phương là những khó khăn lớn. Tuyến đường dây còn đi qua khu vực miền Trung là nơi có quỹ đất xây dựng rất hạn chế, do đó việc tận dụng lại hành lang tuyến có sẵn là giải pháp khả thi, đảm bảo thời gian thi công công trình. 

Do đó, phương án nâng cao giới hạn truyền tải Bắc - Trung - Nam thực hiện theo phương án xây dựng đường dây HVDC 500kV mới trên hành lang tuyến của đường dây HVAC hiện hữu 500kV là phương án khả thi đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu kinh tế kỹ thuật. 

Như vậy giải pháp sử dụng công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều HVDC tại hệ thống điện Việt Nam là thực sự cần thiết, góp phần giảm thiểu ảnh hưởng môi trường, nâng cao năng lực truyền tải Bắc - Trung - Nam, nâng cao độ ổn định của hệ thống. 

Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều HVDC là công nghệ đã được sử dụng rộng rãi tại nhiều nước, khi sử dụng tại Việt Nam, chúng ta có thể tận dụng được các ưu điểm của công nghệ và hạn chế được các vấn đề phát sinh. Do đó, cần lập Đề án bổ sung vào quy hoạch phát triển điện quốc gia giai đoạn tiếp theo (Quy hoạch điện VIII); tiếp tục nghiên cứu 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; triển khai xây dựng các dự thảo quy phạm, quy chuẩn, hành lang pháp lý về HVDC để trình lên các cấp có thẩm quyền ban hành; xây dựng lộ trình đào tạo chuyên gia về thiết kế, xây dựng, vận hành, bảo dưỡng bảo trì hệ thống truyền tải điện HVDC, trong đó, nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn IEC và có liên quan, quy phạm của các nước trên thế giới về công nghệ điện cao áp một chiều HVDC, áp dụng tại Việt Nam.