Triển vọng ứng dụng công nghệ truyền tải điện một chiều cao áp tại Việt Nam

Bối cảnh mới của ngành điện

PGS. TS. Đinh Văn Châu, Hiệu trưởng Trường Đại học (ĐH) Điện lực cho biết, trong nhiều thập kỷ qua, ngành điện Việt Nam đã phát triển dựa trên những công trình nguồn và lưới mang tính nền tảng. Đường dây 500 kV Bắc - Nam là một dấu mốc lịch sử, tạo nên trục liên kết hệ thống điện quốc gia và góp phần giải quyết bài toán thiếu điện theo vùng.

"Thành tựu đó cho thấy một chân lý rất rõ: Ở mỗi giai đoạn phát triển, hạ tầng truyền tải luôn là điều kiện tiên quyết để giải phóng năng lực nguồn điện và bảo đảm phát triển kinh tế - xã hội", PGS. TS. Đinh Văn Châu nhấn mạnh.

Ngày nay, hệ thống điện Việt Nam bước vào một giai đoạn phức tạp hơn nhiều. Nhu cầu điện tiếp tục tăng cùng với quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa, chuyển đổi số và điện khí hóa nền kinh tế.

Cơ cấu nguồn điện chuyển dịch mạnh, với tỷ trọng ngày càng lớn của điện mặt trời, điện gió trên bờ, điện gió ngoài khơi, thủy điện tích năng, hệ thống lưu trữ năng lượng và các nguồn điện phát thải thấp. Các trung tâm phụ tải lớn, các vùng có tiềm năng năng lượng tái tạo và các khu vực cần bảo đảm an ninh cung cấp điện không phải lúc nào cũng trùng khớp về không gian.

Trong bối cảnh đó, câu hỏi không còn là chỉ xây thêm bao nhiêu MW nguồn điện. Câu hỏi lớn hơn là: chúng ta truyền tải, điều khiển, cân bằng và khai thác các nguồn điện đó như thế nào để hệ thống vận hành an toàn, kinh tế và bền vững?

Nếu lưới điện không đi trước một bước, nguồn điện sạch có thể bị giới hạn công suất. Nếu năng lực truyền tải không đủ linh hoạt, an ninh cung cấp điện có thể chịu áp lực. Nếu công nghệ điều khiển dòng công suất không theo kịp, chi phí vận hành toàn hệ thống sẽ tăng lên.

Vì vậy, PGS. TS. Đinh Văn Châu nhấn mạnh: Tư duy phát triển lưới điện trong thời kỳ mới cần được nâng từ tư duy “đáp ứng nhu cầu truyền tải” lên tư duy “kiến tạo không gian phát triển nguồn điện, thị trường điện và chuyển dịch năng lượng”. Chính trong tư duy đó, HVDC cần được xem xét như một thành phần quan trọng của lưới điện tương lai.

HVDC - Giải pháp mới, mở rộng năng lực của hệ thống điện

Hệ thống điện xoay chiều cao áp (HVAC) đã và đang là nền tảng chủ đạo của lưới điện Việt Nam cũng như thế giới. Tuy nhiên, khi nhu cầu truyền tải công suất lớn trên khoảng cách dài tăng lên, khi phải kết nối các nguồn điện xa bờ, khi cần điều khiển dòng công suất chính xác giữa các vùng, và khi cần liên kết các hệ thống có đặc tính vận hành khác nhau, HVDC bắt đầu thể hiện những ưu thế riêng.

HVDC không nên được hiểu là sự thay thế đơn giản cho HVAC. Cách tiếp cận phù hợp hơn là xây dựng một hệ thống truyền tải lai AC/DC - mô hình tích hợp đồng thời lưới điện xoay chiều (AC) và một chiều (DC) để tối ưu hóa việc truyền tải, trong đó HVAC bảo đảm cấu trúc lưới truyền thống, còn HVDC bổ sung các “hành lang công suất lớn” có khả năng điều khiển cao. Nói cách khác, HVDC là một “công cụ chiến lược” để nâng năng lực truyền tải, tăng tính linh hoạt và tăng khả năng hấp thụ nguồn điện biến đổi trong hệ thống.

PGS.TS. Đinh Văn Châu cho rằng, HVDC có vai trò quan trọng đối với ngành điện Việt Nam trên 5 phương diện bao gồm.

Thứ nhất, HVDC có thể trở thành giải pháp truyền tải công suất lớn trên khoảng cách dài.

Với một quốc gia có chiều dài địa lý lớn như Việt Nam, nhu cầu trao đổi công suất giữa các vùng miền sẽ ngày càng quan trọng. Những trung tâm nguồn điện lớn trong tương lai có thể nằm xa các trung tâm phụ tải; do đó, các tuyến truyền tải có khả năng mang công suất lớn, tổn thất hợp lý và kiểm soát dòng công suất tốt sẽ có ý nghĩa quyết định.

Thứ hai, HVDC là công nghệ then chốt để tích hợp năng lượng tái tạo quy mô lớn, đặc biệt là điện gió ngoài khơi.

Các dự án điện gió ngoài khơi, nếu phát triển ở quy mô hàng GW, sẽ đặt ra yêu cầu truyền tải bằng cáp biển, cáp ngầm và các trạm chuyển đổi hiện đại. Trong nhiều trường hợp, HVDC, nhất là công nghệ VSC-HVDC, phù hợp hơn để kết nối nguồn xa bờ, hỗ trợ điện áp, giảm tác động của dao động công suất và đưa điện năng vào lưới đất liền một cách ổn định hơn.

Thứ ba, HVDC giúp nâng cao khả năng điều khiển và ổn định hệ thống.

Trong lưới xoay chiều, dòng công suất phụ thuộc mạnh vào trở kháng đường dây, góc pha và trạng thái vận hành của hệ thống. HVDC cho phép điều khiển công suất theo đặt trị, phản ứng nhanh với biến động, góp phần giảm quá tải cục bộ, hỗ trợ khôi phục hệ thống và hạn chế lan truyền sự cố trong một số kịch bản vận hành.

Thứ tư, HVDC mở ra khả năng liên kết lưới điện khu vực và phát triển thị trường điện ở quy mô rộng hơn.

Trong tương lai, Việt Nam có thể tăng cường trao đổi điện năng với các nước trong tiểu vùng Mêkông, ASEAN và các thị trường lân cận. HVDC có lợi thế khi kết nối các hệ thống không đồng bộ hoặc cần kiểm soát chặt công suất trao đổi, qua đó hỗ trợ an ninh năng lượng và tối ưu chi phí vận hành toàn khu vực.

Thứ năm, HVDC góp phần sử dụng hiệu quả hành lang tuyến và giảm áp lực về mặt bằng.

Trong bối cảnh quỹ đất, hành lang an toàn lưới điện và yêu cầu môi trường ngày càng khắt khe, khả năng truyền tải công suất lớn trên một hành lang phù hợp sẽ là lợi thế đáng kể. Với các tuyến cáp ngầm, cáp biển, hoặc các hành lang truyền tải đặc biệt, HVDC có thể là phương án cần được phân tích nghiêm túc ngay từ giai đoạn quy hoạch.

Những vấn đề đặt ra đối với ngành điện Việt Nam

Theo PGS.TS. Đinh Văn Châu, nói về tiềm năng của HVDC không có nghĩa là xem HVDC như một câu trả lời duy nhất cho mọi bài toán truyền tải. Đây là công nghệ có suất đầu tư lớn, yêu cầu thiết kế phức tạp, đòi hỏi tiêu chuẩn kỹ thuật cao, năng lực vận hành chuyên sâu và cơ chế đầu tư phù hợp. Vì vậy, điều quan trọng là phải xác định đúng bài toán, đúng thời điểm, đúng quy mô và đúng mô hình triển khai.

Đồng tình với quan điểm trên, GS.TSKH. Trần Quốc Tuấn, ĐH Paris Saclay (Cộng hòa Pháp) cho rằng, trong bối cảnh thế giới đang đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang mô hình phát triển xanh và phát thải thấp, ngành điện toàn cầu cũng bước vào giai đoạn tái cấu trúc sâu rộng. Sự gia tăng nhanh chóng của các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời không chỉ mở ra cơ hội xây dựng hệ thống năng lượng sạch hơn mà còn đặt ra nhiều thách thức mới đối với vận hành lưới điện.

Làm thế nào để duy trì sự ổn định của hệ thống khi các nguồn điện có tính biến động ngày càng chiếm tỷ trọng lớn? Làm thế nào để ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) nhằm nâng cao khả năng điều khiển, giám sát và bảo vệ lưới điện trong tương lai?

GS.TSKH. Trần Quốc Tuấn nhận định công nghệ HVDC đang trở thành một trong những giải pháp nền tảng cho quá trình chuyển dịch năng lượng toàn cầu.

Theo GS.TSKH. Trần Quốc Tuấn, trong hệ thống điện truyền thống, việc truyền tải điện trên khoảng cách lớn thường gặp nhiều hạn chế về tổn thất công suất và khả năng ổn định hệ thống. Tuy nhiên, với HVDC, điện năng có thể được truyền tải hiệu quả hơn, đặc biệt trong các dự án kết nối nguồn điện tái tạo quy mô lớn như điện gió ngoài khơi hoặc các trung tâm năng lượng nằm xa khu vực tiêu thụ.

"Công nghệ này cho phép giảm tổn thất trên đường dây, nâng cao khả năng điều khiển dòng công suất và tăng cường độ ổn định cho toàn hệ thống điện".

Bên cạnh vai trò của công nghệ truyền tải, sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là AI cũng đang mở ra hướng tiếp cận mới cho ngành điện hiện đại. GS.TSKH. Trần Quốc Tuấn cho hay, AI có khả năng xử lý và phân tích khối lượng dữ liệu vận hành khổng lồ trong thời gian thực, từ đó hỗ trợ dự báo phụ tải, dự báo công suất phát của nguồn năng lượng tái tạo cũng như phát hiện sớm các nguy cơ mất ổn định của hệ thống.

Chuyển đổi năng lượng không đơn thuần là thay thế nguồn điện hóa thạch bằng năng lượng tái tạo, mà còn là quá trình tái thiết toàn bộ hạ tầng năng lượng theo hướng hiện đại và thông minh hơn. Đối với Việt Nam, sự phát triển mạnh của điện gió ngoài khơi, điện mặt trời và nhu cầu truyền tải điện liên vùng đang mở ra dư địa lớn cho việc ứng dụng công nghệ HVDC cũng như các giải pháp AI trong ngành điện.

Theo đó, GS.TSKH. Trần Quốc Tuấn cho biết để bắt kịp xu hướng này, cần thúc đẩy đầu tư cho nghiên cứu khoa học, phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao và tăng cường hợp tác quốc tế trong lĩnh vực lưới điện thông minh, điều khiển tự động và chuyển đổi số ngành năng lượng, v.v.

Trong tương lai, hệ thống điện không chỉ hướng tới mục tiêu cung cấp điện ổn định mà còn phải trở thành nền tảng cho phát triển kinh tế xanh, kinh tế số và phát triển bền vững. Vì vậy, việc làm chủ các công nghệ như HVDC, AI, v.v sẽ là chìa khóa quan trọng để xây dựng một hệ thống năng lượng hiện đại, linh hoạt và thích ứng với những biến động của thời đại mới.

Chia sẻ về vấn đề này, PGS.TS. Đinh Văn Châu cho rằng, Việt Nam nên xem xét HVDC ở các khía cạnh bao gồm: Những hành lang truyền tải nào: Truyền tải Bắc - Trung - Nam công suất lớn, kết nối các cụm điện gió ngoài khơi, liên kết nhập khẩu - xuất khẩu điện, hay các tuyến tăng cường liên vùng có nguy cơ nghẽn mạch trong tương lai? Việc lựa chọn công nghệ nào là phù hợp? Cần chuẩn bị khung tiêu chuẩn, quy chuẩn, mô hình tính toán, cơ chế đấu nối, cơ chế điều độ và cơ chế thị trường như thế nào để HVDC không chỉ là một dự án thiết bị, mà là một phần của kiến trúc vận hành hệ thống điện?

Đặc biệt, PGS. TS. Đinh Văn Châu cho biết, để phát triển ngành điện tron thời gian tới, Việt Nam cần chuẩn bị nguồn nhân lực, năng lực nghiên cứu, năng lực thiết kế, mô phỏng, thử nghiệm, vận hành và bảo trì như thế nào để không bị phụ thuộc hoàn toàn vào nhà thầu nước ngoài trong các công nghệ lõi.

Những vấn đề này, theo PGS. TS. Đinh Văn Châu, đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa cơ quan quản lý nhà nước, đơn vị quy hoạch, chủ đầu tư truyền tải, điều độ hệ thống điện, các doanh nghiệp công nghệ, các viện nghiên cứu và các trường ĐH. "Nếu chuẩn bị tốt, HVDC sẽ không chỉ là một hạng mục trong quy hoạch lưới điện, mà còn là động lực nâng cấp năng lực công nghệ của ngành điện Việt Nam trong bối cảnh hội nhập và phát triển"./.