KS. Nguyễn Mạnh Cường, Phòng Hệ Thống điện, Viện Năng lượng, Bộ Công Thương.
Quy mô Hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam đã có sự phát triển ấn tượng trong hai thập kỷ vừa qua. Nếu năm 2000, sản lượng tiêu thụ điện của Việt Nam chỉ là 22 tỷ kWh, đứng thứ 58 thế giới, thì đến năm 2016 đã đạt 159 tỷ kWh, vượt 23 bậc lên xếp thứ 25/196 quốc gia.
. Xét trên quy mô Châu Á thì Việt Nam đang đứng thứ 10/40 nước về sản lượng tiêu thụ điện. Để đáp ứng nhu cầu phụ tải, HTĐ truyền tải 500-220 kV Việt Nam cũng có sự phát triển ngoạn mục. So với năm 2000, công suất Trạm biến áp (TBA) truyền tải đã tăng 7 lần, chiều dài đường dây truyền tải tăng hơn 5 lần. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng về quy mô đã làm cho lưới truyền tải Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều vấn đề nan giải như: dòng điện ngắn mạch tăng dần theo từng năm và đã vượt mức dòng cắt cho phép của thiết bị; tiêu chí N-1 của lưới điện chưa đạt (hiện mới chỉ đáp ứng được khoảng 80%) [1]; điện áp cao và điện áp thấp ngoài ngưỡng cho phép vẫn xuất hiện thường xuyên; các vấn đề mất ổn định dao động đe dọa thường trực tới vận hành HTĐ, ….
Bài viết tập trung vào các giải pháp nâng cao độ an toàn, tin cậy và ổn định trong vận hành hệ thống điện dựa trên quan điểm cần xây dựng hệ thống điện truyền tải có tính linh hoạt cao. Tính linh hoạt của HTĐ cần phải thể hiện rõ nét trong các khâu: (i) Quy hoạch phát triển Hệ thống điện; (ii) Thiết kế Trạm biến áp và Đường dây tải điện; (iii) Xây dựng hệ thống điện truyền tải thông minh; (iv) và sử dụng các thiết bị truyền tải điện linh hoạt FACTS.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Kể từ sau Đổi mới (1986), nền kinh tế phát triển, mức sống người dân được cải thiện kéo theo nhu cầu tiêu thụ điện tăng liên tục (biểu đồ hình 1). Nếu như năm 1990, tổng sản lượng điện thương phẩm trong nước chỉ đạt 6 tỷ kWh thì năm 2000 đã lên đến 22 tỷ kWh và năm 2016 là 158 tỷ kWh [2], [3], [4]. Tương ứng, công suất cực đại Pmax cũng tăng từ 2.533MW năm 1990 lên 4.983 MW năm 2000 và đạt 28.302 MW năm 2016 [5]
Hình 1: Công suất đặt và phụ tải đỉnh (Pmax) toàn quốc giai đoạn 1990-2016
Nếu xét trên phạm vi toàn thế giới về tiêu thụ điện, Hệ thống điện Việt Nam cũng đã phát triển ở quy mô khá lớn, xếp thứ 25/196 quốc gia. Còn nếu chỉ xét trong phạm vi Châu Á thì HTĐ Việt Nam hiện đứng thứ 10/40 nước (hình 2,3) [6], [7].
Nếu như tăng trưởng GDP Việt Nam khá ấn tượng giai đoạn 2000-2016 thì tăng trưởng tiêu thụ điện còn ấn tượng hơn rất nhiều với mức tăng trung bình 12,8%/năm (gấp khoảng 2 lần tăng trưởng GDP). Xếp hạng về tiêu thụ điện của Việt Nam đã tăng từ vị trí thứ 19 (năm 2000) lên đứng thứ 10 Châu Á năm 2015. Trong 15 năm, Việt Nam đã lần lượt vượt qua rất nhiều nước về sản lượng điện tiêu thụ như: Singapore, Kuwait, Iraq, Triều Tiên, Isarel, Hồng Kông (TQ), Philippine, Malaysia, Pakistan. Các cuộc khủng hoảng tiền tệ Châu Á (1997-2000), khủng khoảng tài chính thế giới (2008-2009) và suy thoái kinh tế toàn cầu (2010-2012) cũng không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm của Việt Nam. Tăng trưởng điện thương phẩm vẫn có dạng tuyến tính và chưa có dấu hiệu bão hòa.
Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng điện cho phát triển kinh tế vẫn chưa cao. Từ đồ thị so sánh tương quan giữa tăng trưởng GDP và tăng trưởng điện thương phẩm, trong 10 năm gần đây, để GDP tăng 1% thì điện năng tiêu thụ phải tăng ~ 2%. Đối với các nước khác trong khu vực như Thái Lan, Malaysia, tỷ lệ này ~ 1. Nhiều nước trên thế giới (ví dụ: Nhật Bản), mặc dù GDP vẫn tăng nhưng nhu cầu tiêu thụ điện lại có xu hướng giảm (do tiết kiệm năng lượng và dịch chuyển sản xuất ra nước ngoài), hệ số đàn hồi Điện/GDP có giá trị âm. Việc nhu cầu điện tăng cao gấp 2 lần tốc độ tăng trưởng kinh tế cũng dẫn tới hệ quả là đầu tư cho nguồn điện và mạng lưới truyền tải 220-500 kV quốc gia cũng phải tăng cao tương ứng với nhu cầu điện.
Những số liệu về sự gia tăng phụ tải trong giai đoạn 27 năm qua phản ánh phần nào sự thay đổi về “lượng” của HTĐ. Đứng sau những con số ấn tượng đó là nỗ lực rất lớn của cả hệ thống chính trị, các Bộ, nghành và của ngành điện nhằm cung cấp đủ nguồn điện, xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối rộng khắp để đưa dòng điện một cách an toàn tin cậy tới mỗi gia đình, mỗi cơ quan, nhà máy xí nghiệp. Bài viết này quan tâm đến lĩnh vực truyền tải điện, về tính linh hoạt của lưới truyền tải, do đó sẽ đi sâu tìm hiểu và phân tích hệ thống truyền tải. Hệ thống nguồn điện, lưới phân phối trung hạ áp, cơ cấu phụ tải sẽ được bàn luận ở các bài viết khác.
Hệ thống truyền tải điện 500-220 kV đóng vai trò huyết mạch, mang dòng điện tới mọi miền tổ quốc. Theo lý thuyết, công suất càng lớn, khoảng cách truyền tải càng xa thì điện áp truyền tải phải càng cao để giảm tổn thất điện năng, giảm tổn thất điện áp và nâng cao ổn định hệ thống điện. Để đáp ứng nhu cầu truyền tải gia tăng từ 2.796 MW (Pmax năm 1995) lên 28.302 MW (Pmax năm 2016), hệ thống truyền tải cao áp (220 kV) và siêu cao áp (500 kV) lần lượt ra đời và không ngừng phát triển (hình 6). Năm 1995 đánh dấu thời điểm lịch sử của lĩnh vực truyền tải khi đưa vào vận hành thành công đường dây 500 kV đầu tiên, chiều dài 1500 km, nối liền thủy điện Hòa Bình với trạm Phú Lâm (TP. Hồ Chí Minh), đáp ứng kịp thời nhu cầu điện đang gia tăng nhanh chóng của Miền Nam [7].
Tổng công suất TBA truyền tải 500/220 kV, 220/110 kVnăm 2016 đạt 71.640 MVA, tổng số km đường dây 220 kV & 500 kV là 23.935 km [5]. So với năm 1995, hiện nay quy mô lưới truyền tải Việt Nam đã tăng 11,5 lần về khối lượng trạm biến áp, và tăng 6,7 lần về quy mô đường dây tải điện (hình 6). Sự gia tăng nhanh chóng về quy mô lưới truyền tải đã đáp ứng khá tốt nhu cầu truyền tải điện ngày càng cao. Từ năm 2008 đến 2015 (kể từ khi thành lập Tổng công ty Truyền tải điện quốc gia EVNNPT), lưới điện 500-220 kV đã cung cấp cho 5 tổng công ty phân phối với sản lượng lỹ kế 790 tỷ kWh, chiếm 96,8% tổng điện thương phẩm (hình 7) [7].
Tuy nhiên, cùng với sự gia tăng về quy mô thì các vấn đề kỹ thuật nan giải của hệ thống điện lớn dần được bộc lộ đối với lưới truyền tải Việt Nam. Có thể kể ra các vấn đề chính như: (i) Hệ thống truyền tải vận hành nặng nề và quá tải, chưa đáp ứng tiêu chí N-1 [1]; (ii) Dòng ngắn mạch ngày càng có xu hướng gia tăng, có thể vượt quá khả năng chịu đựng của thiết bị; (iii) Sự đa chủng loại về thiết bị dẫn tới khó khăn cho công tác vận hành sửa chữa bảo dưỡng; (iv) Khả năng kết nối thông tin SCADA/EMS, bảo vệ, điều khiển tự động còn nhiều hạn chế. Ngoài ra, nhiều vấn đề khác của lưới truyền tải cũng đang được quan tâm cải thiện như: độ tin cậy lưới truyền tải chưa cao; điện áp cao và điện áp thấp dưới ngưỡng cho phép vẫn còn xuất hiện thường xuyên; tổn thất cao do truyền tải xa (nguồn Miền Bắc phải truyền tải vào Nam và ngược lại); suất sự cố trên lưới còn cao (nhất là các sự cố do dông sét); vấn đề năng suất lao động còn thấp; trạm biến áp không người trực chưa nhiều; khó khăn trong đầu tư xây mới LTT do thủ tục đền bù đất và công tác chuẩn bị đầu tư kéo dài; sự phối hợp trong vận hành và đầu tư giữa lưới truyền tải, lưới phân phối 110 kV và các nhà máy điện còn chưa đồng bộ, …
Qua tìm hiểu các tài liệu kỹ thuật, các báo cáo và phỏng vấn các chuyên gia hàng đầu của ngành điện [7], có thể tìm ra nhiều nguyên nhân dẫn tới tình trạng kể trên của lưới truyền tải. Tuy nhiên, nguyên nhân bao trùm đó là Tính linh hoạt của lưới truyền tải còn thấp. Tính linh hoạt của lưới truyền tải gần đây đã được các cấp quản lý quan tâm và nhắc đến trong quyết định 428/QĐ-TTg phê duyệt Điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia [8], [9]: “Xây dựng hệ thống lưới điện vận hành linh hoạt, khả năng tự động hóa cao từ khâu truyền tải đến khâu phân phối”.
Đối với lưới truyền tải điện, tính linh hoạt là khả năng của LTT có thể đáp ứng được những sự thay đổi của phương thức vận hành và đối phó được với sự không chắc chắn của nguồn điện – phụ tải mà vẫn đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật với mức chi phí hợp lý, trong các khung thời gian khác nhau [10], [11].
Hệ thống điện truyền tải Việt Nam hiện nay khá “cứng”. Cơ quan điều độ HTĐ (A0) không có nhiều lựa chọn khi lập các phương thức vận hành khác nhau để thực hiện công tác sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, cắt điện thi công, khắc phục sự cố – khôi phục cấp điện, huy động tối ưu nguồn, tách lưới giảm dòng ngắn mạch, … Ở các thời điểm nắng nóng, phụ tải tăng đột biến cũng rất khó để san tải giữa các trạm biến áp. Do đó, cải thiện tính linh hoạt của lưới truyền tải đang là nhu cầu cấp thiết hiện nay.
Bài viết này đề xuất 4 giải pháp để cải thiện tính linh hoạt của lưới truyền tải điện Việt Nam trong thời gian tới, đó là: (i) tính linh hoạt của LTT cần được quan tâm ngay từ khâu quy hoạch; (i) tính linh hoạt phải thể hiện trong thiết kế đường dây và trạm biến áp truyền tải; (iii) xây dựng hệ thống điện thông minh; và (iv) sử dụng thiết bị truyền tải linh hoạt FACTS. Phần trình bày tiếp sau sẽ lần lượt làm rõ bốn luận điểm trên.
