So sánh 2 hệ thống truyền tải điện cao thế: HVDC và HVAC

Khi nói đến việc truyền tải điện năng trên quy mô lớn, hai công nghệ chính được sử dụng là HVAC (Truyền tải điện xoay chiều cao thế) và HVDC (Truyền tải điện một chiều cao thế). HVAC là phương pháp truyền thống và vẫn đang chiếm ưu thế trên toàn thế giới, bao gồm cả Việt Nam. Tuy nhiên, HVDC đang ngày càng chứng tỏ những ưu điểm vượt trội và được xem là tương lai của ngành truyền tải điện. Vậy, sự khác biệt giữa hai công nghệ này là gì và tại sao HVDC lại được coi là một cuộc cách mạng?

I. Định nghĩa cơ bản

• HVAC (High Voltage Alternating Current): Là hệ thống sử dụng dòng điện xoay chiều (AC) ở điện áp cao để truyền tải điện năng. Đây là phương pháp phổ biến vì việc tăng và giảm điện áp xoay chiều bằng máy biến áp rất đơn giản và hiệu quả.
• HVDC (High Voltage Direct Current): Là hệ thống sử dụng dòng điện một chiều (DC) ở điện áp rất cao. Hệ thống này đòi hỏi các trạm chuyển đổi phức tạp để đổi từ AC (từ nhà máy điện) sang DC để truyền đi, và đổi ngược lại từ DC sang AC tại nơi tiêu thụ.

II. So sánh chi tiết HVDC và HVAC

1. Hiệu suất và tổn thất năng lượng

Đây là ưu điểm lớn nhất của HVDC.

• HVAC: Bị ảnh hưởng bởi nhiều loại tổn thất trên đường dây dài:
  • Tổn thất do hiệu ứng bề mặt (Skin Effect): Dòng điện AC tần số cao chỉ chạy trên bề mặt dây dẫn, gây lãng phí.
  • Tổn thất Corona: Phóng điện vầng quang quanh dây dẫn.
  • Tổn thất công suất phản kháng: Do điện dung và điện cảm của đường dây.
• HVDC: Tổn thất thấp hơn đáng kể.
  • Không có hiệu ứng bề mặt (vì tần số của dòng DC bằng 0).
  • Không có tổn thất công suất phản kháng.
  • Tổn thất Corona thấp hơn nhiều.

Kết quả: Với cùng một khoảng cách, HVDC có thể truyền tải nhiều điện năng hơn với mức tổn thất chỉ bằng khoảng 3-5%, trong khi HVAC có thể tổn thất từ 10 – 15%.

2. Chi phí đầu tư và “điểm hòa vốn”

• HVAC:
  • Chi phí trạm biến áp (đầu cuối): Rẻ và đơn giản.
  • Chi phí đường dây: Đắt đỏ, vì cần 3 dây dẫn, cột tháp to hơn, hành lang tuyến rộng hơn.
• HVDC:
  • Chi phí trạm chuyển đổi (đầu cuối): Rất đắt đỏ vì sử dụng công nghệ điện tử công suất phức tạp (bộ chỉnh lưu và nghịch lưu).
  • Chi phí đường dây: Rẻ hơn, vì chỉ cần 2 dây dẫn (hoặc thậm chí 1 dây nếu dùng đất làm đường về), cột tháp nhỏ gọn hơn.

Do sự khác biệt này, có một khái niệm gọi là “Điểm hòa vốn” (Break-even Distance).

• Dưới điểm hòa vốn: Truyền tải bằng HVAC sẽ kinh tế hơn do chi phí trạm rẻ.
• Vượt qua điểm hòa vốn: Truyền tải bằng HVDC sẽ kinh tế hơn vì chi phí đường dây rẻ hơn và tổn thất điện năng thấp hơn sẽ bù lại chi phí trạm đắt đỏ.

Điểm hòa vốn này thường rơi vào khoảng 600-800 km đối với đường dây trên không và chỉ khoảng 50-100 km đối với cáp ngầm dưới biển.

3. Khả năng kỹ thuật và độ ổn định

• Truyền tải qua cáp ngầm/dưới biển: HVAC cực kỳ không hiệu quả với cáp ngầm dài do tổn thất điện dung lớn. HVDC là công nghệ vượt trội và gần như là duy nhất cho các dự án này.
• Kết nối không đồng bộ: HVDC có thể kết nối hai lưới điện AC không đồng bộ với nhau (ví dụ, hai hệ thống có tần số khác nhau hoặc dao động không cùng pha), điều mà HVAC không thể làm được.
• Khả năng điều khiển: Dòng công suất trên đường dây HVDC có thể được điều khiển một cách chính xác và nhanh chóng, giúp tăng cường độ ổn định cho toàn bộ lưới điện.

4. Tác động môi trường

• Hành lang tuyến: HVDC yêu cầu hành lang tuyến (dải đất dưới đường dây) hẹp hơn vì cột tháp nhỏ gọn và ít dây dẫn hơn.
• Nhiễu điện từ: Đường dây HVAC gây ra nhiều nhiễu cho các đường dây thông tin liên lạc hơn so với đường dây HVDC.

Bảng So Sánh Nhanh

Tương Lai Tại Việt Nam

Đường dây 500kV Bắc – Nam của Việt Nam dài gần 1.500 km, vượt xa điểm hòa vốn. Chính vì vậy, việc nghiên cứu nâng cấp hệ thống này lên công nghệ HVDC trong tương lai là một hướng đi hợp lý, giúp giảm tổn thất điện năng, tăng khả năng truyền tải và nâng cao độ ổn định cho an ninh năng lượng quốc gia.

Kết luận: HVAC vẫn là công nghệ nền tảng cho các lưới điện phân phối khu vực. Tuy nhiên, đối với việc truyền tải điện năng công suất lớn đi rất xa, kết nối các hệ thống điện không đồng bộ hoặc đi cáp ngầm dưới biển, HVDC chính là công nghệ của tương lai với hiệu quả và khả năng kiểm soát vượt trội.