Công trình thuỷ điện Tam Hiệp
Nhu cầu năng lượng của các nền kinh tế đang mở rộng và phát triển như Trung Quốc, Ấn Độ, Châu Phi và Nam Mỹ đã và đang đặt ra những thách thức mới đối với các nhà cung cấp thiết bị tải công suất lớn đi xa trên thế giới, nguyên nhân chủ yếu là vì các nguồn nhiên liệu và thuỷ điện lớn sẵn có ở các châu lục và quốc gia này nằm xa các trung tâm dân cư. Trong số các thách thức này phải kể đến yêu cầu chuyên tải công suất đi xa với độ tin cậy ngày càng cao, tác động lên môi trường ở mức tối thiểu, giảm tần suất cắt điện, và nâng cao hiệu suất của lưới điện hiện nay. Để đáp ứng các yêu cầu này, các nhà thiết kế lưới điện đã đưa công nghệ điện cao áp một chiều hiện nay tiến gần đến giới hạn lý thuyết, và chính phủ của một số quốc gia đã công bố kế hoạch sử dụng công nghệ này ở cấp điện áp cao chưa từng có - 800 kV - nói chung được coi là thuộc cấp điện áp siêu cao.
Đường dây liên kết dài nhất thế giới
Năm 2007, Tổng công ty lưới điện quốc gia Trung Quốc (State Power Grid Corp - SGC) đã thông báo một kế hoạch đầu tư đầy tham vọng với khoản chi khoảng 220 tỉ nhân dân tệ (tương đương 28,6 tỉ USD) trong thời gian 5 năm để phát triển hệ thống truyền tải quốc gia. Phần lớn khoản đầu tư cao kỷ lục này được phân dành cho việc xây dựng đường dây với tiến độ chưa từng có, bao gồm 52.000 km đường dây truyền tải 110 kV có khả năng chuyên tải 230 GW trên khắp hệ thống. Trong năm 2007, Tổng công ty này đã đưa vào vận hành 48.000 km đường dây 110 kV.
Kế hoạch cũng bao gồm các công trình truyền tải điện trung áp và cao áp. Ý tưởng liên kết các lưới điện vùng thành một hệ thống lưới điện quốc gia hợp nhất của Trung Quốc yêu cầu phải tiến hành xây dựng (hầu hết là) các đường dây cao áp xoay chiều, trong khi đó yêu cầu chuyên tải sản lượng điện lớn từ các vùng than ở phía bắc (“chuyên tải than bằng đường dây”) và từ các nguồn điện lớn như công trình Thuỷ điện Tam Hiệp ở miền trung Trung Quốc tới các trung tâm phụ tải lớn ở miền đông và miền nam đất nước lại đòi hỏi phải xây dựng một số đường dây chuyền tải công suất lớn vượt qua khoảng cách hàng nghìn kilômét. Công nghệ được lựa chọn cho các đường dây này cho đến nay vẫn là HVDC (cao áp một chiều), chủ yếu do các hãng ABB và Siemens cung cấp, cùng với một số lớn các nhà cung cấp trong nước.
Giờ đây, giai đoạn phát triển logic tiếp theo đã chín muồi: khai thác hết mức năng lực của công nghệ HVDC sẵn có hiện nay nhằm tăng công suất và giảm tổn thất điện năng bằng cách nâng điện áp từ mức tiêu chuẩn hiện nay là 500 kV lên 800 kV, tức là ở giới hạn dưới của dải điện áp hiện nay thường được coi là siêu cao áp một chiều (UHVDC). Tăng cấp điện áp cũng tạo thuận lợi về môi trường, cụ thể là sử dụng mặt bằng ít hơn so với các đường dây trên không truyền thống.
Một số đường dây đã được lên kế hoạch. Đường dây đầu tiên là mạch kết nối Vân Nam - Quảng Đông công suất 5 GW, dài 1.400 km, hiện đang được xây dựng bởi công ty vận hành lưới điện lớn thứ hai Trung Quốc: Tổng công ty lưới điện Hoa Nam, sẽ đi vào vận hành năm 2010. Đường dây thứ hai, được ca ngợi là siêu xa lộ điện năng số một của cả nước, sẽ tải 6,4 GW công suất từ liên hợp thuỷ điện Xiangjiaba trên sông Kim Sa (Jinsha) vượt qua 2.071 km tới Thượng Hải trong vùng công nghiệp ở duyên hải miền Đông Trung Quốc. Khi hoàn thành vào năm 2011, đây sẽ là mạch liên kết HVDC dài nhất và mạnh nhất trên thế giới, cung cấp cho nhu cầu điện năng của khoảng 31 triệu dân.
Thiết bị thử nghiệm UHVDC 800 kV tại Phòng thí nghiệm STRI.
Mạch liên kết Xiangjiaba - Thượng Hải
SGC, công ty truyền tải điện lớn nhất Trung Quốc, đã trao hợp đồng lớn hơn trong hai hợp đồng cung cấp kỹ thuật và thiết bị chính cho đường dây kết nối này, trị giá 440 triệu USD, cho ABB. Hãng này sẽ cung cấp phần kỹ thuật hệ thống bao gồm thiết kế, cung cấp và lắp đặt hai trạm biến đổi điện, và các máy biến áp điện lực UHVDC 800 kV, thiết bị đóng cắt và van được cung cấp các thyristor loại 6-insơ (25 cm) được phát triển gần đây cho trạm biến áp Thượng Hải (trạm nhận điện). ABB cũng sẽ cung cấp thiết bị điều khiển tiên tiến cho các trạm biến áp và hệ thống truyền tải điện sử dụng công nghệ mang tính đột phá. ABB cũng sẽ hợp tác với Công ty cổ phần Thiết bị điện Tebian của Trung Quốc để cung cấp 18 máy biến áp biến đổi điện cho công trình.
Công suất danh định của đường dây sẽ là 6.400 MW, gấp hơn 2 lần công suất danh định cao nhất của đường dây cùng loại đang vận hành. Theo dự kiến, tổn thất truyền tải sẽ dưới 7%.
Theo ABB, các thyristor loại 6 insơ mới này cùng với hệ thống điều khiển tiên tiến tạo bước nhảy vọt lớn nhất về công suất và hiệu suất ở lĩnh vực này trong 20 năm. Mạch liên kết Xiangjiaba - Thượng Hải chính là bước đột phá lớn về công nghệ truyền tải điện, và nó đã phá vỡ hai kỷ lục đã tồn tại từ lâu:
· Điện áp của hệ thống mới này cao hơn 33 % so với điện áp của mạch liên kết truyền tải ±600 kV Itaipu ở Braxin, hiện nay là mức điện áp truyền tải HVDC cao nhất thế giới.
· Chiều dài đường dây trên không 2.071 km, sẽ là đường dây truyền tải trên không dài nhất thế giới, so với 1.700 km của đường dây truyền tải HVDC Inga-Shaba ở Congo-Kinshasa là đường dây đang nắm giữ kỷ lục hiện nay.
Hệ thống UHVDC
Van Thyristor
Siemens Energy cùng với các đối tác Trung Quốc sẽ cung cấp 10 máy biến áp biến đổi điện áp cực cao, 5 trong số 10 máy này có điện áp danh đinh là 800 kV, cùng với công nghệ van thyristor loại 6 insơ cho trạm biến đổi điện Fulong (tỉnh Tứ Xuyên) ở đầu mạch liên kết là Nhà máy thủy điện Xiangjiaba. Đơn đặt hàng giá trị khoảng 160 triệu nhân dân tệ, đã được SGC trao cho Siemens.
10 máy biến áp sẽ được chế tạo tại nhà máy ở Nuremberg chuyên về sản xuất các máy biến áp biến đổi điện, đặc biệt là các máy biến áp 800 kV HVDC đã được phát triển gần đây. Tiến sĩ Bertram Ehmann, đứng đầu bộ phận kinh doanh máy biến áp của Siemens Energy cho biết: “Năm ngoái, Siemens đã trở thành nhà chế tạo máy biến áp đầu tiên trên thế giới nhận đơn đặt hàng về máy biến áp biến đổi điện áp 800 kV (cho kết nối truyền tải Vân Nam - Quảng Đông). Đơn đặt hàng mới này xác nhận rằng khách hàng của chúng tôi hoàn toàn hài lòng với công nghệ tính năng cao của chúng tôi.”
Siemens đang trang bị các thyristor tính năng cao loại 6 insơ thế hệ mới nhất cho các cột van của trạm Fulong. Theo như họ khẳng định, nếu không có các van này thì yêu cầu truyền tải với mức tổn thất thấp bằng điện siêu cao áp một chiều đặt ra cho công trình này sẽ không thể thực hiện được.
Những cải tiến
Việc tăng công suất và hiệu suất có thể được thực hiện nhờ những cải tiến trong việc nghiên cứu một số các lĩnh vực, bao gồm việc phát triển vật liệu mới dùng cho cách điện ngoài trời và các hệ thống điều khiển tiên tiến có công suất tính toán cực cao.
Tổn thất truyền tải sẽ dưới 7%, thấp hơn đáng kể so với tổn thất (khoảng 10 %) của các hệ thống truyền tải HVDC 500 kV truyền thống. Điện năng tiết kiệm nhờ áp dụng UHVDC thay vì HVDC trên đường dây này tương đương với tiêu thụ điện hằng năm của hơn 900.000 người dân Trung Quốc.
Truyền tải UHVDC là sự phát triển tiếp theo của HVDC, một công nghệ được ABB mở đường cách đây hơn 50 năm. Việc tăng công suất truyền tải có thể được thực hiện nhờ những tiến bộ trong nghiên cứu cơ bản ở một số lĩnh vực, trong đó có việc phát triển vật liệu mới dùng cho cách điện ngoài trời và các hệ thống điều khiển tiên tiến có công suất tính toán cực cao. ABB đã đầu tư đáng kể vào phát triển, sản xuất thiết bị và các phương tiện thử nghiệm để có thể ứng dụng công nghệ mới này trong vận hành thương mại. Thiết bị cải tiến đã được vận hành thử nghiệm thành công ở mức điện áp 850 kV một chiều từ tháng 11 năm 2006 tại phòng thí nghiệm STRI ở Ludvika, Thụy Điển, có đại diện của SGC đến giám sát.