Theo như liệu chiến lược trở thành siêu cường về năng lượng sạch của Trung Quốc có mang lại hiệu quả không?, bởi nước này hiện đang triển khai lưới điện siêu cao thế để truyền tải điện. Mà Trung Quốc đã sản xuất nhiều năng lượng sạch hơn bất kỳ quốc gia nào khác.
Công nhân xây dựng đường dây điện siêu cao thế (UHV) dọc theo sông Trường Giang của Trung Quốc
Trong một ngôi làng yên tĩnh ở rìa Thượng Hải, siêu đô thị của Trung Quốc với 25 triệu dân, một tòa nhà xanh khổng lồ được bao quanh bởi một mê cung dây điện và cột điện đối lập với cảnh quan xung quanh. Bao quanh con quái vật này, không xa bờ biển của Vịnh Hàng Châu - cửa ngõ hình phễu rộng lớn dẫn ra Biển Hoa Đông - là một loạt các lô đất trồng rau, những con đường nông thôn quanh co và một dòng kênh êm đềm.
Tòa nhà lạc lõng này là Trạm biến áp Phụng Hiền, một trung tâm tiếp nhận dòng điện đã di chuyển khoảng 1.900 km trước khi được phân phối tới các hộ gia đình, văn phòng và nhà máy ở Thượng Hải. Ở đầu kia của đường dây truyền tải là Nhà máy thủy điện Hướng Gia Bá nằm ở miền tây nam Trung Quốc, nơi khai thác năng lượng từ dòng sông Kim Sa hùng vĩ, phần thượng nguồn của sông Trường Giang.
Đường dây truyền tải điện Hướng Gia Bá – Thượng Hải, được đưa vào hoạt động từ năm 2010, là một trong những dự án siêu cao áp (UHV) đầu tiên của Trung Quốc – một công nghệ được thiết kế để truyền tải điện năng trên khoảng cách xa.
Dự án này đã mở ra một kỷ nguyên mới, trong đó Trung Quốc sẽ xây dựng một mạng lưới hạ tầng UHV rộng lớn, được ví như "tàu cao tốc cho điện năng", để đưa điện từ các nguồn thủy điện và điện than ở các khu vực xa xôi tới các thành phố đông dân.
Hiện nay, Trung Quốc coi các đường dây điện khổng lồ này là chìa khóa cho việc mở rộng nhanh chóng các cơ sở điện gió và điện mặt trời, vốn tập trung ở một số khu vực xa xôi.
Các quốc gia như Vương quốc Anh, Ấn Độ và Brazil cũng đã áp dụng các chiến lược tương tự.
Mặc dù sử dụng công nghệ siêu cao áp (UHV) không phải là cách duy nhất để truyền tải năng lượng tái tạo, nhưng việc áp dụng công nghệ này tại Trung Quốc – nơi sở hữu hệ thống điện quốc gia lớn nhất thế giới – có thể mang lại những bài học quý giá trong hành trình toàn cầu tìm kiếm giải pháp để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng.
'Tàu cao tốc cho điện năng’
Nhiều quốc gia đang áp dụng hạ tầng UHV, nhưng Trung Quốc dẫn đầu về số đường dây được lắp đặt
Tóm lại, các đường dây truyền tải siêu cao áp (UHV) hoạt động dựa trên nguyên tắc: điện áp càng cao thì dòng điện càng thấp đối với cùng một lượng điện được truyền tải. Dòng điện thấp hơn dẫn đến ít nhiệt bị mất hơn khi điện năng di chuyển qua dây cáp, cho phép điện truyền đi xa hơn với hiệu suất cao hơn.
Người Trung Quốc gọi chúng là "Shinkansen cho điện năng", tên tiếng Nhật dành cho tàu cao tốc, một biểu tượng về tốc độ và hiệu quả.
Đối với Quách Lượng, một kỹ sư tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cách nhanh nhất để cung cấp điện là truyền tải đến người dùng thay vì vận chuyển nguyên liệu thô đến các nhà máy điện gần họ hơn.
Điện di chuyển gần như nhanh bằng ánh sáng và việc lưu trữ rất tốn kém. "Ngay khi được tạo ra, điện cần phải được truyền đi ngay. Đó là lý do tại sao chúng ta cần một mạng lưới như Shinkansen cho điện năng để đảm bảo việc truyền tải điện đến người sử dụng," ông Quách Lượng nói trong một chương trình truyền hình trên Đài Truyền hình Trung ương Trung Quốc.
Các quốc gia khác nhau có các ngưỡng khác nhau để xác định đường dây siêu cao áp (UHV). Trung Quốc định nghĩa UHV là các đường dây truyền tải dòng điện một chiều (DC) với điện áp từ 800 kilovolt (kV) trở lên và dòng điện xoay chiều (AC) từ 1.000 kV trở lên.
Hệ thống DC có thể truyền tải nhiều điện năng hơn với ít tổn thất hơn so với AC, và thường được sử dụng để bao phủ khoảng cách lớn hơn, nhưng chi phí xây dựng cao hơn. Ngược lại, các đường dây AC có thể kết nối với lưới điện địa phương dọc tuyến, vì vậy chúng linh hoạt hơn. Tuy nhiên, chiều dài của chúng thường không vượt quá 1.500 km.
Do đó, để đảm bảo tính hiệu quả về chi phí, Trung Quốc sử dụng kết hợp cả hai loại này.
Mặc dù hiện nay Trung Quốc coi công nghệ này là một phần quan trọng trong kế hoạch phát triển điện gió và điện mặt trời, nhưng ban đầu nước này không xây dựng nó dành riêng cho năng lượng tái tạo. Công ty Lưới điện Quốc gia Trung Quốc, một trong hai nhà vận hành lưới điện của nước này, đã đề xuất công nghệ này với chính phủ vào năm 2004 nhằm kết nối các nhà máy thủy điện và nhiệt điện than với các trung tâm kinh tế tiêu thụ lượng lớn điện năng cách đó hàng trăm cây số.
"Phần lớn tài nguyên thiên nhiên của Trung Quốc nằm ở miền bắc, tây bắc và tây nam, trong khi nhu cầu điện cao nhất và dân số tập trung chủ yếu ở vùng ven biển phía nam và phía đông," bà Đặng Tư Manh, nhà phân tích năng lượng tái tạo thuộc công ty tư vấn Na Uy Rystad Energy tại Thượng Hải, cho biết.
Vào đầu những năm 2000, Trung Quốc thường xuyên đối mặt với tình trạng thiếu điện. Mặc dù ba phần tư lưu lượng vận tải hàng hóa của cả nước được dành để vận chuyển nguyên liệu thô, đặc biệt là than đá, nhưng chúng vẫn không được vận chuyển đủ nhanh. Vào thời điểm đó, chính phủ cũng đang tìm cách phát triển các khu vực rộng lớn ở phía tây bằng cách khai thác các nguồn tài nguyên tại đây.
Xây dựng và bảo trì hạ tầng UHV có thể rất tốn kém
Lưu Chấn Á, khi đó là người đứng đầu Công ty Lưới điện Quốc gia Trung Quốc và được truyền thông Trung Quốc mệnh danh là "cha đẻ của đường dây siêu cao áp (UHV)", đã hình dung ra một tương lai mà một siêu lưới điện có thể chấm dứt tình trạng mất điện trên toàn quốc – bằng cách truyền tải điện trên phạm vi toàn quốc – và đưa Trung Quốc trở thành quốc gia dẫn đầu toàn cầu về công nghệ truyền tải.
Tuy nhiên, ý tưởng của ông đã vấp phải sự phản đối gay gắt.
Trong những năm sau đó, các đối thủ của ông, bao gồm cả các quan chức và học giả nổi tiếng, đã nhiều lần bày tỏ mối lo ngại với chính phủ về độ tin cậy của công nghệ này cũng như những tác động của nó đến môi trường.
"Đề xuất của Lưu thực sự táo bạo và là một ý tưởng mới mẻ vào thời điểm đó, và đã thu hút sự quan tâm của các nhà hoạch định chính sách Trung Quốc," Fiona Quimbre, một nhà phân tích ở Cambridge chuyên nghiên cứu về Trung Quốc đang làm việc cho tổ chức nghiên cứu toàn cầu RAND, đánh giá.
Công ty Lưới điện Quốc gia, một doanh nghiệp nhà nước lớn, đã khéo léo kết hợp ý tưởng này với các ưu tiên khác của chính phủ, bao gồm cả kế hoạch thúc đẩy chuỗi cung ứng trong nước, bà nói thêm.
Năm 2006, việc phát triển công nghệ UHV được đưa vào kế hoạch 5 năm của Bắc Kinh, đánh dấu việc công nghệ này trở thành chiến lược quốc gia. Trung Quốc đã bắt đầu xây dựng dự án đầu tiên trong cùng năm, một đường dây AC dài 640 km kết nối trung tâm than đá của tỉnh Sơn Tây ở miền bắc với tỉnh Hồ Bắc ở miền trung, qua một điểm trung chuyển ở giữa. Đường dây này bắt đầu hoạt động vào đầu năm 2009.
Những dự án tham vọng hơn nhanh chóng nối tiếp. Đường dây Hướng Gia Bá – Thượng Hải, hoàn thành vào năm 2010, là hệ thống truyền tải dài nhất và mạnh nhất thế giới vào thời điểm đó. Với 3.939 cột điện mang dây cáp vượt qua các hẻm núi, dòng sông và những cánh đồng trải dài qua tám khu vực cấp tỉnh, đường dây DC này truyền tải thủy điện từ sông Kim Sa trực tiếp đến Thượng Hải với công suất tối đa 6,4 gigawatt, đáp ứng tới 40% nhu cầu điện của thành phố.
Tính đến tháng 4/2024, Trung Quốc đã đưa vào vận hành 38 đường dây siêu cao áp (UHV), không chỉ truyền tải điện thủy điện và điện than mà còn cả điện gió và điện mặt trời, theo thông tin từ China Power Equipment Management Net, một trang web ngành. Trong số đó, có 18 đường dây AC và phần còn lại là các đường dây DC.
Truyền tải năng lượng tái tạo
Công nghệ UHV không phải do Trung Quốc sáng chế, nhưng Bắc Kinh đã biến những dự án này thành "công việc thường nhật", theo lời Ismael Arciniegas Rueda, một nhà kinh tế học tại RAND có trụ sở ở Washington DC, chuyên về năng lượng và hạ tầng truyền tải.
"Trung Quốc đã đưa công nghệ [UHV] lên một tầm cao mới và phát triển vượt bậc," Arciniegas nói.
Ông mô tả Trung Quốc là "người chơi duy nhất trên thị trường" khi nói đến tổng chiều dài đường dây đã được xây dựng.
Các quốc gia khác, như Ấn Độ và Brazil, cũng có một số đường dây UHV dài nhất thế giới, nhưng họ không sử dụng chúng ở quy mô lớn hay vận hành ở cùng mức điện áp như Trung Quốc.
Xét về tổng chiều dài đường dây đã được xây dựng, Trung Quốc đứng đầu thế giới về UHV
Theo China Energy News, tổng chiều dài của các đường dây siêu cao áp (UHV) đang hoạt động ở Trung Quốc đã đạt 48.000 km vào cuối năm 2020, đủ dài để quấn quanh Trái Đất ở xích đạo.
Khi Trung Quốc đẩy mạnh việc triển khai năng lượng tái tạo, nhiệm vụ của các đường dây UHV cũng đã thay đổi.
Vào năm 2022, Cục Năng lượng Quốc gia Trung Quốc cho biết các cơ sở điện gió và điện mặt trời ở sa mạc cần phải lên kế hoạch xây dựng các đường dây truyền tải điện để đưa điện tới các thị trấn và thành phố ở phía bên kia đất nước.
Năm 2023, việc xây dựng đường dây chuyên dụng đầu tiên bắt đầu, kết nối Khu tự trị Hồi Ninh Hạ ở miền tây bắc với tỉnh Hồ Nam ở miền nam.
Công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong đề xuất của Trung Quốc về việc xây dựng một lưới điện toàn cầu, được gọi là Kết nối Năng lượng Toàn cầu. Ý tưởng này – được công bố bởi Chủ tịch Trung Quốc Tập Cận Bình tại một hội nghị thượng đỉnh của Liên Hợp Quốc vào năm 2015 – là kết nối các lưới điện quốc gia trong ba thập kỷ tới. Mục tiêu là để "phát triển, truyền tải và sử dụng năng lượng sạch quy mô lớn trên toàn cầu," theo lời ông Lưu Chấn Á, người hiện là Chủ tịch Tổ chức Phát triển và Hợp tác Kết nối Năng lượng Toàn cầu, một tổ chức phi chính phủ được thành lập để thúc đẩy ý tưởng này.
Đối với một số nhà nghiên cứu, UHV mang lại những lợi ích rõ ràng. "Trong tất cả các công nghệ hiện có, UHV là công nghệ duy nhất có thể truyền tải điện gió và điện mặt trời từ những khu vực xa xôi đến các trung tâm tiêu thụ điện (những nơi có nhu cầu sử dụng điện cao)," Phương Lộ Thụy, một trợ lý giáo sư về quy hoạch hệ thống điện tại Đại học Giao thông Tây An-Liverpool ở thành phố Tô Châu, Trung Quốc, cho biết.
Lauri Myllyvirta, đồng sáng lập Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng và Không khí Sạch (CREA) có trụ sở tại Phần Lan, đồng ý rằng khoảng cách giữa các khu vực sản xuất năng lượng và các thành phố là một thách thức ở một quốc gia rộng lớn như vậy. Tuy nhiên, công nghệ này cũng mang lại những lợi ích về năng lượng.
"Trung Quốc rất rộng lớn – khi mặt trời lặn ở miền đông thì ở miền tây mặt trời vẫn còn chiếu sáng," ông Myllyvirta nói. "Và khi một vùng áp thấp đang tạo ra gió mạnh ở một phần của Trung Quốc, thì một phần khác của Trung Quốc sẽ nằm trong một hệ thống thời tiết hoàn toàn khác vào cùng thời điểm."
Do đó, các đường dây UHV có thể làm giảm sự biến động trong sản xuất điện gió và điện mặt trời bằng cách truyền điện từ nơi có điều kiện thời tiết thuận lợi đến nơi không có, ông nói.
Thách thức đối với UHV
Sau khi xây dựng, các đường dây UHV cần được bảo trì cẩn thận
Tuy nhiên, tỉ trọng năng lượng gió và mặt trời được truyền tải qua các đường dây UHV của Trung Quốc vẫn còn thấp.
Một trong những nguyên nhân là do chi phí cao của đường dây UHV.
Ở Trung Quốc, các khoản đầu tư cho các đường dây UHV đến từ hai công ty vận hành lưới điện và tài chính cho việc này là rất lớn.
Không có số liệu chính thức về tổng mức đầu tư. Tuy nhiên, Hoa Hạ Năng Nguyên, một trang web ngành của Trung Quốc, đã đưa tin vào tháng 8/2023 rằng nước này đã chi 1.600 tỷ nhân dân tệ (222 tỷ USD) cho các đường dây UHV, bao gồm 33 đường dây đã đi vào hoạt động và 38 đường dây khác đang xây dựng. Ví dụ, tuyến Hướng Gia Bá-Thượng Hải đã tiêu tốn 23 tỷ nhân dân tệ (3,2 tỷ USD), theo số liệu chính thức.
Những khoản đầu tư khổng lồ như vậy có nghĩa là các lưới điện phải đảm bảo số giờ vận hành hằng năm của các đường dây này để thu hồi vốn.
"Do đó, nếu không có đủ điện gió và điện mặt trời khi một đường dây vận hành, nó sẽ truyền tải điện than thay vào đó," Thẩm Hân Di, một nhà nghiên cứu tại CREA, nói.
Do điện gió và điện mặt trời hay gián đoạn, các đường dây UHV vẫn phải phụ thuộc nhiều vào điện từ than đá hoặc khí đốt để đảm bảo việc truyền tải điện ổn định, bà Thẩm nhận định.
Vào năm 2022, 56,2% lượng điện được truyền qua các đường dây UHV ở Trung Quốc đến từ các nguồn năng lượng tái tạo, vượt qua mục tiêu của chính phủ là "không dưới 50%".
Tuy nhiên, phần lớn trong số này là thủy điện – được Trung Quốc coi là năng lượng tái tạo và sạch – theo một báo cáo của chính phủ.
Mặc dù thủy điện không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, nhưng nó vẫn có những tác động môi trường khác, chẳng hạn như gây hại cho thủy sinh ở các con sông và thải ra khí mê tan.
Tỷ trọng điện gió và điện mặt trời được truyền tải qua các đường dây UHV thấp hơn nhiều, chỉ đạt trung bình 27,25%, theo một phân tích từ báo cáo của tổ chức tư vấn Linh Điện Năng Nguyên (Lingdian Energy) ở Trung Quốc.
Những đợt thiếu điện đã xảy ra ở tỉnh Tứ Xuyên, cách đây hai năm và mùa hè vừa qua đã phơi bày một điểm yếu khác: đó là việc quản lý các đường dây UHV ở Trung Quốc vẫn còn "cứng nhắc", theo nhận định của bà Thẩm.
Mặc dù Tứ Xuyên là trung tâm thủy điện của cả nước, nhưng hầu hết các nhà máy thủy điện mới xây dựng ở đây, như Nhà máy thủy điện Bạch Hạc Than – nhà máy thủy điện lớn thứ hai thế giới, được thiết kế để đưa điện tới các khu vực miền đông và miền trung qua các đường dây UHV.
Mặc dù không có đủ điện cung cấp cho địa phương, nhưng Tứ Xuyên – nơi có một số ngành công nghiệp sản xuất đang phát triển, như ngành pin lithium – lại không thể sử dụng nguồn thủy điện của chính mình vì các đường dây UHV không được kết nối với lưới điện địa phương, bà Thẩm giải thích.
Yu Aiqun, một nhà phân tích tại Global Energy Monitor, một tổ chức phi chính phủ có trụ sở tại Mỹ, chỉ ra rằng có thể chi phí sẽ giảm hơn nếu các thành phố và thị trấn sản xuất điện tại chỗ thay vì phải lấy điện từ xa do chi phí xây dựng một tuyến đường dây UHV rất cao.
Hơn nữa, các tỉnh ven biển của Trung Quốc đang lên kế hoạch xây dựng các nhà máy điện hạt nhân và năng lượng gió ngoài khơi quy mô lớn, điều này có nghĩa là trong tương lai họ có thể không cần mua điện từ xa nữa, nhà phân tích Yu Aiqun bổ sung.
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley ở Mỹ đã dự báo rằng việc triển khai năng lượng gió ngoài khơi sẽ giúp giảm sự phụ thuộc của các vùng duyên hải Trung Quốc vào việc mua điện từ các khu vực khác và sẽ làm thay đổi mạng lưới truyền tải của đất nước.
Bức tranh toàn cầu
Trung Quốc không phải là quốc gia duy nhất sử dụng công nghệ UHV.
Brazil, quốc gia lớn nhất ở Nam Mỹ, đã có hai tuyến đường dây DC 800kV đang hoạt động, cả hai đều do Tập đoàn Lưới điện Quốc gia Trung Quốc xây dựng.
Chúng truyền tải thủy điện từ lưu vực sông Amazon ở miền bắc đến các khu vực đông dân ở vùng đông nam, bao gồm São Paulo và Rio de Janeiro.
Tập đoàn Lưới điện Quốc gia Trung Quốc cũng đang xây dựng một tuyến UHV khác tại Brazil.
Tại Ấn Độ, chính phủ đã khởi xướng kế hoạch Hành lang Năng lượng Xanh từ năm 2015, bao gồm các tuyến đường dây truyền tải dành riêng cho năng lượng tái tạo ở các bang giàu tài nguyên này, như Andhra Pradesh ở miền nam và Gujarat ở phía tây, theo Uttamarani Pati, một nhà phân tích năng lượng tái tạo tại Rystad Energy ở Bangalore. Các tuyến đường dây UHV tại Ấn Độ hoạt động ở mức điện áp 765kV.
Các dự án truyền tải điện áp cao xuyên lục địa – có mức điện áp thấp hơn so với UHV – cũng đang được phát triển ở nhiều nơi trên thế giới.
Ở châu Âu, một số cáp dưới biển đang được phát triển để đưa điện mặt trời và gió từ Bắc Phi tới.
Các dự án này bao gồm Xlinks, một tuyến cáp dài 4.000km nối Maroc với Vương quốc Anh, và dự án "GREGY" nối Ai Cập với Hy Lạp, dài khoảng 950km.
Tại khu vực châu Á-Thái Bình Dương, một dự án lớn có tên Sun Cable đã được đề xuất để xuất khẩu điện mặt trời từ miền bắc Úc tới Singapore, cách đó 4.300km, đi qua Indonesia.
Việc truyền tải điện qua biên giới – hoặc qua các tiểu bang ở Mỹ – dù với công nghệ đang tiến bộ vẫn gặp phải những thách thức khác, như cảnh báo của Arciniegas từ RAND.
Các vấn đề lớn nhất là pháp lý, ông nói. "Sẽ cần rất nhiều giấy tờ, giấy phép, v.v., và không phải ai cũng muốn có một đường dây truyền tải điện bên cạnh nhà mình."
Chi phí là một rào cản khác, đặc biệt là ở Mỹ.
Không chỉ tất cả các bên liên quan đến một dự án đường dây truyền tải đường dài phải đồng ý, mà các tổ chức truyền tải liên quan trong khu vực cũng phải đồng ý chia sẻ chi phí, theo Wang Xuan, cố vấn về chiến lược năng lượng sạch tại Regulatory Assistance Project, một tổ chức phi chính phủ toàn cầu. "Đó là lý do tại sao UHV chưa phát triển mạnh mẽ ở Mỹ," bà nói.
Các lưới điện lớn cũng có nghĩa là nguy cơ mất điện diện rộng cao hơn nếu một phần của lưới điện gặp sự cố, như vụ mất điện lớn đã ảnh hưởng đến các vùng của Canada và Mỹ vào năm 2003, nguyên nhân chủ yếu là do sự cố trong hệ thống cảnh báo tại một công ty điện ở Ohio làm ảnh hưởng đến toàn bộ mạng lưới.
"Hệ thống càng lớn thì càng cần nhiều biện pháp bảo vệ để ngăn chặn những sự cố như vậy xảy ra," Arciniegas nói.
Cuối cùng, giải pháp cho một tương lai sử dụng năng lượng tái tạo không chỉ phụ thuộc vào một công nghệ truyền tải duy nhất, mà là sự kết hợp của nhiều giải pháp, như nhiều nhà nghiên cứu tin tưởng.
Một lựa chọn khác là các lưới điện vi mô (microgrid), một giải pháp năng lượng phân tán tại các khu vực nhỏ, với việc sản xuất, lưu trữ và sử dụng năng lượng tại chỗ.
Các lưới điện vi mô đang ngày càng phổ biến ở một số quốc gia đang phát triển vì chúng linh hoạt và tiết kiệm chi phí.
"Tôi nghĩ rằng sự phát triển ở cấp độ nhỏ và việc cá nhân lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời hoặc sử dụng năng lượng gió từ các dự án điện gió của cộng đồng là một phần của giải pháp," Antony Froggatt, một chuyên gia tư vấn về biến đổi khí hậu và năng lượng tại London, nói.
"Bởi vì đó không chỉ là sản xuất điện tại chỗ để đảm bảo cung cấp đủ điện, mà còn là vấn đề giáo dục," ông nói. "Việc có những đường dây điện cao thế từ một phần khác của thế giới có thể làm giảm cơ hội để người dân trực tiếp tham gia và hiểu rõ hơn về quá trình sản xuất và tiêu thụ năng lượng."
Tuy nhiên, theo Arciniegas, đường truyền tải điện UHV có thể là một phần trong danh mục các lựa chọn mà các quốc gia cần cân nhắc, nhưng đây là một lựa chọn quan trọng.
"Những gì mà lưới điện cung cấp giống như một xương sống, vì vậy bạn cần phải kết nối với lưới điện theo một cách nào đó. Nhưng nếu lưới điện bị hỏng, thì sẽ rất tốt nếu có một giải pháp thay thế," ông nói.
English
Deutsch
Français
Español
Italiano
Português
Norsk
Nederlands
Dansk
Suomi
Polski
Čeština
Русский
日本語
한국어
中文(简体)
中文(繁體)
Magyar
Türkçe
العربية
ไทย
Latina
हिन्दी
Bahasa Indonesia
Bahasa Melayu
