Trung Quốc đang khẳng định vị thế dẫn đầu toàn cầu trong lĩnh vực sản xuất năng lượng sạch với tốc độ phát triển vượt trội. Để hỗ trợ cho sự phát triển mạnh mẽ của nguồn năng lượng tái tạo, nước này đã và đang triển khai lưới điện siêu cao áp (Ultra High Voltage - UHV) quy mô lớn. Liệu chiến lược này có mang lại hiệu quả như kỳ vọng?
Công nhân xây dựng đường dây điện siêu cao thế (UHV) bên bờ sông Dương Tử của Trung Quốc. Ảnh: Getty Images
Tại một ngôi làng nằm ở ngoại ô Thượng Hải với 25 triệu dân, nổi bật giữa khung cảnh làng quê thanh bình là Trạm chuyển đổi Fengxian - một tòa nhà khổng lồ mang màu xanh đặc trưng, được bao quanh bởi mạng lưới dây điện và cột điện đồ sộ, đối lập hẳn với khung cảnh thanh bình, bĩnh lặng của ngôi làng nằm gần Vịnh Hàng Châu, cửa ngõ biển Hoa Đông.
Trạm biến đổi Fengxian được đặt tại ngoại ô Thượng Hải, đóng vai trò như một trung tâm tiếp nhận nguồn điện. Điện năng truyền tải đến trạm này đã di chuyển qua quãng đường dài gần 1.900km từ phía Tây Nam Trung Quốc - nơi có Nhà máy Thủy điện (NMTĐ) Xiangjiaba - một trong những NMTĐ lớn nhất của Trung Quốc, khai thác năng lượng từ sông Jinsha, thượng nguồn của sông Dương Tử. Được biết đây là con sống dài nhất Trung Quốc, có tiềm năng thủy điện lớn nhờ địa hình thuận lợi và lưu lượng nước dồi dào.
Đường dây truyền tải từ NMTĐ Xiangjiaba đến Thượng Hải, vận hành từ năm 2010, là một trong những dự án đầu tiên sử dụng hệ thống truyền tải siêu cao áp (UHV) của Trung Quốc. Đây cũng là tiền đề để Trung Quốc phát triển lưới điện UHV trên toàn quốc - được ví như “tàu cao tốc năng lượng” - giúp đưa điện từ các nhà máy thủy điện, nhiệt điện than và các cơ sở năng lượng tái tạo từ những vùng xa xôi đến trung tâm đô thị lớn.
Ngày nay, lưới điện UHV được coi là yếu tố quan trọng để thúc đẩy tốc độ phát triển của điện gió và điện mặt trời, vốn tập trung nhiều ở các khu vực hẻo lánh. Một số quốc gia khác, như Anh, Ấn Độ và Brazil, cũng đang áp dụng chiến lược tương tự.
Mặc dù UHV không phải là giải pháp duy nhất để truyền tải năng lượng tái tạo, nhưng những gì Trung Quốc đang thực hiện - với hệ thống điện lớn nhất thế giới - mang lại nhiều bài học giá trị cho các quốc gia khác. Việc ứng dụng công nghệ UHV có thể là giải pháp đột phá giúp thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn.
Hành trình xây dựng "tàu siêu tốc năng lượng" quốc gia
Đường dây truyền tải điện siêu cao áp (UHV) hoạt động dựa trên nguyên tắc: điện áp càng cao, dòng điện càng thấp đối với cùng một lượng điện năng truyền tải. Dòng điện thấp hơn giúp giảm tổn thất nhiệt khi điện năng di chuyển qua đường dây, cho phép truyền tải điện năng đi xa với hiệu suất cao hơn.
Nhiều quốc gia đang áp dụng cơ sở hạ tầng lưới điện siêu cao áp, nhưng Trung Quốc dẫn đầu về số lượng đường dây được lắp đặt. Nguồn: Getty Images
Người Trung Quốc ví các đường dây UHV như “Shinkansen của năng lượng” - hệ thống tàu cao tốc nổi tiếng với tốc độ siêu nhanh và có mạng lưới phủ sóng khắp Nhật Bản.
"Ngay khi được tạo ra, điện cần được truyền tải đi ngay lập tức. Đây là lý do cần có một mạng lưới truyền tải hiệu quả như ‘Shinkansen năng lượng’ để đảm bảo điện đến tay người sử dụng”, ông Guo Liang, kỹ sư tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc chia sẻ trên Đài truyền hình Trung ương Trung Quốc (CCTV).
Mỗi quốc gia có tiêu chuẩn khác nhau về định nghĩa đường dây UHV. Tại Trung Quốc, đường dây truyền tải điện một chiều (UHVDC) với điện áp từ 800kV trở lên và dòng điện xoay chiều (UHVAC) với điện áp từ 1.000kV trở lên được coi là UHV. Đối với đường dây UHVDC, truyền tải điện năng với tổn thất thấp hơn và trên khoảng cách xa hơn, nhưng chi phí xây dựng đắt hơn so với UHVAC. Đối với đường dây UHVAC, có thể dễ dàng kết nối với lưới điện địa phương dọc đường truyền tải, linh hoạt hơn nhưng chiều dài thường không vượt quá 1.500 km để tối ưu chi phí.
Trung Quốc sử dụng kết hợp cả hai loại đường dây này để tối ưu hóa việc truyền tải điện trên toàn quốc, phục vụ cả khu vực xa xôi và trung tâm đô thị đông dân.
Mặc dù Trung Quốc hiện coi công nghệ truyền tải điện áp siêu cao (UHV) là một phần quan trọng trong chiến lược phát triển năng lượng gió và mặt trời, nhưng ban đầu công nghệ này không được thiết kế dành riêng cho năng lượng tái tạo. Tập đoàn Lưới điện Nhà nước Trung Quốc (State Grid), một trong hai đơn vị vận hành lưới điện quốc gia, đã đề xuất công nghệ UHV vào năm 2004 với mục tiêu kết nối các nhà máy thủy điện và nhiệt điện than ở phía Bắc, Tây Bắc, Tây Nam với các trung tâm kinh tế ở bờ biển phía Nam và phía Đông, nơi có nhu cầu tiêu thụ điện cao.
Vào đầu những năm 2000, Trung Quốc thường xuyên đối mặt với tình trạng thiếu điện. Mặc dù 75% lưu lượng vận tải hàng hóa trong nước được sử dụng để chuyên chở nguyên liệu thô, đặc biệt là than, nguồn cung vẫn không thể đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ. Chính phủ lúc đó cũng muốn phát triển các vùng phía Tây rộng lớn bằng cách khai thác các nguồn tài nguyên sẵn có để thúc đẩy kinh tế địa phương.
Cơ sở hạ tầng lưới điện siêu cao áp rất tốn kém để xây dựng và bảo trì. Nguồn: Getty Images
Lúc bấy giờ, ông Liu Zhenya, khi còn là lãnh đạo của Tập đoàn Lưới điện Nhà nước Trung Quốc (State Grid), đã đưa ra ý tưởng xây dựng một hệ thống lưới điện quy mô lớn kết nối toàn quốc, nhằm giải quyết sự mất cân đối về nguồn cung và tiêu thụ điện năng. Tuy nhiên, đề xuất của ông Liu vấn phải sự phản đổi từ nhiều quan chức và học giả vì công nghệ này khi đó còn mới, chưa được kiểm chứng về tính hiệu quả và an toàn, việc xây dựng đường dây truyền tải quy mô lớn có thể ảnh hưởng tới hệ sinh thái quốc gia.
Thế nhưng, State Grid đã khéo léo thuyết phục chính phủ bằng cách xây dựng một lộ trình phát triển lưới điện siêu cao áp hòa hợp với các chiến lược quốc gia của Trung Quốc, đặc biệt sẽ thúc đẩy chuỗi cung ứng trong nước. State Grid lập luận rằng, đầu tư vào UHV không chỉ là phát triển lưới điện mà còn là thúc đẩy sản xuất công nghiệp, công nghệ kỹ thuật cao và tăng trưởng kinh tế nội địa, phù hợp với chiến lược “Made in China” của chính phủ.
Việc lồng ghép UHV vào kế hoạch quốc gia giúp loại bỏ những tranh cãi kỹ thuật ban đầu, chuyển trọng tâm vào công tác triển khai và cải tiến công nghệ. Cuối cùng, năm 2006, State Grid đã thành công trong việc đưa phát triển UHV trở thành một mục tiêu chiến lược quốc gia thông qua Kế hoạch 5 năm của Bắc Kinh.
Ngay sau đó, Trung Quốc bắt đầu xây dựng dự án UHV đầu tiên - một đường dây truyền tải điện xoay chiều dài 640 km kết nối trung tâm than Sơn Tây với Hồ Bắc thông qua một điểm trung gian. Dự án này đi vào hoạt động năm 2009.
Một trong những dự án đáng chú ý nhất là tuyến Xiangjiaba - Thượng Hải, hoàn thành vào năm 2010. Đây là hệ thống truyền tải dài và mạnh nhất thế giới thời điểm đó, sử dụng 3.939 cột điện để truyền tải điện từ sông Kim Sa đến Thượng Hải với công suất tối đa 6,4GW, đáp ứng tới 40% nhu cầu điện của thành phố.
Theo China Power Equipment Management Net - một trang web chuyên ngành cung cấp thông tin và tin tức về quản lý thiết bị điện lực tại Trung Quốc, tính đến tháng 4 năm 2024, Trung Quốc đã đưa vào vận hành 38 đường dây UHV, bao gồm 18 đường dây AC và 20 đường dây DC. Những đường dây này không chỉ vận chuyển điện từ thủy điện và than, mà còn từ các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời, góp phần quan trọng vào việc phát triển lưới điện bền vững.
Từ giải pháp quốc gia đến chiến lược toàn cầu
Ismael Arciniegas Rueda, một nhà kinh tế học tại RAND (Washington DC) chuyên về cơ sở hạ tầng năng lượng và truyền tải, cho biết công nghệ truyền tải điện áp siêu cao (UHV) không phải do Trung Quốc phát minh. Tuy nhiên, Trung Quốc đã đưa công nghệ này trở thành "hoạt động kinh doanh tiêu chuẩn", nghĩa là ứng dụng rộng rãi và hiệu quả trên quy mô lớn.
Arciniegas nhận xét: "Trung Quốc đã nâng UHV lên một tầm cao mới, đẩy giới hạn công nghệ tiến xa hơn," tương tự như cách nước này thực hiện với nhiều công nghệ liên quan đến quá trình chuyển đổi năng lượng. Ông mô tả Trung Quốc là quốc gia "dẫn đầu duy nhất" trong việc xây dựng và vận hành các đường dây UHV.
Mặc dù một số quốc gia như Ấn Độ và Brazil cũng sở hữu các đường dây truyền tải UHV dài nhất thế giới, thế nhưng họ không triển khai chúng trên quy mô lớn hoặc hoạt động ở cùng mức điện áp cao như Trung Quốc.
Trung Quốc có tổng chiều dài các đường dây siêu cao áp dài nhất trong số các quốc gia. Nguồn: Getty Images
Theo China Energy News, tổng chiều dài các đường dây UHV đang hoạt động tại Trung Quốc đã đạt 48.000 km vào cuối năm 2020, dài hơn độ dài của đường xích đạo.
Tại thời điểm Trung Quốc đẩy mạnh phát triển năng lượng tái tạo, vai trò của cái đường dây truyền tải UHV cũng thay đổi. Năm 2022, Cục Quản lý Năng lượng Quốc gia Trung Quốc tuyên bố rằng các cơ sở điện gió và điện mặt trời ở khu vực sa mạc cần lập kế hoạch xây dựng các đường dây truyền tải UHV để đưa điện từ các vùng sản xuất xa xôi đến các trung tâm tiêu thụ ở các thành phố lớn.
Năm 2023, Trung Quốc bắt đầu xây dựng đường dây UHV chuyên dụng đầu tiên phục vụ năng lượng tái tạo, nối Khu tự trị Ninh Hạ (phía Tây Bắc) với tỉnh Hồ Nam (phía Nam). Đây là một bước tiến lớn trong việc tích hợp năng lượng tái tạo vào lưới điện quốc gia, đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng ở các khu vực đô thị đông dân cư.
Công nghệ truyền tải điện siêu cao áp (UHV) đóng vai trò quan trọng trong kế hoạch xây dựng một lưới điện toàn cầu của Trung Quốc, được gọi là Liên kết Năng lượng Toàn cầu (GEI). Sáng kiến này do Chủ tịch Tập Cận Bình công bố tại Hội nghị Thượng đỉnh Liên Hợp Quốc năm 2015, với mục tiêu kết nối các lưới điện trên toàn thế giới trong vòng ba thập kỷ, tạo điều kiện cho việc chia sẻ và tối ưu hóa nguồn năng lượng tái tạo giữa các quốc gia và khu vực.
Để thúc đẩy GEI, Trung Quốc đã thành lập Tổ chức Phát triển và Hợp tác Liên kết Năng lượng Toàn cầu (GEIDCO), một tổ chức phi chính phủ do ông Liu Zhenya, cựu Chủ tịch Tập đoàn Lưới điện Nhà nước Trung Quốc (State Grid), lãnh đạo. GEIDCO có nhiệm vụ nghiên cứu, lập kế hoạch và thúc đẩy hợp tác quốc tế trong việc xây dựng mạng lưới điện toàn cầu.
Nhiều nhà nghiên cứu đồng ý rằng công nghệ UHV là giải pháp mang tính cách mạng cho ngành điện trong bối cảnh mới. Phó giáo sư Fang Lurui, chuyên ngành quy hoạch hệ thống điện tại Đại học Xi’an Jiaotong-Liverpool ở Tô Châu, Trung Quốc khẳng định: “Trong tất cả các công nghệ hiện có, UHV là công nghệ duy nhất có thể truyền tải năng lượng gió và mặt trời từ các vùng xa đến các trung tâm phụ tải.”
Lauri Myllyvirta, nhà đồng sáng lập Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng và Không khí Sạch (CREA) tại Phần Lan, nhận định rằng khoảng cách giữa các khu vực sản xuất năng lượng và trung tâm đô thị là một thách thức lớn ở Trung Quốc. Tuy nhiên, công nghệ UHV mang lại lợi ích đáng kể, cho phép cân bằng nguồn cung năng lượng toàn quốc. Ông giải thích rằng, khi miền Đông Trung Quốc không còn ánh nắng mặt trời, miền Tây vẫn nhận được năng lượng mặt trời, hoặc khi một vùng có gió mạnh, các vùng khác có thể có điều kiện thời tiết hoàn toàn khác. Công nghệ UHV giúp truyền tải điện từ các khu vực có điều kiện thời tiết thuận lợi đến nơi cần thiết, ổn định nguồn cung từ năng lượng tái tạo.
Thách thức còn lớn
Mặc dù công nghệ UHV đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải năng lượng tại Trung Quốc, tỷ lệ điện gió và điện mặt trời được truyền qua các đường dây này vẫn thấp, chỉ đạt trung bình 27,25%. Một phần nguyên nhân là do chi phí đầu tư lớn.
Theo Huaxia Energy, tính đến tháng 8 năm 2023, Trung Quốc đã chi khoảng 1,6 nghìn tỷ nhân dân tệ (222 tỷ USD) để xây dựng 33 đường dây UHV đang hoạt động và 38 đường dây khác đang xây dựng. Ví dụ, tuyến Xiangjiaba-Thượng Hải có chi phí 23 tỷ nhân dân tệ (3,2 tỷ USD).
Để đảm bảo thu hồi vốn đầu tư, các đường dây UHV phải duy trì số giờ hoạt động ổn định. Khi không đủ nguồn điện từ gió và mặt trời, các đường dây phải phụ thuộc vào điện than hoặc khí đốt để duy trì hoạt động.
Sau khi xây dựng, các đường dây siêu cao áp đòi hỏi công tác bảo trì thường xuyên, cẩn thận.Nguồn: Getty Images
Năm 2022, 56,2% điện năng truyền tải qua các đường dây UHV tại Trung Quốc đến từ các nguồn năng lượng tái tạo, vượt mục tiêu "không dưới 50%" của chính phủ. Tuy nhiên, phần lớn nguồn này là thủy điện, được Trung Quốc xếp vào loại năng lượng tái tạo và sạch. Mặc dù thủy điện không sử dụng nhiên liệu hóa thạch, nhưng nó dấy lên lo ngại về các vấn đề môi trường như làm suy giảm hệ sinh thái sông và phát thải khí mê-tan.
Hơn nữa, tình trạng thiếu điện tại Tứ Xuyên trong các năm gần đây cho thấy hạn chế của hệ thống UHV. Tứ Xuyên là trung tâm thủy điện lớn với nhà máy thủy điện Baihetan - nhà máy lớn thứ hai thế giới. Tuy nhiên, phần lớn điện được thiết kế để xuất khẩu sang miền đông và miền trung qua các đường dây UHV, khiến địa phương không thể sử dụng đủ nguồn điện cho nhu cầu sản xuất, đặc biệt trong các ngành công nghiệp mới nổi như sản xuất pin lithium.
Bức tranh toàn cầu
Trung Quốc không phải là quốc gia duy nhất hiện đang ứng dụng công nghệ UHV.
Brazil - quốc gia lớn nhất Nam Mỹ, hiện có hai đường dây UHVDC 800kV do Tập đoàn Lưới điện Nhà nước Trung Quốc (State Grid) xây dựng, truyền tải nguồn điện thủy điện từ lưu vực sông Amazon đến các khu vực đông dân cư như Sao Paulo và Rio de Janeiro. Được biết, một đường dây UHV khác cũng đang được xây dựng tại quốc gia này.
Tại Ấn Độ, từ năm 2015, chính phủ đã triển khai "Hành lang Năng lượng Xanh", gồm các đường dây truyền tải chuyên dụng cho năng lượng tái tạo, với mức điện áp 765kV tại các bang như Andhra Pradesh và Gujarat.
Các dự án truyền tải điện áp cao xuyên lục địa cũng đang được thực hiện tại nhiều quốc gia khác, dù mức điện áp thấp hơn UHV. Ở châu Âu, dự án Xlinks sẽ kết nối Maroc với Vương quốc Anh qua tuyến cáp dài 4.000 km, và dự án GREGY sẽ kết nối Ai Cập với Hy Lạp. Tại châu Á - Thái Bình Dương, công ty năng lượng Sun Cable đề xuất dự án xuất khẩu điện mặt trời từ miền bắc Úc đến Singapore qua tuyến cáp dài 4.300 km.
Mặc dù công nghệ UHV mở ra tiềm năng kết nối năng lượng quy mô lớn trên toàn cầu, nhưng nó cũng đi kèm những rủi ro vô cùng nghiêm trọng. Một sự cố tại bất kỳ điểm nào trên mạng lưới có thể gây mất điện trên diện rộng. Để đạt được một hệ thống điện an toàn, hiệu quả, và bền vững, cần kết hợp UHV với các giải pháp khác như lưới điện vi mô (micro grid) và năng lượng phân tán. Điều này không chỉ giảm thiểu rủi ro mà còn tăng cường tính linh hoạt và khả năng phục hồi của mạng lưới điện.
Nhiều quốc gia đang phát triển lưới điện vi mô, cho phép sản xuất, lưu trữ, và sử dụng năng lượng tại chỗ, giúp tiết kiệm chi phí và tăng cường tính linh hoạt cho lưới điện. Các dự án năng lượng cộng đồng như lắp đặt tấm quang điện hoặc điện gió tại địa phương không chỉ mang lại an ninh năng lượng mà còn tăng cường nhận thức và giáo dục cộng đồng về việc sử dụng năng lượng xanh.
Arciniegas từ RAND kết luận: "UHV là xương sống của lưới điện hiện đại, nhưng cần có các giải pháp thay thế để đảm bảo an toàn nếu hệ thống gặp sự cố."
