Bộ hoàn chỉnh điện áp cao cho các dự án mở rộng lưới điện

Hiểu Về Bộ Hoàn Chỉnh Điện Áp Cao và Vai Trò Của Chúng trong Việc Mở Rộng Lưới Điện

Bộ Hoàn Chỉnh Điện Áp Cao Là Gì? Các Thành Phần Chính và Chức Năng

Các hệ thống HVCS xử lý truyền tải điện áp cao trên 110 kV trong các mạng lưới điện. Chúng thường bao gồm một số thành phần chính như thiết bị GIS, máy ngắt mạch, máy biến áp và các rơ le bảo vệ khác nhau, được bố trí tùy theo yêu cầu cụ thể của mạng điện. Các hệ thống điện áp cao hiện nay tập trung chủ yếu vào vận hành đáng tin cậy nhờ vật liệu cách điện tốt hơn và cơ chế kiểm soát nhiệt độ được cải thiện. Hầu hết các hệ thống lắp đặt có tuổi thọ vượt xa ba thập kỷ trước khi cần đại tu lớn. Theo nghiên cứu thị trường gần đây năm 2024, khoảng bốn trong số năm công ty cấp điện đang yêu cầu các hệ thống này được trang bị tính năng chẩn đoán trực tiếp (live diagnostics). Điều này giúp ngăn ngừa tình trạng mất điện bất ngờ khi mở rộng cơ sở hạ tầng lưới điện hiện có, điều ngày càng trở nên quan trọng khi nhu cầu tiêu thụ tiếp tục gia tăng.

Tích hợp trong các Hệ thống Truyền tải Điện áp Siêu cao (UHV) AC và DC

Các hệ thống hoạt động ở điện áp siêu cao trên 800 kV đang thay đổi cách điện năng truyền tải qua khoảng cách lớn. Hầu hết các khu vực dựa vào hệ thống UHV AC để kết nối các lưới điện vì chi phí xây dựng ban đầu thấp hơn. Tuy nhiên, khi truyền tải điện giữa các quốc gia qua khoảng cách rất xa, ví dụ hơn 1.000 km, công nghệ HVDC thực tế hao tổn ít hơn khoảng 40 phần trăm năng lượng dọc đường truyền. Sự khác biệt này rất quan trọng đối với các hoạt động quy mô lớn. Trong tương lai, thị trường các thành phần dùng trong các hệ thống điện áp cao này cũng được dự báo sẽ mở rộng khá nhanh. Các dự báo ngành cho thấy tăng trưởng khoảng 8,9% mỗi năm cho đến năm 2030 khi các quốc gia ngày càng tích cực hơn trong việc tích hợp nguồn năng lượng tái tạo vào mạng lưới điện của họ.

Các Ứng Dụng Chính Trong Cơ Sở Hạ Tầng Lưới Điện Hiện Đại

• Hành lang năng lượng tái tạo kết nối các trang trại gió ngoài khơi với các trung tâm đô thị
• Mạng truyền tải ngầm trong các khu vực đô thị có giới hạn về không gian
• Các liên kết liên biên giới tạo điều kiện chia sẻ điện năng quốc tế

Xu hướng thị trường: Sự tăng trưởng của thị trường Thiết bị đóng cắt điện áp cao toàn cầu do mở rộng lưới điện

Phân khúc thiết bị đóng cắt điện áp cao chiếm 62% ngân sách mua sắm tổng thể cho thiết bị đóng cắt điện áp cao, với số lượng lắp đặt GIS tăng 15% hàng năm kể từ năm 2020. Đà tăng này phù hợp với các khoản đầu tư toàn cầu vào lưới điện vượt quá 300 tỷ USD mỗi năm nhằm hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo và thay thế cơ sở hạ tầng đã lỗi thời.

Chuẩn hóa so với Tùy chỉnh: Cân bằng giữa tính linh hoạt và hiệu quả trong triển khai

Các công ty cung cấp ngày càng áp dụng thiết kế thiết bị đóng cắt điện áp cao theo mô-đun, cho phép sử dụng 70% thành phần chuẩn hóa đồng thời vẫn cho phép tùy chỉnh theo khu vực. Cách tiếp cận lai này giúp rút ngắn thời gian triển khai từ 6–8 tháng so với các giải pháp hoàn toàn riêng biệt, điều này rất quan trọng để đáp ứng các mốc thời gian kết nối dự án năng lượng tái tạo.

Thách thức trong việc xây dựng truyền tải điện áp cao và giới hạn về công suất

Cơ sở hạ tầng cũ kỹ và rủi ro về độ tin cậy trong mạng truyền tải của Hoa Kỳ

Hơn bảy mươi phần trăm các tuyến đường truyền tải trên khắp Hoa Kỳ hiện đã hoạt động hơn một phần tư thế kỷ, và nhiều bộ phận thiết yếu như máy biến áp và cầu dao cũng đang tiến gần đến giới hạn vận hành. Theo báo cáo năm 2021 của Hội Kỹ sư Dân dụng Hoa Kỳ, hệ thống lưới điện quốc gia chỉ đạt điểm D+, cho thấy mức độ mong manh thực sự trước các hiện tượng thời tiết cực đoan và nguy cơ mất điện diện rộng. Những vấn đề về độ tin cậy này gây ra khó khăn thực tế cho các nhà sản xuất thiết bị Bộ hoàn chỉnh điện áp cao, bởi cơ sở hạ tầng cũ kỹ khiến việc tích hợp các công nghệ mới nhằm cải thiện hiệu suất lưới trở nên khó khăn. Tình hình còn nghiêm trọng hơn khi xem xét về mặt con số: năng lực truyền tải hạn chế đã dẫn đến mức sản lượng năng lượng tái tạo bị mất gần mười tỷ đô la chỉ riêng năm ngoái. Khoản thua lỗ tài chính lớn như vậy rõ ràng cho thấy lý do tại sao đầu tư nâng cấp cơ sở hạ tầng thông minh đã trở nên vô cùng quan trọng đối với mọi bên liên quan trong ngành năng lượng.

Sự Chậm Trễ Kết Nối và Tác Động Của Chúng đến Việc Tích Hợp Năng Lượng Tái Tạo

Thời gian trung bình để kết nối vào lưới điện đã vượt quá bốn năm tại nhiều khu vực ở Hoa Kỳ, gây ra những trì hoãn nghiêm trọng đối với các trang trại gió và hệ thống điện mặt trời mới. Theo một báo cáo ngành công nghiệp từ năm ngoái, gần hai phần ba các dự án năng lượng tái tạo bị đình trệ đều chỉ ra rằng khả năng truyền tải hạn chế là vấn đề chính của họ. Điều gì xảy ra tiếp theo? Các nhà phát triển thường không còn lựa chọn nào khác ngoài việc điều chỉnh kế hoạch ban đầu để phù hợp với cơ sở hạ tầng hiện có, thay vì xây dựng các hệ thống điện áp cao tối ưu như ban đầu hình dung. Điều này làm phát sinh chi phí bổ sung và giảm hiệu quả—những điều có thể đã tránh được nếu lưới điện đã sẵn sàng ngay khi các dự án năng lượng sạch này được đề xuất lần đầu.

Nghiên Cứu Thực Tiễn: Các Công Nghệ Nâng Cấp Lưới Điện của ERCOT nhằm Giảm Tắc Nghẽn Truyền Tải tại Texas

ERCOT đã giảm 19% việc cắt giảm điện mặt trời ở Tây Texas vào năm 2023 thông qua các hệ thống đánh giá công suất đường dây động và kiểm soát luồng công suất tiên tiến. Cơ quan vận hành này đã đạt thêm 800 MW công suất truyền tải trên các hành lang hiện có – tương đương với việc xây dựng 200 dặm đường dây truyền tải mới. Những nâng cấp này chứng minh cách mà các công nghệ thích ứng có thể tạm thời khắc phục những giới hạn về cơ sở hạ tầng cứng.

Tình trạng tồn đọng ngày càng tăng trong hàng đợi kết nối lưới tại Bắc Mỹ

Hàng đợi kết nối lưới của châu lục đã đạt mức 1,4 TW vào quý 1 năm 2024 – gấp ba lần so với năm 2020. Dữ liệu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley cho thấy chỉ 21% các dự án đề xuất được đưa vào vận hành thương mại, với 78% số dự án bị hủy liên quan đến việc phân bổ chi phí nâng cấp truyền tải. Tình trạng tồn đọng này gây áp lực lên các công ty điện lực, buộc họ phải ưu tiên mở rộng từng phần thay vì lập kế hoạch mạng lưới điện áp cao toàn diện.

Công nghệ điện áp siêu cao và sự chuyển đổi của các hệ thống năng lượng

Cách truyền tải UHV góp phần tối ưu hóa cấu trúc năng lượng quốc gia

Các hệ thống truyền tải hoạt động ở điện áp cực cao (UHV) trên 800 kV đang thay đổi trò chơi khi nói đến việc phù hợp nhu cầu năng lượng với nguồn cung có sẵn trên các khu vực lớn. Các hệ thống này cho phép các nước vận chuyển một lượng lớn điện qua khoảng cách vượt quá 1.500 km trong khi mất ít hơn 6% trên đường đi theo nghiên cứu của Viện Ponemon năm ngoái. Điều này có thể được làm bằng cách nào? Hãy nghĩ về nó - một đường UHV có thể mang khoảng 12 gigawatt năng lượng, tương đương với 12 nhà máy điện hạt nhân được cung cấp trực tiếp cho các thành phố. Và đây là một lợi ích khác: những đường dây như vậy chiếm khoảng 30% không gian trên mặt đất ít hơn so với các hành lang truyền tải 500 kV truyền thống. Loại năng lực này rất quan trọng khi nhiều quốc gia cố gắng thay thế các nhà máy than và khí đốt cũ bằng các nguồn sạch hơn trải rộng trên các khu vực khác nhau. Nhìn về phía trước, các chuyên gia dự đoán thị trường thiết bị điện áp cao sẽ mở rộng khoảng 7,2% mỗi năm cho đến năm 2030 chủ yếu là vì chính phủ tiếp tục đầu tư vào các mạng lưới tiên tiến này. Sự kết nối tốt hơn giữa các địa điểm năng lượng tái tạo và các trung tâm dân cư có nghĩa là ít trường hợp nào mà các trang trại gió hoặc các tấm pin mặt trời phải đóng cửa đơn giản vì không có nơi nào để gửi điện mà chúng tạo ra.

HVDC so với HVAC: So sánh hiệu suất cho việc mở rộng lưới điện đường dài

Việc mở rộng lưới điện hiện đại ngày càng ưu tiên sử dụng dòng điện một chiều điện áp cao (HVDC) thay vì dòng điện xoay chiều (HVAC) đối với các hành lang vượt quá 600 km. Các hệ thống HVDC thể hiện:

• tổn thất đường dây thấp hơn 40% trên khoảng cách 800 km
• yêu cầu hành lang đi dây giảm 25%
• khả năng truyền tải điện cao hơn 200% mỗi dây dẫn

Mặc dù HVAC vẫn có hiệu quả về chi phí cho các kết nối ngắn hơn, nhưng những ưu điểm về hiệu suất của HVDC trở nên nổi bật trong các dự án quy mô lục địa. Dự án HVDC của China Southern Grid đã đạt được hiệu suất truyền tải 95,4% trên quãng đường 1.642 km, cung cấp 5 GW từ các nhà máy thủy điện đến các siêu đô thị ven biển.

Nghiên cứu điển hình: Các dự án UHV AC và DC của Trung Quốc làm kim chỉ nam cho triển khai quy mô lớn

Khoản đầu tư 350 tỷ USD của Trung Quốc vào hệ thống điện áp siêu cao (UHV) kể từ năm 2016 cho thấy khả năng nhân rộng các bộ thiết bị điện áp cao hoàn chỉnh trong các chiến lược điện khí hóa quốc gia. Tuyến truyền tải một chiều HVDC ±1.100 kV Changji-Guquan – dự án có điện áp cao nhất thế giới – truyền tải 12 GW từ các sa mạc ở Tân Cương đến tỉnh An Huy cách đó 3.300 km, cung cấp điện cho 50 triệu hộ gia đình. Bản mẫu triển khai này cho thấy:

Đường mét	Lưới điện thông thường	Mạng UHV
Tích hợp Năng lượng Tái tạo	4,1 GW (2015)	28,3 GW (2023)
Khả năng truyền tải	0,8 GW/km	2,4 GW/km
Thời gian xây dựng	72 tháng	36 tháng

Các dự án này làm nổi bật cách mà các bộ thiết bị điện áp cao tiêu chuẩn hóa giúp đẩy nhanh quá trình triển khai đồng thời duy trì tính linh hoạt để phù hợp với các quy định lưới điện theo khu vực, tạo ra mô hình có thể nhân rộng cho các quốc gia G20 khác.

Năng lượng tái tạo và các yếu tố tải mới nổi đang định hình nhu cầu truyền tải

Hỗ trợ Mục tiêu Năng lượng Tái tạo bằng Mở rộng Truyền tải Điện áp Cao

Lưới điện hiện đại cần được mở rộng các hệ thống truyền tải điện áp cao nếu chúng ta muốn đưa năng lượng tái tạo vào vận hành ở quy mô đáng kể. Hầu hết các tấm pin mặt trời và tuabin gió mới đều được lắp đặt ở những khu vực hẻo lánh, nơi có không gian nhưng thiếu cơ sở hạ tầng hiện có, do đó chúng ta cần những đường dây truyền tải điện dài từ vùng nông thôn đến các khu dân cư thành thị. Điều này đã tạo ra một thị trường lớn cho các thiết bị chuyên dụng tại các trạm biến áp như máy ngắt mạch và cầu dao cách ly, những thiết bị có khả năng xử lý đầu ra biến đổi từ gió và mặt trời. Các con số cũng chứng minh điều này: Dự báo Dữ liệu Thị trường (Market Data Forecast) cho thấy các công ty tại Bắc Mỹ bán thiết bị điện áp cao đã chứng kiến doanh số tăng trưởng khoảng 8,4% mỗi năm kể từ năm 2022, hoàn toàn nhờ vào đà phát triển năng lượng xanh. Các công ty điện lực hiện đang tiếp cận thông minh hơn, lựa chọn các thiết kế mô-đun giúp họ lắp đặt nhanh chóng hơn. Những thay đổi này đã giúp giảm thời gian chờ đợi khi kết nối các trang trại điện mặt trời hoặc điện gió mới vào lưới điện từ một phần tư đến gần một nửa.

Các Công Nghệ Tăng Cường Lưới Điện: Xếp Hạng Dòng Điện Động Và Hơn Thế Nữa

Các hệ thống Xếp Hạng Dòng Điện Động (DLR) về cơ bản tận dụng tốt hơn các đường dây truyền tải điện hiện có bằng cách thay đổi lượng điện mà chúng có thể xử lý dựa trên điều kiện thời tiết hiện tại và mức tiêu thụ thực tế tại từng thời điểm. Các hệ thống này hoạt động rất hiệu quả khi được kết hợp với những thiết bị giám sát điện áp cao hiện đại, cho phép các công ty cung cấp điện khai thác thêm khoảng 30% năng lực từ cơ sở hạ tầng hiện có mà không cần xây dựng thêm bất cứ thứ gì mới, từ đó tiết kiệm chi phí và thời gian. Gần đây, ngành công nghiệp cũng đang chứng kiến một số phát triển thú vị với các loại dây dẫn đặc biệt có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và các bộ giới hạn dòng sự cố giúp bảo vệ lưới điện trong những lúc quá tải. Tất cả những cải tiến này đều rất quan trọng, bởi khi chúng ta đưa ngày càng nhiều nguồn điện gió và mặt trời vào vận hành, lưới điện cần có khả năng thích ứng nhanh chóng với những thay đổi về cung và cầu trong suốt cả ngày.

Mua sắm Chiến lược Các Bộ hoàn chỉnh Điện áp Cao Phù hợp với Tiến độ Dự án Năng lượng Tái tạo

Các công ty điện lực hiện đang đồng bộ hóa việc mua sắm các bộ hoàn chỉnh điện áp cao với các giai đoạn xây dựng của các nhà phát triển năng lượng tái tạo. Sự phối hợp này giảm thời gian chờ cung ứng thiết bị từ trên 18 tháng xuống dưới 12 tháng bằng cách sử dụng bản vẽ trạm biến áp tiêu chuẩn. Các bộ thiết bị tiền chế có thành phần GIS đã chứng minh nhanh hơn 22% trong việc đưa vào vận hành các kết nối trang trại gió so với thiết kế tùy chỉnh.

Các Trung tâm Dữ liệu là Nhân tố Tải mới Lớn: Tác động đến Kế hoạch Truyền tải

Theo nghiên cứu công bố trên Tạp chí Nghiên cứu Năng lượng Toàn diện năm 2025, các trung tâm dữ liệu hiện đang tiêu thụ khoảng 7,2 phần trăm tổng nhu cầu điện đỉnh cao trên toàn nước Mỹ. Con số này thực tế tương đương với mức tiêu thụ của nhiều thành phố cỡ trung bình vào những ngày bận nhất. Các cơ sở này thường tiêu thụ một lượng điện khổng lồ, thường vượt quá 100 megawatt cùng một lúc, điều đó có nghĩa là chúng cần các đường truyền tải điện đặc biệt được xây dựng riêng cho chúng. Hơn một nửa (khoảng 58%) các trung tâm dữ liệu quy mô lớn mới được xây dựng đang yêu cầu kết nối trực tiếp ở cấp điện áp cao là 500 kilovolt. Số lượng ngày càng tăng của các hoạt động tiêu tốn nhiều năng lượng này đang tạo ra áp lực thực sự đối với các nhà lập kế hoạch năng lượng, những người phải đẩy nhanh việc phê duyệt các dự án cơ sở hạ tầng truyền tải mới. Các chuyên gia trong ngành báo cáo rằng gần ba phần tư (72%) các Nhà điều hành Hệ thống Độc lập đã phải suy nghĩ lại hoàn toàn về dự báo tải của họ do các ứng dụng trí tuệ nhân tạo và nhu cầu lưu trữ dữ liệu tiếp tục mở rộng với tốc độ nhanh chóng.

Tích hợp Các Bộ Thiết Bị Cao Áp Đầy Đủ vào Hành Lang Cung Cấp Điện Trung Tâm Dữ Liệu

Các cụm trung tâm dữ liệu mới yêu cầu các trạm biến áp 345kV+ trong phạm vi 5 dặm, đòi hỏi thiết bị nhỏ gọn các bộ hoàn chỉnh điện áp cao với hai nguồn cấp dự phòng. Các cấu hình thiết bị đóng cắt dạng mô-đun hiện nay chiếm ưu thế trong các công trình này, đạt được độ sẵn sàng 99,999% thông qua hệ thống thanh cái song song. Các dự án gần đây cho thấy thời gian cấp điện nhanh hơn 40% khi sử dụng các gói thiết bị cao áp đã được kiểm tra trước so với phương pháp lắp ráp từng phần truyền thống.

Hỗ trợ và Tài trợ của Chính phủ cho Cơ sở Hạ tầng Truyền tải Điện Cao Áp

Các Đạo luật Chính: IIJA, IRA và BIL Thúc đẩy Đầu tư Hiện đại hóa Lưới điện

Các nhà làm luật liên bang gần đây đã dành riêng hơn 80 tỷ đô la để nâng cấp hệ thống lưới điện của Mỹ, và các thiết bị điện áp cao sẽ đóng vai trò thiết yếu trong việc hiện thực hóa điều này. Riêng Đạo luật Đầu tư Cơ sở Hạ tầng và Việc làm đã dành khoảng 65 tỷ đô la cho nhiều cải tiến lưới điện khác nhau, trong đó khoảng 2,5 tỷ đô la được đầu tư trực tiếp vào các dự án truyền tải khu vực lớn cần công nghệ điện áp cao. Ngoài ra còn có những đạo luật khác hỗ trợ nữa. Đạo luật Giảm lạm phát cung cấp các khoản giảm thuế cho các công ty lắp đặt thiết bị truyền tải mới, trong khi Đạo luật Cơ sở Hạ tầng Lưỡng đảng tập trung vào việc vận hành hiệu quả các lưới điện thông minh cùng với các hệ thống điện áp siêu cao. Tất cả những đạo luật khác nhau này cùng nhau phản ứng trước một thực tế khá quan trọng – số lượng các dự án truyền tải được đề xuất đã tăng khoảng 60 phần trăm kể từ năm 2020. Cơ sở hạ tầng cũ không còn theo kịp với lượng năng lượng tái tạo ngày càng gia tăng được đưa vào hệ thống, cũng như sự bùng nổ về quy mô của các trung tâm dữ liệu trên khắp đất nước.

Các Sáng kiến Liên bang Đang Tăng tốc như thế nào trong Việc Nâng cấp và Triển khai Truyền tải

Văn phòng Triển khai Lưới điện tại Bộ Năng lượng đã bắt đầu đẩy nhanh việc cấp phép cho các dự án sử dụng các gói thiết bị cao áp tiêu chuẩn. Điều này giúp giảm thời gian phê duyệt khoảng 30 đến 40 phần trăm so với khi các công ty nộp thiết kế tùy chỉnh. Thông qua các chương trình cho vay liên bang như sáng kiến Hỗ trợ Truyền tải, các nhà đầu tư tư nhân đã đổ 3,2 tỷ USD vào việc xây dựng các tuyến truyền tải HVDC kể từ đầu năm 2022. Những nỗ lực này đang giúp lắp đặt các bộ kết nối cao áp và thiết bị đóng cắt tại các trang trại gió và nhà máy năng lượng mặt trời trên khắp cả nước. Khoảng bốn trong số năm dự án được tài trợ thực tế bao gồm các thành phần hoạt động ở điện áp trên 500 kilovôn. Khi các công ty cung cấp điện sắp xếp lịch mua hàng của họ phù hợp với các mục tiêu được đặt ra trong luật cơ sở hạ tầng gần đây, họ đủ điều kiện nhận các khoản tài trợ của chính phủ, có thể chi trả từ 15% đến một nửa chi phí cho những thành phần cao áp đắt tiền này.

Câu hỏi thường gặp

Bộ hoàn chỉnh điện áp cao (HVCS) là gì?

Bộ hoàn chỉnh điện áp cao (HVCS) là các hệ thống được thiết kế để truyền tải điện năng vượt quá 110 kV. Chúng bao gồm các thành phần chính như thiết bị GIS, máy ngắt mạch, máy biến áp và rơ le bảo vệ, được thiết kế phù hợp với nhu cầu cụ thể của mạng điện.

Truyền tải điện áp siêu cao (UHV) có ý nghĩa gì?

Truyền tải UHV cho phép vận chuyển lượng lớn điện năng trên khoảng cách xa với tổn thất tối thiểu. Nó giúp các quốc gia cân đối giữa nhu cầu và nguồn cung năng lượng, rất lý tưởng để truyền điện từ các nguồn năng lượng tái tạo đến các trung tâm dân cư.

Mạng truyền tải tại Hoa Kỳ đang phải đối mặt với những thách thức nào?

Mạng truyền tải của Hoa Kỳ đang gặp phải tình trạng cơ sở hạ tầng cũ kỹ và các rủi ro về độ tin cậy, dẫn đến các vấn đề như công suất hạn chế và chậm trễ trong kết nối, ảnh hưởng đến việc tích hợp năng lượng tái tạo.

Hệ thống định mức dòng tải động (DLR) mang lại lợi ích gì cho lưới điện?

Các hệ thống DLR tối đa hóa việc sử dụng đường dây điện hiện có bằng cách điều chỉnh tải điện dựa trên điều kiện thực tế, nâng cao hiệu quả mà không cần xây dựng cơ sở hạ tầng mới.

Chính phủ đóng vai trò gì trong việc hỗ trợ cơ sở hạ tầng truyền tải điện áp cao?

Các sáng kiến của chính phủ, như Đạo luật Đầu tư Cơ sở Hạ tầng và Tạo việc làm, cung cấp nguồn tài trợ và sự hỗ trợ đáng kể nhằm hiện đại hóa lưới điện và giảm thời gian phê duyệt khi sử dụng các gói thiết bị điện áp cao.