Sản phẩm công nghệ 06/09/2010
Hệ thống điện hợp nhất toàn cầu

Những tính toán này cho phép đánh giá các thông số cần thiết của các mạch liên kết liên hệ thống.

                             

Tổng chiều dài của các mạch suy ra từ những tính toán này lên tới khoảng 105,5 nghìn km. Con số này nhỏ hơn nhiều so với tổng chiều dài các đường dây truyền tải đã được xây dựng trên toàn thế giới, điện áp từ 35 kV trở lên (hơn 7 triệu km), công suất truyền tải của các mạch liên kết liên hệ thống cũng không phải là "vô cùng lớn". Các trị số này nằm trong khoảng từ 24 đến 52 GW (xem bảng 3). Khi tính toán, người ta giả định rằng để đảm bảo các mạch liên kết vận hành tin cậy, tối thiểu chúng phải là mạch kép (công suất mỗi mạch bằng một nửa tổng khả năng truyền tải của mạch liên kết trong bảng 3). Ở đây không xem xét những sơ đồ khả dĩ khác của các mạch liên kết liên lục địa, mặc dầu không loại trừ khả năng có những cấu hình tối ưu hơn. Đây sẽ là đề tài của một công trình nghiên cứu khác.

 

BẢNG 3. ĐẶC TÍNH CỦA CÁC MẠCH LIÊN KẾT HỆ THỐNG

Các thông số chính: U = 2.000 kV; 2 mạch

Số thứ tự của mạch liên kết

Các nút được liên kết

Chiều dài của mạch liên kết, km

Công suất truyền tải, GW

I

1 - 2

1.500

37

II

1 - 21

3.000

37

III

2 - 3

1.500

38

IV

3 - 4

1.500

38

V

4 - 5

1.500

37

VI

4 - 6

3.500

38

VII

5 - 8

6.000

38

VIII

5 - 11

7.500

36

IX

6 - 7

1.500

31

X

7 - 14

7.000

36

XI

7 - 17

7.000

37

XII

8 - 9

1.500

37

XIII

9 - 10

1.500

37

XIV

9 - 12

2.500

39

XV

10 - 18

1.500

43

XVI

11 - 12

1.500

36

XVII

12 - 13

1.500

36

XVIII

12 - 15

3.500

39

XIX

13 - 18

6.000

36

XX

14 - 15

1.500

38

XXI

14 - 17

7.000

39

XXII

15 - 16

1.500

52

XXIII

16 - 22

7.500

35

XXIV

17 - 24

7.000

48

XXV

18 - 19

1.500

36

XXVI

19 - 20

1.500

38

XXVII

20 - 21

1.500

36

XXVIII

20 - 22

3.500

46

XXIX

22 - 23

1.500

37

XXX

23 - 24

7.500

36

XXXI

24 - 25

1.500

26

XXXII

25 - 26

1.500

24

Tổng cộng

-

105.500

-

 Phân tích các dữ liệu ban đầu và kết quả tính toán HTĐ hợp nhất toàn thế giới cho thấy, nói chung những đặc điểm của nền kinh tế năng lượng trên thế giới không phải lúc nào cũng có khả năng đạt được hiệu quả khả dĩ tối đa. Có thể khẳng định rằng nếu như dân cư phân bố đồng đều trên hành tinh, nếu mức tiêu thụ điện năng trên đầu người như nhau ở tất cả các khu vực thì hiệu quả của sự hợp nhất các HTĐ sẽ còn cao hơn nhiều. Đáng tiếc là, như có thể thấy trên các bảng 4 và 5, tình hình thực tế lại khác hẳn, nghĩa là phân bố dân cư theo các khu vực rất không đồng đều, suất tiêu thụ điện năng khác biệt nhau khá lớn. Thí dụ, hiệu quả hợp nhất nhằm sử dụng sự không đồng đều theo mùa của Bắc bán cầu và Nam bán cầu là không đáng kể vì dân số và tiêu thụ điện năng ở Nam bán cầu nhỏ hơn rất nhiều so với Bắc bán cầu.

Sự thật đó có thể đặt ra trong một tương lai xa nhiệm vụ quản lý phân bố đồng đều dân số trên Trái đất theo tiêu chuẩn cung cấp điện hợp lý. Bảng 6 tổng hợp các kết quả nghiên cứu thực hiện ở mức năm 1990.

Theo phương pháp luận nêu trên, tính toán hiệu quả của việc hợp nhất toàn cầu các HTĐ trên thế giới ở mức tiêu thụ điện dự báo cho năm 2050 (25,2 nghìn tỷ kWh). Bảng 7 trình bày kết quả của các công trình nghiên cứu đã thực hiện đối với mức năm 2050.

Trị số cao điểm hợp nhất theo các kết quả tính toán dự báo đối với giai đoạn đó là 4.120 GW, trong trường hợp đó tổng dự phòng công suất  cần thiết theo HTĐ hợp nhất với điều kiện vận hành hợp nhất là:

4.476,9 - 4.120 = 356,9 GW hoặc 8,66% trị số cao điểm phụ tải hợp nhất. Khi vận hành riêng rẽ của các khu vực thì tổng dự phòng công suất riêng toàn phần theo các nút năng lượng ứng với cao điểm phụ tải hợp nhất bằng:

5.206,97 - 4.120 » 1.087GW

hoặc 26,4%. Mức tiết kiệm công suất khả dụng là:
1.087 - 356,9 » 730 GW

Để so sánh, đối với điều kiện năm 1990 (ở phần trên) mức tiết kiệm là 342,5 GW.

Khả năng truyền tải cần thiết của các mạch liên kết liên hệ thống cho năm 2050 sẽ tăng tới 60 - 98 GW (khi vẫn giữ nguyên cấu hình của lưới điện).

Những đặc tính thu được (giảm công suất nguồn, giảm khối lượng xây dựng lưới điện, giảm tổn thất lưới điện) cho phép, trong các giai đoạn tiếp theo của việc phân tích toàn diện hiệu quả hợp nhất toàn cầu, xác định các đặc tính kinh tế tương ứng; đánh giá tính hiện thực của các dự án, tính chất quản lý hệ thống... Để đạt mục tiêu đó, cần nắm vững các đặc tính kinh tế - kỹ thuật của các thiết bị hợp lý để tạo ra sự hợp nhất đó và đặc biệt là về phần các đường dây truyền tải liên lục địa.

Ở đây có thể đánh giá khái quát chi phí cho công suất nguồn bổ sung trong trường hợp vận hành riêng rẽ các HTĐ của các lục địa và chi phí cho việc xây dựng các đường dây liên kết liên lục địa cho việc vận hành hợp nhất, những chi phí này nằm trong các dải:

CNĐ - suất đầu tư cho nguồn điện = 1.000 ÷ 2.000 USD/kW

CĐDK - suất đầu tư cho các đường dây truyền tải = 0,05 - 0,1 USD/ kW.km

Do đó, chi phí cho nguồn điện là:

BẢNG 4. NHỮNG KHÁC BIẾT THEO CÁC NÚT

Những nút cực trị

Dân số, triệu người

Suất tiêu thụ điện, kWh/người.năm

Tổng mức tiêu thụ điện, tỷ kWh

Công suất  khả dụng, GW

 Cực đại (số thứ tự của nút)

1.324,92 (19)

8,89 (3)

1.816,542 (3)

372,4 (3)

 Cực tiểu (số thứ tự của nút)

1,443 (5)

0,44 (15)

1,375 (5)

0,325 (5)

Tỷ số max/min

918

20,2

1.321

1.146

KNĐ = CNĐ . DPNĐ = (1.000 ÷ 2.000).730.106 = 730 ÷ 1.460 tỷ USD

Chi phí cho các ĐDK là:

KĐDK = CĐDK . DPĐDK = (0,05 ÷ 0,10).8.467.103.106 = 424 ÷ 847 tỷ USD

Như vậy ít nhất là có thể coi các chi phí trên so sánh được với nhau, nhưng trong trường hợp vận hành hợp nhất, sẽ luôn tiết kiệm được chi phí vận hành thiết bị.

Mức độ bất định của sự phát triển ngành điện tới năm 2050 buộc chúng ta phải xem các kết quả thu được chỉ là sơ bộ. Tuy nhiên đặc tính của tỷ số tiết kiệm nguồn điện và khối lượng xây dựng lưới điện cần thiết để đạt được những hiệu quả tương ứng được xem như đáng tin cậy. Trên cơ sở đó có thể tiến hành so sánh về mặt kinh tế - kỹ thuật các chi phí cho các nguồn điện bổ sung (đối với trường hợp vận hành riêng rẽ) và các chi phí cho các đường dây truyền tải cần thiết (đối với trường hợp vận hành hợp nhất). Tính chất cấp bách của vấn đề đòi hỏi nghiên cứu sâu hơn về tính hiện thực kỹ thuật của các đường dây truyền tải sử dụng làm các mạch liên kết liên lục địa. Những thông số chính của chúng: chiều dài, công suất và điện áp vận hành - phải nằm trong các dải: từ 1,5 đến 7,5 nghìn km; 10 ÷ 20 GW, 2.000 ÷ 2.500 kV, điện áp xoay chiều hoặc một chiều. Theo quan điểm về độ tin cậy, nên thực hiện các đường dây liên kết liên lục địa bằng các đường dây truyền tải nhiều mạch, mặc dù ở giai đoạn đầu, các đường dây liên kết đơn mạch có thể đạt được hiệu quả tốt. Không loại trừ tính hiện thực của những dự án "kỳ dị": truyền tải siêu dẫn, truyền tải qua vũ trụ sử dụng mặt trăng hoặc vệ tinh nhân tạo làm vật phản xạ, truyền tải siêu cao tần, v.v.

 

BẢNG 5. NHỮNG KHÁC BIỆT GIỮA HAI BÁN CẦU TRÁI ĐẤT

Bán cầu

Diện tích, nghìn km2/%

Dân số, triệu người/%

Tiêu thụ điện, tỉ kWh/%

Bắc

Nam

 

1,8

7,7

7,9

 

Công tác nghiên cứu đã thực hiện phải xem như sự khởi đầu. Trong những giai đoạn tiếp theo, hợp lý nhất là nghiên cứu sự phụ thuộc của hiệu quả vào mức tiêu thụ điện năng, vào các sơ đồ và chế độ khác nhau của sự hợp nhất các HTĐ, xác định những điều kiện vận hành nào của HTĐ hợp nhất dẫn tới tăng hiệu quả, những điều kiện vận hành nào là không hiệu quả.

BẢNG 6. HIỆU QUẢ TỪ VIỆC TẠO RA HTĐ HỢP NHẤT    TOÀN CẦU, NĂM 1990

Những đặc tính

Đơn vị đo

Vận hành riêng rẽ

Vận hành hợp nhất

Dân số

Triệu người

5.249,728

Mức tiêu thụ điện

Tỷ kWh

10.555

Tổng cao điểm phụ tải

GW

1.972,34

Cao điểm phụ tải hợp nhất

GW

1.722,8

Công suất khả dụng

GW

2.261,2

1.918,68

Dự phòng công suất toàn bộ

GW

538,4

195,88

 

% Phụ tải cao           điểm hợp nhất

31,3

11,37

Công suất khả dụng cần thiết để bù cho các tổn thất trong các mạch liên kết liên lục địa

GW

-

11,1

Giảm công suất khả dụng

GW

0

342,52

Khối lượng xây dựng mạng lưới

Nghìn km

GW.km

0

0

105,5

3.991.103

 

BẢNG 7. HIỆU QUẢ TỪ VIỆC TẠO RA HTĐ HỢP NHẤT   TOÀN CẦU, NĂM 2050

Các đặc tính

Đơn vị  đo lường

Vận hành riêng rẽ

Vận hành  hợp nhất

Dân số

Triệu người

Khoảng 9.000

Tiêu thụ điện

Tỷ kWh

25.242

Tổng cao điểm phụ tải

GW

4.717

Cao điểm phụ tải hợp nhất

GW

4.120

Công suất khả dụng

GW

5.207

4.477

Công suất khả dụng cần thiết để bù cho các tổn thất trong các mạch liên kết liên lục địa

GW

-

30

Giảm công suất khả dụng

GW

0

730

Khối lượng xây dựng mạng lưới

Nghìn km

GW.km

0

0

105,5

8.467.103

Cuối cùng cần lưu ý những điểm sau:

1. Hiệu quả của việc hình thành HTĐ hợp nhất toàn cầu là rõ ràng.

2. Việc triển khai các công tác tạo ra HTĐ hợp nhất là cấp bách và phải bắt đầu ngay bây giờ. Những bước tiếp theo tạo điều kiện phát triển các quá trình nghiên cứu cần phải:

- Nghiên cứu những sự phụ thuộc của hiệu quả vào việc hợp nhất các HTĐ khu vực ở các giai đoạn khác nhau và đối với những điều kiện khác nhau cùng với việc sử dụng các phương tiện khác nhau để phát triển chúng.

- Nghiên cứu kỹ lưỡng các điều kiện vận hành các HTĐ ở tất cả các nước trên tất cả các lục địa, phát hiện những yếu tố tạo điều kiện làm tăng hiệu quả của sự hợp nhất thành hệ thống toàn cầu và cả những yếu tố làm giảm đáng kể hiệu quả  đó. Nghiên cứu những khả năng quản lý các yếu tố đó.

- Hoàn thiện các phương pháp và phương tiện truyền tải công suất điện lớn đi xa. Nghiên cứu triển khai các công nghệ và thiết bị hiệu suất cao trong lĩnh vực đó.

3. Trong nghiên cứu đã bỏ qua khía cạnh chính trị - xã hội của vấn đề đang giải quyết để tập trung xem xét những khả năng kỹ thuật - công nghệ với quan điểm thu được hiệu quả tối đa cho nền văn minh nhân loại trong tương lai không xa.


QLNĐ, Số 2/2008
Bản in   Ban in