Châu Âu đi tìm nguyên nhân gây mất điện diện rộng

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), sự cố mất điện quy mô lớn chưa từng có ở châu Âu vào ngày 28/4 đã khiến nhiều nơi ở Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha và miền Nam nước Pháp chìm trong bóng tối. Tối cùng ngày, nguồn điện đã được khôi phục một phần tại 3 quốc gia nói trên, song nhiều khu vực rộng lớn vẫn chìm trong cảnh tê liệt.

 Các quốc gia đang “lật mọi tảng đá” để tìm ra nguyên nhân, nhưng nguyên nhân hiện vẫn là ẩn số, khiến cả giới chức lẫn người dân không khỏi lo ngại về những rủi ro tiềm tàng, nhất là trong bối cảnh hệ thống lưới điện châu Âu ngày càng chịu áp lực từ nhu cầu tăng cao và các biến động địa chính trị. Sự cố nói trên được coi là "lời cảnh tỉnh" để giới hoạch định chính sách cũng như các quốc gia nên đầu tư nhiều hơn cho mục tiêu khí hậu và an ninh năng lượng.

Biến đổi khí hậu đe dọa trực tiếp tới an ninh năng lượng

Thời tiết là nguyên nhân chính gây gián đoạn việc cung cấp điện. Ví dụ, tại Hoa Kỳ, 83% các vụ mất điện được báo cáo từ năm 2000 đến năm 2021 là do liên quan đến thời tiết. Lốc xoáy có thể làm sập đường dây truyền tải, nắng nóng có thể khiến lưới điện quá tải và cháy rừng có thể phá hủy các trạm biến áp. Gió cũng có thể khiến đường dây truyền tải lắc lư mạnh.

 Tuy chưa xác định chính xác nguyên nhân nhưng phần lớn các nước châu Âu đã loại trừ khả năng tấn công mạng. Tại Bồ Đào Nha, công ty vận hành lưới điện quốc gia REN đổ lỗi cho "hiện tượng khí quyển lạ" gây ra "dao động bất thường" trên các đường dây điện cao thế. Còn tại Tây Ban Nha, Tập đoàn điện quốc gia Red Electrica thì cho rằng, "dao động mạnh trong dòng điện, gây ra tình trạng mất điện nghiêm trọng".

Nhà khí tượng học Dan DePodwin của AccuWeather, công ty truyền thông Hoa Kỳ cung cấp dịch vụ thương mại dự báo thời tiết trên toàn cầu cho biết, "rung động khí quyển cảm ứng" rất hiếm nhưng có thể xảy ra do nhiệt độ hoặc tốc độ gió thay đổi nhanh chóng, dẫn đến mất điện. Hiện tượng này có thể xảy ra bất cứ nơi đâu có đường dây truyền tải, kể cả tại Hoa Kỳ. Nguy cơ đối với hệ thống điện từ những thay đổi lớn về nhiệt độ là điều ngành điện biết rõ, kể cả sự cố quy mô lớn như vừa qua tại châu Âu. Do nhiệt độ thay đổi, các thông số của dây dẫn thay đổi và dẫn đến mất cân bằng về tần số”, DePodwin cho hay.

"Rung động khí quyển cảm ứng" từ đâu ra?

Thuật ngữ "rung động khí quyển cảm ứng" (Induced atmospheric vibration), gọi ngắn IAV có đặc điểm là biên độ cao và tần số thấp (hay còn gọi là hiện tượng dây dẫn nhảy múa), hoặc biên độ thấp và tần số cao (được gọi là rung động cộng hưởng). Về cơ bản nó bắt nguồn từ hoạt động lõi là rung động (Vibration), đề cập tới hiện tượng cơ học trong đó dao động xảy ra xung quanh điểm cân bằng. Rung động có thể là xác định nếu dao động có thể được mô tả chính xác hoặc ngẫu nhiên nếu dao động chỉ có thể được phân tích thống kê.

 Trong trường hợp IAV thì rung động trong đường dây điện cũng có thể do những thay đổi cực độ về nhiệt độ hoặc áp suất không khí gây ra. Đây là một giả thuyết về nguyên nhân gây ra tình trạng mất điện trên diện rộng gần đây trên khắp bán đảo Iberia (bán đảo ở Tây Nam Châu Âu thuộc địa phận Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha). Do nhiệt độ thay đổi cực độ ở bên trong Tây Ban Nha, đã xảy ra dao động bất thường trong các đường dây điện áp rất cao (400 kV). Những dao động này gây ra lỗi đồng bộ giữa các hệ thống điện, dẫn đến nhiễu loạn liên tiếp trên toàn bộ mạng lưới châu Âu được kết nối.

Trên thực tế, IAV không phải là thuật ngữ được sử dụng phổ biến, nhưng có vẻ như lời giải thích, ý ám chỉ đến các quá trình vật lý mà các nhà khoa học khí hậu đã biết đến trong một thời gian khá dài. Nói một cách đơn giản, nó ám chỉ đến các chuyển động hoặc dao động giống như sóng trong khí quyển, do những thay đổi đột ngột về nhiệt độ hoặc áp suất. Những hiện tượng này có thể do quá trình gia nhiệt cực độ, giải phóng năng lượng trên diện rộng (như vụ nổ hoặc cháy rừng) hoặc các sự kiện thời tiết dữ dội gây ra.

Khi một phần bề mặt Trái đất nóng lên rất nhanh - chẳng hạn như do đợt nắng nóng - thì không khí phía trên nó sẽ ấm lên, giãn nở và trở nên nhẹ hơn. Không khí ấm bốc lên đó tạo ra sự mất cân bằng áp suất với không khí lạnh hơn, đặc hơn xung quanh. Bầu khí quyển phản ứng với sự mất cân bằng này bằng cách tạo ra sóng, không khác gì những gợn sóng lan rộng khắp một cái ao. Những sóng áp suất này có thể truyền qua bầu khí quyển. Trong một số trường hợp, chúng có thể tương tác với cơ sở hạ tầng điện - đặc biệt là các đường dây truyền tải điện cao thế, đường dài.

Những loại sóng khí quyển này thường được gọi là sóng trọng lực, dao động nhiệt hoặc sóng âm trọng lực. Mặc dù cụm từ "rung động khí quyển cảm ứng" chưa được xác lập chính thức trong khí tượng học, nhưng có vẻ như nó mô tả cùng một hiện tượng. Điều quan trọng là không chỉ riêng nhiệt độ cao gây ra những tác động này - mà còn là tốc độ và sự thay đổi không đều của nhiệt độ trên khắp một khu vực. Đó là nguyên nhân khiến bầu khí quyển chuyển động và có thể khiến đường dây điện rung. Tuy nhiên, một lần nữa, vẫn chưa rõ liệu đây có phải là nguyên nhân chính xác gây ra tình trạng mất điện gần đây ở châu Âu hay không.

Bài học rút ra sau sự cố

Đánh giá về sự cố mất điện ở châu Âu vừa qua, Giáo sư kỹ thuật điện Medhi Seyedmahmoudian  thuộc Trường  Kỹ thuật, thuộc Đại học Công nghệ Swinburne, Úc, cho rằng bất kể nguyên nhân trực tiếp là gì, chứng tỏ lưới điện của chúng ta hiện nay đã trở nên kém hiệu quả một cách nguy hiểm trước bối cảnh già cỗi, và khí hậu biến đổi cực đoan.

 Rõ ràng là những thay đổi trong khí quyển có ảnh hưởng lớn đến hệ thống tải điện. Vì thế việc hiểu được các hiện tượng thiên nhiên này xảy ra là điều quan trọng. Trước tiên theo các chuyên gia năng lượng, khi khí hậu biến đổi nếu càng tập trung càng dễ bị tổn hại.  Khi các hệ thống năng lượng ngày càng kết nối chặt chẽ hơn và phụ thuộc nhiều hơn vào truyền tải đường dài, thì kể cả những nhiễu loạn khí quyển tương đối nhỏ cũng có thể có tác động lớn.  Dưới áp lực ngày càng tăng do các yếu tố môi trường và nhu cầu sử dụng điện, các mạng lưới năng lượng tập trung đang trở nên nguy hiểm.

Việc điện khí hóa ngày càng tăng của các tòa nhà, việc sử dụng ngày càng nhiều ô tô điện và việc tích hợp bổ sung các nguồn năng lượng tái tạo tùy từng thời điểm đã tạo ra áp lực chưa từng có lên các lưới điện truyền thống vốn không được thiết kế để đáp ứng mức độ phức tạp, biến đổi không ngừng như vậy của môi trường và nhu cầu sử dụng điện.

Việc tiếp tục dựa vào các cơ sở lưới điện tập trung mà không xem xét lại khả năng chống chịu điều kiện khắc nghiệt của các cơ sở đó sẽ khiến toàn bộ nhiều khu vực rộng lớn gặp rủi ro. Rõ ràng là để tránh những rủi ro nghiêm trọng như vậy, chúng ta phải áp dụng các giải pháp sáng tạo như lưới điện vi mô cộng đồng. Đây là các mạng lưới năng lượng phi tập trung, linh hoạt và có khả năng chống chọi tốt với các thách thức, và có thể hoạt động độc lập khi cần. Việc không giải quyết được những điểm yếu về mặt hạ tầng này sẽ gây ra hậu quả tồi tệ hơn nhiều so với những gì đã xảy ra trong đại dịch COVID.

Để giảm những nguy cơ đó, các nhà điều hành thường sử dụng bộ ổn định dây, còn được gọi là bộ giảm chấn Stockbridge  (Stockbridge damper). Bộ giảm chấn Stockbridge cùng với các phụ kiện đi kèm cung cấp giải pháp thiết thực để kiểm soát độ rung trong đường dây truyền tải trên không, nâng cao tính toàn vẹn cấu trúc tổng thể và độ tin cậy của hệ thống truyền tải điện.

Chức năng chính của chúng là giảm biên độ rung của dây dẫn và phụ kiện do dao động do gió gây ra hoặc các tải trọng động khác. Phụ kiện trong bối cảnh này đề cập đến phần cứng và các thành phần liên quan đến đường dây truyền tải trên không, chẳng hạn như dây dẫn, chất cách điện và các cấu trúc hỗ trợ.

Bộ giảm chấn Stockbridge đã được phát minh vào những năm 1920 bởi George H. Stockbridge, một kỹ sư của Southern California Edison, nó hình quả tạ này bao gồm hai khối ở hai đầu của một đoạn cáp ngắn hoặc thanh mềm, được kẹp ở giữa vào cáp chính. Đầu nối kết nối với dây dẫn hoặc các bộ phận khác của đường truyền. Khi dây dẫn chịu dao động do gió gây ra, khối lượng của bộ giảm chấn Stockbridge dao động lệch pha với dao động của dây dẫn. Sự chuyển động lệch pha này đã tạo ra hiệu ứng giảm chấn, hấp thụ và tiêu tán năng lượng của các dao động.

 Khớp nối, là một phần không thể thiếu của bộ giảm chấn Stockbridge, đảm bảo kết nối an toàn và đúng cách với dây dẫn hoặc các bộ phận đường dây khác. Thiết kế của khớp nối cho phép lắp đặt và điều chỉnh dễ dàng, khiến nó trở thành một bộ phận quan trọng để hệ thống giảm chấn Stockbridge hoạt động hiệu quả.