Lý do sử dụng điện xoay chiều cho truyền tải điện xa

Yếu tố phát triển lịch sử

Các hệ thống điện sớm được chi phối bởi dòng điện xoay chiều: Trong những ngày đầu phát triển hệ thống điện, công nghệ máy phát điện và biến áp tương đối chín muồi và dễ sản xuất. 

Hệ thống AC có thể dễ dàng thay đổi mức điện áp thông qua biến áp để đạt được truyền tải điện áp cao nhằm giảm tổn thất đường dây, vì vậy truyền tải AC đã được sử dụng rộng rãi trong những ngày đầu và hình thành nên một hệ thống lưới điện khổng lồ.

Các cân nhắc kỹ thuật

Ưu điểm của biến áp trong hệ thống AC

Truyền tải AC có thể dễ dàng nâng và hạ điện áp bằng cách sử dụng biến áp. Tại đầu phát điện, điện áp đầu ra của máy phát được tăng lên để giảm dòng điện và giảm tổn thất công suất trên đường dây. Tại đầu tiêu thụ, điện áp được giảm xuống mức phù hợp cho người dùng thông qua biến áp. Công nghệ biến áp DC hiện tại tương đối phức tạp và tốn kém, và khó điều chỉnh điện áp linh hoạt như biến áp AC trong truyền tải đường dài.

Bù công suất phản kháng

Công suất phản kháng có thể được bù đắp một cách thuận tiện trong hệ thống AC. Công suất phản kháng là năng lượng cần thiết để duy trì các trường điện và từ trong hệ thống điện, nhưng nó không làm việc bên ngoài. Trong truyền tải đường dài, một lượng lớn công suất phản kháng được tạo ra do hiệu ứng cảm ứng và dung lượng của đường dây. 

Bằng cách lắp đặt các thiết bị bù công suất phản kháng trong trạm biến áp, hệ số công suất của hệ thống có thể được cải thiện, và tổn thất đường dây và dao động điện áp có thể được giảm. Ngược lại, việc kiểm soát công suất phản kháng trong hệ thống truyền tải DC cao áp tương đối phức tạp và đòi hỏi thiết bị chuyên dụng để bù đắp.

Liên kết lưới điện

Hầu hết các hệ thống điện hiện tại là lưới điện AC, và việc liên kết giữa các hệ thống AC tương đối dễ dàng. Thông qua biến áp và thiết bị đóng cắt, có thể thực hiện kết nối và trao đổi điện giữa các lưới điện AC ở các khu vực và mức điện áp khác nhau, và cải thiện độ tin cậy và ổn định của lưới điện.

Việc liên kết giữa hệ thống truyền tải DC và hệ thống AC cần phải chuyển đổi thông qua trạm chuyển đổi, điều này khó khăn và tốn kém. Trong các lưới điện quy mô lớn, việc liên kết giữa các hệ thống AC làm cho việc phân bổ điện và chia sẻ tài nguyên trở nên linh hoạt hơn.

Khía cạnh chi phí kinh tế

Chi phí thiết bị

Hiện nay, các thiết bị truyền tải AC như biến áp, công tắc, cầu chì và các công nghệ khác đã chín muồi, và chi phí sản xuất tương đối thấp. Thiết bị của trạm chuyển đổi trong hệ thống truyền tải DC là phức tạp, bao gồm van chuyển đổi, bộ lọc DC, cuộn cảm phẳng, v.v., và chi phí rất đắt đỏ.

Ví dụ, chi phí xây dựng một trạm chuyển đổi HVDC có thể gấp nhiều lần hoặc hơn so với một trạm biến áp AC tương đương.

Chi phí bảo dưỡng

Sau thời gian phát triển và ứng dụng lâu dài của các thiết bị truyền tải AC, công nghệ bảo dưỡng tương đối chín muồi và chi phí bảo dưỡng thấp. Yêu cầu bảo dưỡng thiết bị của hệ thống truyền tải DC cao, đòi hỏi kỹ thuật viên chuyên nghiệp và thiết bị kiểm tra đặc biệt, và chi phí bảo dưỡng cao.

Ứng dụng

• Truyền tải xa và công suất lớn: Đối với nhu cầu truyền tải xa (trên vài trăm kilômét) và công suất lớn, tổn thất đường dây truyền tải HVDC tương đối thấp. Vì truyền tải DC không có hiệu ứng cảm ứng và dung lượng của truyền tải AC, nên không có vấn đề về công suất phản kháng.

• Truyền tải cáp dưới biển: Trong truyền tải cáp dưới biển, do dòng điện dung của cáp AC sẽ gây ra nhiều tổn thất và tăng điện áp, trong khi cáp DC không có vấn đề này, nên truyền tải cáp DC dưới biển có ưu thế lớn.