1. Khi điện trở bằng 0 – Giấc mơ điện năng thành hiện thực
Hãy tưởng tượng một hệ thống truyền tải điện nơi mà dòng điện chảy qua không gây tổn hao, không sinh nhiệt, và không tạo nhiễu điện từ ảnh hưởng đến các thiết bị xung quanh. Nghe tưởng như khoa học viễn tưởng, nhưng đây chính là thực tế đang được mở ra nhờ vào công nghệ siêu dẫn (superconductors).
Khi điện trở của vật liệu bằng 0, toàn bộ dòng điện trở nên “miễn nhiễm” với mất mát. Siêu dẫn đóng vai trò như một đường cao tốc cho electron, giúp truyền tải năng lượng ở tốc độ cao mà không tổn hao. Đây là yếu tố then chốt để tăng hiệu suất, giảm chi phí và bảo vệ hệ thống truyền tải điện hiện đại – Công nghệ siêu dẫn
2. Công nghệ siêu dẫn là gì? Tại sao nó khác biệt?
Siêu dẫn là trạng thái đặc biệt của vật liệu khi được làm lạnh đến nhiệt độ tới hạn, trong đó điện trở biến mất hoàn toàn. Không có điện trở, dòng điện chạy mãi mãi không tổn hao.
Tính năng vượt trội:
• Truyền tải được dòng điện siêu cao (>10⁵ A/cm²) mà không sinh nhiệt
• Không phát nhiễu điện từ, thích hợp trong khu dân cư đông đốc
• Tăng hiệu suất truyền tải, tiết kiệm chi phí vận hành
Có hai loại chính:
• Siêu dẫn nhiệt độ thấp (LTS): NbTi, Nb3Sn, cần làm lạnh bằng heli (−4.2K)
• Siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS): YBCO, Bi-2223, sử dụng nitơ lỏng (77K) – tiết kiệm đáng kể
3. Đột phá: Công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao – Bước ngoặt cho ứng dụng thực tiễn
Năm 1986, hai nhà khoa học Bednorz và Müller bất ngờ phát hiện ra siêu dẫn trong vật liệu gốm oxit – một bước nhảy vọt giúc siêu dẫn tiến gần ứng dụng thực tiễn. Công nghệ siêu dẫn
Lý do HTS được quan tâm:
• Làm lạnh dễ hơn, chi phí thấp hơn nhiều
• Hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, linh hoạt hơn cho thiết kế
• Vật liệu như YBCO có chỉ số dòng cao và chịu được lực cường
Khó khăn ban đầu như sự giỏn, gãy do lực đã được vượt qua nhờ tiến bộ khoa học và công nghệ đóng gói dây dẫn.
4. Ứng dụng siêu dẫn trong ngành điện
4.1. Cáp điện siêu dẫn: Truyền tải định tuyến không tổn hao
• Các dự án tại Tokyo, Copenhagen, Albany, Long Island đã chứng minh cáp HTS có thể tăng 5–7 lần dòng truyền trong đường ống hiện có.
• Đặc biệt hiệu quả trong đô thị, không cần đào xớ, không dùng dầu nguy hiểm
• Giảm nhiễu điện từ – thích hợp với khu vực nhạy cảm
4.2. Động cơ & máy phát siêu dẫn: Gọn nhẹ, siêu hiệu suất
• Động cơ 25MW: Giảm trọng từ 122 tấn xuống 45–63 tấn
• Cải thiện độ linh hoạt, nhất là cho tàu chiến, tàu điện, ứng dụng hàng hải
• Máy phát 26MW: Nhỏ hơn, tiết kiệm 0.5% năng lượng (tương đương hàng trăm nghìn USD/năm)
4.3. Biến áp HTS: Gọn hơn, sạch hơn, an toàn hơn
• Không dùng dầu, giảm nguy cơ rỏ rỉ
• Trọng lượng giảm một nửa, thiết kế linh hoạt
• Có thể lắp đặt trong tòa nhà cao tầng hoặc trung tâm đô thị
4.4. Thiết bị điện khác: Từ cấp nguồn tự động đến lưu trữ năng lượng
• Thiết bị đồng bộ hoá lưới, từ động điều chỉnh điện áp (dynamic synchronous condenser)
• Flywheel, SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage), MRI thế hệ mới
5. So sánh với truyền tải truyền thống: Cách mạng để bớt mất mát
• Truyền tải truyền thống mất 7–10% năng lượng do điện trở
• HTS giúc giảm đến 50% lượng hao tổn
• Cống suất cáp cũ có thể tăng mạnh mà không thay đổi hạ tầng
Hình 5: Ba loại cáp siêu dẫn đang được phát triển: đơn pha, đơn pha đồng tâm (coaxial), và ba pha đồng tâm (triaxial), làm lạnh bằng nitơ lỏng và cách nhiệt bằng ống chân không.
6. Tương lai siêu dẫn tại Việt Nam
• Các khu đô thị lớn (Hà Nội, TP.HCM) có nhu cầu tăng tải điện nhanh chóng, nhưng hạ tầng truyền tải hiện hữu đang chịu áp lực lớn cả về kỹ thuật lẫn không gian.
• HTS là lựa chọn hữu hiệu khi không có quỹ đất, không thể mở rộng hành lang lưới điện, nhưng vẫn cần tăng công suất.
• Với khả năng truyền tải cao mà không tăng điện áp, lại an toàn với môi trường và không sinh nhiễu điện từ, cáp siêu dẫn phù hợp với không gian đô thị, bệnh viện, trường học, trung tâm thương mại.
• LS ELECTRIC Việt Nam có thể đóng vai trò tiên phong trong việc nghiên cứu, nhập khẩu và chuyển giao công nghệ siêu dẫn trong tương lai gần, nhất là khi chính phủ đang thúc đẩy chuyển đổi năng lượng xanh và nâng cấp lưới điện quốc gia.
7. Kết luận & Gợi mở tương lai
Công nghệ siêu dẫn không còn là câu chuyện của phòng thí nghiệm. Nó đã, đang và sẽ tiếp tục thay đổi cách chúng ta xây dựng hệ thống điện thông minh, hiệu suất cao, thân thiện với môi trường.
Các quốc gia tiên tiến đã và đang ứng dụng HTS để giải quyết bài toán điện năng đô thị. Việt Nam hoàn toàn có thể đón đầu làn sóng này nếu có chiến lược dài hạn về công nghệ – hạ tầng – nhân lực. Đây không chỉ là một xu thế, mà là chìa khóa để tiến vào nền công nghiệp năng lượng sạch trong kỷ nguyên mới.
Công nghệ siêu dẫn – bài viết bởi VPNA
