Máy biến áp: Mắt xích yếu nhất đang đe dọa lưới điện toàn cầu

Đây đang trở thành một điểm yếu nghiêm trọng trong các hệ thống năng lượng trên khắp thế giới. Tại Mỹ, các hiệp hội ngành điện và nhà sản xuất đã cảnh báo trong nhiều năm rằng thời gian chờ đợi để có máy biến áp công suất lớn đã kéo dài đáng kể. Một thiết bị từng chỉ mất khoảng một năm để đặt hàng giờ đây có thể mất nhiều thời gian hơn thế. Các hồ sơ công khai, báo cáo của các công ty điện lực và khảo sát ngành đã chỉ ra thời gian chờ đợi lên tới hai năm hoặc hơn trong một số trường hợp, đặc biệt đối với các máy biến áp cỡ lớn. Điều này rất quan trọng vì đây không phải là những sản phẩm tiêu dùng có thể thay thế cho nhau. Máy biến áp lớn được chế tạo riêng, đắt tiền và khó thay thế nhanh chóng sau khi bị hư hỏng do bão, hỏa hoạn, sự cố mạng hay tấn công vật lý.

Tình trạng căng thẳng này không chỉ xảy ra ở Mỹ. Tại Ấn Độ, nơi nhu cầu điện tăng nhanh do điều hòa không khí, công nghiệp và đô thị hóa, việc mở rộng lưới điện đòi hỏi sự gia tăng lớn về thiết bị trạm biến áp và đường dây truyền tải. Ở châu Âu, cuộc chạy đua kết nối năng lượng tái tạo và củng cố mạng lưới sau cú sốc năng lượng từ cuộc xâm lược Ukraine của Nga cũng đã làm tăng nhu cầu về máy biến áp và các thiết bị liên quan. Cơ quan Năng lượng Quốc tế đã nhiều lần cảnh báo rằng lưới điện đang trở thành nền tảng bị bỏ qua của quá trình chuyển đổi năng lượng. Nghiên cứu gần đây của họ về mạng lưới điện cho thấy một lượng lớn các nhà máy phát điện đang phải xếp hàng chờ kết nối vì cơ sở hạ tầng lưới điện không theo kịp.

Nguyên nhân không có gì bí ẩn, nhưng chúng lại dễ bị xem nhẹ. Sản xuất máy biến áp là một ngành công nghiệp chậm chạp mà nhiều quốc gia đã để thu hẹp dần theo thời gian. Không có nhiều nhà máy có thể sản xuất các máy biến áp cao thế với quy mô lớn. Loại thép dùng trong lõi máy biến áp, được gọi là thép silic định hướng, chỉ đến từ một số ít nhà cung cấp. Giá đồng đã biến động mạnh. Nhân công tay nghề cao đang thiếu hụt. Việc vận chuyển các thiết bị quá khổ rất khó khăn và thường đòi hỏi toa xe lửa, phương tiện xử lý tại cảng và kế hoạch vận tải đường bộ đặc biệt. Khi một mắt xích trong chuỗi này bị đứt, sự chậm trễ sẽ nối tiếp nhau.

Sau đó, nhu cầu tăng vọt từ nhiều phía cùng lúc. Các công ty điện lực cần thay thế thiết bị cũ kỹ. Các nhà phát triển năng lượng tái tạo cần các điểm kết nối lưới điện mới. Các trung tâm dữ liệu đang mở rộng nhanh chóng và tiêu thụ lượng điện khổng lồ ở những nơi như Virginia, Texas và một số khu vực ở châu Âu. Việc sạc xe điện, sử dụng máy bơm nhiệt và điện khí hóa công nghiệp cũng đang tạo thêm áp lực. Đồng thời, thời tiết khắc nghiệt hơn đang làm hư hại tài sản lưới điện thường xuyên hơn. Tại Mỹ, các cơ quan liên bang đã ghi nhận sự gia tăng các vụ mất điện lớn do thời tiết trong hai thập kỷ qua. Mỗi trạm biến áp bị bão phá hủy đều tạo ra nhu cầu thay thế khẩn cấp trong một thị trường vốn đã quá eo hẹp.

Đằng sau sự thiếu hụt này còn có một thất bại sâu xa hơn trong khâu hoạch định. Trong nhiều năm, các cuộc tranh luận về năng lượng chỉ tập trung vào việc sản xuất điện. Điều đó hợp lý khi nhiều quốc gia chủ yếu lo lắng về nguồn cung nhiên liệu hoặc việc đóng cửa các nhà máy điện. Nhưng lưới điện lại bị xem như một hạ tầng phụ, dù chúng là trung tâm của khả năng chống chịu của quốc gia. Một nhà máy điện khí không thể cung cấp điện vì máy biến áp hỏng thì cũng chẳng có ích gì. Một trang trại điện gió phải chờ hai năm để có thiết bị kết nối cũng không giúp giảm hóa đơn tiền điện. Ở nhiều nơi, các nhà quản lý thường khuyến khích công ty điện lực cắt giảm chi phí ngắn hạn hơn là xây dựng năng lực dự phòng trong chuỗi cung ứng hoặc duy trì thiết bị dự phòng có thể không cần đến hàng năm.

Hậu quả đã ảnh hưởng đến người tiêu dùng bình thường, ngay cả khi họ không biết tên của thiết bị này. Sự chậm trễ trong việc giao máy biến áp có thể làm chậm các dự án nhà ở, việc mở nhà máy và các dự án năng lượng tái tạo. Các công ty điện lực có thể phải tiếp tục sử dụng các thiết bị cũ, kém hiệu quả hơn vì không có thiết bị thay thế. Điều này có thể làm tăng tổn thất kỹ thuật và rủi ro bảo trì. Ở những khu vực bị ảnh hưởng bởi bão, cháy rừng hoặc nắng nóng khắc nghiệt, việc khôi phục có thể trở nên khó khăn hơn nếu không có sẵn các thiết bị quan trọng. Những khó khăn lặp đi lặp lại của hệ thống điện Puerto Rico sau bão Maria đã cho thấy một cách đau đớn rằng việc phục hồi lưới điện trở nên khó khăn như thế nào khi các phần cứng quan trọng khan hiếm và hậu cần yếu kém.

Sự thiếu hụt này cũng có những tác động đến an ninh quốc gia. Máy biến áp công suất lớn là một trong những tài sản quan trọng nhất của lưới điện. Chúng rất khó để thay thế nhanh chóng sau một vụ phá hoại hoặc tấn công có tổ chức. Mỹ từ lâu đã nhận ra điểm yếu này, và những lo ngại ngày càng tăng sau các cuộc tấn công vật lý vào các trạm biến áp trong những năm gần đây. Nhiều quốc gia khác cũng phải đối mặt với những rủi ro tương tự. Khả năng chống chịu của một hệ thống năng lượng chỉ bằng với những bộ phận khó thay thế nhất của nó. Đây là lý do vì sao thiếu hụt máy biến áp không chỉ là câu chuyện về nguồn cung công nghiệp. Đó là câu chuyện về an ninh năng lượng.

Có những cách thiết thực để giảm thiểu nguy cơ, nhưng chúng đòi hỏi sự kiên nhẫn và sự tập trung chính sách. Đầu tiên, các quốc gia cần tăng cường năng lực sản xuất máy biến áp và các vật liệu đầu vào quan trọng trong nước và từ các đồng minh. Điều đó không có nghĩa là mỗi quốc gia phải tự xây dựng một chuỗi cung ứng hoàn chỉnh. Nó có nghĩa là các chính phủ nên coi các linh kiện này như hạ tầng chiến lược hơn là hàng nhập khẩu thông thường. Thứ hai, các nhà quản lý nên tạo điều kiện dễ dàng hơn cho các công ty điện lực trữ hàng tồn kho dự phòng và đầu tư sớm hơn vào chu kỳ thay thế thiết bị. Chờ đợi cho đến khi thiết bị gần hỏng có thể trông hiệu quả trên giấy tờ, nhưng nó khiến hệ thống trở nên mong manh.

Thứ ba, quy hoạch lưới điện cần bắt kịp quá trình điện khí hóa. Nếu các chính phủ muốn có nhiều xe điện hơn, nhiều máy bơm nhiệt hơn, nhiều trung tâm dữ liệu hơn và nhiều năng lượng sạch hơn, họ cần phải lên kế hoạch cho các thiết bị kết nối tất cả những thứ đó lại với nhau. Điều đó có nghĩa là phải cấp phép nhanh hơn cho các trạm biến áp và nâng cấp đường dây truyền tải, đào tạo lực lượng lao động tốt hơn, và đưa ra các tín hiệu thu mua dài hạn rõ ràng hơn cho các nhà sản xuất. Trong một số trường hợp, việc tiêu chuẩn hóa thiết kế cũng có thể làm giảm sự chậm trễ. Việc tùy chỉnh theo yêu cầu có vai trò của nó, nhưng một hệ thống hoàn toàn xây dựng dựa trên thiết bị đặt hàng riêng sẽ chậm hơn và dễ bị tổn thương hơn.

Cuối cùng, khả năng chống chịu cần được đo lường một cách trung thực hơn. Câu hỏi thực sự không chỉ là liệu lưới điện có hoạt động trong một ngày bình thường hay không. Câu hỏi là liệu nó có thể phục hồi sau một tuần tồi tệ hay không. Điều này đòi hỏi phải có phụ tùng thay thế, các thỏa thuận hỗ trợ lẫn nhau, kế hoạch vận chuyển và kho dự trữ khẩn cấp. Nó cũng đòi hỏi sự quan tâm chính trị. Máy biến áp dễ bị bỏ qua vì chúng nằm sau hàng rào và âm thầm làm công việc của mình. Nhưng khi chúng hỏng, cả cộng đồng sẽ cảm nhận được ngay lập tức.

Chính sách năng lượng thường tôn vinh những gì mới mẻ: một công viên điện mặt trời kỷ lục, một lò phản ứng thế hệ tiếp theo, một dự án pin khổng lồ. Những tiến bộ đó rất quan trọng. Nhưng tương lai của ngành điện cũng sẽ phụ thuộc vào những cỗ máy nặng nề, không hào nhoáng làm từ thép, đồng và dầu cách điện. Nền kinh tế hiện đại vận hành dựa trên những thiết bị mà hầu hết mọi người không bao giờ nhìn thấy. Ngay lúc này, một trong những thiết bị đó đang trở thành một điểm nghẽn. Nếu các chính phủ muốn có nguồn điện sạch hơn, rẻ hơn và an toàn hơn, họ sẽ phải ngừng xem máy biến áp là một yếu tố thứ yếu.