Hiện tượng xung động hiếm gặp giải thích sự cố mất điện diện rộng ở Châu Âu

Đèn đã sáng trở lại ở Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha và miền Nam nước Pháp sau sự cố mất điện trên diện rộng vào thứ Hai.

Sự cố mất điện gây ra xáo trộn và hỗn loạn cho hàng chục triệu người. Nó làm sập hệ thống đèn giao thông và máy ATM, đình trệ giao thông công cộng, cắt dịch vụ điện thoại và buộc mọi người phải ăn tối dưới ánh nến khi màn đêm buông xuống. Nhiều người bị mắc kẹt trong tàu hỏa và thang máy.

Thủ tướng Tây Ban Nha, ông Pedro Sánchez, cho biết nguyên nhân chính xác của sự cố mất điện vẫn chưa được xác định.

Trong báo cáo ban đầu, nhà điều hành lưới điện REN của Bồ Đào Nha nói rằng sự cố xảy ra do một hiện tượng hiếm gặp được gọi là "rung động khí quyển cảm ứng". Sau đó REN đã bác bỏ điều này.

Nhưng rung động này là gì, và làm thế nào để chúng ta có thể cải thiện hệ thống năng lượng để giảm thiểu nguy cơ mất điện diện rộng?

Thời tiết ảnh hưởng đến điện năng như thế nào?

Thời tiết là nguyên nhân chính gây gián đoạn việc cung cấp điện. Trên thực tế ở Mỹ, 83% các vụ mất điện được báo cáo từ năm 2000 đến năm 2021 là do các sự kiện 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.

Những rung động này có đặc điểm là biên độ cao và tần số thấp (được gọi là hiện tượng dây dẫn nhảy múa), hoặc biên độ thấp và tần số cao (được gọi là rung động cộng hưởng).

Đây là vấn đề được các nhà điều hành lưới điện hết sức chú ý bởi chúng có thể gây ra vấn đề cho cơ sở hạ tầng điện, thậm chí gây mất điện.

Để giảm những nguy cơ đó, các nhà điều hành thường sử dụng bộ ổn định dây, còn được gọi là "bộ giảm chấn cầu".

"Rung động khí quyển cảm ứng" là gì?

Rung động trong đường dây điện cũng có thể do những thay đổi cực độ về nhiệt độ hoặc áp suất không khí. Và đây là một giả thuyết về nguyên nhân gây ra tình trạng mất điện trên diện rộng gần đây trên khắp bán đảo Iberia.

Ban đầu REN cho biết sự thay đổi nhiệt độ cực độ ở Tây Ban Nha đã gây ra những dao động bất thường trong các đường dây điện áp rất cao (400 kV), một hiện tượng được gọi là "rung động khí quyển cảm ứng".

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, "rung động khí quyển cảm ứng" không phải là thuật ngữ được sử dụng phổ biến, nhưng có vẻ như lời giải thích của REN ám chỉ đến các quá trình vật lý mà các nhà khoa học khí hậu đã biết đến từ khá lâu.

Nói một cách đơn giản, đó là các chuyển động hoặc dao động dạng sóng trong khí quyển, do những thay đổi đột ngột về nhiệt độ hoặc áp suất. Hiện tượng này có thể xảy ra khi 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.

Khi một phần bề mặt Trái Đất nóng lên rất nhanh, ví dụ như do sóng nhiệt, không khí trên cao ấm lên, giãn nở và trở nên nhẹ hơn. Không khí ấm này tạo ra sự mất cân bằng áp suất với không khí lạnh hơn, đặc hơn ở xung quanh. Bầu khí quyển phản ứng với sự mất cân bằng này bằng cách tạo ra sóng, không khác gì gợn sóng lan rộng khắp ao.

Những sóng áp suất này có thể di chuyển qua 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.

Các 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" không được sử dụng chính thức trong khí tượng học, nhưng nó có vẻ mô tả cùng một họ hiện tượng này.

Điều quan trọng là không chỉ nhiệt độ cao gây ra những tác động này, mà còn là nhiệt độ thay đổi nhanh và không đồng đều 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, vẫn chưa ai rõ liệu đây có phải là nguyên nhân gây ra tình trạng mất điện gần đây ở châu Âu hay không.

Càng tập trung càng dễ bị tổn hại

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.

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.

Đánh giá sự cố mất điện ở châu Âu, Giáo sư kỹ thuật điện Medhi Seyedmahmoudian ở Trường đại học Kỹ thuật, Đại học Công nghệ Swinburne, Úc, cho rằng bất kể nguyên nhân trực tiếp là gì, chứng tỏ rằng lưới điện của chúng ta đã trở nên kém hiệu quả một cách nguy hiểm.

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.