Như đã đề cập trong bài viết trên blog trước đây của tôi (“Mạng lưới điện trong một thế giới đang thay đổi – Phần giới thiệu”), mạng lưới điện của chúng ta đang phải đối mặt với áp lực cực lớn. Giữa biến đổi khí hậu, các tác động vật lý và nhu cầu điện năng ngày càng gia tăng, mạng lưới điện của Hoa Kỳ đang phải đối mặt với những thách thức chưa từng có.
Một trong những vấn đề cấp bách nhất liên quan đến an ninh lưới điện là các hành vi bạo lực trực tiếp. Thông thường, chúng ta chỉ nghĩ đến các cuộc tấn công vào lưới điện trong thời chiến. Hãy lấy ví dụ về cuộc xung đột giữa Ukraine và Nga. Trong một vụ tấn công, 60 trạm biến áp trong hệ thống lưới điện Ukraine đã bị vô hiệu hóa, khiến hơn 250.000 người dân bị mất điện. Con số người bị mất điện này nghe có vẻ rất cao, nhưng con số đó vẫn chưa thấm vào đâu so với báo cáo của Ủy ban Điều tiết Năng lượng Liên bang (FERC), trong đó nêu rõ rằng chỉ cần 9 trạm biến áp quan trọng trong hệ thống lưới điện Mỹ bị tấn công và vô hiệu hóa, toàn bộ đất nước có thể sẽ chìm trong bóng tối.
Con số thống kê này cũng không chỉ mang tính lý thuyết – vào năm 2013, một nhóm chưa rõ danh tính đã tấn công trạm biến áp Metcalf của PG&E gần San Jose. 17 trong số 24 máy biến áp tại trạm này đã bị tấn công và làm tê liệt với độ chính xác cao. May mắn thay, vụ tấn công này không thành công trong việc cắt điện tại các khu vực lớn (ngoại trừ một vài khu dân cư nằm ngay gần trạm) như Thung lũng Silicon vì nguồn điện đã được chuyển hướng từ các trạm điện khác, nhưng điều này chứng tỏ mức độ bảo mật của lưới điện còn rất yếu kém.
Điều đáng sợ nhất là những cuộc tấn công này đang ngày càng trở nên phổ biến. Một đoạn phóng sự gần đây của chương trình “60 Minutes” (“Mạng lưới điện của Mỹ an toàn đến mức nào?”) cho biết 38,7% các sự cố mất điện là do một số hình thức can thiệp vật lý gây ra, chẳng hạn như hành vi phá hoại tại các nhà máy điện.
Bên cạnh các hành vi bạo lực có chủ đích nhằm vào hệ thống lưới điện, nhu cầu điện năng ngày càng gia tăng cũng đang gây áp lực rất lớn lên ngành công nghiệp này. Một trong những nguyên nhân chính là các trạm sạc xe điện. Hầu hết các trạm sạc tại nhà đều sử dụng bộ sạc Cấp 1 (120V), trong khi các khu vực sạc công cộng chuyên dụng sử dụng bộ sạc Cấp 2 (240V). Mặc dù đây đã là một tải trọng lớn, các công ty đang có kế hoạch sớm nâng cấp lên hệ thống sạc DC Cấp 3, sử dụng điện áp lên đến hơn 400V với dòng điện trên 100A. Trong điều kiện này, tải trọng mà một chiếc xe điện đang sạc gây ra cho lưới điện tương đương với 10 máy sấy quần áo chạy điện. Nếu các trạm sạc bắt đầu áp dụng công nghệ này, tải trọng lên lưới điện sẽ gần như tăng gấp đôi, gây ra hiện tượng mất điện cục bộ hoặc toàn diện trên khắp cả nước. Vấn đề khác mà chúng ta phải đối mặt với xe điện là việc thúc đẩy quá trình chuyển đổi nhanh chóng từ xe chạy động cơ đốt trong sang xe điện. Nếu mọi chiếc xe hiện đang lưu thông trên đường đều là xe điện, chúng ta sẽ cần có nguồn điện gấp ba lần so với hiện tại. Lưới điện của chúng ta đơn giản là chưa được phát triển đủ để hỗ trợ mức tải trọng lớn như vậy.
Tiền điện tử là một trong những yếu tố chính góp phần làm tăng nhu cầu tiêu thụ điện trong thế hệ chúng ta. Quá trình tạo ra tiền điện tử xoay quanh việc thiết lập các máy tính để giải các phương trình toán học cực kỳ phức tạp, đóng vai trò như cơ chế mã hóa nhằm đảm bảo mạng lưới không bị tấn công. Do bản chất hoạt động của chúng, những máy tính này tiêu thụ một lượng năng lượng khổng lồ. Hợp tác xã Điện lực Hạt Rayburn có trụ sở tại Texas cho biết hai “mỏ tiền điện tử” lớn nhất trong khu vực hoạt động bao gồm 16 hạt của họ được xây dựng trên đất trang trại và mỗi mỏ tiêu thụ lượng điện đủ để cung cấp cho 60.000 hộ gia đình ở Texas. Sự gia tăng đáng kinh ngạc này có nghĩa là cần hơn 40 triệu đô la để nâng cấp cơ sở hạ tầng điện trong khu vực nhằm hỗ trợ các hoạt động tiền điện tử. Điều này cũng rõ ràng ở các bang khác. Tại New York, các hoạt động khai thác tiền điện tử đã khiến người tiêu dùng hộ gia đình và doanh nghiệp phải chi tổng cộng 250 triệu USD, theo một nghiên cứu năm 2021 của Đại học California Berkeley.
Biến đổi khí hậu là một nguyên nhân khác dẫn đến sự suy giảm chất lượng lưới điện. Ví dụ rõ ràng nhất về tác động của thảm họa khí hậu đối với lưới điện trong thời gian gần đây là cơn bão băng ở Texas. Thời tiết lạnh bất ngờ và sự tích tụ băng đã làm tê liệt một số khu vực cung cấp điện cho lưới điện Texas, khiến hơn 10 triệu người mất điện và dẫn đến gần 250 người thiệt mạng. Một ví dụ khác là hiện tượng xoáy cực năm 2014. Ngoài những tác động vật lý của các điều kiện này lên lưới điện, trong cả hai trường hợp, thời tiết cực lạnh đã dẫn đến nhu cầu điện cao kỷ lục, khiến nhiều khu vực bị mất điện cùng một lúc. Những sự kiện này đang trở nên phổ biến hơn và có khả năng gây ra thảm họa còn nghiêm trọng hơn trước đây.
Hiện nay, mặc dù những thực tế này cho thấy sự khởi đầu của một tương lai gần đầy u ám và thiếu điện, nhưng vẫn còn hy vọng nhờ việc triển khai các mạng lưới điện vi mô và các thiết bị hỗ trợ năng lượng tái tạo khác ở quy mô hộ gia đình, công nghiệp và lưới điện. Hãy đón xem vào tuần tới phần thứ ba trong loạt bài này về các công nghệ này và vai trò của chúng trong việc cứu vãn hệ thống lưới điện của chúng ta.
Hãy tiếp tục tỏa sáng,
Eric
