Sẽ có đủ dây cáp cho quá trình chuyển đổi năng lượng sạch?
Việc buôn bán điện tái tạo sẽ giúp các quốc gia loại bỏ dần nhiên liệu hóa thạch. Nhưng nhu cầu về cơ sở hạ tầng đang vượt xa nguồn cung
Công nhân điều chỉnh ren trong một giai đoạn của quy trình bọc thép cho cáp biển tại Nexans © Nexans
Đi qua hơn 700km đáy biển giữa Isle of Grain, đông nam nước Anh và Fedderwarden, tây bắc nước Đức, tuyến cáp điện NeuConnect được lên kế hoạch sẽ lần đầu tiên cho phép hai nền kinh tế G7 giao dịch điện trực tiếp.
Dự án trị giá 2,4 tỷ bảng Anh là một trong một số tuyến cáp xuyên biên giới, đường dài, được gọi là thiết bị kết nối, đang được phát triển trên khắp thế giới khi việc chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch thúc đẩy một kỷ nguyên mới của giao dịch năng lượng quốc tế.
Miguel Berger, đại sứ Đức tại Anh, cho biết trong một tuyên bố rằng việc xây dựng dự án bắt đầu vào giữa tháng 7, giúp cả hai nước cố gắng đạt được “mục tiêu khí hậu và tăng cường an ninh năng lượng”.
Tuy nhiên, tiến độ không được suôn sẻ. Ngày bắt đầu dự kiến hiện tại của cáp vào năm 2028 muộn hơn bốn năm so với kế hoạch ban đầu, phần lớn là do sự chậm trễ trong việc mua nguồn cung cấp cáp điện.
Đây không phải là dự án duy nhất bị trì hoãn. Tuyến cáp nối giữa Đan Mạch và Anh đã bị trì hoãn do các vấn đề bao gồm “tắc nghẽn thị trường cáp không lường trước được”, trong khi tuyến cáp nối Pháp và Tây Ban Nha qua Vịnh Biscay cũng chậm một năm.
Có những lo ngại rằng mô hình này có thể là một hương vị của những gì sắp xảy ra. Nhu cầu về các thiết bị kết nối và cơ sở hạ tầng năng lượng khác như tua-bin gió đang tăng nhanh, gây căng thẳng chưa từng thấy đối với chuỗi cung ứng cáp điện và các trạm chuyển đổi cần thiết để kết nối với lưới điện.
Nguồn cung của cả hai đều tập trung trong số tương đối ít công ty, với rào cản gia nhập cao. Khó khăn tiềm ẩn trong việc đảm bảo nguyên liệu thô như đồng và thiếu lao động lành nghề cần thiết cho các nhà máy có nguy cơ cản trở nguồn cung mới.
Các vị trí sản xuất đã được đặt trước và chi phí đang tăng lên. “Bạn đang ở trong một trận không chiến”, một giám đốc điều hành cấp cao của ngành năng lượng gió cho biết, mô tả cuộc tranh giành các trạm chuyển đổi.
Ben Backwell, giám đốc điều hành của Hội đồng năng lượng gió toàn cầu, một hiệp hội thương mại, cảnh báo: “Với việc các công ty đã chỉ ra thời gian hoàn thành dài đối với các bộ phận chính của thiết bị lưới điện [điện], việc thiếu năng lực chuỗi cung ứng có thể trở thành một nút cổ chai lớn.
Ông cho biết thêm, chính phủ và ngành công nghiệp phải làm việc cùng nhau để bổ sung năng lực sản xuất cần thiết và đảm bảo các vật liệu quan trọng luôn sẵn có với số lượng phù hợp và ở mức giá phù hợp. “Nếu không, chúng ta có nguy cơ rơi vào tình trạng mộng du trong tình trạng thiếu hụt và siết chặt chi phí, điều này có thể làm trì hoãn hoặc thậm chí làm hỏng quá trình chuyển đổi năng lượng.”
Một quá trình gian nan
Việc đẩy xa nhiên liệu hóa thạch và hướng tới điện sạch đã tăng tốc trong vài năm qua, với việc các quốc gia đặt ra các mục tiêu tham vọng hơn bao giờ hết. Cuộc chiến của Nga với Ukraine đã nhấn mạnh sự cần thiết phải tránh xa khí đốt, đôi khi được coi là nhiên liệu “cầu nối”.
Cơ quan Năng lượng Quốc tế dự kiến công suất điện tái tạo sẽ tăng thêm 2.400 gigawatt từ năm 2022 đến năm 2027 - tương đương với toàn bộ công suất điện của Trung Quốc hiện nay - với cả EU và Vương quốc Anh đều nhắm mục tiêu tăng gấp nhiều lần điện gió ngoài khơi vào cuối thập kỷ này.
“Chúng ta đang bước vào cuộc cách mạng cơ sở hạ tầng điện lần thứ ba ở châu Âu,” Christopher Guérin, giám đốc điều hành của Nexans, một trong những nhà sản xuất cáp lớn nhất tính theo thị phần, đề cập đến các đợt tăng trưởng trước đó vào đầu thế kỷ 20 và sau chiến tranh thế giới thứ hai .
Cuộc cách mạng đòi hỏi một lượng lớn hệ thống cáp mới nói chung. Nhưng khoảng cách mà điện cần được vận chuyển cũng ngày càng dài hơn, khi các nhà phát triển cố gắng khai thác gió và mặt trời một cách tốt nhất.
Trong cuộc tìm kiếm năng suất gió cao hơn, các tua-bin đang được đưa ra biển ngày càng sâu hơn. Các quốc gia muốn có thể mua điện từ những quốc gia có thời tiết nắng hơn hoặc nhiều gió hơn. Nhiều người cũng cần có khả năng giao dịch điện từng phút với những người khác ở các múi giờ và kiểu thời tiết khác nhau, để làm dịu nguồn cung tăng và tạm lắng tùy thuộc vào mức độ gió thổi mạnh hoặc mặt trời chiếu sáng. Cung và cầu điện phải liên tục phù hợp, để tránh mất điện.
Một số dự án, chẳng hạn như NeuConnect, được thiết lập để mở rộng mối quan hệ điện lực của Anh với lục địa. Các tuyến cáp đường dài khác đang được xây dựng bao gồm tuyến liên kết dài 400 km giữa Cubnezais ở tây nam nước Pháp và Gatika ở miền bắc Tây Ban Nha và Đường kết nối EuroAsia dài 1.208 km chạy từ Israel đến Síp và Hy Lạp.
Việc cung cấp cả dây cáp điện và trạm chuyển đổi cần thiết để kết nối với lưới điện đều tập trung vào một số tương đối ít công ty, với rào cản gia nhập cao © Titus Brein/Prysmian
Tuy nhiên, việc vận chuyển điện có thể không hiệu quả, với tổn thất trên đường đi trở nên tồi tệ hơn trên một khoảng cách lớn. Gửi nó ở điện áp rất cao sẽ hiệu quả hơn, nếu đắt hơn, với tổn thất có khả năng thấp tới 3% trên 1.000 km đối với các hệ thống điện một chiều, có ít điện trở hơn. Tỷ lệ này thấp hơn khoảng 30-40% so với hệ thống điện xoay chiều.
Ian Douglas, giám đốc điều hành của công ty cáp XLCC cho biết: “HVDC [dòng điện một chiều điện áp cao] trở nên kinh tế ở mốc khoảng 60km” đối với các hệ thống dưới biển.
Việc sản xuất các loại cáp có thể thực hiện điều này qua các đáy biển sâu và không bằng phẳng là một quá trình phức tạp và tốn nhiều công sức. Các sợi dây dẫn bằng đồng hoặc nhôm được bọc trong nhiều lớp cách điện và bảo vệ, chẳng hạn như giấy ngâm trong chất lỏng không dẫn điện, lớp phủ chì, nhựa và thép.
Sản xuất thường tăng với tốc độ khoảng một mét mỗi phút. Độ chính xác là chìa khóa. Frank de Wild, chuyên gia tư vấn cấp cao về cáp điện tại công ty tư vấn DNV cho biết: “Giả sử nếu bạn có một hạt cát bên trong, thì cáp sẽ hỏng. Đặt chúng dưới đáy biển là một thách thức khác, đòi hỏi tàu đặc biệt và thủy thủ đoàn có tay nghề cao. Nhà sản xuất cáp lớn nhất theo thị phần, Prysmian Group, có một con tàu dài 171 mét và được trang bị để đặt cáp ở độ sâu lên tới 3.000 mét.
Bất chấp những phức tạp này, nhu cầu về cáp điện cao thế đang bùng nổ, với thị trường tăng từ 3 tỷ đô la điển hình cho các dự án mới được trao mỗi năm trong giai đoạn 2015-2020 lên 11 tỷ đô la vào năm 2022. Năm nay, giá trị ước tính của các đơn đặt hàng mới có thể sẽ tăng Massimo Battaini, giám đốc điều hành sắp tới của Prysmian, cho biết vượt quá 20 tỷ đô la trước khi ổn định ở mức 18 tỷ - 20 tỷ đô la mỗi năm. “Chúng tôi đã kín chỗ cho đến ngày 27/2026,” anh ấy nói.
Nhu cầu ổn định trong lịch sử, cũng như các rào cản gia nhập cao do chuyên môn kỹ thuật và thiết bị cần thiết để chế tạo và lắp đặt cáp, có nghĩa là thị trường tương đối tập trung. Prysmian, NKT có trụ sở tại Milan, có trụ sở tại Copenhagen và Nexans ở Paris chiếm hơn 75% thị trường. Họ đang đầu tư mạnh để đáp ứng nhu cầu, trong khi các đối thủ cạnh tranh mới và hiện tại cũng đang cố gắng chen chân vào.
Nhưng một số nhà phân tích nghi ngờ năng lực sản xuất sẽ phù hợp với tốc độ nhanh chóng mà các dự án mới cần được xây dựng để đáp ứng các mục tiêu bằng không ròng.
Công ty tư vấn 4C Offshore ước tính các kế hoạch hiện tại sẽ dẫn đến tình trạng thiếu cáp điện cao thế bên ngoài Trung Quốc trong nửa sau của thập kỷ. (Trung Quốc có các nhà sản xuất trong nước chủ yếu cung cấp cho thị trường Trung Quốc.)
Chris Smith, tại công ty tư vấn PSC cho biết: “Về những phép toán rất đơn giản, khi bạn xem xét các dự án, thời lượng và ngày kết nối, và khi bạn bắt đầu kết hợp những con số đó với nhau, bạn sẽ bị thiếu hụt.
Kỷ nguyên khan hiếm
Các chủng đã bắt đầu xuất hiện. Chi phí dây cáp và trạm biến đổi tăng cao đã giúp đẩy ngân sách cho dự án Vịnh Biscay bị trì hoãn từ 1,75 tỷ euro lên 2,85 tỷ euro. Một người trong cuộc tại Inelfe, nhà phát triển dự án, chỉ ra rằng “sự bão hòa của thị trường HVDC, do nhu cầu chưa từng có đối với các dự án kết nối và điện gió ngoài khơi”.
National Grid, công ty FTSE 100 sở hữu và điều hành hệ thống truyền tải của Anh và đang phát triển các tuyến cáp mới tới lục địa này, cho biết họ đang “hoạt động trong một thị trường hạn chế” do “một số lượng hạn chế các nhà cung cấp trên toàn cầu”.
Cần cẩu cuộn dây cáp của Tập đoàn Prysmian trên một con tàu tại bến tàu. Prysmian, NKT và Nexans chiếm hơn 75% thị trường cáp © Pysmian
Công ty cho biết thêm: “Nhu cầu đang vượt xa nguồn cung khi các quốc gia khác bắt kịp Vương quốc Anh và thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng của chính họ”.
Danielle Lane, giám đốc phát triển của Vương quốc Anh và Ireland tại tập đoàn gió RWE của Đức, cho biết thời gian hoàn thành của các trạm chuyển đổi HVDC đã tăng lên tới bảy năm. Cô ấy nói: “Sự sẵn có là một rủi ro đáng kể. “Chúng tôi đang cạnh tranh với các nhà khai thác lưới điện cũng như các nhà phát triển khác.”
Những người có sức mua lớn nhất đang uốn éo cơ bắp của họ. Các đối thủ đã nổi lên vào tháng trước khi TenneT, công ty nhà nước Hà Lan sở hữu và điều hành dây cáp điện ở Hà Lan và Đức, đã ký các thỏa thuận trị giá 5,5 tỷ euro cho 7.000 km dây cáp điện từ Nexans, NKT và các công ty khác, cho các dự án điện gió.
Keit nói: “Tôi nghĩ điều này một phần đòi hỏi cách tiếp cận quốc gia.
Anderson, giám đốc điều hành của Scotland Power, nhà phát triển có trụ sở tại Vương quốc Anh. “Ở Đức, họ đã cùng nhau đưa ra một kế hoạch dài hạn mà họ có thể đưa ra thị trường để đặt chỗ sản xuất . . . phiên bản Vương quốc Anh của kế hoạch này ở đâu?
Năm ngoái, TenneT đã trao hợp đồng cung cấp các trạm chuyển đổi cho một tập đoàn liên quan đến hai công ty con của State Grid thuộc sở hữu nhà nước của Trung Quốc, bất chấp sự nhạy cảm ở châu Âu đối với sự tham gia của Trung Quốc vào các dự án cơ sở hạ tầng quan trọng của quốc gia.
“Các mối đe dọa địa chính trị được chính phủ và TenneT cùng phân tích,” công ty cho biết. “Chúng tôi loại trừ những hiểu biết sâu sắc về chức năng và các chi tiết kỹ thuật của quá trình giám sát lưới điện của chúng tôi.”
Trong khi nhu cầu về hệ thống cáp điện áp cao đặc biệt gay gắt ở châu Âu, các nhà khai thác lưới điện ở Mỹ cũng đang gặp khó khăn trong việc mua thiết bị. Năm ngoái, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã cảnh báo tình trạng “thiếu máy biến áp và các thành phần lưới điện khác”.
Stephanie Crawford, giám đốc các vấn đề pháp lý tại Hiệp hội hợp tác xã điện nông thôn quốc gia cho biết, thời gian giao hàng cho các bộ phận điện đã “tăng vọt”, với thời gian chờ đợi từ ba đến bốn năm đối với các máy biến áp công suất lớn. Cô ấy nói: “Các thành viên đang phải trì hoãn hoặc trì hoãn các dự án để duy trì hoặc nâng cấp hệ thống hiện tại của họ.
Ở Goose Creek, Nam Carolina, Nexans đã tân trang lại nhà máy của mình để giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về cáp điện áp cao cho các trang trại gió ngoài khơi ở Hoa Kỳ, một phần trong kế hoạch đầu tư rộng lớn hơn.
Nhưng giám đốc điều hành Guérin thận trọng về việc đầu tư vào quá nhiều công suất mới, do những rủi ro phía trước bao gồm cả việc cung cấp nguyên liệu thô, đặc biệt là đồng.
Bên trong cáp HVDC
Dây dẫn bằng đồng hoặc nhôm có độ tinh khiết cao
Lớp băng giấy bán dẫn
Lớp cách điện được tẩm dầu cách điện nhớt
Lớp băng giấy bán dẫn
Vỏ hợp kim chì
áo khoác polyetylen
Gia cố băng kim loại
lớp băng tổng hợp
Dây thép bọc thép một lớp hoặc hai lớp
Lớp phủ bên ngoài sợi Polypropylene để bảo vệ cáp
Các loại cáp thường có đường kính 110mm-140mm và nặng từ 30kg đến 60kg mỗi mét
Nguồn: Entsoe-e
Nghiên cứu của công ty chỉ ra sự thiếu hụt từ 3 triệu đến 5 triệu tấn đồng vào giữa thập kỷ này do lưới điện, tua-bin gió và ô tô điện cạn kiệt nguồn cung.
Ông nói: “Chúng tôi muốn đảm bảo rằng ngoài mỗi hợp đồng riêng lẻ mà chúng tôi ký kết, chúng tôi có đầy đủ nguồn cung ứng đồng và nhôm đằng sau nó. “Trước khi có một kỷ nguyên phong phú; bây giờ chúng ta đang chuyển sang kỷ nguyên của sự khan hiếm.”
Guérin gần đây đã trở về sau chuyến đi đến Chile, ký hợp đồng 5 năm cung cấp đồng với công ty khai thác Codelco, trị giá hơn 100 kiloton kim loại mỗi năm. Thỏa thuận là “thường xanh”, nghĩa là nó sẽ tự động được gia hạn trừ khi một trong hai bên từ bỏ nó.
Thiếu kỹ năng cũng là một rủi ro. Tim Holt, thành viên hội đồng quản trị tại Siemens Energy, công ty cung cấp máy biến áp và các sản phẩm khác cho hệ thống HVDC, cho biết: “Điểm nghẽn lớn nhất mà chúng tôi gặp phải khi thực hiện các dự án là kỹ năng.
Trong khoảng thời gian một năm, Siemens Energy đã chuyển từ chỗ có khe cắm dự phòng sang thời gian dẫn đầu từ ba đến bốn năm đối với các máy biến áp lớn của mình. “Chỉ riêng trong lĩnh vực kỹ thuật, chúng tôi đã thuê 700 người vào năm ngoái,” Holt cho biết thêm. “Việc thực hiện các dự án trị giá hàng tỷ [đô la] này đòi hỏi nhiều chuyên gia có nhiều năm kinh nghiệm.”
Anh ấy cũng thận trọng về việc đầu tư vào sản lượng bổ sung, dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ. Ông nói: “Có khá nhiều công suất dư thừa trong ngành vào những năm 2010 và sau đó tất cả chúng tôi cùng nhau giảm công suất. “Nếu không có sự chắc chắn về kế hoạch đầy đủ, hiện tại người ta miễn cưỡng tạo ra quá nhiều công suất mới một cách quá nhanh.”
Mong muốn về sự chắc chắn của các nhà sản xuất có thể đặt ra thách thức cho các nhà phát triển năng lượng tái tạo, những người thường phải vượt qua một số vòng, chẳng hạn như cấp phép lập kế hoạch và đấu giá trợ cấp, trước khi họ có thể tiến hành một số dự án nhất định.
Nhu cầu về cáp điện cao thế đang bùng nổ, với thị trường tăng từ 3 tỷ đô la điển hình cho các dự án mới được trao mỗi năm trong giai đoạn 2015-2020 lên 11 tỷ đô la vào năm 2022 © Prysmian
Julia Prescot, chủ tịch hội đồng quản trị tại NeuConnect, cho biết: “Đó thực sự là một vấn đề về thời gian. “Mặc dù nguồn cung có thể ở đó, nhưng thời gian cần thiết để triển khai — đó sẽ là rủi ro.”
Battaini, tại Prysmian, công ty đang sản xuất cáp cho NeuConnect, cho biết công ty đang “đối thoại liên tục” về nhu cầu của khách hàng và sẽ đầu tư để duy trì thị phần của mình.
Ông nói: “Khách hàng đang ở trong tình trạng hoang mang. “Họ nhận ra rằng nếu [họ không] tiến nhanh hơn thị trường, công suất của họ sẽ bị người khác đặt trước. Vì vậy, họ đang tham gia vào khoản đầu tư của chúng tôi và trả trước cho chúng tôi theo khối lượng.”
Điều này đặt công ty vào một vị trí vững chắc. Ông cho biết thêm: “Chúng tôi có thể định giá các loại cáp với nhiều khoảng trống về giá hơn so với những gì chúng tôi từng có trong 10 năm qua.
Thị trường đang bắt đầu thích nghi. Một số dự án đã được lên kế hoạch ở Vương quốc Anh đang trên đường đảo ngược việc đóng cửa nhà máy cáp trong vài thập kỷ qua. Douglas's XLCC đang lên kế hoạch xây dựng Vương quốc Anh nhà máy HVDC đầu tiên của chúng tôi, ở Ayrshire, Scotland, sẽ mở cửa vào cuối năm 2027 để cung cấp cho các dự án bao gồm tuyến đường tiềm năng dài 3.800 km giữa Ma-rốc và Vương quốc Anh.
Ông nói: “Chúng tôi sẽ chứng minh rằng bạn có thể đạt được hiệu quả to lớn từ việc xây dựng một nhà máy HVDC chuyên dụng với một sản phẩm hiệu quả, điều đó có nghĩa là chúng tôi có thể tiếp cận thị trường một cách nhanh chóng.
Công nhân đặt cáp biển Nexans giữa Na Uy và Đan Mạch. Giám đốc điều hành của công ty, Christopher Guérin, cho biết 'chúng tôi đang bước vào cuộc cách mạng cơ sở hạ tầng điện lần thứ ba ở châu Âu' © Anders Martinsen/Nexans
Tập đoàn Sumitomo Electric Industries của Nhật Bản vào tháng 4 cũng tiết lộ kế hoạch xây dựng một nhà máy ở Scotland, trong khi Tập đoàn Kết nối Toàn cầu của nhà tài chính Edi Truell đang để mắt đến một nhà máy mới ở Cảng Tyne, để hỗ trợ một liên kết tiềm năng với Iceland.
Trong khi đó, nhà sản xuất JDR Cables đang xây dựng một nhà máy cáp điện cao thế mới ở Cambois, Northumberland. Họ đã tìm ra những cách để ít phụ thuộc vào đồng hơn. James Young, giám đốc chiến lược của JDR cho biết: “Chúng tôi đã phát triển và thử nghiệm cáp nhôm, vì vậy cáp dãy có thể chuyển sang nhôm. XLCC cũng sử dụng nhôm, không phải đồng, một phần vì nó nhẹ hơn.
Các nhà cung cấp bộ chuyển đổi như Hitachi Energy cũng đã và đang chuẩn hóa các quy trình của họ để họ có thể mở rộng quy mô. Niklas Persson, giám đốc điều hành bộ phận tích hợp lưới điện của Hitachi Energy cho biết: “Có thể đạt được hiệu quả rất lớn.
Nhưng thời gian không chắc chắn và cạnh tranh rất khốc liệt. Prescot, tại NeuConnect, cảnh báo các nhà phát triển đang gặp khó khăn.
Cô ấy khuyên: “Bạn phải rất rõ ràng rằng bạn quyết tâm và có tiền để làm điều đó. “Khi bạn tham gia vào một thị trường toàn cầu như thế này, các nhà cung cấp có nhiều lựa chọn.”
