Rạng sáng 13/3/1989, một cơn bão địa từ do Mặt Trời gây ra đã làm sập toàn bộ lưới điện của công ty Hydro-Québec (Canada) chỉ trong khoảng 90 giây. Khoảng sáu triệu người mất điện giữa mùa đông, kéo dài khoảng 9 giờ. Đây là ví dụ rõ nhất trong lịch sử hiện đại về việc thời tiết vũ trụ có thể đánh sập hạ tầng thật, và là sự kiện khiến ngành điện nhiều nước thay đổi cách thiết kế lưới.
Từ Mặt Trời đến Québec: bốn ngày
Đầu tháng 3/1989, Mặt Trời đang ở gần đỉnh chu kỳ hoạt động 22. Một vùng vết đen lớn liên tục phát ra các bùng nổ mạnh. Ngày 10/3, một đợt phóng khối vành nhật hoa (CME) lao về phía Trái Đất. Khoảng hai ngày rưỡi sau, nó chạm từ quyển, và đêm 12 rạng 13/3, từ trường Trái Đất dao động dữ dội.
Lúc 2 giờ 44 sáng giờ miền Đông Bắc Mỹ, những biến thiên từ trường cực nhanh sinh dòng điện cảm ứng chạy vào các đường dây truyền tải dài hàng trăm km của Hydro-Québec. Các thiết bị bù công suất phản kháng (tụ bù tĩnh) lần lượt ngắt để tự bảo vệ. Mất cân bằng lan nhanh, và chỉ trong khoảng một phút rưỡi, cả hệ thống tách khỏi các nhà máy thuỷ điện ở phía bắc. Toàn tỉnh tối đèn.
Vì sao lại là Québec
- Vĩ độ cao: Québec nằm gần vùng cực quang, nơi dòng điện trong tầng điện ly mạnh nhất khi có bão.
- Nền đá: tỉnh này nằm trên Khiên Canada — đá mácma cổ dẫn điện rất kém. Dòng điện cảm ứng không tiêu tán được xuống đất nên tìm đường đi qua thứ dẫn điện tốt hơn: dây cao thế.
- Đường dây rất dài: điện được tải từ các đập thuỷ điện lớn ở vùng vịnh James về Montréal và Québec qua hàng nghìn km dây 735 kV. Dây càng dài, điện áp cảm ứng tích luỹ càng lớn.
Ba yếu tố này cộng lại khiến Hydro-Québec trở thành "điểm yếu nhất" trên đường đi của cơn bão — đúng như các nhà khoa học sau này phân tích.
Thiệt hại và những tác động khác
| Nơi | Chuyện gì xảy ra |
|---|---|
| Québec, Canada | Khoảng 6 triệu người mất điện khoảng 9 giờ; trường học, văn phòng đóng cửa, tàu điện ngầm Montréal ngừng giờ cao điểm sáng |
| Bang New Jersey, Mỹ | Một máy biến áp tăng áp lớn tại nhà máy điện Salem bị hỏng do quá nhiệt, phải thay |
| Lưới điện Mỹ và Anh | Hàng trăm sự cố nhỏ, điện áp dao động, một số thiết bị ngắt |
| Vệ tinh | Một số vệ tinh mất kiểm soát tư thế tạm thời; vệ tinh quỹ đạo thấp bị kéo xuống do khí quyển trên cao nở ra, việc theo dõi hàng nghìn vật thể bay bị xáo trộn |
| Bầu trời | Cực quang thấy được ở xa về phía nam, tới Texas và Florida theo nhiều báo cáo |
Nhiệt độ ngoài trời đêm đó ở Québec dưới không độ. Việc khôi phục mất phần lớn ngày, nhưng nhờ phần lớn thiết bị không bị cháy hỏng mà chỉ bị ngắt bảo vệ, điện quay lại tương đối nhanh. Nếu máy biến áp lớn hỏng hàng loạt, thời gian có thể tính bằng tuần hoặc tháng, vì loại thiết bị này đặt làm riêng và sản xuất rất lâu.
Bài học ngành điện rút ra
- Thời tiết vũ trụ là rủi ro vận hành thật, không còn là chuyện hàn lâm. Các công ty điện ở vĩ độ cao đưa cảnh báo địa từ vào quy trình điều độ.
- Gia cố lưới: Hydro-Québec đầu tư lớn trong nhiều năm sau đó, lắp tụ bù nối tiếp trên đường dây và điều chỉnh hệ thống bảo vệ, để dòng cảm ứng không gây sập dây chuyền nữa.
- Tiêu chuẩn mới: sau nhiều năm, cơ quan quản lý độ tin cậy lưới điện Bắc Mỹ (NERC) ban hành tiêu chuẩn bắt buộc đánh giá và giảm thiểu tác động bão địa từ.
- Chia sẻ dữ liệu: phối hợp chặt hơn giữa các trung tâm dự báo thời tiết vũ trụ và các nhà vận hành lưới điện.
Bão Halloween 2003 và Malmö
Cuối tháng 10/2003, một chuỗi bão Mặt Trời mạnh — thường gọi là bão Halloween — gây mất điện khoảng một giờ cho một phần thành phố Malmö (Thuỵ Điển), vài chục nghìn người bị ảnh hưởng. Lưới điện Bắc Mỹ lần này chịu được, phần nhờ những thay đổi sau năm 1989. Một số máy biến áp ở Nam Phi, vốn ở vĩ độ trung bình, sau đó bị phát hiện hư hại, nhắc rằng vùng không quá gần cực cũng có rủi ro.
So với Carrington: 1989 mạnh tới đâu
Các nhà khoa học đo cường độ bão địa từ bằng chỉ số Dst (độ suy giảm từ trường gần xích đạo). Cơn bão 1989 có Dst khoảng −589 nT, mạnh nhất kỷ nguyên vũ trụ. Cơn Carrington 1859 được ước tính mạnh hơn đáng kể, dù con số chính xác còn tranh luận vì thiết bị thời đó không đo hết. Nói cách khác, sự cố Québec là hậu quả của một cơn bão chưa phải mạnh nhất có thể. Đây là lý do giới khoa học vẫn coi kịch bản Carrington là điều đáng chuẩn bị.
Dòng điện cảm ứng địa từ, giải thích đơn giản
Hãy hình dung một sợi dây đồng nằm yên cạnh một thanh nam châm. Khi nam châm đứng yên, không có gì xảy ra. Khi nam châm dịch qua dịch lại, trong dây xuất hiện dòng điện — đây là định luật cảm ứng mà Faraday tìm ra từ năm 1831, cũng là nguyên lý của máy phát điện.
Trong bão địa từ, "nam châm" là từ trường của cả Trái Đất, bị dòng hạt Mặt Trời làm rung lắc. "Sợi dây" là mọi vật dẫn dài trên bề mặt: đường dây cao thế, đường ống dẫn dầu khí, đường ray, cáp ngầm. Dòng điện sinh ra gần như một chiều và biến đổi chậm (vài giây đến vài phút), khác hẳn dòng xoay chiều 50–60 Hz mà lưới điện được thiết kế để mang. Khi dòng gần như một chiều này đi vào cuộn dây máy biến áp qua điểm nối đất, lõi sắt bị "bão hoà", máy rung, nóng lên, tiêu thụ thêm công suất phản kháng và tạo ra sóng hài làm rối các thiết bị bảo vệ. Ở Québec năm 1989, chính sóng hài và sụt điện áp khiến các tụ bù ngắt — mắt xích đầu tiên của chuỗi sập.
Đường ống dẫn dầu khí ở vĩ độ cao cũng chịu tác động: dòng cảm ứng làm tăng ăn mòn, nên các công ty đường ống ở Alaska, Canada và Bắc Âu theo dõi cảnh báo địa từ như ngành điện.
Góc nhìn hôm nay
Sự kiện tháng 3/1989 cho thấy một quy luật quen thuộc của thảm hoạ hạ tầng: điểm yếu nằm ở chỗ ít ai nghĩ tới — ở đây là nền đá và chiều dài dây điện. Với người dân ở Việt Nam, bão địa từ khó gây sập lưới điện như ở Québec vì vĩ độ thấp, nhưng bài học chung vẫn đúng: mất điện có thể đến trong vài chục giây, không báo trước, và cách đối phó là những thói quen đơn giản — có đèn, có nước, điện thoại được sạc, biết vị trí cầu dao nhà mình.
Muốn tìm hiểu thêm: trang của Trung tâm Dự báo Thời tiết Vũ trụ NOAA có phần giải thích về tác động lên lưới điện; Cơ quan Tài nguyên Thiên nhiên Canada (NRCan) có trang tổng kết sự kiện 1989.
Câu hỏi thường gặp
Sự cố mất điện Québec năm 1989 xảy ra khi nào?
Lúc 2 giờ 44 sáng ngày 13/3/1989 theo giờ miền Đông Bắc Mỹ. Lưới điện Hydro-Québec sập trong khoảng 90 giây và mất khoảng 9 giờ để khôi phục.
Vì sao bão Mặt Trời làm mất điện?
Bão địa từ làm từ trường Trái Đất biến thiên nhanh, sinh dòng điện cảm ứng chạy trong đất và vào đường dây cao thế dài. Dòng này làm máy biến áp quá nhiệt và khiến thiết bị bảo vệ ngắt dây chuyền.
Có bao nhiêu người mất điện trong sự cố Québec?
Khoảng sáu triệu người, gần như toàn bộ khách hàng của Hydro-Québec, giữa mùa đông giá lạnh.
Bão địa từ có làm mất điện ở Việt Nam không?
Rủi ro thấp hơn nhiều so với vùng vĩ độ cao như Canada hay Bắc Âu. Tuy vậy bão rất mạnh vẫn có thể ảnh hưởng gián tiếp qua GPS, vệ tinh và liên lạc vô tuyến.
Bão năm 1989 có mạnh bằng bão Carrington không?
Không. Bão 1989 mạnh nhất thời hiện đại nhưng bão Carrington 1859 được ước tính mạnh hơn đáng kể, dù con số chính xác vẫn còn tranh luận.
