Đã được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới nhưng thủy điện tích năng - sử dụng nguồn nước lưu trữ năng lượng tái tạo để sử dụng lâu dài mới được triển khai ở Việt Nam những năm gần đây. Loại hình thủy điện này được xem là tương lai của thủy điện của Việt Nam.
“Bình ắc quy”
Theo các chuyên gia quốc tế, ngành năng lượng của hầu hết các quốc gia đang trải qua quá trình chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là sản xuất năng lượng gió và mặt trời. Các nguồn này không liên tục và có các biến thể theo mùa, vì vậy cần các giải pháp thay thế lưu trữ để đảm bảo rằng nhu cầu có thể được đáp ứng bất cứ lúc nào. Tích trữ điện năng là một giải pháp hữu hiệu, bền vững cả về lưu trữ năng lượng và lượng nước hằng năm.
Theo định nghĩa của các chuyên gia trong ngành, thủy điện tích năng là một dạng thủy điện dự trữ năng lượng, với công dụng chính là tích lũy điện năng để bổ sung cho hệ thống vào những lúc cần thiết. Để dễ hình dung, có thể ví thủy điện tích năng như “bình ắc quy” của hệ thống điện được “xạc đầy” khi rảnh rỗi và mang ra dùng khi có nhu cầu.
Mô hình của thủy điện tích năng là 2 hồ chứa nước ở hai cao độ khác nhau và 1 nhà máy thủy điện với turbine thuận nghịch nằm ở gần hồ chứa bên dưới, nối với hồ chứa bên trên bằng đường ống áp lực. Thủy điện tích năng vận hành dựa trên nguyên tắc cân bằng nhu cầu phụ tải của hệ thống điện. Trong giờ cao điểm, khi nhu cầu dùng điện cao, nước được xả qua đường ống áp lực từ hồ chứa bên trên, làm quay turbine để phát điện lên hệ thống, nước xả được trữ trong hồ bên dưới.
Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện tích năngTrong giờ thấp điểm, khi nhu cầu dùng điện thấp, nhà máy lấy điện từ hệ thống để bơm ngược nước từ hồ chứa bên dưới lên hồ chứa bên trên thông qua turbine hai chiều, lúc này vận hành như một máy bơm. Như vậy, nhà máy thủy điện tích năng vừa là một đơn vị sản xuất điện, vừa là một đơn vị tiêu thụ điện, và cơ sở thực tiễn cho phương thức vận hành này là sự chênh lệch giá điện giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm.
Theo thống kê, hầu hết các nhà máy thủy điện tích năng đều tiêu tốn nhiều điện năng hơn là lượng điện nó có thể sản xuất ra, nhưng lợi ích kinh tế của nhà máy vẫn được đảm bảo bởi giá điện trong giờ thấp điểm nhỏ hơn nhiều so với giờ cao điểm, thậm chí, ở một số mạng lưới, trong một vài thời điểm, giá điện có thể bằng 0. Nhưng quan trọng hơn là sau khi turbine thuận nghịch ra đời thay cho hình thức vừa dùng turbine phát điện và máy bơm qua những đường dẫn riêng biệt khiến chi phí vận hàng cao, thủy điện tích năng trở nên hiệu quả hơn và hiệu ích hơn về kinh tế.
Thân thiện với môi trường, cung cấp điện ổn định
Theo phân tích của các chuyên gia, thế mạnh lớn nhất của thủy điện tích năng là làm tăng tính hiệu quả của hệ thống, khi tận dụng được điện năng dư thừa từ các nhà máy nhiệt điện (điện than, điện khí, điện nguyên tử...) trong giờ thấp điểm, giúp tăng hiệu suất hoạt động và ổn định vận hành cho các nhà máy này.
Thủy điện tích năng cũng giống thủy điện truyền thống ở chỗ có thể phản ứng rất nhanh khi nhu cầu điện tăng đột ngột, giúp đảm bảo an toàn cung cấp điện, ổn định tần số mạng lưới điện, đồng thời rất thân thiện với môi trường khi không hề tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Nhưng khác với thủy điện truyền thống, thủy điện tích năng lại không cần nhiều diện tích đất làm hồ chứa, bởi chỉ cần trữ một lượng nước vừa đủ cho số giờ chạy thiết kế (thường từ 6-20 giờ) là được.
Cũng do chủ động về nguồn nước dự trữ nên quá trình vận hành của thủy điện tích năng không phụ thuộc nhiều vào chế độ thủy văn hàng năm, có thể linh hoạt điều chỉnh công suất vận hành theo nhu cầu phụ tải.
Khởi công xây dựng nhà máy thủy điện tích năng đầu tiên của Việt Nam ở Bình ThuậnTuy nhiên, bên cạnh thế mạnh thì điện tích thủy năng cũng có nhược điểm là hiệu suất vận hành chưa cao (đạt khoảng 70-85%) do quá trình bơm nước từ hồ chứa bên dưới lên hồ chứa bên trên, làm tiêu hao điện năng. Một hạn chế cơ bản khác là thủy điện tích năng không thể hoạt động độc lập như một cơ sở sản xuất điện mà chỉ có thể phát huy tác dụng như một “bình ắc quy” trong một hệ thống điện công suất tương đối lớn. Điều đó có nghĩa là thủy điện tích năng chỉ có thể được xem xét đến khi đã xây dựng được một hệ thống các nhà máy điện tương đối phong phú. Còn với các khu vực còn thiếu điện trầm trọng hay ở cách xa các trung tâm sản xuất điện khác thì việc xây dựng thủy điện tích năng không mấy khả thi.
Chưa kể đến thủy điện tích năng đòi hỏi một địa hình khá đặc biệt, là những khu vực có chênh lệnh độ cao lớn (lên đến hàng trăm mét) nhưng phải ở gần nguồn nước để bố trí hai hồ chứa (lý tưởng nhất là các ngọn núi có đỉnh rộng bên cạnh các con sông, suối lớn). Những vị trí như vậy thường là vùng thiên nhiên hoang dã, có phong cảnh đẹp, nhu cầu bảo tồn cao, đồng thời lại ít khi gần một cơ sở sản xuất điện lớn nào.
Dựa trên cơ chế vận hành, các nhà nghiên cứu đã kết hợp thủy điện tích năng với các dự án điện gió, điện mặt trời. Những dự án kết hợp như vậy có ưu điểm lớn về hiệu suất vận hành chung của tổ hợp, bởi thủy điện tích năng có thể tận dụng tối đa các nguồn năng lượng có tính thay đổi, khó dự đoán như điện gió, điện mặt trời, trong khi những nhà máy điện gió, điện mặt trời lại có thể cung cấp năng lượng cho thủy điện tích năng tích nước phần lớn thời gian trong ngày.
Tại Việt Nam, thủy điện tích năng cũng đã được quan tâm phát triển. Dự án thủy điện tích năng Bác Ái, tỉnh Ninh Thuận (công suất 1200 MW) là công trình thủy điện tích năng đầu tiên tại Việt Nam đã được khởi công xây dựng đầu năm 2020 với tổng mức đầu tư khoảng 21.100 tỷ đồng thuộc danh mục các dự án nguồn điện được Thủ tướng đưa vào quy hoạch điều chỉnh phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 (có xét đến năm 2030) do Tập đoàn Điện lực Việt Nam làm chủ đầu tư.
Dự án gồm 4 tổ máy với công suất 1.200 MW. Công trình này sử dụng nguồn nước từ hồ Sông Cái thuộc hệ thống thủy lợi Tân Mỹ làm hồ dưới. Nước được bơm lên hồ trên tích nước để phát diện thông qua 2 đường ống song song có đường kính thay đổi từ 5,5 đến 7,5 m, dài 2,7 km. Dự án được trang bị bơm - turbine đảo chiều và động cơ - máy phát đảo chiều hiện đại. Dự kiến toàn bộ dự án này hoàn thành vào năm 2028.
Thủy điện tích năng Bác Ái được đánh giá có vai trò quan trọng trong hệ thống điện quốc gia, có nhiệm vụ phát điện phủ đỉnh, dự phòng công suất phát, giúp ổn định hệ thống, điều chỉnh tần số, là công cụ giúp điều độ hệ thống điện quốc gia vận hành ổn định, an toàn tin cậy.
Bên cạnh dự án trên, còn có các dự án 3 dự án thủy điện tích năng Mộc Châu, Đơn Dương, Hàm Thuận Bắc, đã có kế hoạch triển khai từng bước. Và theo các chuyên gia thủy điện trong nước ít nhất có 10 dự án thủy điện tích năng có tính khả thi cao.
Thủy điện tích năng sẽ là tương lai của ngành thủy điện Việt Nam.
Theo Petrotimes
