NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỪA, THIẾU NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

Hệ thống điện (HTĐ) của bất kỳ quốc gia nào đều tập hợp trong quá trình công nghệ chung nhiều nhà máy điện để sản xuất điện năng và nhiều hộ tiêu thụ điện nhận sản lượng điện năng đó qua các lưới truyền tải và phân phối. Điện năng theo các công nghệ hiện hành không thể niêm cất trong kho mà nó cần được tiêu thụ theo nhịp độ sản xuất theo nhịp độ tiêu thụ. Những nhịp độ đó có những chu trình ngày đêm, tuần lễ, tháng và mùa.

Mô hình nhà máy thủy điện tích năng

Biểu đồ điển hình về tiêu thụ ngày đêm của HTĐ có đặc điểm là không đồng đều. Việc san bằng biểu đồ đó có thể thực hiện được bằng tác động về mặt hành chính hoặc kinh tế (thông qua các biểu giá sử dụng điện giờ cao điểm, giờ thấp điểm) đối với người tiêu thụ, hoặc nhờ sử dụng các bộ phận tích trữ năng lượng.

Hiện có những bộ phận tích trữ năng lượng thuộc các kiểu khác nhau: cơ học, hoá học, điện từ... chúng được đặc trưng bởi số lượng năng lượng tích luỹ được, thời gian trữ năng lượng, dung lượng riêng của năng lượng, suất đầu tư, suất chi phí vận hành, hiệu suất và tính linh hoạt. Trong các HTĐ để làm các bộ phận tích trữ năng lượng lớn người ta xây dựng, sử dụng các nhà máy thuỷ điện và các nhà máy thuỷ điện tích năng (NMTĐTN).

1. Khái niệm cơ bản về NMTĐTN

Với thủy điện thông thường, người ta xây đập ngăn sông cho nước dâng cao thành một hồ chứa tự nhiên khổng lồ (ví dụ như hồ thủy điện Hòa Bình, Sơn La trên sông Đà chứa hàng tỷ m3 nước), rồi nước được cho chảy xuống hạ lưu làm quay tuôcbin máy phát điện. NMTĐTN là nhà máy thuỷ điện kiểu bơm tích luỹ, sử dụng năng lượng điện trong thời gian thấp điểm của HTĐ để biến nó thành thế năng của nước và biến đổi thế năng của nước thành điện năng, cung cấp lại cho lưới điện vào thời gian cao điểm của HTĐ. Như vậy chúng ta có thể hiểu rằng: Nhà máy thủy điện tích năng không sản xuất thêm điện năng mà chỉ góp phần điều hòa lượng điện theo sự thay đổi nhu cầu sử dụng điện (phụ tải)trong ngày giữa lúc cao điểm (thường là ban ngày & buổi tối) và lúc thấp điểm (thường là ban đêm).

Các công trình thuỷ công của NMTĐTN gồm hai bể chứa, bể trên cao (tích trữ) và bể dưới thấp (cung cấp) đặt ở các mức chênh cao khác nhau và được nối lại bằng hệ thống các ống nước nghiêng. Bể trên cao có thể là bể tự nhiên (thí dụ hồ nước, thung lũng kín tự nhiên), hoặc nhân tạo (bể bằng bê tông cốt thép) còn bể dưới thấp thường là hồ chứa được tạo bởi một đập không lớn lắm. Toà nhà của NMTĐTN với các tổ máy thuỷ lực được đặt ở phía bể dưới thấp. Các tổ máy này có thể loại gồm 3 thiết bị: động cơ máy phát, tua bin thuỷ lực và bơm, hoặc 2 thiết bị: máy điện thuận nghịch và máy thuỷ lực thuận nghịch vận hành tuỳ theo chiều của dòng nước và tương ứng là chiều quay hoặc là bơm, hoặc là turbine (những tổ máy này kinh tế hơn và bắt đầu được đặt từ cuối những năm 60 của thế kỷ trước). Trong thời gian thấp điểm của HTĐ sẽ bơm nước từ bể thấp lên tích trữ ở bể cao, vào thời gian cao điểm của HTĐ sẽ xả nước từ bể cao xuống bể thấp để phát điện cung cấp lại cho lưới điện. Đương nhiên, quá trình tích năng nhờ bơm rồi phát điện trở lại cũng gây tổn thất năng lượng, có thể chỉ đạt chừng 70% ~ 85% đầu vào. Tuy nhiên theo tính toán về kinh tế thì giá điện năng khi đó là giờ thấp điểm rẻ sẽ khắc phục được về vấn đề hiệu quả. song tác dụng điều hòa nguồn điện mang lại lợi ích còn lớn hơn.

Ưu việt của NMTĐTN so với nhà máy thủy điện là ở chỗ cột nước của chúng có thể được tăng cao hơn, việc chọn địa điểm xây dựng đơn giản hơn, chúng đòi hỏi thể tích nước ít hơn bởi vì nước được tuần hoàn giữa hai bể. Ngoài ra đặc tính năng lượng của chúng không phụ thuộc vào những dao động thiên nhiên theo mùa của nguồn nước. Với thủy điện tích năng, các hồ chứa chỉ cần tích nước đủ cho việc sử dụng trong 5 – 7 giờ/ngày nên có diện tích nhỏ (trên dưới 1km2), giảm thiểu tác động đến môi trường tự nhiên và sinh thái trong xây dựng nhà máy. Hơn nữa sau khi chứa đủ nước rồi thì lượng nước đó cứ lên xuống tuần hoàn giữa hai hồ, dòng chảy của sông sau đó vẫn như trước khi có nhà máy. Hợp lý nhất là xây dựng NMTĐTN gần những trung tâm tiêu thụ điện lớn bởi vì xây dựng các đường dây truyền tải dài đến NMTĐTN để sử dụng điện năng của chúng trong thời gian ngắn là không có lợi về mặt kinh tế.

Từ trái sang & từ trên xuống: Các đập Sir A.Beck (Canada), Grand Dixence (Thụy Sĩ), Robert Moses Niagara (USA), Shintoyone (Nhật Bản), Tehri (Ấn Độ), Tumus 3 (Australia).

2. Thủy điện tích năng trên thế giới

NMTĐTNđầu tiên trên thế giới được xây tại Zurich – Thụy sĩ năm 1882 có công suất 515 kW,cho đến nay đã có trên 130 năm lịch sử. Nhưng phải đến những năm 60 của thế kỷ XX mới bắt đầu phát triển nhanh chóngcông nghệ này. Hiện nay đã có nhiều quốc gia quan tâm, nghiên cứu, xây dựng sử dụng những NMTĐTN và đã thể hiện được tính ưu việt của nó.

Một số NMTĐTN lớn trên thế giới:

3. Phát triển thủy điện tích năng ở Việt Nam

Năm 2014, sản lượng điện sản xuất và mua của EVN đạt 142,25 tỷ kWh, tăng 10,76% so với năm 2013; sản lượng điện thương phẩm đạt 128,43 tỷ kWh, tăng 11,41% so với năm 2013. Mức sử dụng điện bình quân đạt trên 1.400kWh/người/năm. Thực tế việc áp dụng biểu giá điện của hệ thống điện hơn 15 năm qua cho thấy chênh lệch công suất sử dụng điện giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm đã giảm đáng kể từ mức 2,5 lần năm 1996 xuống còn 1,6 lần năm 2008, hiện nay ở khoảng 1,5 lần.

Về thuỷ điện tích năng ở Việt Nam, theo tài liệu quy hoạch của cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) lập, đã được Bộ Công nghiệp phê duyệt tháng 11 năm 2005 thì trên cơ sở nghiên cứu 38 địa điểm và kiến nghị 10 dự án có tính khả thi với tổng công suất lắp máy khoảng 10.000 MW (Sơn La: 7 dự án, Hoà Bình: 1 dự án, Ninh Thuận: 1 dự án, Bình Thuận: 1 dự án). Theo các chuyên gia có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu năng lượng thì ở nước ta có nhiều địa điểm có thể xây dựng thuỷ điện tích năng, tuy nhiên hiện có 3 địa điểm phù hợp được chọn để xây dựng nhà máy thuỷ điện tích năng gồm: Đông Phù Yên, Tây Phù Yên (huyện Phù Yên, tỉnh Sơn La) và Bắc ái (huyện Bắc Ái, tỉnh Ninh Thuận). Trong đó, địa điểm Đông Phù Yên được EVN và Cơ quan Hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) đánh giá là có chỉ tiêu kinh tế tốt nhất, cần được xem xét trước để phục vụ nghiên cứu dự án tiền khả thi và dự án khả thi.

Dự án NMTĐTN Đông Phù Yên do Công ty TNHH Xuân Thiện Ninh Bình (thuộc Tập đoàn kinh tế Xuân Thành) làm chủ đầu tư, đã được Văn phòng Chính phủ đồng ý tại văn bản số 3955/VPCP-KTN ngày 9/6/2010. Công trình được chia làm hai giai đoạn. Giai đoạn 1, từ 2010-2013 là giaiđoạnchuẩn bị đầu tư. Giai đoạn 2, từ 2013-2018là giaiđoạnxây dựng, hoàn thành và đưa vào sử dụng. Với số vốn đầu tư ước tính gần 1 tỷ USD, dự án thủy điện tích năng Đông Phù Yên (huyện Phù Yên, Sơn La) công suất 1.500 MW dự kiến hoàn thành vào năm 2018.

Dự án NMTĐTN năng Bắc Ái với tổng vốn đầu tư khoảng 850 triệu USD, công xuất 1.200 MW với 4 tổ máy. Dự kiến khởi công xây dựng, đưa vào vận hành phát điện tổ máy số 1 vào cuối năm 2019, tổ máy số 2 và 3 năm 2020 và tổ máy số 4 đầu năm 2021, hoàn thành toàn bộ công trình cuối năm 2021.

Theo đánh giá của các nhà quy hoạch năng lượng, Sơn La có thể phát triển khoảng 3.400 MW công suất các nguồn điện, với sản lượng hàng năm trên 14 tỷ kWh, được coi là tỉnh có tiềm năng thủy điện lớn nhất cả nước. Nhưng con số này mới chỉ tính ở nguồn thủy điện thuần túy của sông suối tự nhiên. Ngoài ra, trong qui hoạch phát triển của hệ thống điện chung, Sơn La còn được chọn 2 trong 3 điểm lập phương án xây dựng NMTĐTN tại Đông Phù Yên và Tây Phù Yên trên địa bàn huyện Phù Yên, với tổng công suất khoảng 3.000 MW. Việc tiến hành triển khai xây dựng các nhà máy thuỷ điện, NMTĐTN không những cung cấp nguồn điện ổn định cho đất nước mà còn góp phần tolớn để Sơn La sẽ góp phần đẩy nhanh tốc độ phát triển kinh tế - xã hội và góp phần các tỉnh Tây Bắc sớm hoà nhập phát triển với kinh tế cả nước./.

Hữu Đức (tổng hợp từ nguồn Internet).