Thủy điện tích năng là gì & dự án thực tế tại Việt Nam

Thủy điện tích năng là một phương pháp lưu trữ năng lượng quy mô lớn dưới dạng năng lượng thủy điện nhân tạo. Công nghệ lưu trữ thời lượng dài đã được sử dụng trong hơn nửa thế kỷ để cân bằng nhu cầu trên lưới điện của nhiều quốc gia trong đó nước Anh chiếm hơn 99% công suất lưu trữ năng lượng bằng PSH trên toàn thế giới.

I. Cách hoạt động của thủy điện tích năng

Nguyên lý hoạt động (tích lũy) của thủy điện tích năng là chuyển đổi năng lượng điện nhận được từ các nhà máy điện khác thành thế năng của nước, thế năng này sẽ được chuyển đổi trở lại thành điện khi cần để bù đắp cho phụ tải những ngày cao điểm tiêu thụ điện.

Kiến trúc thủy lực của nó bao gồm 2 lưu vực hồ chứa nước nằm ở các độ cao khác nhau và một đường ống nối 2 hồ này. Các thiết bị thủy lực được lắp đặt trong trạm ở hồ dưới có thể là 3 máy, bao gồm 1 động cơ điện, 1 tuabin thủy lực và một máy bơm nước đảo chiều Vào cuối những năm 1960, các tổ máy 2 máy tiết kiệm hơn được lắp đặt tại các nhà máy này, theo đó thì máy bơm nước đảo chiều tích hợp như một tua-bin thủy lực.

Nguyên tắc vận hành rất đơn giản như sau:

1. Trong thời gian tiêu thụ điện ít vào ban đêm, nhà máy thủy điện tích năng nhận điện giá rẻ từ lưới điện để bơm nước lên hồ trên (chế độ bơm).
2. Trong thời gian tiêu thụ điện cao nhất vào buổi sáng và buổi tối mỗi ngày, hồ trên sẽ xả nước xuống hồ dưới, nhờ thế năng sẽ tạo ra điện cao điểm đắt đỏ rồi gửi lên lưới điện (chế độ máy phát điện).

Thực tế là lượng điện tiêu thụ trong ngày không đồng đều và biểu đồ tiêu thụ hàng ngày thường có dạng hình sin, cao điểm vào buổi sáng và buổi tối còn thấp điểm nhất vào ban đêm. Nếu điện được tạo ra bởi một nhà máy điện hạt nhân thì không thể dễ dàng điều chỉnh sản lượng điện sản xuất ra trong ngày theo dạng hình sin đó được vì việc tăng hoặc giảm sản lượng điện ở nhà máy điện hạt nhân là một quá trình rất chậm và tiềm ẩn nguy hiểm. Chính trong những tình huống như vậy, cần có các nhà máy thủy điện tích năng, và như bạn thấy thì cách hoạt động của hệ thống này giống như nhà máy thủy điện thông thường, chỉ có điều đây là hệ thống khép kín.

Nhà máy thủy điện tích năng đầu tiên được xây dựng vào đầu thế kỷ 20 có hiệu suất dưới 40%, hiệu suất của các nhà máy thủy điện tích năng hiện đại ngày nay là 70–75%.

• Vào năm 1882 tại Thụy Sĩ, vùng lân cận Zurich, hệ thống lắp đặt Letten đã được xây dựng với 2 máy bơm có tổng công suất 103 kW. 12 năm sau, một cơ sở lắp đặt tương tự bắt đầu hoạt động tại một trong những nhà máy kéo sợi của Ý.
• Vương quốc Anh có 4 nhà máy thủy điện tích trữ bơm ở Scotland và xứ Wales, với tổng công suất 2,8 GW.
• Nhà máy thủy điện Dinorwig ở Wales có thể chuyển từ trạng thái ngừng hoạt động hoàn toàn sang hoạt động hết công suất chỉ trong 12 giây;
• Khi hoàn thành vào năm 2023, nhà máy điện tích trữ có bơm Fengning ở tỉnh Hà Bắc, Trung Quốc, sẽ trở thành trạm thủy điện được bơm lớn nhất thế giới với công suất 6 GW.

Các hồ thủy điện tích năng lớn đang hoạt động trên khắp thế giới phải kể tới như Cruachan (Anh) – 400 MW; Tom-Sok (Mỹ) – 350 MW; Hohenwarte-11 (CHDC Đức) – 320 MW; Vianden (Luxembourg) – 900 MW…

II. Tiềm năng thủy điện tích năng ở Việt Nam?

Hiệu suất của quá trình chuyển đổi này (năng lượng điện thành thế năng của nước và trở lại thành điện) còn lâu mới đạt 100%, nhưng bằng cách này, có thể tiết kiệm (tích lũy) lượng điện dư thừa trong thời gian tiêu thụ thấp điểm, điều này là rất cần thiết trong thời gian tải cao điểm.

Theo Quy hoạch điện VIII, đến năm 2030 Việt Nam sẽ có 2.400 MW công suất từ thủy điện tích năng (TĐTN). Hiện tại, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đang thi công dự án TĐTN Bác Ái tại xã Phước Hòa và Phước Tân, huyện Bác Ái, tỉnh Ninh Thuận.

Nhà máy Thủy điện Tích năng Bác Ái, tỉnh Ninh Thuận 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. 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 điện thông qua 2 đường ống song song có đường kính thay đổi từ 5,5 đến 7,5 m, dài 2,7 km. Nhà máy được trang bị bơm – tua bin đảo chiều và động cơ – máy phát đảo chiều hiện đại. Dự kiến toàn bộ dự án này hoàn thành vào năm 2028.

Các chính phủ trên thế giới đang chuyển từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng tái tạo để đáp ứng các mục tiêu khí hậu mà họ cam kết với nhau trong COP26, bao gồm Việt Nam. Nhưng các công nghệ điện cực kỳ quan trọng như gió và mặt trời đang đặt ra những thách thức cho các nhà khai thác lưới điện, đặc biệt là giai đoạn lưu trữ năng lượng.

Phụ thuộc vào thời tiết, nguồn cung cấp từ các loại năng lượng tái tạo này là không liên tục. Ví dụ, các trang trại gió chiếm gần một phần tư tổng sản lượng điện của Vương quốc Anh vào năm 2020, nhưng vào một số ngày, ít hơn 10% nhu cầu điện của cả nước được đáp ứng bằng điện gió. Việt Nam năm 2021 là 1 trong 10 nước có quy mô điện mặt trời lớn nhất thế giới, BCT đề nghị giảm bớt điện mặt trời và chuyển sang điện gió, nhưng thách thức chung của điện NLTT Việt Nam vẫn là lưu trữ năng lượng.

Thủy điện tích năng đóng vai trò như những ‘bình ắc quy bằng nước’ quy mô khổng lồ, là giải pháp hiệu quả nhất để lưu trữ năng lượng dư thừa do năng lượng tái tạo tạo ra. Khi các nhà máy nhiệt điện cũ ngừng hoạt động và năng lượng tái tạo cung cấp ngày càng tăng tỷ trọng cung cấp điện trong nhiều năm tới, công suất lưu trữ sẽ cần phải tăng lên nếu các mục tiêu khí hậu được đáp ứng. Trong hai đến ba thập kỷ tới, chỉ riêng công suất lưu trữ năng lượng của Vương quốc Anh sẽ cần tăng gấp 10 lần, từ 3 gigawatt (GW) lên khoảng 30 GW.