Trung Quốc đưa vào vận hành đập thủy điện tích năng cao 182 mét, ổn định lưới điện có tỷ trọng năng lượng tái tạo cao

Một loại hình thủy điện mới cho lưới điện đang chuyển đổi

Trung Quốc đã đưa vào vận hành nhà máy thủy điện tích năng Giang Tô Câu Dung thuộc Tập đoàn Lưới điện Nhà nước Tân Nguyên, với con đập cao 182,3 mét, hiện là đập thủy điện tích năng cao nhất thế giới. Công trình chứa 17,07 triệu mét khối nước, tương đương khoảng 17 tỷ lít, và có công suất lắp đặt 1,35 triệu kilowatt. Khi đi vào vận hành thương mại toàn phần, nhà máy dự kiến sản xuất khoảng 1,35 tỷ kilowatt giờ điện mỗi năm trong các chu kỳ phát điện. Dự án được triển khai trong bối cảnh nhu cầu điện ở miền đông Trung Quốc liên tục lập kỷ lục, trong khi nước này bổ sung lượng lớn điện gió và điện mặt trời.

Khác với đập sông thông thường dựa vào dòng chảy ổn định của một tuyến sông lớn, nhà máy thủy điện tích năng hoạt động như một cục pin nước khổng lồ. Nhà máy chuyển nước giữa hồ trên và hồ dưới, bơm nước lên cao khi lưới điện dư điện và xả nước qua tua-bin vào những giờ cao điểm. Cơ chế vận hành hai chiều này biến nguồn năng lượng gián đoạn từ mặt trời và gió thành điện năng có thể huy động theo yêu cầu, đáp ứng nhu cầu của các trung tâm đô thị và công nghiệp đông đúc như Giang Tô.

Nhà máy mới được xây dựng gần các trung tâm phụ tải, không xa đồng bằng châu thổ Trường Giang, và được thiết kế để phản ứng nhanh. Đơn vị vận hành có thể tăng công suất trong vài phút để ứng phó với những thay đổi đột ngột về cung hoặc cầu. Các kỹ sư cũng đưa vào sử dụng màng chống thấm mới trong thân đập và lắp đặt các van cầu cỡ cực lớn nhằm nâng cao độ tin cậy, thuận tiện cho bảo trì. Dự án cho thấy Trung Quốc đang xây dựng thêm nhiều công trình giúp ổn định lưới điện song song với việc phát triển nguồn điện mới.

Thủy điện tích năng hoạt động ra sao và vì sao quan trọng

Thủy điện tích năng là hình thức lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện được triển khai rộng rãi nhất. Khi dư điện, thường vào ban đêm hoặc những giờ nhiều gió, nắng, nhà máy dùng điện để vận hành máy bơm, đưa nước lên hồ trên. Khi hệ thống cần điện, nước chảy ngược xuống qua tua-bin để phát điện. Hiệu suất tổng thể của chu trình thường dao động từ 70% đến 85%. Điều đó có nghĩa là một phần năng lượng bị thất thoát trong quá trình vận hành, nhưng giá trị của công nghệ này nằm ở khả năng chuyển điện từ lúc dư thừa sang lúc khan hiếm.

Trung Quốc đang nhanh chóng tích hợp công suất năng lượng tái tạo. Đà tăng trưởng này khiến các dịch vụ cân bằng hệ thống trở nên thiết yếu. Công trình Câu Dung cung cấp nhiều năng lực trên cùng một địa điểm: giảm phụ tải đỉnh để hạn chế đợt tăng nhu cầu buổi tối, điều chỉnh tần số để duy trì lưới điện ổn định ở mức 50 hertz, điều chỉnh pha để hỗ trợ điện áp và cung cấp dự phòng nhanh khi xảy ra sự cố. Theo đơn vị vận hành dự án, nhà máy có thể cung cấp khoảng 2,7 triệu kilowatt công suất điều tiết hai chiều.

Địa điểm xây dựng không phải ngẫu nhiên. Trong chín năm liên tiếp, phụ tải điện cực đại của Giang Tô vượt 100 triệu kilowatt; mùa hè vừa qua, lưới điện đạt đỉnh 156 triệu kilowatt. Đặt một nhà máy lưu trữ quy mô lớn ngay trung tâm hệ thống giúp giảm nhu cầu khởi động các tổ máy nhiệt điện than chạy giờ cao điểm, đồng thời tăng khả năng hấp thụ năng lượng tái tạo vốn có thể bị cắt giảm khi lưới điện không thể tiếp nhận toàn bộ sản lượng.

Bên trong dự án cao 182 mét

Nhà máy Câu Dung cao 182,3 mét, tương đương tòa nhà 60 tầng. Các hồ chứa có thể chứa 17,07 triệu mét khối nước. Nhà máy có công suất lắp đặt 1,35 triệu kilowatt và dự kiến sản xuất khoảng 1,35 tỷ kilowatt giờ trong một năm phát điện điển hình khi vận hành toàn phần. Công trình thường được ví như một ngân hàng năng lượng nước: tích trữ năng lượng khi điện dồi dào và giá rẻ, rồi phát trở lại khi nhu cầu và giá điện tăng cao.

Các kỹ sư phải đáp ứng những mục tiêu đầy tham vọng đối với một đập thủy điện tích năng xây dựng ở vùng đồng bằng có phụ tải cao, thay vì nằm sâu trong các hẻm núi hẻo lánh. Thân đập sử dụng màng địa kỹ thuật chống thấm mới để hạn chế rò rỉ và bảo vệ nước ngầm. Nhà máy cũng lắp đặt một số van cầu lớn nhất Trung Quốc, giúp tăng độ an toàn và thuận tiện cho bảo trì. Những lựa chọn này giúp nhà máy tuần hoàn nước hiệu quả hơn và giảm thời gian ngừng hoạt động.

Thiết bị của nhà máy chỉ là một phần câu chuyện. Trung tâm điều độ phải quản lý việc khởi động, dừng nhanh và thường xuyên chuyển đổi giữa chế độ bơm nước với phát điện. Điều đó đòi hỏi hệ thống điều khiển số đáng tin cậy, giám sát mực nước chính xác và phối hợp với đơn vị vận hành lưới điện khu vực. Do mực nước hồ trên lên xuống hằng ngày, các đội thi công đã gia cố bờ hồ và xây dựng quy trình vận hành nhằm hạn chế xói mòn, bảo vệ các cộng đồng lân cận.

Vai trò trong kế hoạch mở rộng thủy điện của Trung Quốc

Danh mục thủy điện của Trung Quốc bao gồm các công trình khổng lồ trên những con sông ở phía tây nam đất nước và mạng lưới nhà máy thủy điện tích năng ngày càng mở rộng gần các trung tâm phụ tải. Nhà máy thủy điện Bạch Hạc Than trên sông Kim Sa có công suất 16 gigawatt, với đập vòm cao 289 mét, là cơ sở thủy điện lớn thứ hai thế giới sau đập Tam Hiệp. Những dự án như Bạch Hạc Than và Ô Đông Đức cung cấp lượng lớn điện các-bon thấp và kiểm soát lũ dọc theo các hệ thống sông dài.

Thủy điện tích năng giữ vai trò khác nhưng bổ trợ cho thủy điện thông thường. Công nghệ này không tạo ra năng lượng sơ cấp mới từ dòng chảy sông; thay vào đó, nó chuyển năng lượng giữa các giờ và các ngày, đồng thời giúp các đường dây siêu cao áp đường dài vận hành ổn định hơn. Khi thủy điện ở phía tây nam hoặc các trang trại điện gió phía bắc truyền điện về phía đông, các nhà máy thủy điện tích năng gần bờ biển hấp thụ lượng điện tăng đột biến và phát điện vào giờ cao điểm. Nhờ đó, năng lượng tái tạo bị cắt giảm ít hơn và các thành phố giảm nhu cầu sử dụng những nhà máy điện giờ cao điểm đắt đỏ.

Trung Quốc đã nhanh chóng mở rộng công suất thủy điện tích năng trong giai đoạn quy hoạch hiện nay. Kể từ khi bắt đầu Kế hoạch 5 năm lần thứ 14, hơn 44,53 triệu kilowatt công suất thủy điện tích năng đã được bổ sung vào lưới điện. Các mục tiêu khí hậu quốc gia kêu gọi đưa lượng phát thải các-bon lên đỉnh trước năm 2030 và đạt trung hòa các-bon vào năm 2060. Lưu trữ năng lượng là cầu nối cho phép tăng tỷ trọng điện tái tạo mà không làm giảm độ tin cậy, và thủy điện tích năng vẫn là trụ cột của nỗ lực này.

Thành tựu kỹ thuật và những đánh đổi về môi trường

Những tiến bộ kỹ thuật đã giúp xây dựng con đập cao như vậy cho một nhà máy thủy điện tích năng. Lớp lót chống thấm bảo vệ kết cấu đập và hạn chế thất thoát nước. Các van cầu cỡ lớn chịu được áp lực cao do độ chênh cột nước lớn, qua đó nâng cao độ an toàn. Các nhà thầu phải triển khai những hạng mục ngầm phức tạp, đường hầm lấy nước và buồng điều áp, đồng thời quản lý tác động đến các thị trấn lân cận.

Thủy điện tích năng có thể giảm một số áp lực môi trường thường thấy ở các đập chắn sông quy mô rất lớn. Các dự án này thường nằm ngoài dòng sông chính nên không chặn đường di cư của cá trên dòng chính. Hồ chứa nhỏ hơn và nằm ở vị trí cao hơn trên địa hình, nhờ đó có thể hạn chế việc di dời dân cư. Tuy nhiên, mực nước thay đổi hằng ngày có thể gây áp lực lên thảm thực vật và động vật hoang dã ven bờ, còn hoạt động xây dựng vẫn làm xáo trộn môi trường sống. Cần thiết kế cẩn trọng và áp dụng quy định vận hành nghiêm ngặt để hạn chế xói mòn, kiểm soát trầm tích và tránh ô nhiễm nước ngầm.

Cách tiếp cận thủy điện của Trung Quốc đã chuyển sang chú trọng kiểm soát chất lượng sau giai đoạn xây dựng hàng nghìn nhà máy nhỏ. Chính quyền đã đóng cửa hoặc tháo dỡ nhiều đập nhỏ, thường là trái phép, trên các nhánh sông; những công trình này gây hại cho các loài nhạy cảm và xung đột với các lằn ranh sinh thái mới. Các dự án lớn hiện chịu quy trình đánh giá môi trường chặt chẽ hơn, còn những dự án như Câu Dung tích hợp công nghệ nhằm ngăn rò rỉ và bảo vệ nguồn nước lân cận.

Tác động lan tỏa trong khu vực và các dự án xuyên biên giới

Thủy điện cũng là vấn đề ngoại giao ở châu Á. Kế hoạch của Trung Quốc xây dựng một công trình khổng lồ trên sông Yarlung Tsangpo, thượng nguồn sông Brahmaputra, đã khiến Ấn Độ ở hạ lưu theo dõi sát sao và kêu gọi các biện pháp bảo đảm an toàn. Giới chức New Delhi nhấn mạnh sự cần thiết của minh bạch, chia sẻ dữ liệu và tham vấn về các dự án có thể làm thay đổi dòng chảy, quy luật bồi lắng hoặc hệ sinh thái xuyên biên giới. Ấn Độ đang cân nhắc các dự án thủy điện quy mô lớn của riêng mình tại Arunachal Pradesh nhằm cải thiện an ninh nguồn nước và nguồn cung điện ở vùng đông bắc.

Hai bên đang thảo luận về việc sớm nối lại trao đổi dữ liệu thủy văn và các quy trình hợp tác trên những dòng sông xuyên biên giới. Các chuyên gia trong khu vực nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đánh giá rủi ro cụ thể tại từng địa điểm đối với mọi dự án ở Himalaya, do khu vực này có hoạt động địa chấn và hệ sinh thái mong manh. Các nhà máy thủy điện tích năng như Câu Dung thường hoạt động ngoài dòng sông chính và có ít rủi ro xuyên biên giới hơn, trong khi các đập khổng lồ trên dòng chính đòi hỏi các nước láng giềng phải tăng cường trao đổi.

Ngoài Nam Á, xây đập là một phần trong chiến lược an ninh năng lượng trên khắp lục địa Á-Âu. Dự án Rogun của Tajikistan, với thiết kế đập cao 335 mét, thu hút sự quan tâm của các đối tác quốc tế muốn hỗ trợ Trung Á giảm phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu. Hoạt động này cho thấy một xu hướng rộng hơn: các nước kết hợp thủy điện trên những con sông lớn ở nơi địa hình cho phép với các công trình lưu trữ như thủy điện tích năng để giữ cho lưới điện ổn định khi tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng.

Ý nghĩa đối với người tiêu dùng và ngành công nghiệp

Đối với các nhà máy và hộ gia đình ở Giang Tô, năng lực lưu trữ tăng lên đồng nghĩa với ít thiếu điện vào giờ cao điểm hơn và giảm áp lực lên lưới điện trong các đợt nắng nóng. Thủy điện tích năng giúp tránh tình trạng cắt giảm đột ngột sản lượng của các trang trại điện gió và điện mặt trời, nhờ đó điện sạch đã được đầu tư không bị lãng phí. Công nghệ này cũng giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy nhiệt điện than chạy giờ cao điểm vốn tốn kém và gây ô nhiễm.

Nhà máy dự kiến sản xuất khoảng 1,35 tỷ kilowatt giờ mỗi năm trong các chu kỳ phát điện, tương đương mức tiêu thụ điện hằng năm của khoảng một triệu hộ gia đình Trung Quốc điển hình. Phép so sánh này cho thấy quy mô của thiết bị, nhưng nên nhìn nhận thủy điện tích năng như một nguồn lực mang lại tính linh hoạt. Nhà máy tiêu thụ điện khi bơm nước và phát trả lại phần lớn lượng điện đó khi vận hành tua-bin. Giá trị của công nghệ này nằm ở việc duy trì nguồn điện khi nhu cầu tăng vọt, đồng thời giữ điện áp và tần số ổn định cho các thiết bị công nghiệp nhạy cảm.

Khi thị trường điện Trung Quốc phát triển, các nhà máy như Câu Dung sẽ có doanh thu không chỉ từ việc bán kilowatt giờ mà còn từ các dịch vụ như dự phòng nhanh và đáp ứng tần số. Những dịch vụ này ngày càng quan trọng khi điện khí hóa lan rộng trong lĩnh vực giao thông, sưởi ấm và sản xuất. Khi hệ thống có thêm năng lực lưu trữ, chi phí tích hợp các dự án điện mặt trời và điện gió mới sẽ giảm, mang lại lợi ích cho người tiêu dùng theo thời gian.

Điểm chính

• Trung Quốc đưa vào vận hành một đập thủy điện tích năng cao 182,3 mét ở Giang Tô, cao nhất thế giới thuộc loại này.
• Nhà máy chứa 17,07 triệu mét khối nước và có công suất lắp đặt 1,35 triệu kilowatt.
• Sản lượng điện hằng năm dự kiến đạt khoảng 1,35 tỷ kilowatt giờ trong các chu kỳ phát điện.
• Nhà máy cung cấp dịch vụ giảm phụ tải đỉnh, điều chỉnh tần số, điều khiển pha và dự phòng nhanh cho lưới điện miền đông Trung Quốc.
• Phụ tải đỉnh của Giang Tô đạt 156 triệu kilowatt vào mùa hè này, làm tăng giá trị của năng lực lưu trữ tại chỗ.
• Kể từ khi bắt đầu Kế hoạch 5 năm hiện nay, Trung Quốc đã bổ sung hơn 44,53 triệu kilowatt công suất thủy điện tích năng.
• Thủy điện tích năng giúp hấp thụ điện gió và điện mặt trời biến động, đồng thời giảm nhu cầu vận hành các tổ máy nhiệt điện than giờ cao điểm.
• Các kỹ sư sử dụng lớp lót chống thấm và van cầu cỡ lớn để đáp ứng mục tiêu an toàn, độ tin cậy ở độ cao này.
• Trung Quốc đang tháo dỡ nhiều đập nhỏ gây hại cho hệ sinh thái, đồng thời tăng cường giám sát các dự án lớn.
• Các kế hoạch thủy điện xuyên biên giới trên sông Brahmaputra đang được Trung Quốc và Ấn Độ thảo luận, với những lời kêu gọi minh bạch và chia sẻ dữ liệu.