Thách thức lưu trữ tại siêu cường năng lượng mặt trời
Khi Chủ tịch Tập Cận Bình tuyên bố vào tháng 12/2020 rằng Trung Quốc sẽ lắp đặt 1.200 gigawatt công suất điện gió và điện mặt trời trước năm 2030, mục tiêu này có vẻ đầy tham vọng. Thế nhưng, Trung Quốc đã đạt cột mốc đó vào tháng 7/2024, sớm hơn kế hoạch sáu năm. Đến cuối năm 2025, tổng công suất điện gió và điện mặt trời đã vượt 1.840 gigawatt, chiếm 47,3% tổng công suất điện của cả nước. Đà mở rộng chưa có dấu hiệu chậm lại. Chỉ riêng từ tháng 1 đến tháng 5/2025, Trung Quốc đã bổ sung 198 gigawatt điện mặt trời và 46 gigawatt điện gió. Riêng trong tháng 5, nước này lắp đặt thêm 93 gigawatt công suất điện mặt trời và 26 gigawatt điện gió; nhà phân tích năng lượng Lauri Myllyvirta nhận định, tùy điều kiện, lượng công suất mới này có thể tạo ra lượng điện tương đương với Ba Lan, Thụy Điển hoặc Các Tiểu vương quốc Arab Thống nhất.
Nội dung
Tăng trưởng bùng nổ này đã tạo ra một vấn đề không ngờ tới. Năng lượng tái tạo được tạo ra khi có nắng và gió, chứ không nhất thiết vào lúc người dân cần điện. Năm 2025, các quốc gia trên thế giới ghi nhận mức cắt giảm sản lượng điện kỷ lục, tức phải loại bỏ năng lượng khi lưới điện không thể hấp thụ lượng điện dư thừa. Brazil bỏ phí 20% sản lượng điện mặt trời, trong khi Đức, Pháp và Hà Lan cắt giảm tổng cộng 3,9 terawatt giờ sản lượng điện tái tạo. Thách thức then chốt hiện nay của Trung Quốc là lưu trữ năng lượng để dùng khi cần, chứ không chỉ sản xuất thêm điện.
Năm 2025, lĩnh vực lưu trữ bằng pin tăng trưởng 75% so với năm 2024, nhưng ngay cả đà mở rộng nhanh chóng này cũng chưa đáp ứng được quy mô cần thiết. Pin hóa học rất phù hợp với việc điều chỉnh tần số trong ngắn hạn, nhưng gặp vấn đề suy giảm hiệu suất và hạn chế chuỗi cung ứng khi được triển khai để lưu trữ điện trong nhiều giờ. Giải pháp nằm ở một công nghệ lâu đời được triển khai ở quy mô mới: thủy điện tích năng. Các cơ sở này hoạt động như những cục pin khổng lồ, có tuổi thọ vận hành từ 70 đến 100 năm, chi phí bảo trì thấp hơn các lựa chọn pin hóa học và không cần đến khoáng sản đất hiếm.
Thủy điện tích năng hoạt động như thế nào: Trọng lực như một cục pin
Nguyên lý của thủy điện tích năng dựa trên các quy luật vật lý cơ bản. Nước nặng hàng nghìn tấn được chứa ở độ cao trong hồ trên, tích trữ năng lượng dưới dạng thế năng trọng trường. Khi được xả xuống, nước chảy mạnh qua các tua-bin nối với máy phát điện, chuyển thế năng trở lại thành điện năng. Khác với các đập thủy điện thông thường phụ thuộc vào dòng chảy sông, hệ thống thủy điện tích năng tái sử dụng cùng một lượng nước nhiều lần, tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín có thể vận hành bất kể lượng mưa theo mùa.
Khi nhu cầu điện thấp hoặc sản lượng năng lượng tái tạo cao, các nhà máy này dùng điện dư thừa để bơm nước từ hồ dưới lên hồ trên. Khi nhu cầu đạt đỉnh, nước chảy ngược xuống qua các tua-bin để phát điện theo nhu cầu. Hệ thống lưu trữ đơn giản dựa vào trọng lực này hiện cung cấp hơn 90% tổng lượng lưu trữ năng lượng dài hạn trên toàn cầu.
Các nhà máy hiện đại ngày càng sử dụng tổ máy phát điện động cơ tốc độ thay đổi, cho phép đơn vị vận hành điều chỉnh mức tiêu thụ điện trong chế độ bơm thay vì chạy ở công suất cố định. Tính linh hoạt này giúp tăng cường khả năng ổn định lưới điện. Công nghệ này đặc biệt hiệu quả trong việc hấp thụ lượng điện dư thừa lớn và phát điện trong nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày, rất phù hợp để cân bằng sản lượng điện gió và điện mặt trời không ổn định. Dù pin lithium-ion chiếm ưu thế trên thị trường lưu trữ ngắn hạn, việc mở rộng quy mô để đáp ứng nhu cầu xả điện trong nhiều giờ vẫn tốn kém, đồng thời pin suy giảm hiệu suất khi sạc-xả liên tục với cường độ cao.
Địa hình Trung Quốc mang lại những lợi thế tự nhiên. Nghiên cứu cho thấy 79% tiềm năng thủy điện tích năng của nước này nằm ở khu vực Tây Bắc và Tây Nam, nơi địa hình núi tạo ra chênh lệch độ cao tự nhiên, rất thuận lợi cho việc xây dựng hồ chứa. Tuy nhiên, các kỹ sư cũng bắt đầu triển khai những giải pháp sáng tạo ở các vùng bằng phẳng hơn, cho thấy với đủ sự sáng tạo trong kỹ thuật, công nghệ này có thể thích ứng với nhiều dạng địa hình.
Các dự án kỷ lục làm thay đổi diện mạo ngành
Trung Quốc không chỉ xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng mà còn đang triển khai những cơ sở lớn nhất và tham vọng nhất từng được hình dung. Nhà máy thủy điện tích năng Phong Ninh tại tỉnh Hà Bắc, hoàn thành vào tháng 8/2024, hiện là cơ sở lớn nhất thế giới thuộc loại này. Do Tập đoàn Lưới điện Quốc gia Trung Quốc vận hành, Phong Ninh có 12 tổ máy bơm-tua-bin thuận nghịch, mỗi tổ công suất 300 megawatt, với tổng công suất lắp đặt 3,6 gigawatt. Dự án khởi công vào tháng 6/2013, vượt qua cơ sở giữ kỷ lục trước đó là nhà máy Bath County ở Mỹ, và hiện đóng vai trò trụ cột cho sự ổn định lưới điện miền Bắc Trung Quốc. Giai đoạn hai của cơ sở sử dụng máy phát tốc độ thay đổi tiên tiến, có định mức 330 MVA ở chế độ phát điện và 345 MVA ở chế độ bơm, cho phép điều chỉnh chính xác theo biến động tần số lưới điện.
Phong Ninh giữ kỷ lục về công suất, còn Nhà máy thủy điện tích năng Trấn Giang (Cú Dung) ở tỉnh Giang Tô giữ kỷ lục về đập cao nhất thuộc loại này. Được đưa vào vận hành tháng 10/2025, cơ sở có đập hồ trên cao 182,3 mét, tương đương tòa nhà 60 tầng và cao hơn Tượng Nữ thần Tự do. Thành tựu kỹ thuật này đặc biệt khó đạt được vì phần lớn tỉnh Giang Tô có địa hình bằng phẳng. Các kỹ sư đã sử dụng vật liệu đào tại chỗ để đắp thân đập, tạo ra chênh lệch độ cao nhân tạo ở thung lũng Lũn Sơn, nơi tự nhiên không có địa hình phù hợp.
Nhà máy Cú Dung đặt thiết bị trong một hang ngầm sâu 800 mét, gồm sáu tổ máy thuận nghịch, mỗi tổ có công suất 225 megawatt, tổng công suất 1,35 gigawatt. Hồ trên chứa 17,07 triệu mét khối nước. Trong quá trình bơm, hệ thống tiêu thụ khoảng 1,8 tỷ kilowatt giờ mỗi năm và phát ra 1,35 tỷ kilowatt giờ khi xả nước. Theo ông Vương Thần Huy, Giám đốc Ban Phát triển của Công ty Cung cấp điện Trấn Giang thuộc Tập đoàn Lưới điện Quốc gia, nhà máy cung cấp năng lực điều tiết năng lượng hai chiều khoảng 2,7 triệu kilowatt, giảm áp lực lên lưới điện trong các thời điểm nhu cầu đạt đỉnh tại vùng công nghiệp đồng bằng sông Dương Tử. Dự báo chính thức cho thấy cơ sở này sẽ giúp tránh tiêu thụ khoảng 140.000 tấn than mỗi năm, đồng thời giảm khoảng 349.000 tấn khí thải carbon dioxide hằng năm và cung cấp điện cho khoảng 360.000 hộ gia đình.
Khi vận hành toàn công suất, nhà máy sẽ cung cấp năng lực điều tiết năng lượng hai chiều khoảng 2,7 triệu kilowatt, giảm áp lực lên lưới điện trong các thời điểm nhu cầu đạt đỉnh.
Ngoài các cơ sở lưu trữ độc lập, Trung Quốc đang tiên phong xây dựng các tổ hợp kết hợp thủy điện thông thường với thủy điện tích năng. Dự án Lưỡng Hà Khẩu ở phía tây tỉnh Tứ Xuyên, được xây dựng ở độ cao 9.842 feet trên cao nguyên Tây Tạng, là hệ thống kết hợp lớn nhất thế giới. Cơ sở này ghép nhà máy thủy điện thông thường công suất 3.000 megawatt với phần thủy điện tích năng bổ sung công suất 1.200 megawatt, tạo thành tổ hợp tổng công suất 4,2 gigawatt. Dự án kết nối với Nhà máy thủy điện Yagen cấp 1, đóng vai trò hồ dưới, hình thành một cục pin nước khổng lồ. Công tác đào hầm cho nhà máy điện ngầm, nằm sâu 1.640 feet dưới mặt núi, đã hoàn tất; việc đổ bê tông cho hồ dưới hiện đang được tiến hành.
Tại tỉnh An Huy, cơ sở thủy điện tích năng Tích Khê hoạt động từ năm 2021, đóng vai trò như một "siêu ngân hàng điện" cho miền Đông Trung Quốc. Với công suất 1,8 triệu kilowatt, nhà máy đã đáp ứng 106 yêu cầu khẩn cấp của lưới điện, đạt tỷ lệ khởi động thành công 100%. Tính đến năm 2024, nhà máy đã phát 2,479 tỷ kilowatt giờ, đồng thời giảm tiêu thụ than hằng năm khoảng 216.000 tấn và cắt giảm 475.000 tấn khí thải carbon dioxide. Năm 2024, cơ sở đạt giá trị sản lượng 1,684 tỷ nhân dân tệ, đóng góp đáng kể vào phát triển kinh tế địa phương, đồng thời được công nhận là dự án kiểu mẫu cấp quốc gia về bảo tồn đất và nước.
Đổi mới theo địa hình: Từ miền núi đến ven biển
Việc phát triển thủy điện tích năng truyền thống tập trung vào các vùng núi, nơi những thung lũng tự nhiên tạo điều kiện sẵn có để xây dựng hồ trên và hồ dưới. Tại Trung Quốc, khu vực Tây Bắc và Tây Nam chiếm 79% tổng tiềm năng lưu trữ năng lượng của cả nước, trong đó riêng tỉnh Thanh Hải chiếm 32%. Các khu vực này có độ chênh cao lớn cần thiết để phát điện hiệu quả. Nghiên cứu sử dụng Hệ thống Thông tin Địa lý và Mô hình Độ cao Số đã xác định 532 hồ chứa lớn hiện có có thể hỗ trợ xây dựng thêm hồ trên, với tiềm năng lý thuyết là 9.671 gigawatt giờ. Tiềm năng khả thi 8.717 gigawatt giờ cao gấp khoảng 1,74 lần tổng công suất thủy điện tích năng hiện được lên kế hoạch và dự trữ của cả nước.
Tuy nhiên, nhu cầu năng lượng của Trung Quốc tập trung ở các tỉnh ven biển phía đông, nơi địa hình bằng phẳng từ lâu gây khó khăn cho việc phát triển các cơ sở lưu trữ. Thành công của dự án Cú Dung ở Giang Tô cho thấy thủy điện tích năng quy mô lớn vẫn có thể hoạt động ở những khu vực có địa hình nhiều thách thức. Bằng cách tạo ra chênh lệch độ cao nhân tạo và xây dựng nhà máy điện ngầm, các kỹ sư hiện có thể đặt cơ sở lưu trữ gần những trung tâm phụ tải lớn thay vì truyền điện đi xa từ các vùng núi hẻo lánh.
Hướng tới tương lai, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu phương án lưu trữ năng lượng bằng thủy điện tích năng sử dụng nước biển dọc theo bờ biển rộng lớn của Trung Quốc. Cách tiếp cận này dùng đại dương làm hồ dưới, loại bỏ nhu cầu sử dụng nước ngọt và tránh cạnh tranh nguồn nước với nông nghiệp hoặc sinh hoạt đô thị. Một nghiên cứu gần đây xác định khoảng 20.000 địa điểm ven biển tiềm năng với tổng công suất lưu trữ 4.379 gigawatt giờ. Trong số đó, 87 địa điểm có chi phí xây dựng gần với hệ thống nước ngọt thông thường, khoảng 949 euro mỗi kilowatt, đặc biệt khi tận dụng các vùng trũng tự nhiên ven biển để giảm khối lượng đào đắp. Công nghệ này có thể đóng vai trò thiết yếu trong việc kết nối các trang trại điện gió ngoài khơi ở các tỉnh ven biển, tạo ra một khuôn khổ có thể mở rộng để phối hợp phát triển lưu trữ và năng lượng tái tạo.
Tiến độ xây dựng và kiểm soát chất lượng
Tốc độ phát triển của Trung Quốc vượt xa các đối thủ toàn cầu. Tính đến tháng 5/2023, nước này vận hành 50 gigawatt công suất thủy điện tích năng, chiếm 30% tổng công suất toàn cầu. Đến tháng 8/2025, công suất lắp đặt đạt 62,365 gigawatt, vượt mục tiêu của Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 trước thời hạn. Hiện Trung Quốc có 89 gigawatt công suất đang được xây dựng, trong khi các nhà phát triển xin phê duyệt thêm 276 gigawatt. Nước này đặt mục tiêu đạt 400 gigawatt vào năm 2035, qua đó đưa thủy điện tích năng trở thành nền tảng của hệ thống lưu trữ dài hạn quốc gia.
Đà tăng tốc này dựa vào các kỹ thuật tiên tiến và phương pháp xây dựng công nghiệp hóa. Tại dự án Bình Giang ở tỉnh Hồ Nam, các kỹ sư sử dụng máy đào hầm đường kính thay đổi tên Thiên Nhạc để đào một giếng nghiêng dài 1.338 mét với góc nghiêng 50 độ. Đây là cỗ máy đầu tiên thuộc loại này, có thể điều chỉnh đường kính đào từ 6,5 mét lên 8 mét khi đi lên, sử dụng hệ thống khóa thủy lực ba kẹp để chống trượt. Máy dài 87 mét và nặng 900 tấn. Hệ thống ba kẹp tạo thành "ma trận tam giác chống trượt" theo mô tả của nhà sản xuất CRCHI, giúp máy neo vào thành giếng và tiến lên dốc an toàn bằng cách luân phiên các kẹp ở giữa và phía sau sau mỗi 1,5 mét để duy trì lực đẩy ngược liên tục. Những đổi mới như vậy giúp các dự án được triển khai theo tiến độ rút ngắn; một số tổ máy đi vào hoạt động chỉ 18 tháng sau khi bắt đầu lắp đặt.
Tuy nhiên, tốc độ nhanh cũng làm lộ rõ những thách thức về kiểm soát chất lượng. Cuối năm 2025, dự án thủy điện tích năng Vĩnh An tại tỉnh Phúc Kiến, một công trình trọng điểm trị giá 7,5 tỷ nhân dân tệ (1,06 tỷ USD), vướng vào bê bối sau khi xuất hiện thông tin về "các khiếm khuyết nghiêm trọng về chất lượng" trong quá trình xây dựng hồ dưới. Cục Năng lượng Quốc gia mở cuộc điều tra về cáo buộc sử dụng vật liệu không đạt tiêu chuẩn và thi công cẩu thả tại công trường, vốn là dự án ưu tiên trong kế hoạch 5 năm quốc gia giai đoạn 2021-2025. Tập đoàn Xây dựng Điện lực Trung Quốc, công ty mẹ của các nhà thầu, đã lập nhóm điều tra đặc biệt và cam kết xử lý các vấn đề theo luật pháp và quy định. Vụ việc cho thấy sự căng thẳng giữa tốc độ xây dựng và tính nghiêm ngặt trong kỹ thuật khi Trung Quốc chạy đua mở rộng hạ tầng lưu trữ.
Cuộc đua toàn cầu về lưu trữ dài hạn
Việc Trung Quốc mở rộng các cơ sở lưu trữ là một phần trong làn sóng phát triển thủy điện tích năng trở lại trên toàn cầu. Hiệp hội Thủy điện Quốc tế cho biết các nhà phát triển trên khắp thế giới đang theo đuổi 570 gigawatt công suất thủy điện tích năng mới, trong đó Trung Quốc chiếm khoảng 40% danh mục dự án. Eddie Rich, Giám đốc điều hành IHA, nhấn mạnh rằng mức cắt giảm sản lượng điện tái tạo kỷ lục là dấu hiệu cảnh báo: công suất phát điện phải đi đôi với hạ tầng lưu trữ.
Mức cắt giảm sản lượng kỷ lục mà chúng ta chứng kiến trong năm 2025 là một dấu hiệu cảnh báo rõ ràng. Thế giới đang nhanh chóng xây dựng công suất phát điện sạch, nhưng giờ đây tốc độ đó phải đi đôi với việc xây dựng hạ tầng cần thiết để sử dụng hoặc lưu trữ nguồn điện này.
Ông Rich nói thêm: "Nếu nghiêm túc với an ninh năng lượng, chủ quyền năng lượng và khả năng chống chịu, thủy điện tích năng phải được xem là xương sống, chứ không phải điều nghĩ đến sau cùng."
Các quốc gia khác triển khai chậm hơn do vướng quy định và thủ tục cấp phép. Tại châu Âu, dự án Riedl công suất 300 megawatt của Đức được phê duyệt sau hơn một thập kỷ quy hoạch, trong khi cơ sở Limberg III của Áo đi vào hoạt động tháng 9/2025 sau bốn năm xây dựng ngầm với cường độ cao. Mỹ có hơn 90 dự án đang được phát triển, trong đó có cơ sở Goldendale công suất 1.200 megawatt ở bang Washington, nhưng các quy trình cấp phép theo luật từ thập niên 1980 khiến phần lớn dự án sẽ chưa thể hoạt động trong ít nhất một thập kỷ.
Vương quốc Anh có kế hoạch xây dựng 10 gigawatt thủy điện tích năng trước giữa thập niên 2030, trong đó có dự án Earba công suất 1.800 megawatt tại vùng cao nguyên Scotland. Các dự án này nhằm hấp thụ điện gió dư thừa và thay thế các nhà máy điện khí đắt đỏ chuyên đáp ứng nhu cầu giờ cao điểm. Tại Trung Đông, Cơ quan Điện và Nước Dubai đã bắt đầu vận hành thử cơ sở Hatta công suất 250 megawatt, nhà máy đầu tiên thuộc loại này trong khu vực Vùng Vịnh. Với đập trên chứa 5,3 triệu mét khối nước và nhà máy điện nằm sâu 60 mét dưới lòng đất, cơ sở này hỗ trợ Chiến lược Phát thải carbon bằng 0 của Dubai đến năm 2050.
Ấn Độ đang theo đuổi các dự án quy mô lớn để bổ trợ cho đội ngũ nhà máy điện mặt trời và điện gió đang mở rộng nhanh chóng. Dự án Gandikota công suất 1.800 megawatt ở bang Andhra Pradesh sẽ sử dụng tua-bin bơm thuận nghịch do Andritz cung cấp, trong khi tổ hợp Pinnapuram của Greenko kết hợp 1.000 megawatt điện mặt trời, 550 megawatt điện gió và 1.200 megawatt thủy điện tích năng vòng kín, trở thành cơ sở năng lượng tái tạo kết hợp lưu trữ đầu tiên của Ấn Độ. Danh mục dự án của Australia gồm Snowy 2.0, sẽ bổ sung 2.000 megawatt công suất thông qua việc đào hầm nối các hồ chứa, và dự án Kidston ở Queensland, cải tạo một mỏ vàng cũ thành cơ sở lưu trữ công suất 250 megawatt.
Pablo Valverde, Phó Giám đốc điều hành Hiệp hội Thủy điện Quốc tế, bày tỏ sự ngưỡng mộ trước tiến bộ của Trung Quốc.
Thật truyền cảm hứng khi chứng kiến nguồn năng lượng tái tạo đầu tiên tiếp tục lập kỷ lục mới, hỗ trợ công nghệ mới và tìm ra các giải pháp mới. Ngành thủy điện không ngừng đổi mới, và chúng tôi mong muốn đưa một phái đoàn quốc tế đến Trung Quốc để tìm hiểu thêm về những phát triển mới nhất tại đây.
Điểm chính
- Trung Quốc vượt mục tiêu điện gió và điện mặt trời năm 2030 trước sáu năm, đạt 1.840 gigawatt vào cuối năm 2025, làm gia tăng nhu cầu cấp thiết về lưu trữ năng lượng để xử lý tính bất ổn và tình trạng cắt giảm sản lượng.
- Thủy điện tích năng dùng điện dư thừa để bơm nước lên cao, sau đó xả nước qua tua-bin để phát điện; công nghệ này cung cấp hơn 90% lượng lưu trữ năng lượng dài hạn toàn cầu và có tuổi thọ vận hành từ 70 đến 100 năm.
- Nhà máy Phong Ninh công suất 3,6 gigawatt ở tỉnh Hà Bắc là cơ sở thủy điện tích năng lớn nhất thế giới, còn nhà máy Cú Dung ở Giang Tô có đập cao nhất, 182,3 mét, chứng minh công nghệ này có thể hoạt động ngay cả ở địa hình bằng phẳng.
- Trung Quốc đang vận hành 62 gigawatt công suất thủy điện tích năng, có 89 gigawatt đang được xây dựng và đặt mục tiêu đạt 400 gigawatt vào năm 2035 để hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo.
- Các kỹ sư đang điều chỉnh công nghệ để phù hợp với nhiều dạng địa hình, trong đó có các hệ thống thử nghiệm dùng nước biển tại vùng trũng ven biển và các nhà máy kết hợp thủy điện thông thường với lưu trữ.
- Lo ngại về kiểm soát chất lượng đã xuất hiện tại một số dự án, trong đó có cơ sở Vĩnh An ở Phúc Kiến, nơi các cuộc điều tra ghi nhận cáo buộc khiếm khuyết trong xây dựng, cho thấy rủi ro của việc mở rộng quá nhanh.
- Các nhà phát triển toàn cầu đang theo đuổi 570 gigawatt công suất thủy điện tích năng mới. Trung Quốc xây dựng nhanh hơn các nước phương Tây nhờ thủ tục cấp phép được đơn giản hóa, trong khi nhiều quốc gia khác phải đối mặt với quy trình phê duyệt kéo dài cả thập kỷ.
