Dự án Thủy điện Ialy mở rộng - Công trình cấp thiết của hệ thống điện Việt Nam

Vai trò của thủy điện trong hệ thống khi Việt Nam phát triển mạnh điện mặt trời

Phát triển điện mặt trời kết hợp công nghệ lưu trữ năng lượng ở Việt Nam

Ngày 27/4 Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và Liên danh Nhà thầu gồm: Tổng công ty Xây dựng Lũng Lô, Tổng công ty Xây dựng Trường Sơn (Bộ Quốc phòng), Tổng công ty Sông Đà, Tổng công ty Cổ phần Xuất nhập khẩu và Xây dựng Việt Nam, Công ty Cổ phần Lilama 10 đã tổ chức lễ ký kết hợp đồng Gói thầu 37 (XL-05) - Thi công xây lắp công trình dự án Nhà máy Thủy điện Ialy mở rộng. Như vậy, sau khi khởi công xây dựng Nhà máy Thủy điện Hòa Bình mở rộng ngày 10/1/2021, sắp tới EVN sẽ triển khai xây dựng Nhà máy Thủy điện Ialy mở rộng với 2 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 180 MW và khi hoàn thành việc xây dựng mở rộng thì tổng công suất Nhà máy này sẽ đạt 1.080 MW.

Dự án mở rộng Thủy điện Ialy đã được xác định trong danh mục Quy hoạch điện VII điều chỉnh (Văn bản phê duyệt số 428/QĐ-TTg ngày 18 tháng 3 năm 2016 của Thủ Tướng Chính Phủ) với mục tiêu đưa công trình vào vận hành năm 2020. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân, trong đó có vấn đề khó khăn về việc thu xếp vốn và thủ tục chuẩn bị đầu tư chậm trễ kéo dài nên dự án đã phải lùi tiến độ, dự kiến quý 2/2021 khởi công xây dựng và kế hoạch phát điện cả hai tổ máy trong năm 2024.

Mục tiêu của các dự án mở rộng này nhằm tăng khả năng huy động công suất, đặc biệt là trong các giờ cao điểm, góp phần cải thiện chế độ làm việc của hệ thống điện (tăng nguồn và điện năng phủ đỉnh của biểu đồ phụ tải, tăng tính linh hoạt trong vận hành, tăng tính ổn định và an toàn...), qua đó góp phần giảm chi phí sản xuất của hệ thống. Giá trị của việc mở rộng thủy điện không đơn thuần là phần điện năng tăng thêm do mở rộng công suất mà là giá trị về công suất khả dụng, khả năng tham gia phủ đỉnh, hoặc hỗ trợ hệ thống với thời gian nhanh nhất. Hiệu quả kinh tế thể hiện qua lượng điện năng mà phần mở rộng chuyển đổi được từ giờ thấp điểm sang giờ cao điểm.

Ngoài ra, khi mở rộng để tăng công suất đặt, các nhà máy thủy điện cũng cung cấp thêm một phần năng lượng đáng kể và nâng cao chất lượng điện cho hệ thống điện. Chính vì thế, trong cơ cấu nguồn điện tương lai, vai trò của các nhà máy thủy điện cần được xác định lại theo hướng đảm nhận vai trò phủ đỉnh biểu đồ phụ tải và dự phòng công suất sự cố (cho các nguồn điện mặt trời và gió) để phát huy tối đa ưu thế của thủy điện. Mặt khác, dự án còn giảm bớt cường độ làm việc của các tổ máy hiện hữu, qua đó kéo dài tuổi thọ của các thiết bị, tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa.

Về công trình thủy điện Ialy hiện hữu:

Thác Ialy là một trong những thác nước lớn nhất Việt Nam với chiều cao đo được 42 mét. Tên gọi Ialy được lý giải bởi truyền thuyết truyền khẩu về mối tình bi kịch của đôi trai gái người Jrai là chàng Rốc và nàng H’Li. Ialy nghĩa là "nước mắt nàng H’Li" đã chết vì khóc thương người yêu không trở về, dòng nước mắt của nàng chảy thành thác. Và lợi thế thác tự nhiên này được chúng ta khai thác tạo ra dòng điện phục vụ con người.

Thủy điện Ialy là công trình thủy điện được khởi công xây dựng đầu tiên trên sông Sê San từ năm 1993, có vị trí xây dựng nằm trên địa bàn bàn huyện Chưpăh, tỉnh Gia Lai và huyện Sa Thầy, tỉnh Kon Tum, Nhà máy đã hòa điện tổ máy 1 vào lưới điện quốc gia vào tháng 5 năm 2000 và hoàn thành xây dựng công trình vào tháng 4 năm 2002.

Hình 1. Toàn cảnh hiện trạng công trình Thủy điện Ialy (nhìn từ phía thượng lưu).

Với công suất lắp máy 720 MW, hàng năm Thủy điện Ialy đóng góp 3.680 triệu kWh cho lưới điện quốc gia. Đây là công trình Thủy điện lớn thứ hai sau Thủy điện Hòa Bình tại thời điểm đó do các chuyên gia, kỹ sư Công ty Khảo sát Thiết kế Điện 1 (nay là Công ty CP Tư vấn Xây dựng Điện 1) chủ trì khảo sát, thiết kế và giám sát thi công. Sau khi Nhà máy Thủy điện PleiKrông đưa vào vận hành, với sự tham gia điều tiết của hồ chứa phía thượng lưu, hiện nay với 4 tổ máy hiện tại của Nhà máy Thủy điện Ialy đủ đảm bảo phát 4 tổ máy với thời gian liên tục trong ngày của mùa kiệt là 12,94 giờ và số sử dụng công suất lắp máy là 5.570 giờ/năm. Việc mở rộng quy mô, tăng công suất Thủy điện Ialy sẽ tập trung được lượng nước có thể sử dụng hàng ngày trong mùa khô để phát điện vào những giờ cao điểm; tận dụng được lượng nước phải xả qua tràn trong mùa lũ; tăng được công suất dự phòng cho hệ thống điện; tăng công suất phản kháng chạy bù cho hệ thống khi có yêu cầu đảm bảo ổn định điện áp cho lưới điện 500 kV.

Ngoài tiềm năng về sản xuất điện, công trình Thủy điện Ialy còn tạo nên một hồ nước rộng lớn, trong xanh nằm giữa núi rừng Tây Nguyên với diện tích mặt hồ là 64,5 km2 và dung tích chứa 1,03 tỷ m3 nước. Hồ Ialy là điểm du lịch sinh thái hấp dẫn đối với mọi du khách trong và ngoài nước khi đến với Tây Nguyên nhờ có cảnh sắc nên thơ, hùng vĩ. Không những thế, hồ Ialy cũng chính là nguồn cung cấp nước và nguồn lợi thủy sản dồi dào cho người dân hai tỉnh Gia Lai và Kon Tum.

Đến cuối năm 2011 đã có 6 nhà máy thủy điện thuộc hệ thống bậc thang thủy điện trên sông Sê San (xem hình 2) đã được đưa vào vận hành, riêng nhà máy thủy điện Thượng Kon Tum đang thi công và vừa đưa tổ máy 1 hòa lưới điện vào ngày 24/3/2021.

Hình 2. Sơ đồ bậc thang thủy điện sông Sê San.

Đây là các công trình thủy điện do các chuyên gia, kỹ sư PECC1 nghiên cứu, khảo sát và thiết kế qua các thời kỳ, bao gồm:

1/ Thủy điện Thượng Kon Tum trên nhánh sông Đak Nghe (đang thi công).

2/ Thủy điện PleiKrông trên nhánh sông Krông Pôcô (hoàn thành tháng 5/2009).

3/ Thủy điện Ialy trên dòng chính Sê San (hoàn thành năm tháng 2/2002).

4/ Thủy điện Sê San 3 trên dòng chính Sê San (hoàn thành tháng 7/2006).

5/ Thủy điện Sê San 3A trên dòng chính Sê San (hoàn thành tháng 6/2007).

6/ Thủy điện Sê San 4 trên dòng chính Sê San (hoàn thành tháng 3/2010).

7/ Thủy điện Sê San 4A trên dòng chính Sê San (hoàn thành tháng 10/2011).

Trong những năm đầu vận hành, do các dự án thủy điện phía hạ lưu chưa xây dựng cho nên trong mùa kiệt, ngoài việc sản xuất điện năng, Nhà máy Thủy điện Ialy phải vận hành đảm bảo dòng chảy môi trường ở hạ lưu như đã thỏa thuận với phía Cămpuchia. Vì vậy, trong những năm đầu vận hành, vào mùa kiệt Thủy điện Ialy phải phát điện trong tất cả các giờ trong ngày.

Thời điểm hiện nay, khi các công trình trong bậc thang thủy điện trên sông Sê San (phần lãnh thổ Việt Nam) đã hoàn thành xây dựng thì việc đảm bảo duy trì dòng chảy ở hạ lưu trong mùa kiệt sẽ do Nhà máy Thủy điện Sê San 4A đảm nhận.

Theo quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Sê San (Quyết định ban hành số 215/QĐ-TTg ngày 13/2/2018) quy định trong mùa cạn Nhà máy Thủy điện Ialy vận hành xả nước về hạ du đảm bảo lưu lượng trung bình ngày theo từng thời kỳ, cho nên trong ngày mùa khô Thủy điện Ialy có thể tập trung nước để phát điện trong một số giờ mà không phải vận hành trong tất cả các giờ trong ngày như trước đây nữa. Vì vậy, phần công suất mở rộng Nhà máy Thủy điện Ialy không ảnh hưởng đến yêu cầu duy trì dòng chảy ở hạ lưu. Các nhà máy thủy điện ở thượng lưu Thủy điện Ialy là Thượng Kon Tum và PleiKrông cũng không bị ảnh hưởng do việc mở rộng quy mô công suất của Nhà máy này. Việc mở rộng qui mô công suất sẽ làm gia tăng lưu lượng thiết kế phát điện của Thủy điện Ialy từ 420 m3/s lên 636 m3/s, đồng thời giá trị lưu lượng phát điện này được tập trung trong các giờ cao điểm của biểu đồ phụ tải ngày mùa khô. Như vậy sẽ có những ảnh hưởng đối với các nhà máy thủy điện phía sau Thủy điện Ialy.

Để xác định những ảnh hưởng có thể xẩy ra đối với các nhà máy thủy điện phía sau Thủy điện Ialy khi mở rộng thêm 2 tổ máy, các chuyên gia PECC1 đã tính toán kết hợp với thí nghiệm mô hình thủy lực (do Viện Năng lượng thực hiện) theo các kịch bản vận hành cho kết quả như sau:

1/ Về ảnh hưởng đối với Nhà máy Thủy điện Sê San 3:

Dòng chảy từ cửa ra của Nhà máy Thủy điện Ialy đổ trực tiếp vào hồ Thủy điện Sê San 3, nhưng không gây ra dao động mực nước đáng kể tại hồ Thủy điện Sê San 3, cho nên việc thay đổi lưu lượng xả ra từ Thủy điện Ialy trong ngày mùa khô sẽ không gây ra ảnh hưởng xấu đối với khu vực ven sông và ven hồ chứa Sê San 3. Dòng chảy đến tuyến công trình Thủy điện Sê San 3 chủ yếu là lưu lượng xả ra từ Thủy điện Ialy, phần lưu lượng được bổ sung từ lưu vực ở khu giữa (từ hạ lưu Thủy điện Ialy đến tuyến công trình Thủy điện Sê San 3) là không nhiều.

Trong quá trình thiết kế Nhà máy Thủy điện Sê San 3, khi tiến hành lựa chọn công suất lắp máy, các chuyên gia PECC1 trước đây đã tính toán đến yêu cầu tập trung phát năng lượng tối đa có thể được trong những giờ cao điểm của biểu đồ phụ tải ngày mùa khô. Theo nguyên tắc này, đã tính toán tận dụng tối đa khả năng điều tiết của hồ Sê San 3 để tăng lưu lượng thiết kế phát điện của các tổ máy ở Nhà máy Thủy điện Sê San 3 đến giá trị Qtđ = 490 m3/s, lớn hơn 16% so với lưu lượng thiết kế phát điện ở Thủy điện Ialy trong khi lưu lượng bổ sung khu giữa hai nhà máy không đáng kể. Lưu lượng thiết kế phát điện tại Nhà máy Thủy điện Sê San 3 là 490 m3/s, công suất lắp máy của Nhà máy Thủy điện Sê San 3 đã được lựa chọn là 260 MW với hồ điều tiết ngày với dung tích điều tiết là 3,9 triệu m3. Do không có hồ điều tiết có qui mô đủ lớn nên Thủy điện Sê San 3 phụ thuộc trực tiếp vào lưu lượng phát điện cùng thời điểm của Thủy điện Ialy.

Nhiệm vụ phần dung tích hữu ích của hồ chứa Thủy điện Sê San 3 trước và sau khi mở rộng quy mô công suất tại Nhà máy Thủy điện Ialy sẽ có thay đổi, khi tại Thủy điện Ialy tập trung phát công suất tối đa (sau khi mở rộng) trong những giờ cao điểm của biểu đồ phụ tải ngày mùa khô, kết quả tính toán như sau:

- Mực nước tại hồ Thủy điện Sê San 3 sẽ được giữ ở cao độ khoảng 303,6 m trước khi Nhà máy Thủy điện Ialy bắt đầu phát điện với công suất lớn nhất (sau khi mở rộng) trong giờ cao điểm.

- Khi Nhà máy Thủy điện Ialy bắt đầu phát công suất lớn nhất (sau khi mở rộng) thì đồng thời Nhà máy Thủy điện Sê San 3 cũng phát điện với công suất lớn nhất. Lượng nước dư thừa do chênh lệch lưu lượng phát điện giữa 2 nhà máy thủy điện này sẽ được tích vào hồ Sê San 3 để nâng mực nước hồ lên cao độ mực nước dâng (MND) là 304,5 m.

- Khi Thủy điện Ialy ngừng phát điện (do ngoài giờ cao điểm), Thủy điện Sê San 3 tiếp tục phát điện với lượng nước đã được tích vào hồ và hạ dần mực nước hồ xuống để sẵn sàng phát điện chu kỳ tiếp theo khi Thủy điện Ialy phát điện.

Theo sơ đồ vận hành này, năng lượng và công suất phát điện tại các giờ cao điểm của Thủy điện Sê San 3 sau khi Thủy điện Ialy mở rộng quy mô công suất thì không có gì thay đổi, tuy nhiên năng lượng trung bình ngày của Thủy điện Sê San 3 sẽ có giảm do phải hạ thấp cột nước ở một số giờ khác (kết quả tính toán xem bảng 1).

Bảng 1: Kết quả tính toán điện năng Nhà máy Thủy điện Sê San 3 trong trường hợp Nhà máy Thủy điện Ialy mở rộng quy mô công suất:

Như vậy, khi vận hành dự án Thủy điện Ialy mở rộng sẽ làm sản lượng điện bình quân năm của Thủy điện Sê San 3 giảm đi 3,5 triệu kWh và giá trị này khi được tính với giá điện năm 2018 của nhà máy là 626 đồng/kWh thì giảm doanh thu tương đương là 2,18 tỷ đồng/năm. Trong phân tích hiệu ích dự án, khoản tính toán giảm doanh thu này của Nhà máy Thủy điện Sê San 3 (2,18 tỷ/năm) được coi là chi phí đối với dự án mở rộng.

2/ Về ảnh hưởng đối với Nhà máy Thủy điện Sê San 3A:

Nhà máy Thủy điện Sê San 3A nằm ở ngay phía hạ lưu Thủy điện Sê San 3. Thủy điện Sê San 3A sử dụng trực tiếp dòng chảy xả ra từ Thủy điện Sê San 3, có bổ sung thêm phần nhỏ lưu lượng từ lưu vực khu giữa (từ hạ lưu Thủy điện Sê San 3 đến tuyến công trình Sê San 3A). Lưu lượng phát điện tính toán lớn nhất của Thủy điện Sê San 3A là Qmax = 564 m3/s.  Hồ Thủy điện Sê San 3A có dung tích điều tiết là 4 triệu m3, có khả năng điều tiết ngày dòng chảy xả ra từ Thủy điện Sê San 3. Do vậy, việc mở rộng công suất tại Nhà máy Thủy điện Ialy không làm thay đổi điều kiện vận hành và không làm giảm hiệu quả phát điện của Nhà máy Thủy điện Sê San 3A.

3/ Về ảnh hưởng đối với Nhà máy Thủy điện Sê San 4 và Sê San 4A:

Nhà máy Thủy điện Sê San 4 nằm ở hạ lưu Thủy điện Sê San 3A. Với mực nước dâng bình thường 215 m, mực nước chết 210 m, lưu lượng thiết kế 719 m3/s, dung tích hữu ích của hồ chứa là 264,16 triệu m3 nên hồ Sê San 4 có khả năng điều tiết năm. Do vậy, việc mở rộng công suất tại Thủy điện Ialy không làm ảnh hưởng đến điều kiện vận hành của Thủy điện Sê San 4. Chế độ điều tiết của Thủy điện Sê San 4 vẫn được thực hiện bình thường theo thiết kế khi Thủy điện Ialy mở rộng quy mô công suất.

Nhà máy Thủy điện Sê San 4A nằm ở hạ lưu Nhà máy Thủy điện Sê San 4. Lưu lượng phát điện và điều kiện vận hành của Thủy điện Sê San 4A phụ thuộc trực tiếp vào chế độ vận hành của Thủy điện Sê San 4. Vì vậy, điều kiện vận hành của Thủy điện Sê San 4A không bị ảnh hưởng gì do việc mở rộng quy mô công suất của Thủy điện Ialy.

Hình 3. Sơ đồ không gian tuyến năng lượng Nhà máy Thủy điện Ialy mở rộng.

Trên cơ sở các nghiên cứu, tính toán trong giai đoạn lập thiết kế kỹ thuật công trình, kiến nghị các thông số chính, sơ đồ khai thác thủy năng của dự án Nhà máy Thủy điện Ialy mở rộng như sau:

- Dự án Thủy điện Ialy mở rộng là công trình cấp I theo Quy chuẩn Việt Nam QCVN 04-05 : 2012/BNNPTNT.

- Mực nước dâng bình thường: 515.0 m.

- Mực nước chết: 490.0 m.

- Đập dâng, đập tràn sử dụng chung với công trình hiện hữu.

- Nhà máy Thủy điện Ialy mở rộng (nhà máy kiểu hở) có các thông số chính sau:

+ Tuyến năng lượng bên bờ phải sông Sê San với đường hầm dẫn nước đào trong đá, nhà máy thủy điện kiểu hở.

+ Công suất lắp máy: 360 MW.

+ Điện lượng trung bình năm: 233,2 triệu kWh/năm.

+ Dự toán xây dựng công trình: 5.575.532.957.000  đồng.

Các hạng mục công trình của Thủy điện Ialy mở rộng bao gồm: Kênh dẫn vào cửa lấy nước có tổng chiều dài là 317,54 m (đoạn 1 dài 117,54 m đi từ đầu kênh đến đầu đoạn chuyển tiếp đáy kênh, đoạn 2 là đoạn kênh chuyển tiếp dài 75,0 m và đoạn cuối kênh dài 125,00 m); cửa lấy nước, đường hầm dẫn nước dài 3.314,77 m với đường kính trong 7 m, rồi đến tháp điều áp. Tiếp theo là đường ống áp lực gồm 3 đoạn: Đường ống áp lực trên, đường ống áp lực đứng và đường ống áp lực dưới, riêng đường ống áp lực dưới gồm có đoạn ngầm và đoạn hở; kế tiếp là nhà máy thủy điện, kênh dẫn ra sau nhà máy (xem hình 3).

Dự kiến tháng 6/2021 khởi công và đưa công trình vào vận hành cuối năm 2024.

Kết luận: 

Việc mở rộng Nhà máy Thủy điện Ialy được thực hiện theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh và là cấp thiết trong hoàn cảnh hiện nay khi điện mặt trời đã đạt trên 20.000 MW nhằm tăng công suất dự phòng cho hệ thống điện. Nhà máy Thủy điện Ialy mở rộng khi đưa vào hoạt động có hiệu quả như sau:

1/ Tăng khả năng huy động công suất thêm 360 MW cho phụ tải trong mùa khô, đặc biệt là trong các giờ cao điểm, trong đó:

- Tăng thêm điện lượng trung bình năm: 223,60 triệu kWh/năm.

- Tăng khả năng huy động công suất giờ cao điểm mùa khô: 364,90 triệu kWh/năm.

2/ Góp phần cải thiện chế độ làm việc của hệ thống điện (tăng nguồn và điện năng phủ đỉnh của biểu đồ phụ tải, tăng tính linh hoạt trong vận hành, tăng hệ số tin cậy, an toàn…) qua đó góp phần giảm chi phí sản xuất của hệ thống.

3/ Giảm bớt cường độ làm việc của các tổ máy hiện hữu, qua đó kéo dài tuổi thọ của thiết bị, tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa.

4/ Tăng công suất phản kháng chạy bù cho hệ thống khi có yêu cầu góp phần đảm bảo ổn định điện áp cho lưới điện 500 kV.

5/ Giảm phát thải hàng năm: Với sản lượng điện thiết kế bình quân của dự án Nhà máy Thủy điện Ialy mở rộng là 223,60 triệu kWh/năm thì lượng giảm phát thải hàng năm ước tính khoảng 125.000 tấn CO2 (theo hệ số giảm phát thải của Việt Nam năm 2015 do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành)./.

TS. NGUYỄN HUY HOẠCH - HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

[1] . Nhà máy thủy điện Ialy mở rộng. Thiết kế kỹ thuật. Báo cáo tóm tắt. PECC1, năm 2020.

 [2] . Quyết định số 215/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 13/2/2018: Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Sê San.