2023 - Một năm đầy sóng gió trong công tác vận hành thủy điện ở Việt Nam

Khai thác nguồn thủy năng theo Quy hoạch điện VIII - Những vấn đề cần quan tâm Theo Quy hoạch điện VIII, Việt Nam tiếp tục xây dựng các công trình thủy điện đã được quy hoạch, thủy điện nhỏ, thủy điện cột nước thấp, mở rộng công suất các nhà máy thủy điện đang vận hành, điện thủy triều và thủy điện tích năng. Nhưng để nhanh chóng triển khai, chúng ta cần đơn giản hóa quy trình cấp phép đầu tư. Riêng thủy điện tích năng, cần có chính sách cụ thể về giá mua - bán điện hợp lý để các thành phần kinh tế có thể tham gia đầu tư phát triển. (Tổng hợp, phân tích của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam).

Vai trò quan trọng của thủy điện trong hệ thống điện Việt Nam:

Các nhà máy thủy điện của nước ta đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện quốc gia, ngoài việc sản xuất điện năng, còn tích cực tham gia chống lũ, cung cấp nước cho hạ du phục vụ sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và cấp nước sinh hoạt.

Đến nay chúng ta đã xây dựng và đưa vào vận hành các nhà máy thủy điện với tổng công suất đạt 22.544 MW (tính đến cuối năm 2022), với sản lượng điện hàng năm cán mốc 75 - 85 tỷ kWh/năm. Đặc biệt, năm 2022 do điều kiện thủy văn thuận lợi, con số này là 95,054 tỷ kWh, chiếm tỷ lệ 35,4% trong tổng lượng điện năng sản xuất và nhập khẩu toàn hệ thống (năm 2022 điện lượng đạt 268,4 tỷ kWh). Cơ cấu công suất nguồn thủy điện trong hệ thống điện nước ta tính đến cuối năm 2022 chiếm tỷ lệ chỉ còn 29%. Xem hình dưới đây:

Cơ cấu công suất nguồn điện toàn hệ thống, tính đến cuối năm 2022. (Nguồn: EVN).

Trong năm 2023 đã đưa vào vận hành Nhà máy Thủy điện Hồi Xuân, có công suất 102 MW với 3 tổ máy, mỗi tổ máy công suất 34MW; Nhà máy Thủy điện Sông Lô 7, có công suất 36 MW với 3 tổ máy, mỗi tổ máy công suất 12MW; Nhà máy Thủy điện Nậm Cúm 56 MW với 2 tổ máy, mỗi tổ máy công suất 28 MW và các nhà máy thủy điện nhỏ tổng công suất 857 MW.

Như vậy, tổng công suất nguồn thủy điện tính đến cuối năm 2023 là 23.595 MW. Dung tích chống lũ của các hồ thủy điện trên cả nước đạt 15,8 tỷ m3 (riêng các hồ chứa thủy điện ở phía Bắc chiếm 15 tỷ m3). Điều này cho thấy vai trò chống lũ của các hồ chứa thủy điện khu vực phía Bắc rất quan trọng. Các hồ chứa này được yêu cầu tích nước với dung tích hữu ích đa số trên 90% và không nhỏ hơn 70% vào thời điểm tháng 11 hàng năm - tức là vào đầu mùa khô.

Riêng đối với miền Bắc, nguồn thủy điện rất quan trọng, hiện chiếm tỷ trọng 43,6% trong tổng số nguồn điện khu vực. Do vậy, nếu để thiếu nước sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc đảm bảo cung ứng điện cho vùng này.

Theo Quy hoạch điện VIII, tới năm 2030, tổng công suất các nguồn thủy điện (bao gồm cả thủy điện nhỏ) dự kiến đạt 29.346 MW, với sản lượng điện năng là 101,7 tỷ kWh. Ngày nay, khi công suất nguồn điện từ mặt trời và gió tăng mạnh, thì vai trò của thủy điện càng trở nên quan trọng và không thể thay thế. Ngoài việc phát điện, chống lũ và cấp nước cho hạ du, thủy điện còn 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.

Tình hình vận hành các nhà máy thủy điện trong năm 2023:

Năm 2023, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và hiện tượng El Nino dẫn tới tình hình thủy văn không thuận lợi, mưa ít, nắng nóng kéo dài đã ảnh hưởng đến công tác vận hành các nhà máy thủy điện trong cả nước. Trong 3 tháng đầu năm 2023, tình hình cung ứng điện vẫn được đảm bảo khi phụ tải thấp hơn so với cùng kỳ năm 2022, lưu lượng nước về các hồ thủy điện vẫn tăng đều. Trong quý 1 năm 2023, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã tổ chức vận hành tối đa các nhà máy thủy điện: Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang để tạo điều kiện thuận lợi cho các công trình thủy lợi phía hạ lưu vận hành lấy nước, bảo đảm cung cấp đủ điện cho các trạm bơm hoạt động phục vụ gieo cấy lúa vụ Đông Xuân 2022 - 2023 cho các tỉnh trung du và Đồng bằng Bắc bộ.

Với phương châm vận hành tiết kiệm nước triệt để đối với các nhà máy thủy điện đa mục tiêu, nhất là các nhà máy thủy điện ở miền Bắc nhằm đảm bảo lượng nước đủ để cung cấp điện lâu dài đến hết mùa khô. Bước sang tháng 4/2023, tình hình vận hành hệ thống điện thay đổi nhanh chóng với việc phụ tải tăng cao; lưu lượng nước về các hồ giảm thấp đột ngột; các nhà máy nhiệt điện than bị sự cố nhiều (gồm cả các sự cố kéo dài và sự cố ngắn ngày), một số nhà máy điện than xảy ra tình trạng thiếu than, do vậy phải tiếp tục vận hành các nhà máy thủy điện, dẫn đến sụt giảm mực nước trong các hồ, đặc biệt là các hồ thủy điện lớn ở miền Bắc.

Ngay từ đầu tháng 5/2023, EVN đã xác định với tháng cao điểm nắng nóng của mùa hè năm 2023, hệ thống điện miền Bắc có nguy cơ sẽ gặp tình trạng không đáp ứng được phụ tải đỉnh trong các tháng 5, tháng 6 với công suất thiếu hụt lớn nhất ước tính lên tới 1.600 MW cho đến 1.900 MW. Đến cuối tháng 5 và đầu tháng 6, hệ thống điện miền Bắc đã xảy ra tình trạng thiếu hụt nguồn cung do nước về các hồ thủy điện rất thấp, đặc biệt vào thời kỳ cuối mùa khô (từ giữa tháng 5 đến giữa tháng 6). Hầu hết các hồ thủy điện lớn miền Bắc đã suy giảm về mức nước chết (bao gồm hồ chứa các thủy điện: Lai Châu, Sơn La, Tuyên Quang, Bản Chát, Hủa Na, Thác Bà...). Điển hình như ngày 6/5/2023, mặc dù là ngày nghỉ cuối tuần nhưng công suất tiêu thụ toàn quốc cũng đã lên tới hơn 43.300 MW và sản lượng tiêu thụ ngày này trong toàn quốc cũng đạt hơn 895 triệu kWh.

Theo số liệu công bố của EVN cho thấy: 23 nhà máy thủy điện có hồ chứa lớn vào thời điểm ngày 9/6/2023 có tổng dung tích hữu ích trung bình chỉ còn 18%, đặc biệt như hồ chứa của thủy điện: Lai Châu, Trung Sơn, Sê San 3, Sê San 3A... về mực nước chết, không còn dung tích hữu ích để phát điện. Các hồ thủy điện: Sơn La, Tuyên Quang, Bản Chát, dung tích hữu ích chỉ còn 1%. Các hồ thủy điện: Bản Vẽ, Thác Bà, dung tích hữu ích chỉ còn 2%. Còn hồ thủy điện: Hủa Na và Thác Mơ chỉ còn 3% dung tích hữu ích…

Trong bối cảnh các hồ thủy điện thiếu nước nghiêm trọng, thì một số tổ máy nhiệt điện than trong hệ thống cũng bị suy giảm công suất, hoặc bị sự cố do vận hành liên tục nhiều giờ trong điều kiện thời tiết nóng gay gắt kéo dài. Trong điều kiện như vậy, EVN đã phải thực hiện tiết giảm phụ tải, cắt điện luân phiên một số địa phương khu vực miền Bắc để đảm bảo an toàn vận hành hệ thống điện.

Nguyên nhân các hồ thủy điện năm 2023 thiếu nước:

Điều gì dẫn đến tình trạng lượng nước trong hồ thủy điện tích không đủ vào cuối mùa khô năm nay, mặc dù theo Quy trình vận hành hồ chứa, hoặc liên hồ chứa thì các hồ chứa của các nhà máy thủy điện công suất lớn hơn 100 MW theo quy định đều phải đạt dung tích hữu ích đa số trên 90% và không nhỏ hơn 70% vào thời điểm tháng 11 năm hàng năm - tức là vào đầu mùa khô?

Nguyên nhân khách quan:

Hiện tượng biến đổi khí hậu đang diễn ra ngày càng khắc nghiệt. Theo báo cáo của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO): Khoảng thời gian từ 2023 tới 2027 có thể là 5 năm nóng nhất mà nhân loại từng chứng kiến. Do thời tiết diễn biến phức tạp, lưu lượng nước về các hồ thủy điện trong vài tháng đầu mùa hè có nhiều diễn biến bất lợi, thấp hơn đáng kể so với trung bình nhiều năm, làm suy giảm công suất và sản lượng của các nhà máy thủy điện trên toàn hệ thống, nhất là tháng 3 và tháng 4/2023 với lượng nước thiếu hụt từ 20 - 50% so với trung bình nhiều năm.

Đặc biệt, năm nay không có lũ tiểu mãn (thông thường lũ tiểu mãn xuất hiện vào tháng 4 đến tháng 5 hàng năm) nên nguồn nước về các hồ chứa lại càng thiếu trầm trọng. Nắng nóng dẫn tới nhu cầu sử dụng điện ở miền Bắc tăng cao, phải huy động rất lớn nguồn nước từ các hồ thủy điện như: Lai Châu, Sơn La, Tuyên Quang, Hòa Bình, Thác Bà để phát điện.

Trong điều kiện như vậy, ngay tháng 5 và khoảng 20 ngày đầu tháng 6, mực nước các hồ đã giảm rất nhanh, nhiều thời điểm xuống mực nước chết. Lượng điện tiêu thụ bình quân cả nước đạt gần 820 triệu kWh một ngày trong tháng 5, tăng hơn 20% so với tháng 4. Riêng Hà Nội, điện tiêu thụ bình quân tháng 5 là hơn 75,4 triệu kWh, tăng 22,5% so với tháng 4 và đến ngày 8/6, mức tiêu thụ bình quân đạt hơn 85,6 triệu kWh.

Nguyên nhân chủ quan:

Theo thống kê cơ cấu nguồn điện, tốc độ tăng trưởng công suất nguồn so với công suất Pmax phụ tải cho thấy: Ngay từ giai đoạn 2016 - 2020, nguy cơ thiếu điện khu vực miền Bắc đã được chỉ rõ khi tăng trưởng công suất cực đại Pmax đạt 9,3% trong khi tăng trưởng nguồn điện chỉ đạt ở mức 4,7%. Nếu đánh giá cơ cấu nguồn điện tại thời điểm năm 2020 của miền Bắc, thủy điện và nhiệt điện than chiếm đến 95% tổng công suất phát.

Theo báo cáo của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0): Tính đến ngày 31/12/2022, tổng lượng nước được tích trong hồ đạt 12,96 tỷ kWh, thiếu hụt 2,1 tỷ kWh so với mức nước dâng bình thường (thấp hơn 1,5 tỷ kWh so với kế hoạch năm 2022), chỉ đạt 86% dung tích toàn hệ thống. Trong đó, miền Bắc đạt 6,67 tỷ kWh, thiếu hụt 1,26 tỷ kWh so với mức nước dâng bình thường (thấp hơn 1,04 tỷ kWh so với kế hoạch năm 2022), chỉ đạt 84% dung tích toàn miền Bắc.

Điều này xảy ra là do trong 10 tháng đầu năm 2022 các nhà máy thủy điện đã được huy động với sản lượng tăng 30% so với cùng kỳ, nhờ lợi thế cạnh tranh về mức giá thấp với sản lượng kỷ lục đạt 95,054 tỷ kWh, tăng 16,449 tỷ kWh so với năm 2021, trong khi nhóm nhiệt điện mất đi lợi thế cạnh tranh khi giá than, khí tăng mạnh và neo ở mức cao. Vì vậy, các hồ chứa thủy điện đã không tích đủ nước tính đến thời điểm 31/12/2022 theo kế hoạch, đồng thời lại gặp năm hạn hán, tháng 3 và 4 có lưu lượng nước về các hồ chứa thấp hơn trung bình nhiều năm và năm 2023 lại không có lũ tiểu mãn, nhưng các nhà máy thủy điện vẫn phải huy động tối đa công suất do các nhà máy nhiệt điện không đủ nguồn cấp nhiên liệu để vận hành ổn định.

Mặt khác, một loạt các dự án nguồn điện than mới ở miền Bắc chậm trễ so với quy hoạch (như Na Dương 2, Nam Định 1, An Khánh - Bắc Giang, Vũng Áng 2, Quảng Trạch 1, Đức Giang và Công Thanh), hoặc bị loại bỏ (như Quỳnh Lập 1) là nguyên nhân chính của việc thiếu điện tại miền Bắc trong mùa hè năm 2023.

Ngoài ra, giai đoạn 2020 - 2022, EVN đã cắt giảm chi phí sửa chữa lớn theo định mức từ 10% - 50% do không cân đối được nguồn vốn. Từ nguyên nhân này đã dẫn đến việc có tổ máy nhiệt điện do làm việc quá tải đã xảy ra sự cố trong vận hành phải dừng máy, trùng với thời gian các hồ thủy điện ở phía Bắc không đủ nước để phát điện.

Lũy kế 11 tháng của năm 2023 sản lượng điện từ nguồn thủy điện huy động được là 74,57 tỷ kWh, chiếm 29% so với sản lượng toàn hệ thống (257,35 tỷ kWh, tăng 4,3% so với cùng kỳ năm 2022). Đến đầu tháng 9 năm nay lưu lượng nước về các hồ thủy điện tương đối tốt trên cả 3 miền, nên thủy điện được huy động khai thác tăng, đặc biệt là các hồ thủy điện đa mục tiêu. Tuy nhiên, vẫn thấp hơn nhiều so với sản lượng điện năng khai thác năm 2022, chỉ tương đương sản lượng điện năng năm 2021 (chưa tính sản lượng huy động trong tháng 12/2023 - là thời kỳ các hồ chứa đang tích nước chuẩn bị cho mùa khô năm 2024, nên việc huy động sản lượng sẽ không nhiều). Trong khi đó, nhiệt điện than đóng vai trò chủ đạo, sản lượng điện năng 11 tháng năm 2023 đạt 117, 67 tỷ kWh, chiếm tỷ lệ 45,7% sản lượng điện năng toàn hệ thống. Xem bảng dưới đây:

Bảng 1: Cơ cấu sản lượng điện năng toàn hệ thống năm 2021, năm 2022 và 11 tháng của năm 2023. (Nguồn: EVN).

Giải pháp đảm bảo vận hành ổn định các nhà máy thủy điện trong năm 2024:

Để đảm bảo vận hành các nhà máy thủy điện ổn định cần thực hiện đúng quy trình đã được phê duyệt, đó là:

Thứ nhất: Cần tích nước vào các hồ chứa theo đúng kế hoạch:

Bước sang năm 2024, EVN cho biết: Đã tính toán cân đối cung - cầu điện cho năm 2024 với nhu cầu điện tăng trưởng ở mức 8,96% so với năm 2023. Do khu vực miền Bắc có nguồn thủy điện chiếm tỷ trọng lớn (43,6%), vì vậy cần cho phép các nhà máy thủy điện thuộc lưu vực sông các tỉnh phía Bắc tiến hành tích nước sớm hơn mọi năm. Đề xuất này của EVN nhằm mục tiêu để các hồ chứa khu vực này cần đạt mực nước dâng bình thường vào cuối năm 2023 và lập lịch huy động cao từ nguồn nhiệt điện than ngay từ đầu năm 2024 để điều tiết, giữ mức nước hồ ở mức cao nhằm vận hành các nhà máy thủy điện hiệu quả vào mùa nắng nóng.

Mặt khác, EVN cũng kiến nghị Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn yêu cầu các công trình thủy lợi sử dụng tiết kiệm, hiệu quả lượng nước xả từ các hồ chứa thủy điện phục vụ đổ ải Đông Xuân 2023 - 2024 không quá 3,5 tỷ m3, tương tự như năm 2023.

Thứ hai: Nghiên cứu các giải pháp điều tiết phân phối, sử dụng nước hợp lý và nâng cao năng lực dự báo nguồn nước:

Việc lượng nước về các hồ thủy điện trong nửa đầu năm nay thiếu hụt, ngoài nguyên nhân khách quan và chủ quan đã nêu ở trên cho thấy: Đã đến lúc cần thiết phải áp dụng các tiến bộ khoa học, kỹ thuật để tăng hiệu quả vận hành các nhà máy thủy điện, nhằm ứng phó với tác động tiêu cực của thời tiết, bảo đảm việc cung cấp điện ổn định cho sản xuất và sinh hoạt.

Hiện tại, với việc vận hành các nhà máy thủy điện đang được tính toán một cách thủ công, xác định lưu lượng nước về hồ theo các mốc thời gian định sẵn, cùng với đó là khâu dự báo mưa và dòng chảy đến hồ còn hạn chế, do chưa có đủ điều kiện kỹ thuật dự báo cho từng đơn vị tại lưu vực hồ chứa, nên việc tiết kiệm nước khó thực hiện được. Vì vậy, trong ngắn hạn, cần nhanh chóng áp dụng các giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa vận hành để tiết kiệm nước cho các nhà máy thủy điện.

Trong dài hạn, cần nghiên cứu các giải pháp điều tiết phân phối, sử dụng nước hợp lý, năng động ứng với tình hình biến động của thời tiết cho thủy điện bằng các kế hoạch điều phối đàn hồi theo mùa, hay cả năm, hoặc nhiều năm cho các hồ chứa lớn. Đồng thời tăng cường đầu tư cho hệ thống quan trắc hiện đại để lúc nào cũng có thể cập nhật được tình hình thủy văn, thời tiết, nguồn nước trên các sông, hồ chứa, hiện trạng khai thác sử dụng nước của các công trình ở thượng nguồn nhằm phân bổ hợp lý, cân đối giữa nguồn nước để phát điện và cấp nước cho sản xuất, sinh hoạt.

Thay lời kết:

Năm 2023 là một năm đầy sóng gió trong công tác vận hành hệ thống thủy điện của nước ta. Chưa bao giờ xuất hiện tình trạng mực nước trong hồ của các nhà máy thủy điện từ miền Bắc đến miền Trung và miền Nam lại tiệm cận mực nước chết như năm nay, thậm chí một số hồ chứa thủy điện có mực nước xuống thấp hơn mực nước chết.

Biết rằng, vận hành thủy điện trong điều kiện mực nước trong hồ thấp hơn mực nước thiết kế, hoặc tiệm cận mực nước chết thì cần phải tăng thêm lưu lượng nước qua tua bin (vì công suất tổ máy tỷ lệ thuận với chiều cao cột nước và lưu lượng chảy qua tua bin, khi cột nước càng giảm thì lưu lượng phải tăng lên để tổ máy hoạt động đạt công suất định mức) và nếu tiếp tục vận hành trong điều kiện như vậy thì tốc độ mực nước trong hồ chứa sẽ giảm càng nhanh, nhưng nếu dừng vận hành thì hệ thống sẽ thiếu điện. Để vận hành các nhà máy thủy điện tối ưu, tiết kiệm nước trong mùa khô và giảm xả nước thừa quá nhiều trong mùa lũ, cung cấp điện ổn định cho hệ thống - đây là bài toán giữa an ninh năng lượng và cân bằng nguồn nước cần được giải quyết thấu đáo.

Thực tiễn trong khoảng 10 - 20 năm vừa qua cho thấy: Khi thời tiết ngày càng cực đoan, hạn hán gay gắt, lũ lụt nghiêm trọng, lũ quét, sạt lở đất làm thay đổi dòng chảy xuất hiện ngày càng nhiều, đặc biệt xuất hiện trạng thái mùa lũ đã dài thì ngày càng nhiều nước, trong khi mùa cạn đã thiếu nước sẽ lại càng thiếu nước hơn. Trong thực tế, nhu cầu phát điện và nhu cầu sử dụng nước cho nông nghiệp, sinh hoạt cho vùng hạ lưu đang có sự vênh nhau về mặt thời gian. Khi nhu cầu điện tăng vào mùa hè thì vùng hạ lưu không có nhu cầu cao về nước và khi vùng hạ lưu các nhà máy thủy điện có nhu cầu dùng nước (mùa khô tháng 11 đến tháng 3 năm sau) thì nhu cầu về sử dụng điện lại chưa tăng. Sự lệch pha này càng gây khó khăn trong việc điều phối sử dụng nguồn nước cho phát điện và cấp nước cho hạ du.

Trước đây, các hiện tượng thời tiết (đặc biệt như bão, lũ, hạn hán) diễn ra có quy luật theo mùa, tuy nhiên những năm gần đây hiện tượng thời tiết bất thường này có thể xuất hiện quanh năm.

Sự kiện thiếu hụt lượng nước của các hồ thủy điện trên cả nước nói chung và đặc biệt là các hồ thủy điện ở khu vực miền Bắc nói riêng về nửa đầu năm 2023 cho thấy: Ảnh hưởng tiêu cực của thời tiết cực đoan thật khó lường và vô cùng nguy hại đến việc đảm bảo cung cấp điện ổn định.

Theo Quy hoạch tài nguyên nước quốc gia (đến năm 2030): Tổng lượng nước dự báo đạt 948,4 tỷ m3, tăng khoảng 2% so với hiện tại (trong đó, mùa cạn khoảng 289 tỷ m3, giảm 2,1% và mùa lũ 659 tỷ m3, tăng 2,4%). Nhu cầu sử dụng nước toàn quốc đến năm 2030 dự kiến là 122,5 tỷ m3, cao hơn so với hiện tại hơn 4,6 tỷ m3. Ở mùa cạn, nhu cầu dự báo sẽ là 80,5 tỷ m3, tăng gần 3 tỷ m3 so với hiện tại và mùa lũ là 41,97 tỷ m3, tăng hơn 2 tỷ m3.

Từ số liệu nêu trên có thể thấy, nguồn nước hoàn toàn đủ cung cấp cho nền kinh tế quốc dân, tuy nhiên sự phân bổ không đồng đều giữa mùa lũ và mùa kiệt theo không gian và thời gian sẽ không còn theo quy luật tự nhiên. Do vậy, việc xây dựng các giải pháp phù hợp để tăng cường hiệu quả vận hành tối ưu các nhà máy thủy điện - đó là giải bài toán tối ưu sử dụng nước, cân đối giữa nguồn nước cho sản xuất, sinh hoạt và đảm bảo an ninh năng lượng cần đặt ra cấp thiết hơn bao giờ hết trong điều kiện biến đổi khí hậu ngày càng khó lường./.

TS. NGUYỄN HUY HOẠCH - TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

1. TS. Nguyễn Huy Hoạch. Thủy điện thiếu nước - Nguyên nhân và giải pháp khắc phục. NangluongVietNam online 05:47 | 03/07/2023

2. TS. Nguyễn Huy Hoạch. Thiếu điện - Những thách thức không mới của ngành điện Việt Nam. NangluongVietNam online 07:49 | 09/06/2023

3. TS. Nguyễn Huy Hoạch. Công nghệ Nhật Bản trong vận hành thuỷ điện [kỳ 3]: Gợi ý của chuyên gia Việt Nam. NangluongVietNam online 13:47 | 25/07/2023