Công nghệ Nhật Bản trong vận hành thuỷ điện [kỳ 1]: Báo động về nguồn nước ở Việt Nam

Thủy điện thiếu nước - Nguyên nhân và giải pháp khắc phục Mùa hè năm nay, hàng loạt hồ chứa thủy điện từ miền Bắc đến miền Trung, miền Nam đều cạn nước, mực nước trong hồ tiệm cận mức nước chết, hoặc thậm chí thấp hơn mức nước chết, dẫn đến phải vận hành cầm chừng, hoặc dừng vận hành. Trong khi các hồ chứa thủy điện cạn nước, một số nhà máy nhiệt điện vận hành quá tải dẫn đến sự cố, hoặc một số nhà máy đang trong thời kỳ đại tu, gây ra sự cố thiếu điện trầm trọng ở miền Bắc, nên việc cắt điện đột ngột, hoặc cắt điện luân phiên là không thể tránh khỏi. Vậy phải làm cách nào để tránh sự cố để các hồ thủy điện không bị cạn nước? Dưới đây là phân tích của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

KỲ 1: TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ THỜI TIẾT CỰC ĐOAN ĐẾN NGUỒN NƯỚC Ở VIỆT NAM

Tác động tiêu cực của ENSO đến khí hậu Việt Nam:

Biến đổi khí hậu đang ngày càng khắc nghiệt. Chúng ta đang chứng kiến sự xuất hiện nhiều hơn những sự kiện thời tiết cực đoan diễn ra bất thường như: Nhiệt độ không khí liên tiếp đạt kỷ lục mới, bão lũ và hạn hán diễn biến khó lường. Biến đổi khí hậu diễn ra song song với tác động của ENSO, hay còn gọi là El Niño - Dao động phương nam. ENSO là sự biến đổi có tính chu kỳ không đều của gió và nhiệt độ bề mặt biển trên vùng nhiệt đới Đông Thái Bình Dương, ảnh hưởng đến khí hậu hầu khắp các miền nhiệt đới và cận nhiệt đới. Giai đoạn nhiệt độ nước biển ấm, hay pha nóng được gọi là El Niño còn pha lạnh gọi là La Niña. Giữa hai pha này là pha trung tính.

Hình 1: Tác động của ENSO lên nền nhiệt ở Bắc bộ.

Kể từ 2013 cho đến nay, thế giới đã trải qua 2 chu kỳ El Niño diễn ra với cường độ rất mạnh vào năm 2015 - 2016 và El Niño với cường độ yếu vào năm 2019. Xen kẽ với hai pha nóng này là các chu kỳ La Niña diễn ra trong khoảng thời gian 2016 - 2018 và 2020 đến đầu năm 2023.

Thống kê trung bình nhiệt độ cao nhất ở Bắc bộ trong vòng 10 năm qua cho thấy: Những năm El Nino xuất hiện xu thế tăng nhiệt thể hiện rõ ràng, trong khi xu thế giảm nhiệt xuất hiện trong chu kỳ La Niña. Trong 10 năm qua xu hướng trung bình nhiệt độ cao nhất ở Bắc bộ đã tăng đáng kể, khoảng gần 1.3 độ C. Hiện tượng nóng lên ở miền Bắc qua dữ liệu thực đo từ 87 điểm đại diện của hệ thống quan trắc tại miền Bắc xác thực xu hướng hiện tượng nóng lên toàn cầu được báo cáo cho thập kỷ này ở quy mô toàn cầu.

Sau 2 năm liên tiếp xuất hiện La Nina (2021 - 2022), ngày 8 tháng 6 vừa qua, Cục Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA) của Mỹ đã thông báo pha nóng El Nino của năm 2023 đã chính thức bắt đầu và được nhận định El Nino có thể đạt cường độ mạnh vào cuối năm, duy trì đến năm 2024.

Tác động bất lợi của ENSO lên nguồn nước về các hồ thủy điện Việt Nam:

Biến đổi khí hậu đang diễn ra song song với hiện tượng ENSO gây ra sự mất cân bằng về nguồn nước thiên nhiên do phân phối mưa trở nên thất thường ảnh hưởng đến hoạt động phát điện của đa số các nhà máy thủy điện ở Việt Nam. Mùa mưa năm 2020, do đổ bộ của 4 cơn bão liên tục vào miền Trung với lượng mưa nhiều nơi đo được trong 14 ngày bằng cả lượng mưa đo được trong một năm, lũ đã gây ra tổn thất lớn trên diện rộng. Tuy nhiên, ngay sau đó (năm 2021), hạn hán nghiêm trọng làm cho mực nước sông Mekong hạ tới mức thấp kỷ lục hủy hoại mùa màng và nghề cá, gây ra tình trạng thiếu lương thực. Năm 2022 nước về các hồ chứa thủy điện tăng cao, nhiều nhà máy vượt sản lượng phát điện so với kế hoạch. Tuy nhiên, ngay đầu năm nay tình trạng thiếu nước lại rất trầm trọng.

Hình 2 (dưới đây) biểu diễn tương quan giữa các pha ENSO với lưu lượng trung bình tháng về các hồ chứa ở Việt Nam. Pha El Niño rất mạnh trong giai đoạn 2015 - 2016 đã làm giảm đáng kể lượng nước về các hồ chứa. Các địa điểm thủy điện ở vùng miền khác nhau có đỉnh lưu lượng mùa mưa đều rơi vào pha El Niño trong thời kỳ này. So sánh các đỉnh mưa trong pha El Niño rất mạnh với các đỉnh mưa vào các pha trung tính và La Niña thì trực quan có thể thấy đỉnh lưu lượng pha El Niño thấp hơn hẳn.

Hình 2: Tương quan giữa các pha ENSO và lưu lượng về hồ thủy điện.

Một kết luận khác trực quan thấy được từ số liệu quá khứ, trong 2 pha còn lại thì pha trung tính có đỉnh lưu lượng vào mùa mưa cao hơn. Như vậy, các pha của ENSO đã làm cho việc phân phối nước không đều, gây tình trạng khô hạn và lũ lụt thay đổi rất nhanh theo các năm, làm khó khăn vô cùng cho vận hành thủy điện.

Tình trạng thiếu nước của các hồ thủy điện thời gian qua:

Thống kê từ nguồn cơ sở dữ liệu công khai của Bộ Công Thương cho thấy: Các nhà máy có công suất phát lớn ở Việt Nam (cho đến ngày 9 tháng 6 năm 2023) tổng cộng chỉ còn 18% dung tích hữu ích so với thiết kế. Điều này đã làm cho tình hình cung cấp điện của cả nước trở nên căng thẳng. Một số lượng lớn các nhà máy thủy điện bị giảm công suất, hoặc phải chạy máy dưới mực nước chết. Nguyên nhân của tình trạng này do lượng nước về hồ bị giảm mạnh do khô kiệt, hoặc các thủy điện trước đó được huy động cao để phục vụ nhu cầu nước hạ du.

Theo báo cáo của hội đồng an toàn bậc thang sông Đà, trong nửa đầu năm 2023 diễn biến thủy văn không thuận lợi, đặc biệt ở khu vực miền Bắc. Liên tục nước về kém, các hồ chứa khu vực miền Bắc với lượng nước về phổ biến ở mức 50 - 60% so với trung bình nhiều năm và bằng 40% - 80% so với cùng kỳ năm 2022. Tháng 5 - 6 là giai đoạn khắc nghiệt, cực đoan nhất trong vận hành mùa khô năm 2023, các thủy điện lớn của hệ thống tập trung ở miền Bắc gồm: Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà không có lũ tiểu mãn tháng 5, tổng lượng nước về tháng 5 - 6 của các thủy điện miền Bắc hụt ~3.67 tỷ m³, thấp hơn 27% so với trung bình nhiều năm.

Số liệu ở bảng 1 cho thấy hai địa điểm hồ thủy điện nhỏ tại miền Bắc năm nay tình hình lượng nước về hồ chỉ được trên dưới 30% so với cùng kỳ năm ngoái và hồ chứa ở Đông Nam bộ có lượng nước giảm gần 50%.

Bảng 1: So sánh lượng nước về hồ vào mùa khô.

Nguyên nhân của sự giảm sút lượng nước lớn này là do từ cuối năm 2022 pha La Niña suy yếu, tác động tích cực của La Niña lên thủy văn các hồ chứa suy giảm. Thêm một nguyên nhân nữa đi kèm vào mùa khô năm nay là sự giảm sút tần suất các khối không khí lạnh từ lục địa Trung Quốc đổ về Việt Nam. Chính vì thế lượng mưa giảm rất lớn và đặc biệt là ở miền Bắc nước ta.

Sự kiện thiếu hụt lượng nước về nửa đầu năm nay, cũng như nguy cơ ảnh hưởng tiêu cực của pha El Niño đang được dự báo diễn ra với cường độ mạnh trong mùa mưa sắp đến cho thấy cần có các biện pháp 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 cho sản xuất và sinh hoạt.

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. Trong dài hạn, cần nghiên cứu các giải pháp điều tiết phân phối nước sử dụng 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 cho các hồ chứa lớn.

Một trong những giải pháp kỹ thuật có thể giúp tối ưu hóa vận hành, tiết kiệm nước cho các nhà máy thủy điện là áp dụng hệ thống hỗ trợ ra quyết định vận hành cho hoạt động điều tiết thường nhật: Hệ thống DSS.

Công nghệ Nhật Bản trong vận hành thuỷ điện [kỳ 2]: Kết quả thử nghiệm tại Việt Nam Sau 30 năm áp dụng thành công tại Nhật Bản, năm 2016, công nghệ hỗ trợ vận hành tối ưu và an toàn cho thuỷ điện của quốc gia này đã được thử nghiệm tại Việt Nam. Kết quả ứng dụng cho thấy: Hệ thống hỗ trợ ra quyết định vận hành từ công nghệ này đã chứng minh hiệu quả vượt trội về kinh tế và nâng cao tính an toàn trong vận hành thủy điện ở Việt Nam. Từ thực tế này, giới chuyên gia kinh tế, năng lượng cho rằng: Đã đến lúc, phương pháp vận hành thủ công tại các nhà máy thủy điện của Việt Nam đã không còn phù hợp, thay vào đó là các giải pháp kỹ thuật hiện đại, nhằm hỗ trợ vận hành một cách linh hoạt, năng động để thích nghi với biến đổi khí hậu cực đoan đang và sẽ diễn ra ở nước ta.

NHÓM TÁC GIẢ:

- TS. HÀ NGỌC TUẤN - PHÓ GIÁM ĐỐC CÔNG TY TNHH KYUDEN INNOVATECH VIETNAM (TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC KYUSHU, NHẬT BẢN)

- TH.S. HÀ VĂN THỦY - KHOA CƠ ĐIỆN (TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT)

- CỬ NHÂN LÊ THỊ HẢI YẾN - TRƯỞNG PHÒNG DỰ BÁO VÀ CÁC CỘNG SỰ TẠI WEATHERPLUS