Kịch bản nào cho thủy điện trong bối cảnh thời tiết cực đoan?

Thủy điện Việt Nam trong bối cảnh biến đổi khí hậu Có thể nói, thủy điện đã giúp nhân loại tiến đến văn minh, hiện đại. Đối với Việt Nam, thủy điện cũng hết sức quan trọng, cung cấp điện liên tục cho phát triển kinh tế, dân sinh, công nghiệp hóa đất nước. Nhưng trong quá trình phát triển lâu dài, nhiều tác động của con người đã gây ra cạn kiệt tài nguyên, biến đổi khí hậu, sa mạc hóa, mất rừng, cạn nước, v.v… Một số nước trên thế giới đã phải phá đập thủy điện trả lại nước cho dòng chảy tự nhiên. Ở Việt Nam việc xây dựng và vận hành thủy điện cũng thể hiện nhiều bất cập.

Nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống bậc thang thủy điện trong bối cảnh mới Hiện nay, thủy điện cùng với các nhà máy điện truyền thống sử dụng nhiên liệu than và khí đang nắm vai trò chi phối trong cung cấp điện. Tuy nhiên, trong vài năm gần đây và những năm tới, với sự cam kết về giảm phát thải nhà kính, giảm tỷ trọng nhiên liệu hóa thạch, nhất là nhiệt điện than của quốc tế và Việt Nam thì có sự chuyển dịch nhanh chóng về cơ cấu năng lượng trong hệ thống điện, cũng như vai trò của thủy điện sẽ có thay đổi. Bài viết phân tích hiện trạng hệ thống điện, sự gia tăng của năng lượng tái tạo (điện mặt trời, điện gió) trong hệ thống, từ đó đưa ra đánh giá các giải pháp, đề xuất quan tâm ưu tiên một trong nhóm giải pháp là nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống bậc thang thủy điện, giữ ổn định và giảm chi phí của hệ thống điện.

Thủy điện dễ bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu?

Trong nhiều năm, tư duy xung quanh việc sử dụng thủy điện như một nguồn năng lượng sạch thường cho rằng, một khi được xây dựng, một nhà máy có thể tạo ra điện một cách đáng tin cậy vào bất cứ lúc nào. Tính đến năm 2019, hơn một nửa lượng điện tái tạo trên thế giới được tạo ra từ thủy điện.

Nhưng khi khí hậu thay đổi, tiềm năng của nguồn năng lượng cũng biến đổi theo. Năm nay, hạn hán xảy ra thường xuyên và nghiêm trọng hơn do nhiệt độ tăng đã gây ra sự sụt giảm sản lượng thủy điện lớn nhất trong nhiều thập kỷ.

Tại Hồ Mead, không xa thủ đô Las Vegas của Mỹ, sông Colorado đổ vào đập Hoover, nơi cung cấp nước cho hơn 140 triệu người ở Mỹ, nhưng hiện hồ chứa rộng lớn chỉ đầy một phần ba. Mức giảm này đồng nghĩa nhà máy sản xuất ít hơn 25% lượng điện trong tháng 7/2021 so với mức bình thường. Hậu quả do nguồn nước đến hồ Hoover ít hơn bình thường nên chính phủ liên bang Mỹ buộc phải xả nước xuống hạ lưu để cung cấp cho các thị trấn bắt đầu từ tháng Giêng năm 2022.

Ở Nam Mỹ, tình huống cũng tương tự. Sông Parana, chảy qua Brazil, Paraguay và Argentina, đang có mực nước cực thấp. Miền Nam Brazil tiếp giáp với Parana đã phải hứng chịu đợt hạn hán nghiêm trọng trong ba năm trở lại đây.

Theo các báo cáo địa phương, mực nước trong các hồ chứa miền Trung và miền Nam Brazil đã giảm hơn một nửa so với mức trung bình trong 20 năm qua và hiện chỉ ở mức dưới một phần ba dung tích thực. Do Brazil sản xuất khoảng 60% lượng điện từ thủy điện, nên mực nước của đập tiếp tục thấp có thể dẫn đến nguy cơ thiếu điện.

Tại Việt Nam, ngành thủy điện cũng không phải ngoại lệ. Theo trang tin Vov.vn, thiếu nước, thủy điện không phát hết công suất, nhiều công trình thủy điện đã lạm thuế để dành tiền trả nợ ngân hàng. Lý do, khí hậu thay đổi thất thường, vừa mưa đã lũ, vừa nắng đã hạn nên nguồn nước không đảm bảo, khiến hàng trăm thủy điện vừa và nhỏ một thời vàng son “ngồi mát, ăn bát vàng” nhưng mùa khô đến đã lâm vào cảnh thiếu nước phát điện trầm trọng. Nhiều nhà máy mùa khô đầu năm 2020 chỉ phát điện được 30% công suất. Công suất điện sụt giảm, nợ đọng thuế, nợ ngân hàng… là những gì các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ ở Tây Bắc hiện đang phải đối mặt.

Đơn cử như Thủy điện Chiềng Ngàm (Sơn La), nếu một tháng trước chạy hai máy vào mùa mưa được khoảng 1,3 triệu kWh, thì nay được khoảng 0,5 triệu kWh. Hay các thủy điện nhỏ ở tỉnh Lai Châu cũng rơi vào tình trạng tương tự nên thời gian hoạt động cũng như sản lượng điện giảm 60 - 70%, mỗi máy chỉ phát điện khoảng 8 - 10 tiếng. Sơn La vốn được xem như là “thủ phủ” của thủy điện vừa và nhỏ với 47 dự án đã hoàn thành, đang phát lên điện lưới quốc gia, với tổng công suất lắp máy 526,7 MW. Tuy nhiên, do khô hạn nên năm 2019, lưu lượng nước giảm dẫn đến nhiều nhà máy hoạt động dưới công suất thiết kế.

Trong khi thủy điện gặp trở ngại ở nhiều nơi thì tại châu Phi nó lại có chiều hướng sôi động. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), tại một số quốc gia châu Phi, bao gồm CH DC Congo, Ethiopia, Malawi và Mozambique, thủy điện chiếm hơn 80% sản lượng điện. Nhìn chung, thủy điện chiếm khoảng 17% sản lượng điện ở châu Phi vào cuối năm 2019. Con số này được dự báo sẽ tăng lên hơn 23% vào năm 2040.

Nhưng theo IEA, hầu hết các kế hoạch mới cho các nhà máy thủy điện ở châu Phi không tính đến những mối nguy tiềm ẩn của biến đổi khí hậu. Ví dụ đập Gibe III khổng lồ của Ethiopia hiện đang làm dấy lên lo ngại về lũ lụt và hạn hán ở các nước láng giềng Ai Cập và Sudan.

Liệu có quay trở lại với nhiên liệu hóa thạch?

Để ngăn chặn điều này xảy ra, các nhà chức trách Brazil bắt đầu kích hoạt lại các nhà máy điện khí đốt tự nhiên, vốn đang khiến giá điện, cũng như lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính tăng lên.

Một kịch bản tương tự đang diễn ra tại California, Mỹ, nơi có thời tiết khô hạn, chính quyền tiểu bang đã cho phép các ngành công nghiệp và tàu thuyền sử dụng máy phát điện diesel để cung cấp điện mà họ không thể tiếp cận từ các nguồn tái tạo. Các nhà máy điện khí tự nhiên cũng đang được phép đốt nhiều khí hơn để sản xuất điện.

Tại California, mực nước Hồ Oroville xuống khá thấp khiến nhà máy thủy điện hoàn toàn ngừng hoạt động vào tháng 8 năm 2021, lần đầu tiên kể từ khi nó được xây dựng vào năm 1967.

Không chỉ có hạn hán làm tê liệt sản xuất thủy điện mà mưa lớn và lũ lụt cũng là những cản trở lớn đối với thủy điện, thậm chí còn tạo ra nhiều vấn đề nguy hiểm. Vào tháng 3 năm 2019, một trận lụt nghiêm trọng sau cơn bão Idai tấn công miền tây châu Phi làm hư hại hai nhà máy thủy điện lớn ở Malawi, khiến đất nước này bị mất điện hoàn toàn trong nhiều ngày.

Tuổi thọ nhà máy cộng với thiên tai tạo ra mối nguy vỡ đập:

Theo một nghiên cứu của Đại học Liên Hợp Quốc (UNU), một trong những thực trạng khác đối với nhiều nhà máy thủy điện đang hoạt động trên thế giới hiện nay là phải đối mặt với vấn đề ít được quan tâm - đó là lão hóa. Theo nghiên cứu của UNU, các con đập chỉ có tuổi thọ từ 50 đến 100 năm sau khi xây dựng, nhưng nếu thời tiết cực đoan, tuổi thọ này có thể rút ngắn, giống như lối sống thiếu khoa học rút ngắn tuổi thọ ở con người, nên nguy cơ vỡ đập có thể xẩy ra.

Các tác giả của UNU cho biết, trong thời gian sớm nhất là 25 - 35 năm trong vòng đời của một con đập, các biện pháp cần thiết để duy trì “sức khỏe” của đập bắt đầu làm tăng đáng kể chi phí vận hành. Theo tiến sĩ Thilo Papacek, chuyên gia ở Trung tâm Tư vấn Thủy điện CounterCurrent - một tổ chức phi chính phủ Đức cho biết, sẽ là tai hại nếu đầu tư vào nhiều nhà máy thủy điện hơn trong khi loại bỏ dần nhiên liệu hóa thạch.

“Các nhà máy thủy điện không chỉ tác động đến hệ sinh thái xung quanh do xây đập chắn ngang sông ngăn lượng phù sa không thể di chuyển xuống hạ lưu, mà chúng còn có thể trở thành mối hiểm nguy cho chính con người” - Thilo Papacek nhấn mạnh.

“Lòng sông phía hạ lưu đập do việc vận hành xả lũ sẽ bị xói sâu hơn, đặc biệt khi mưa lớn kết hợp với xả lũ sẽ làm tăng nguy cơ ngập ở các khu định cư gần đó - Thilo Papacek bổ sung.

Một ví dụ được dư luận quan tâm gần đây, đó là vụ vỡ đập Xepian-Xe Nam Noy ở Lào do mưa lớn và các lỗi trong cấu trúc của đập đã khiến nó không thể đứng vững hồi năm 2018.

Giải pháp cho các nhà máy thủy điện lớn:

Klement Tockner - Tổng giám đốc Hiệp hội Nghiên cứu Tự nhiên Senckenberg và là giáo sư khoa học hệ sinh thái tại Đại học Goethe ở Frankfurt (Đức) cho biết: “Đúng là chúng ta sẽ không thể làm được nếu không có thủy điện trong tương lai. Nhưng câu hỏi đặt ra là xây dựng chúng ở đâu, xây dựng chúng như thế nào và vận hành ra sao đối với các nhà máy thủy điện trong tương lai, nhất là các nhà máy thủy điện lớn với đập cao. Theo Klement Tockner, việc lựa chọn địa điểm xây dựng rất quan trọng, nếu xây dựng trong các khu bảo tồn hiện có, nơi có vị trí bố trí công trình thích hợp, thì cần phải có các biện pháp giảm thiểu các tác động tiêu cực do nhà máy thủy điện gây ra đối với hệ sinh thái - chẳng hạn như khôi phục các tuyến đường thủy bị suy giảm. Khi xây dựng nhà máy thủy điện mới cần có biện pháp công trình như bố trí đường đi của cá, âu thuyền phục vụ giao thông thủy, cống xả cát, hệ thống công trình xả lũ v.v..

Đồng quan điểm với Tockner, Stefan Uhlenbrook - nhà thủy văn tại Viện Quản lý Nước Quốc tế (IWMI) giải thích: “Điều đó có nghĩa là khi vận hành nhà máy thủy điện thì phải đảm bảo vận tốc dòng chảy xuống hạ lưu không được tác động quá nhiều và không gây ra các vùng ngập lụt. Nếu cần thiết, trầm tích phải được trả xuống hạ lưu đập thông qua hệ thống xả sâu”.

Stefan Uhlenbrook lấy ví dụ về đập Belo Monte ở Brazil - một trong những đập lớn nhất thế giới, nhưng nhà máy này hầu như không bao giờ đạt công suất lắp máy là 11.000 megawatt. Thực tế, các nhà máy lớn có khả năng ngày càng trở nên kém hiệu quả do biến đổi khí hậu và cần tập trung vào các nhà máy nhỏ hơn, cũng như nguồn cung phi tập trung.

Một giải pháp tình thế khác cho các nhà máy thủy điện lớn là ứng dụng công nghệ, nhưng theo giới chuyên gia thì chỉ dựa vào công nghệ thôi thì vẫn không đủ. Một trong những lựa chọn thay thế cho các đập lớn là dùng các tua bin kiểu bóng đèn (bulb), cột nước thấp được bố trí ở giữa sông và tạo ra điện từ vận tốc của nước chảy. Những công trình kiểu này không yêu cầu xây dựng đập cao và vẫn có thể hoạt động khi mực nước giảm. Nhưng loại turbine kiểu này có công suất nhỏ, bố trí thích hợp ở các vùng có điều kiện địa hình phù hợp, thì lại không thể cung cấp đủ điện cho các vùng đô thị được.

Một giải pháp khác là dùng nhà máy thủy điện trục ngang (shaft hydropower plant) như một nguyên mẫu có ở Đại học Kỹ thuật Munich (TUM). Nó được thiết kế để phù hợp với an toàn lũ lụt và tuổi thọ. Một nhà máy thí điểm ở bang Bavaria, miền Nam nước Đức dùng công nghệ này cung cấp điện cho khoảng 800 hộ gia đình.

Nhưng chỉ riêng công nghệ tiên tiến sẽ không bảo vệ khỏi hạn hán nghiêm trọng kéo dài mà theo chuyên gia Tockner thì: “Chúng ta có thể giảm thiểu tác động của hạn hán bằng cách sử dụng đất theo cách khác. Rừng bán tự nhiên và đất ngập nước tích trữ rất nhiều nước, sau đó chúng thải ra trong thời kỳ hạn hán - chúng ta phải xem xét để cả phương án làm giảm cả hạn hán và lũ lụt bằng các biện pháp thân thiện với thiên nhiên hơn”.

Để kết thúc bài viết, Klement Tockner thừa nhận: Với sự gia tăng của các hiện tượng thời tiết cực đoan, rõ ràng “thủy điện sẽ không còn là nguồn năng lượng đáng tin cậy trong tương lai, vì vậy con người cần tìm các giải pháp dự phòng, vừa để sống chung với thiên nhiên, lại tạo ra nguồn năng lượng thân thiện cho chính bản thân mình. Trên hết, chúng ta phải tập trung vào việc tiết kiệm năng lượng càng nhiều càng tốt”./.

Đón đọc phản biện: Trao đổi về Dự thảo Quy hoạch điện VIII ‘lộ rõ nhiều bất cập’

KHẮC NAM (THEO DW-8/2021)

Link tham khảo:

1/ https://www.dw.com/en/can-hydropower-withstand-a-future-of-extreme-weather/a-58968255

2/ https://vov.vn/kinh-te/thuy-dien-vua-va-nho-o-tay-bac-het-thoi-ga-de-trung-vang-1024812.vov