Nhà máy thủy điện đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Chuyển hóa nguồn năng lượng tự nhiên từ nước thành điện năng, thủy điện không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
Nhà máy thủy điện là gì?
Nhà máy thủy điện là một cơ sở hạ tầng sản xuất điện năng sử dụng sức nước, thường từ các dòng sông hoặc hồ chứa, để vận hành tua-bin và máy phát điện. Nước được dẫn qua các hệ thống ống dẫn hoặc kênh, tạo áp lực để quay các tua-bin, qua đó chuyển đổi năng lượng cơ học của nước thành năng lượng điện.
Thủy điện không chỉ là nguồn cung cấp năng lượng sạch và tái tạo mà còn có thể thực hiện các chức năng khác như kiểm soát lũ lụt, cung cấp nước tưới tiêu, và hỗ trợ phát triển kinh tế – xã hội tại các khu vực lân cận.
Vai trò quan trọng của thủy điện
Thủy điện là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất trên thế giới, đóng góp to lớn vào việc phát triển kinh tế, bảo vệ môi trường và đảm bảo an ninh năng lượng.
Nguồn năng lượng tái tạo và bền vững
Thủy điện sử dụng nước, một nguồn tài nguyên tự nhiên và tái tạo, để sản xuất điện năng. Không giống như năng lượng hóa thạch, nguồn nước không cạn kiệt và được tái tạo liên tục thông qua chu trình thủy văn. Điều này giúp thủy điện trở thành một giải pháp năng lượng bền vững trong tương lai.
Thân thiện với môi trường
Thủy điện phát thải khí nhà kính rất thấp so với các nguồn năng lượng như than đá hay dầu mỏ. Việc giảm khí thải này góp phần làm chậm quá trình biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường sống. Ngoài ra, hồ chứa nước của các nhà máy thủy điện còn tạo điều kiện thuận lợi cho các hệ sinh thái tự nhiên phát triển.
Cung cấp điện ổn định và liên tục
Khác với năng lượng mặt trời hay gió, thủy điện có khả năng hoạt động ổn định và liên tục, không phụ thuộc quá nhiều vào điều kiện thời tiết. Nhà máy thủy điện có thể điều chỉnh lượng nước xả để đáp ứng nhu cầu điện năng thay đổi trong ngày hoặc theo mùa, giúp duy trì nguồn cung cấp điện ổn định.
Nhu cầu tiêu thụ điện vào năm 2025 được dự báo sẽ tiếp tục tăng mạnh, với mức tiêu thụ trung bình toàn hệ thống ước đạt 913,6 triệu kWh mỗi ngày, tăng 12,24% so với cùng kỳ năm trước. Công suất cực đại có thể chạm ngưỡng 49.000 MW, trong đó riêng khu vực miền Bắc có khả năng đạt tới 24.500 MW.
Tính đến cuối năm 2023, tổng công suất nguồn điện đã đưa vào vận hành trên toàn hệ thống đạt khoảng 80.555 MW, tăng thêm 2.800 MW so với năm 2022. Cơ cấu nguồn điện sản xuất Việt Nam 2023:
- Nguồn năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời đóng góp 21.664 MW, chiếm 27% tổng công suất
- Nhiệt điện than đạt 26.757 MW, tương ứng 33,2%;
- Thủy điện (gồm cả thủy điện nhỏ) đóng góp 22.872 MW, tương đương 28,4%.
Hệ thống điện Việt Nam hiện đang dẫn đầu khu vực ASEAN về quy mô công suất nguồn điện.
Góp phần kiểm soát lũ lụt và cung cấp nước tưới tiêu
Ngoài việc sản xuất điện, các hồ chứa của nhà máy thủy điện còn giúp kiểm soát lũ lụt hiệu quả, bảo vệ các khu dân cư và nông nghiệp ở hạ lưu. Đồng thời, nước từ hồ chứa cũng được sử dụng để cung cấp nước tưới tiêu cho sản xuất nông nghiệp, đảm bảo an ninh lương thực.
Phát triển kinh tế và xã hội
Thủy điện không chỉ là nguồn năng lượng mà còn góp phần tạo ra việc làm trong quá trình xây dựng, vận hành và bảo trì các nhà máy. Các dự án thủy điện lớn còn thúc đẩy sự phát triển hạ tầng giao thông, du lịch và dịch vụ địa phương.
Khả năng lưu trữ năng lượng linh hoạt
Một số nhà máy thủy điện, đặc biệt là loại tích trữ bơm (pumped storage), có khả năng lưu trữ năng lượng bằng cách bơm nước từ hồ chứa thấp lên hồ chứa cao trong thời gian nhu cầu điện thấp. Khi nhu cầu điện tăng, nước được xả xuống tua-bin để sản xuất điện, giúp cân bằng nguồn cung và cầu năng lượng.
Các loại nhà máy thủy điện phổ biến
Tích nước (Impoundment)
Mô hình nhà máy thủy điện phổ biến nhất là nhà máy thủy điện tích nước. Nhà máy này, thường là hệ thống thủy điện lớn, sử dụng đập để lưu trữ nước sông trong một hồ chứa. Nước được xả ra từ hồ chứa chảy qua tuabin, làm tuabin quay, qua đó kích hoạt máy phát điện để sản xuất điện năng. Việc xả nước có thể được điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu điện thay đổi hoặc các mục đích khác như kiểm soát lũ lụt, giải trí, tạo lối đi cho cá, cũng như đáp ứng các nhu cầu về môi trường và chất lượng nước.
Chuyển dòng (Diversion)
Một nhà máy chuyển dòng, đôi khi được gọi là nhà máy “chạy theo dòng sông” (run-of-river), dẫn một phần dòng nước sông qua một kênh hoặc đường ống (penstock) để tận dụng sự chênh lệch độ cao tự nhiên của lòng sông nhằm sản xuất năng lượng. Đường ống dẫn nước (penstock) là một đường ống kín dẫn nước chảy đến tua-bin, với dòng nước được điều tiết bởi cổng, van và tua-bin. Nhà máy chuyển dòng có thể không cần sử dụng đập.
Tích trữ bơm (Pumped Storage)
Một loại nhà máy thủy điện khác, được gọi là thủy điện tích trữ bơm (Pumped Storage Hydropower – PSH), hoạt động giống như một cục pin khổng lồ. Nhà máy PSH có khả năng lưu trữ điện được tạo ra từ các nguồn năng lượng khác như năng lượng mặt trời, gió, và hạt nhân để sử dụng sau này. Những cơ sở này lưu trữ năng lượng bằng cách bơm nước từ một hồ chứa ở độ cao thấp lên một hồ chứa ở độ cao cao hơn.
Khi nhu cầu sử dụng điện thấp, nhà máy PSH tích trữ năng lượng bằng cách bơm nước từ hồ chứa dưới lên hồ chứa trên. Trong những giai đoạn nhu cầu sử dụng điện cao, nước được xả lại xuống hồ chứa dưới, làm quay tua-bin và tạo ra điện năng.
Nhà máy thủy điện hoạt động như thế nào?
Các nhà máy thủy điện được thiết kế với nhiều thành phần quan trọng và áp dụng một quy trình thông minh để tận dụng hiệu quả chu trình thủy văn, mang lại nguồn năng lượng bền vững. Sau đây là cách một hệ thống thủy điện vận hành.
- Thu thập nguồn nước: Một vị trí lý tưởng được chọn trên dòng sông hoặc hồ chứa, nơi có thể thu thập một lượng nước lớn đang chảy. Việc này được thực hiện bằng cách xây dựng đập hoặc đập tràn để kiểm soát và điều tiết dòng nước.
- Dẫn nước vào nhà máy: Nước sau đó được dẫn qua hệ thống đường ống hoặc kênh dẫn để chuyển hướng dòng nước đến nhà máy thủy điện.
- Kích hoạt tuabin thủy lực: Dòng nước được dẫn tới các tua-bin thủy lực thông qua đường ống dẫn nước. Sức mạnh của dòng chảy làm quay các tuabin này, tạo ra chuyển động cơ học.
- Sản xuất điện năng: Các tua-bin thủy lực được kết nối với máy phát điện (alternator). Khi tua-bin quay, máy phát điện sẽ chuyển động năng của nước thành năng lượng điện.
- Biến đổi và nâng cao điện áp: Điện năng sản xuất từ máy phát ban đầu là dòng điện xoay chiều (AC) với điện áp thấp. Một máy biến áp sẽ được sử dụng để tăng điện áp, giúp dòng điện phù hợp cho việc truyền tải trên các khoảng cách xa.
- Truyền tải và phân phối điện: Nguồn điện được truyền tải qua các đường dây điện áp cao đến các khu vực cần sử dụng. Tại đây, các trạm biến áp sẽ giảm điện áp trước khi điện được phân phối đến các hộ gia đình và cơ sở sản xuất.
- Hệ thống kiểm soát và điều chỉnh: Nhà máy thủy điện được trang bị hệ thống kiểm soát và điều chỉnh hiện đại, giúp giám sát và điều chỉnh dòng nước cũng như quá trình sản xuất điện. Điều này đảm bảo việc cung cấp năng lượng ổn định và liên tục.
- Lưu trữ năng lượng trong hồ chứa: Một số nhà máy thủy điện có khả năng lưu trữ nước trong hồ chứa. Điều này cho phép nhà máy điều chỉnh lượng nước xả để sản xuất điện phù hợp với nhu cầu sử dụng, làm tăng tính linh hoạt của nguồn năng lượng này.
Nhờ vào quy trình hoạt động khoa học và các công nghệ hiện đại, thủy điện không chỉ mang lại nguồn năng lượng sạch mà còn góp phần đảm bảo an ninh năng lượng bền vững.
Các dự án thủy điện nổi bật tại Việt Nam
Chiếm một phần không nhỏ trong cơ cấu nguồn điện sản xuất Việt Nam, ngành Thủy điện Việt Nam đang ngày càng được đầu tư và phát triển song hành với các nguồn năng lượng tái tạo khác.
Nhà máy thủy điện Sơn La
Nhà máy thủy điện Sơn La, nằm tại xã Ít Ong, huyện Mường La, tỉnh Sơn La, là công trình thủy điện lớn nhất Việt Nam và Đông Nam Á. Công trình được khởi công ngày 2/12/2005 trên dòng sông Đà với sự hỗ trợ giám sát của các chuyên gia quốc tế từ Nga, Châu Âu và Trung Quốc, tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt.
Ngày 23/12/2012, nhà máy chính thức đi vào hoạt động, trở thành đập thủy điện lớn nhất Đông Nam Á. Đập có cao độ đỉnh 228,1 m, chiều dài 961,6 m, rộng đáy 105 m và đỉnh đập rộng 10 m. Hồ chứa có dung tích 9,26 tỷ m³, với tổng công suất lắp đặt 2.400 MW, sản lượng điện hàng năm đạt 10 tỷ kWh, tương đương gần 10% sản lượng điện quốc gia năm 2012.
Nhà máy thủy điện Hòa Bình
Trước khi nhà máy thủy điện Sơn La đi vào hoạt động, nhà máy thủy điện Hòa Bình từng giữ vị trí lớn nhất Việt Nam và Đông Nam Á. Được xây dựng tại tỉnh Hòa Bình trên sông Đà với sự hỗ trợ của Liên Xô, công trình này hoàn thành vào năm 1994.
Nhà máy bao gồm 8 tổ máy, mỗi tổ có công suất 240MW, với tổng công suất 1.920 MW và sản lượng điện hàng năm đạt 8,16 tỷ kWh. Vào tháng 7/2018, công trình đã được vinh danh trong chương trình “Vinh quang Việt Nam – Dấu ấn những công trình”.
Nhà máy thủy điện Lai Châu
Nhà máy thủy điện Lai Châu, nằm trên sông Đà tại xã Nậm Hàng, huyện Mường Tè, tỉnh Lai Châu, là công trình trọng điểm quốc gia. Được khởi công vào ngày 5/1/2011, nhà máy có tổng công suất lắp đặt 1.200 MW với 3 tổ máy. Toàn bộ tổ máy hoàn thành và hòa lưới điện vào tháng 11/2016, sớm hơn kế hoạch Quốc hội đề ra 1 năm.
Công trình này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp khoảng 4,67 tỷ kWh điện hàng năm, đồng thời hỗ trợ cung cấp nước mùa khô cho đồng bằng sông Hồng. Với vị trí chiến lược nằm ở bậc thang trên cùng của sông Đà, gần biên giới Trung Quốc, công trình này còn góp phần quan trọng trong phát triển kinh tế – xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng khu vực Tây Bắc.
Nhà máy thủy điện Yaly
Nằm trên dòng sông Sêsan, giáp ranh huyện Chư Păh (Gia Lai) và huyện Sa Thầy (Kon Tum), nhà máy thủy điện Yaly là một trong những công trình thủy điện lớn nhất Tây Nguyên. Nhà máy thuộc hệ thống bậc thang thủy điện Sê San, với diện tích hồ chứa 20 km².
Với tổng công suất lắp đặt 720 MW, nhà máy đạt sản lượng điện trung bình 3,68 tỷ kWh mỗi năm. Được khởi công năm 1993 và hoàn thành năm 1996, Yaly không chỉ cung cấp điện năng mà còn là điểm du lịch hấp dẫn nhờ cảnh quan hồ chứa tuyệt đẹp. Đây cũng là công trình thủy điện ngầm lớn nhất Việt Nam.
Thủy điện không chỉ là biểu tượng của sự phát triển công nghệ năng lượng mà còn là giải pháp tối ưu để hướng tới một tương lai xanh, bền vững. Với những lợi ích vượt trội, thủy điện đóng góp tích cực vào việc bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống. Vì vậy, việc đầu tư, phát triển và quản lý hiệu quả các nhà máy thủy điện chính là một trong những hướng đi chiến lược nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững cho Việt Nam và thế giới.
