Một trong những nhà máy thủy điện tích năng lớn nhất được nhân loại xây dựng trong thế kỷ 21 này tọa lạc trên núi Phong Ninh ở Thừa Đức, Hà Bắc, Trung Quốc.
Trên ngọn núi này có hai hồ chứa lớn nằm ở độ cao 1.486 mét so với mực nước biển. Trong số đó, tổng dung lượng lưu trữ của hồ chứa phía trên đạt 45,04 triệu mét khối, và tổng dung lượng lưu trữ của hồ chứa phía dưới đạt 71,56 triệu mét khối. Khoảng cách giữa hai hồ đạt 425 mét, góp phần hình thành nên nhà máy thủy điện tích năng Phong Ninh này.
Ảnh: Sohu
Nguyên lý hoạt động của trạm thủy điện tích năng là bơm nước từ hồ chứa phía dưới lên hồ chứa phía trên, sau đó hồ chứa phía trên mở cổng và xả nước làm động cơ quay và tạo ra điện - giống như trạm thủy điện bình thường.
Ở đây, điện thực chất được dùng để bơm nước, sau đó nước được dùng để tạo ra điện. Tuy nhiên, tỷ lệ điện năng cần thiết để bơm nước so với điện năng mà nó có thể tạo ra là 5:4, điều đó có nghĩa là bơm nước với công suất 100 kilowatt giờ điện chỉ có thể tạo ra 80 kilowatt giờ điện.
Ảnh: Sohu
Ngoài ra, chi phí xây dựng các trạm thủy điện tích năng không hề rẻ. Tổng mức đầu tư của nhà máy thủy điện tích năng Phong Ninh lên tới 19,237 tỷ Nhân dân tệ (bằng khoảng 67.334.410.378.909 VND).
Điều đáng ngạc nhiên là, dù "lỗ" và chi phí xây dựng cao nhưng Trung Quốc sẽ đầu tư nhiều hơn vào các nhà máy thủy điện tích năng trong nhiều năm tới. Hiện, Trung Quốc có khoảng gần 70 nhà máy thủy điện tích năng rải rác khắp nước này, với tổng công suất lắp đặt là 82,42 triệu kilowatt.
Có thể nhiều người sẽ tò mò, vì đây là dự án lỗ vốn nhưng tại sao vẫn xây dựng nhiều đến thế?
Từ lời cam kết của ông Tập Cận Bình
Nguyên nhân chính là do Trung Quốc đang chuyển sang sử dụng năng lượng sạch rất mạnh mẽ từ những cam kết của mình trước thế giới. Thập kỷ qua, Trung Quốc trở thành nước sản xuất năng lượng tái tạo lớn nhất thế giới.
Đến đây lại có một vấn đề: Công suất lắp đặt của các nhà máy điện sử dụng năng lượng tái tạo như năng lượng gió và quang điện tăng lên khiến việc sản xuất điện khó kiểm soát.
Trước khi tìm hiểu vấn đề này, cần hiểu rõ rằng, hệ thống điện trên thế giới nhìn chung bao gồm việc sản xuất, truyền tải, chuyển đổi, phân phối và tiêu thụ điện.
Trong đó, truyền tải điện liên quan đến hệ thống dây truyền tải điện đóng vai trò kết nối các nhà máy điện với nhau.
Ảnh minh họa.
Do điện áp từ các nhà máy điện khác nhau và điện áp cung cấp đến các khu vực khác nhau cũng khác nhau nên quá trình truyền tải điện trước tiên cần phải đi qua trạm biến áp truyền tải để thay đổi điện áp.
Để giảm tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải điện (bất kể khoảng cách truyền tải dài bao nhiêu) điện áp sau khi đi qua trạm biến áp truyền tải đều rất cao. Do đó, trước khi điện đến các đầu mối tiêu thụ điện của doanh nghiệp và hộ gia đình cũng cần phải đi qua trạm biến áp để giảm điện áp xuống mức phù hợp, có thể sử dụng được.
Nhìn chung, quá trình truyền tải điện của toàn bộ lưới điện là như thế. Tuy nhiên, đây chưa phải là phần phức tạp nhất. Phần phức tạp nhất của lưới điện là việc cân bằng điện năng.
Theo các chuyên gia, nếu lượng điện tạo ra không được sử dụng, nhà máy điện sẽ bị quá tải, thiết bị phát điện sẽ tích tụ nhiệt quá mức và gây ra tai nạn.
Vì vậy, Tập đoàn Lưới điện Quốc gia Trung Quốc (SGCC) phải phát điện dựa trên lượng điện năng tiêu thụ thực tế để đảm bảo không xảy ra tình trạng thiếu/thừa điện năng.
Đến đây, là mấu chốt sẽ giải thích vì sao Trung Quốc xây dựng nhiều trạm thủy điện tích năng.
Các chuyên gia điện cho biết, tất cả các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng Mặt trời, thủy điện đều không thể tạo ra điện theo mong muốn của chúng ta. Tất cả đều phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu. Việc phát điện biến động rất lớn nên rất khó để cân bằng điện năng.
Cách tốt nhất để giải quyết vấn đề này là lưu trữ lượng điện không sử dụng và chủ động sử dụng khi cần thiết. Đây chính là vai trò của các trạm thủy điện tích năng. Với Trung Quốc, đây cũng là một phương pháp có chi phí tương đối thấp để lưu trữ lượng điện dư thừa.
Tập đoàn Lưới điện Quốc gia Trung Quốc (SGCC) sẽ phân bổ lượng điện dư thừa cho các trạm thủy điện tích năng để bơm nước. Trạm thủy điện tích năng thực chất là một “ngân hàng điện” nhưng nó lưu trữ thế năng của nước.
Loại trạm điện này không chỉ hoạt động như một "ngân hàng trữ điện thừa" từ lưới điện quốc gia mà còn đóng vai trò như một "ngân hàng tạo điện" để mang ra dùng khi nhu cầu tăng cao. Khi nguồn điện từ lưới điện quốc gia không đủ trong thời gian tiêu thụ điện cao điểm, loại trạm điện này bắt đầu xả nước, để tạo ra điện năng bổ sung.
Đến đây, cùng bàn một chút về những cam kết của Trung Quốc trước thế giới.
Đầu tháng 4/2024, Reuters trích lại lời ông Tập Cận Bình phát biểu năm 2021 cho biết, Trung Quốc sẽ không xây dựng các dự án nhiệt điện than mới ở nước ngoài, cam kết đối phó với biến đổi khí hậu bằng cách hỗ trợ phát triển năng lượng xanh và ít carbon.
Ông Tập Cận Bình tuyên bố Trung Quốc cam kết đối phó với biến đổi khí hậu bằng cách hỗ trợ phát triển năng lượng xanh và ít carbon. Ảnh cắt từ video/Guardian.
Tại hội nghị khí hậu COP28 2023, Trung Quốc và Mỹ đã đồng ý ủng hộ mục tiêu toàn cầu nhằm tăng gấp 3 công suất năng lượng tái tạo toàn cầu vào năm 2030.
Reuters cho biết, Trung Quốc là nước sử dụng than lớn nhất thế giới; nhưng đồng thời cũng là nước sản xuất năng lượng tái tạo lớn nhất và tăng trưởng nhanh nhất thế giới trong hơn một thập kỷ qua.
Các nhà phân tích cho biết, Trung Quốc có thể có tới 1.000 GW năng lượng Mặt trời vào cuối năm 2026, trong tổng số 11.000 GW cần thiết trên toàn cầu để đáp ứng các mục tiêu của Thỏa thuận Paris về Biến đổi khí hậu vào năm 2030.
Việc Trung Quốc cam kết sẽ trung hòa lượng carbon vào năm 2060 đã cung cấp một tín hiệu chính trị mạnh mẽ ủng hộ các khoản đầu tư vào năng lượng tái tạo.
Khi sự đầu tư của Trung Quốc vào các nhà máy điện năng lượng tái tạo tăng lên trong tương lai, tỷ lệ sản xuất điện từ loại năng lượng không thể kiểm soát này sẽ ngày càng lớn hơn. Vì vậy, để đảm bảo sự cân bằng giữa cung và cầu điện, việc xây dựng nhiều trạm thủy điện tích năng hơn là điều đương nhiên.
Tuy nhiên, các nhà máy thủy điện tích năng không thể giải quyết hoàn toàn các vấn đề phát điện do các nhà máy điện sử dụng năng lượng tái tạo này gây ra bởi vì phản ứng của nó rất chậm và không thể nhanh chóng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng tiềm năng của nước.
Tất nhiên, vẫn có thể xây dựng đủ trạm thủy điện tích năng để giải quyết vấn đề này trên khắp Trung Quốc, nhưng những trạm điện như vậy có yêu cầu đặc biệt cao trong việc lựa chọn địa điểm.
Vì vậy, theo các chuyên gia, trạm thủy điện tích năng không phải là giải pháp tốt nhất. Trên thực tế, đối với quang điện và năng lượng gió, cách tốt nhất để lưu trữ năng lượng dư thừa là pin - lưu trữ năng lượng hóa học.
Lại có một vấn đề nữa. Mặc dù pin hóa học được sử dụng nhiều để lưu trữ điện, nhưng có thể dễ dàng thấy, tốc độ phát triển của pin hóa học quá chậm và giá thành rất cao.
Những bài toán này cần được Trung Quốc giải quyết sớm trong bối cảnh nước này đang có những cam kết lớn về việc chuyển đổi năng lượng sang năng lược sạch.
Tuy vậy, khi xét trong nội bộ một dự án trạm thủy điện tích năng đơn lẻ, là "lỗ", vì phải dùng 10 phần điện năng để bơm mà chỉ tạo ra 8 phần điện năng mới. Nhưng xét trong tổng thể điều phối điện thì lại là "lãi".
Vì rằng, nếu không có hệ thống trạm thủy điện tích năng, giả sử dư thừa 10 phần điện (từ hệ thống điện gió, điện Mặt trời...) sẽ dễ gây tích tụ nhiệt quá mức và gây ra tai nạn. Nhưng nhờ hệ thống trạm thủy điện tích năng đóng vai trò là "ngân hàng điện" thì phần phức tạp nhất của lưới điện được giải quyết tương đối ổn.
Tham khảo: Sohu, Reuters, Tạp chí Công thương
