Thủy điện tích năng hoạt động có như thủy điện thông thường?

Thủy điện tích năng là gì?

Thủy điện tích năng là một dạng thủy điện, được ví như “bình ắc quy” của hệ thống điện, có tác dụng dự trữ năng lượng, được “sạc đầy” ở thời điểm nhu cầu điện thấp và mang ra dùng vào thời điểm có nhu cầu điện cao.

Công dụng chính là tích lũy điện năng để bổ sung cho hệ thống điện vào những lúc cần thiết. Nó là giải pháp nhằm cân bằng phụ tải, hỗ trợ cho các nhà máy điện khác hoạt động được hiệu quả hơn.

Nguyên lý hoạt động

Mô hình thủy điện tích năng gồm hai hồ chứa nước ở hai cao độ khác nhau và một nhà máy thủy điện. Nhà máy thủy điện có turbine thuận nghịch nằm ở gần hồ chứa bên dưới, nối với hồ chứa bên trên bằng đường ống áp lực. Hồ chứa bên trên có thể là hồ tự nhiên hoặc hồ nhân tạo; còn hồ chứa bên dưới thường là hồ được tạo bởi một đập không lớn lắm, đắp chắn ngang con sông hay suối.

Trong giờ cao điểm, khi nhu cầu dùng điện cao, thủy điện tích năng vận hành như nhà máy thủy điện bình thường. Nước từ hồ chứa bên trên, được xả qua đường ống áp lực, làm quay turbine để phát điện lên hệ thống điện, nước xả được trữ trong hồ bên dưới.

Trong giờ thấp điểm, khi nhu cầu dùng điện thấp, thủy điện tích năng làm việc như một trạm bơm. Nhà máy lấy điện từ hệ thống điện, để bơm ngược nước từ hồ chứa bên dưới lên hồ chứa bên trên thông qua turbine hai chiều. Chu trình cứ lặp đi, lặp lại trong vòng đời của nó.

Như vậy, nhà máy thủy điện tích năng vừa là đơn vị sản xuất điện, vừa là đơn vị tiêu thụ điện. Nhưng thông thường, hầu hết nhà máy thủy điện tích năng thường tiêu tốn nhiều điện năng hơn là lượng điện nó có thể sản xuất ra, do quá trình bơm nước từ hồ chứa bên dưới lên hồ chứa bên trên, làm tiêu hao điện năng.

Tuy nhiên, giá trị thực tiễn cho phương thức vận hành này là sự chênh lệch giá điện giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm. Giá điện thường rẻ vào giờ thấp điểm và đắt hơn vào giờ cao điểm nên lợi ích kinh tế của nhà máy vẫn được đảm bảo.

Ngoài ra, sau khi turbine thuận nghịch ra đời thay cho hình thức vừa dùng turbine phát điện, vừa dùng máy bơm qua những đường dẫn riêng biệt khiến chi phí vận hành cao, thủy điện tích năng đã trở nên hiệu quả hơn về kinh tế.

Bên cạnh đó, nhà máy thủy điện tích năng góp phần điều hòa lượng điện theo sự thay đổi phụ tải trong ngày giữa lúc cao điểm và lúc thấp điểm, giúp ổn định hệ thống. Nói cách khác, thủy điện tích năng làm nhiệm vụ “phủ đỉnh - điền đáy” trong biểu đồ phụ tải, hỗ trợ các nhà máy điện khác hoạt động hiệu quả hơn. Đặc biệt giúp ổn định nguồn điện trong giờ cao điểm và trong bối cảnh hệ thống công suất lắp đặt của các nhà máy điện mặt trời đang tăng rất cao.

Thủy điện tích năng giống thủy điện truyền thống ở chỗ có thể phản ứng rất nhanh khi nhu cầu điện tăng đột ngột, đảm bảo an toàn cung cấp điện, ổn định tần số mạng lưới điện, đồng thời thân thiện với môi trường khi không tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Nhưng khác với thủy điện truyền thống, thủy điện tích năng không cần nhiều diện tích đất làm hồ chứa, bởi chỉ cần trữ một lượng nước vừa đủ cho số giờ chạy thiết kế là được. Cũng do chủ động về nguồn nước dự trữ nên quá trình vận hành của thủy điện tích năng không phụ thuộc nhiều vào chế độ thủy văn hằng năm, có thể linh hoạt điều chỉnh công suất vận hành theo nhu cầu phụ tải.

Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả vận hành thủy điện tích năng

* Về địa hình: Thủy điện tích năng vận hành theo sự chênh lệch độ cao giữa hồ trên, hồ dưới. Chính vì vậy, địa hình là vấn đề quan trọng trong lựa chọn xây dựng vì nó quyết định đến khả năng chứa nước, cũng như khả năng vận hành của chúng. Hợp lý nhất là những khu vực có chênh lệch độ cao lớn nhưng phải ở gần nguồn nước để bố trí hai hồ chứa.

 * Về vị trí: Thủy điện tích năng càng gần khu vực phụ tải điện, càng giúp giảm thiểu chi phí truyền tải. Hợp lý nhất là chọn xây dựng thủy điện tích năng gần những trung tâm tiêu thụ điện lớn, vì sẽ giảm khối lượng xây dựng các đường dây truyền tải đến thủy điện tích năng để sử dụng điện năng của chúng trong thời gian ngắn.

* Về giá điện: Hiệu quả kinh tế của thủy điện tích năng ảnh hưởng trực tiếp từ việc chênh lệch giá mua điện lúc thấp điểm và cao điểm. Đây là vấn đề lớn mà bất cứ nhà máy thủy điện tích năng nào cũng đặc biệt quan tâm.

* Về môi trường: Vị trí xây dựng thủy điện tích năng đòi hỏi một địa hình khá đặc biệt, là những khu vực có chênh lệnh độ cao lớn nhưng phải ở gần nguồn nước để bố trí hai hồ chứa, cụ thể là vừa gần các ngọn núi, vừa gần các con sông, suối lớn. Những vị trí như vậy thường là vùng thiên nhiên, có phong cảnh đẹp, yêu cầu cao về bảo vệ môi trường sinh thái.

* Về hệ thống điện: Một hạn chế cơ bản là thủy điện tích năng không thể hoạt động độc lập mà chỉ có thể phát huy tác dụng như một “bình ắc quy” trong hệ thống điện công suất lớn. Có nghĩa là thủy điện tích năng chỉ được xem xét đến khi hệ thống nhà máy điện đã xây dựng khá phong phú. Còn với các khu vực thiếu điện trầm trọng hay ở cách xa các trung tâm sản xuất điện thì việc xây dựng thủy điện tích năng không hiệu quả.