Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất thế giới và nguồn cung cấp điện chủ yếu ở nhiều quốc gia. Đi cùng với đó, định hướng phát triển, quy hoạch, thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành thủy điện luôn được các nước chú trọng.
Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và rẻ hơn điện than và điện khí, được coi như là một chìa khóa mấu chốt cho động lực phát triển kinh tế quốc gia. Hơn nữa, khi còn chưa có những mạng lưới ắc-quy điện đủ mạnh thì những con đập chính là các “viên pin” khổng lồ, có thể được sử dụng để lưu trữ lượng điện tái tạo rất lớn.
Chiếm vị trí quan trọng của ngành năng lượng toàn cầu
Hiệp hội Thủy điện Quốc tế (IHA) đã từng báo cáo về hiện trạng thủy điện thế giới năm 2020, công suất lắp đặt của các nhà máy thủy điện trên thế giới năm 2019 đã đạt trên 1.300 GW, sản sinh hơn 4.300 TWh, qua đó đóng góp khoảng 15% sản lượng điện của thế giới và nhiều hơn sự đóng góp của tất cả các dạng năng lượng tái tạo khác kết hợp lại. Nói cách khác, năng lượng do thủy điện mang lại, nếu thay thế bằng than, sẽ dẫn đến việc tạo ra thêm 4 tỷ tấn khí thải nhà kính mỗi năm.
Trung Quốc và Canada là hai nước sản xuất điện từ năng lượng nước lớn nhất thế giới, lần lượt là 1.302 TWh và 398 TWh. Xét về tỷ lệ năng lượng thủy điện trên tổng sản lượng điện, Na Uy sản xuất 99% lượng điện của mình bằng sức nước, trong khi thủy điện ở Iceland đáp ứng tới 83% nhu cầu về điện của người dân. Con số này ở Canada là trên 70%, còn Áo sản xuất 67% lượng điện cả nước từ thủy điện. Uruguay đã đạt đến mức gần 100% là năng lượng tái tạo, phần lớn nhờ vào thủy điện.
Lợi thế của các đập thủy điện là khả năng dự trữ nước với chi phí thấp để biến thành điện sạch có giá trị cao. Chi phí trung bình của 1 trạm thủy điện công suất trên 10 MW chỉ là 3-5 cent (khoảng 700-1.160 đồng)/kWh. Các nhà máy thủy điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như: Dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá… và không phải nhập nhiên liệu. Các nhà máy thủy điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện, một số nhà máy thủy điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 100 năm trước.
Do các đập thủy điện không sử dụng nhiên liệu nên việc tạo ra điện không sinh ra CO2. Mặc dù CO2 ban đầu được sản xuất trong quá trình xây dựng dự án và một số khí metan được thải ra hàng năm bởi các hồ chứa, thủy điện có lượng phát thải khí nhà kính thấp nhất trong các ngành sản xuất điện.
Nguồn năng lượng khó thay thế trong quá trình phát triển KT-XH
Hơn 100 năm qua, thủy điện là nguồn năng lượng không thể thay thế trong quá trình phát triển kinh tế – xã hội của thế giới. Bên cạnh những lợi ích quá lớn, lịch sử phát triển thủy điện cũng ghi nhận nhiều thảm họa, gây nhiều thiệt hại về người và tài sản ở những quốc gia gặp nạn.
Có thể kể đến các vụ vỡ đập Gleno ở Valle di Scalve, Italy năm 1923; Malpasset ở Frejus, Pháp năm 1959; Bản Kiều ở tỉnh Hà Nam, Trung Quốc năm 1975; Kelly Barnes ở bang Georgia, Mỹ năm 1977; Machchu-2 tại Morbi, Ấn Độ năm 1979…
Cùng với đó, các nhà môi trường đã bày tỏ lo ngại rằng các dự án nhà máy thủy điện có thể phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái xung quanh, sự phát điện của nhà máy điện cũng có thể ảnh hưởng đến môi trường của dòng sông bên dưới. Những điều này đã đặt ra yêu cầu cho các nước trong giải quyết, quản lý vấn đề về quy hoạch, thiết kế, xây dựng và vận hành thủy điện một cách an toàn, có lợi và bền vững.
Trung Quốc là quốc gia phát triển nhanh về công nghệ xây dựng đập thủy điện, đặc biệt là loại lớn (công suất từ 500 MW trở lên). Những khó khăn lớn nhất mà nước này phải đối mặt là tình hình địa chất và biến đổi khí hậu, điều kiện giao thông đi lại khó khăn, phức tạp. Trước tình hình đó, Bắc Kinh đã thực hiện một loạt giải pháp quản lý thủy điện như: Sử dụng phương pháp quản lý tổng hợp cho các dự án thủy điện lớn, áp dụng nguyên tắc tối ưu hóa phân bổ tài nguyên nước, lập kế hoạch trong tình huống thủy điện xả lũ.
Mỹ là nước sở hữu nhiều đập trên sông thứ hai trên thế giới, chỉ sau Trung Quốc, với khoảng 79.000 đập, trong đó có 2.500 đập thủy điện. Từ khi Tổng thống Mỹ Theodore Roosevelt kêu gọi khai thác triệt để mọi dòng chảy, xứ sở cờ hoa đã biến thế kỷ 20 trở thành kỷ nguyên vàng của ngành xây đập thủy điện. Thời kỳ này đã cho ra đời 2 đập thủy điện tầm cỡ nhất và hiện vẫn là nguồn thủy điện lớn nhất ở Mỹ là đập Hoover trên sông Colorado hoàn thành năm 1936 và đập Grand Coulee trên sông Columbia hoàn thành năm 1942.
Ấn Độ cũng là quốc gia có tiềm năng thủy điện rất lớn với tổng công suất lắp đặt khoảng 148.700 MW. Để khai thác hiệu quả tiềm năng này, New Delhi đã xây dựng thành công phiên bản phần mềm DHARMA (Dam Health and Rehabilitation Monitoring Application) với các nguyên tắc an toàn bao gồm:
Thiết lập mối quan hệ hợp tác cùng phát triển giữa các bên liên quan (chủ sở hữu đập, nhà điều hành, tư vấn, nhà thầu và nhà cung cấp vật tư, thiết bị); Đảm bảo thông tin về đập được thu thập đầy đủ với độ chính xác cao kèm theo những đánh giá định kỳ về độ an toàn đập nhằm quản lý dữ liệu hoàn chỉnh. Thời gian qua, Ấn Độ đã tập trung khôi phục và cải tạo, nâng cấp khoảng 250 đập thủy điện trên toàn quốc.
Trong khi đó, Chính phủ Lào quy định các nhà máy thủy điện đang phát điện hoặc các dự án thủy điện đang xây dựng nhưng đã trữ đủ nước muốn xả nước phải có hệ thống thông báo đến người dân tại hạ lưu các đập thủy điện chậm nhất là 7 ngày trước khi tiến hành. Cùng với đó, các công trình thủy điện này còn phải chuẩn bị trước nhiều kế hoạch chi tiết để ứng phó kịp thời khi có tình hình khẩn cấp.
Là quốc gia thiên về thủy điện, Na Uy có tới 99% tổng sản lượng điện sản xuất từ thủy điện với cơ sở hạ tầng thủy điện và đập nước này có “tuổi đời” trung bình khoảng 46 năm. Hiện nay, Na Uy đang chú trọng nâng cấp cơ sở hạ tầng thủy điện và cải thiện các tác động đến môi trường. Các điều khoản trong giấy phép hoạt động của các công trình thủy điện ở nước này sẽ được sửa đổi trước năm 2022, trong đó, bổ sung thêm các tiêu chuẩn chặt chẽ hơn về đánh giá tác động môi trường.
Thủy điện đang ngày càng đóng vai trò quan trọng đối với Malaysia. Mặt khác, nếu như các quốc gia khác cần quản lý sao cho có thể tiết giảm hoặc giữ vững ổn định thì mục tiêu của Malaysia là tăng năng suất, có thể cung cấp điện rẻ hơn cho các doanh nghiệp và người dân trước nhu cầu ngày càng tăng.
Một nghiên cứu về tiềm năng thủy điện ở châu Phi bởi Chính phủ Senegal và LHQ phối hợp thực hiện đã nhận định, nguồn thủy điện khổng lồ của “Lục địa Đen” từ lâu đã được thừa nhận nhưng vẫn còn tương đối ít được khai thác. Châu Phi nắm giữ khoảng 12% tiềm năng thủy điện của thế giới, với sản lượng khả thi khoảng 1.800 TWh/năm.
Tuy nhiên, châu lục này chỉ sản xuất khoảng 3% tổng lượng thủy điện toàn cầu và khai thác ít hơn 10% tiềm năng kể trên. Đây là những tỷ lệ thấp nhất so với bất kỳ khu vực nào trên thế giới. Một lý do chính đó là không tìm ra các nguồn tài chính. Trong khi đó, châu Phi lại đang thiếu hụt năng lượng lớn để phát triển. Hơn 30 quốc gia châu Phi đã tham gia “Sáng kiến Paris – Nairobi năng lượng sạch cho châu Phi” để phát triển năng lượng tái tạo tại những nước nghèo.
Bên cạnh một số dự án thủy điện lớn trên các sông chính ở châu Phi như: Sông Congo, sông Nile, sông Zambezi…, các nhà khoa học cho rằng thủy điện nhỏ và vừa, đặc biệt là thủy điện nhỏ, sẽ phát huy được hiệu quả trước thực trạng thiếu vốn đầu tư, tình hình chính trị và môi trường đầu tư chưa ổn định, và quy mô hạn hẹp của thị trường địa phương ở đa phần các nước châu Phi.
Top 10 nhà máy thủy điện lớn nhất thế giới
1. Nhà máy thủy điện Tam Hiệp (Trung Quốc) – 22.500 MW
Thủy điện Tam Hiệp (Trung Quốc)
Thủy điện Tam Hiệp (Three Gorges) là dự án thủy điện lớn nhất thế giới, được xây dựng trên sông Dương Tử, ở tỉnh Hồ Bắc, miền trung Trung Quốc với tổng công suất lắp đặt là 22.500 MW. Thủy điện Tam Hiệp bao gồm 32 tổ máy, mỗi tổ máy công suất 700 MW và 2 tổ máy nhỏ hơn (mỗi tổ máy 50 MW). Sản lượng điện hằng năm của nhà máy ước đạt 85 tỷ kWh.
Đập Tam Hiệp dài 2,3 km, chiều cao 181 m, được thiết kế để kiểm soát lũ lớn ở phần thượng lưu của sông Dương Tử bằng cách chuyển hướng chúng xuống hạ lưu. Khởi công xây dựng từ tháng 12/1994, đi vào hoạt động từ năm 2003, nhà máy thủy điện trị giá hơn 31 tỷ USD, đã tạo ra kỷ lục thế giới về sản lượng điện hằng năm từ một nhà máy thủy điện vào năm 2020, là 111,8 tỷ kWh.
Điện sản xuất từ thủy điện Tam Hiệp kết nối với hai đường dây truyền tải siêu cao áp là Tam Hiệp – Trường Châu và Tam Hiệp – Quảng Đông, truyền tải điện năng về phía đông (khu vực Thượng Hải) và phía nam (khu vực Quảng Đông).
Đập Tam Hiệp từng đón đỉnh lũ lớn nhất vào tháng 8/2020 kể từ khi nó đi vào hoạt động, làm dấy lên những lo ngại về hiệu quả chống lũ.
2. Nhà máy thủy điện Itaipu (Brazil và Paraguay) – 14.000 MW
Thủy điện Itaipu nằm trên sông Parana, chạy qua biên giới giữa Brazil và Paraguay, bắt đầu xây dựng từ năm 1975, với chi phí xây dựng 19,6 tỷ USD. Mỗi năm Itaipu tạo ra khoảng 70 tỷ kWh điện, cung cấp khoảng 15-17% năng lượng tiêu thụ của Brazil, 73-75% năng lượng tiêu thụ ở Paraguay.
Thủy điện Itaipu có tổng công suất lắp đặt là 14.000 MW, với 20 tổ máy phát điện, mỗi tổ máy có công suất 700 MW. Tổ máy đầu tiên phát điện vào năm 1984.
Đập Itaipu dài 7,23 km, chiều cao 196 m. Năm 2016, nhà máy điện này từng giữ kỷ lục thế giới về sản lượng điện hằng năm, sản xuất 103,09 tỷ kWh. Đến cuối năm 2020, Itaipu đạt sản lượng tích lũy 2,77 tỷ MWh kể từ khi đi vào hoạt động.
3. Nhà máy thủy điện Xiluodu (Trung Quốc) – 13.860 MW
Thủy điện Xiluodu nằm trên sông Kim Sa (Jinsha), một nhánh của sông Dương Tử, thuộc địa phận 2 tỉnh Tứ Xuyên và Vân Nam, Trung Quốc, bắt đầu xây dựng từ năm 2005, đi vào hoạt động vào năm 2014. Thủy điện Xiluodu có tổng công suất lắp đặt là 13.860 MW, với 18 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 770 MW.
Xiluodu có một đập vòm cong kép bằng bê tông với chiều cao đập là 285,5 m, chiều dài là 700 m. Đập này ứng dụng công nghệ mô phỏng, công nghệ kiểm soát nhiệt độ, công nghệ định vị vệ tinh, công nghệ truyền thông tin,… để phán đoán, phân tích dữ liệu, điều chỉnh tự động. 7.200 thiết bị giám sát tiên tiến được chôn trong đập, có thể giám sát chính xác mọi hướng, thời gian và không gian.
Thủy điện Xiluodo là một trong những nguồn năng lượng tái tạo chính ở Trung Quốc, sản xuất trung bình 64 tỷ kWh mỗi năm.
4. Nhà máy thủy điện Belo Monte (Brazil) – 11.233 MW
Thủy điện Belo Monte nằm trên sông Xingu trong rừng nhiệt đới Amazon ở bang Para, Brazil. Với công suất lắp đặt 11.233 MW, sản xuất điện để đáp ứng 10% tổng mức tiêu thụ năng lượng của Brazil. Công suất lắp đặt tương đương khoảng 7% tổng công suất phát điện của cả quốc gia này.
Thủy điện Belo Monte có 18 tổ máy, Mỗi tổ máy có công suất 611,11 MW tại nhà máy chính. Ngoài ra, còn có 6 tổ máy 38,85 MW trong nhà máy phụ. Tổ máy đầu tiên phát điện vào tháng 5/2016 và nhà máy đã đạt công suất vận hành tối đa vào tháng 11/2019, với việc phát điện của tổ máy thứ 18.
Thủy điện Belo Monte có sản lượng điện trung bình năm khoảng 39,5 tỷ kWh.
5. Nhà máy thủy điện Guri (Venezuela) – 10.235 MW
Thủy điện Guri, còn gọi là thủy điện Simon Bolivar, có công suất lắp đặt 10.235 MW, nằm trên sông Caroni ở bang Bolivar, đông nam Venezuela, chiếm khoảng khoảng 70% nhu cầu năng lượng của quốc gia này.
Thủy điện Guri được xây dựng từ năm 1963-1969, bắt đầu hoạt động vào năm 1978, với nhà máy điện đầu tiên bao gồm 10 tổ máy phát điện; sau đó nhà máy điện thứ hai được xây dựng vào năm 1985 có thêm 10 tổ máy.
Đập Guri có chiều dài 7,42 km, chiều cao 162 m, dung tích hồ chứa khoảng 135 tỷ m3. Tuy nhiên, tình trạng khô hạn trong nước đã ảnh hưởng đến sản xuất điện của thủy điện Guri nhiều lần trong những năm qua.
6. Nhà máy thủy điện Tucurui (Brazil) – 8.370 MW
Thủy điện Tucurui nằm trên sông Tocantins ở quận Tucurui, bang Para, Brazil, có tổng công suất là 8.370 MW. Hoạt động từ năm 1984, nó đáp ứng khoảng 8% tổng nhu cầu năng lượng của cả nước. Nhà máy gồm 25 tổ máy, là nhà máy thủy điện lớn đầu tiên trong rừng nhiệt đới Amazon của Brazil.
Việc xây dựng thủy điện Guri được chia thành hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên bắt đầu vào năm 1980, hoàn thành vào năm 1984; Giai đoạn thứ hai bắt đầu năm 1998, hoàn thành vào năm 2010. Ở giai đoạn đầu tiên lắp đặt 14 tổ máy phát điện, giai đoạn thứ hai lắp đặt thêm 11 tổ máy.
Phần chính của đập Tucurui có chiều dài 6,9 km, chiều cao 78 m. Sản lượng điện trung bình hàng năm của Guri khoảng 21,4 tỷ kWh.
7. Nhà máy thủy điện Grand Coulee (Hoa Kỳ) – 6.809 MW
Thủy điện Grand Coulee nằm trên sông Columbia ở phía tây Spokane, Washington, Hoa Kỳ với công suất lắp đặt là 6.809 MW. Công trình thủy điện này sản xuất khoảng 35% tổng lượng điện tái tạo ở Mỹ và 6,1% tổng lượng điện của cả nước.
Grand Coulee được xây dựng từ năm 1933 đến năm 1942, ban đầu với hai nhà máy điện. Sau đó, nhà máy điện thứ ba tiếp tục xây dựng, hoàn thành vào năm 1974 để tăng cường sản xuất năng lượng. Đây là trung tâm sản xuất điện năng lớn nhất ở Hoa Kỳ và đập Grand Coulee cũng là một trong những công trình kiến trúc bê tông lớn nhất trên thế giới. Thủy điện Grand Coulee có sản lượng điện trung bình năm gần 21 tỷ kWh.
8. Nhà máy thủy điện Xiangjiaba (Trung Quốc) – 6.448 MW
Được xây dựng trên sông Kim Sa, một nhánh của sông Dương Tử ở phía tây nam Trung Quốc, thủy điện Xiangjiaba có sản lượng điện khoảng 30,7 tỷ kWh mỗi năm. Đập thủy điện này cùng với hồ chứa Tam Hiệp có nhiệm vụ kiểm soát lũ lụt ở khu vực trung lưu và hạ lưu sông Dương Tử. Đập Xiangjiaba là đập thủy điện lớn thứ ba của Trung Quốc sau đập Tam Hiệp và đập Xiluodu.
Thủy điện Xiangjiangba có 8 tổ máy, trong đó 4 tổ máy có công suất 812 MW/tổ máy và 4 tổ máy có công suất 800 MW/tổ máy, tổng công suất lắp đặt là 6.448 MW. Tổ máy đầu tiên bắt đầu phát điện vào tháng 10/2012, trong khi tổ máy cuối cùng phát điện vào tháng 7/2014.
Nguồn điện sản xuất từ thủy điện Xiangjiaba được kết nối với đường dây truyền tải điện siêu cao áp Xiangjiaba – Thượng Hải 800 kV, dài gần 2.000 km để truyền tải đến Thượng Hải.
9. Nhà máy thủy điện Longtan (Trung Quốc) – 6.426 MW
Thủy điện Longtan nằm trên sông Hồng Thủy (Hongshui) ở khu tự trị Choang Quảng Tây của Trung Quốc. Đây là một thành phần quan trọng của dự án truyền tải điện Tây – Đông của Trung Quốc, tập trung vào phát triển các nguồn điện ở khu vực phía Tây và chuyển điện đến các tỉnh Giang Tô, Chiết Giang, Quảng Đông, cũng như Thượng Hải, Bắc Kinh, Thiên Tân, những nơi đang đối mặt với tình trạng thiếu điện.
Đập bê tông đầm lăn của Longtan có chiều dài 836 m, chiều cao 216,5 m, dài 836 m, dung tích hồ chứa nước là 27,3 tỷ m3. Nhà máy điện có khả năng tạo ra 18,7 tỷ kWh mỗi năm.
Dự án bắt đầu được xây dựng vào tháng 7/2001. Nhà máy bao gồm 9 tổ máy, mỗi tổ máy công suất 714 MW, tổng công suất lắp đặt là 6.426 MW. Tổ máy đầu tiên vận hành thử nghiệm vào tháng 5/2007. Tổ máy thứ 9 và cuối cùng đi vào hoạt động vào năm 2009.
10. Nhà máy thủy điện Sayano-Shushenskaya (Nga) – 6.400 MW
Thủy điện Sayano-Shushenskaya công suất 6.400 MW trên sông Yenisei là nhà máy thủy điện lớn nhất ở Nga. Đập vòm trọng lực cao 242 m có chiều dài đỉnh là 1,06 km và chiều rộng đỉnh đập là 25 m.
Năm 2009, sự cố một trong các tổ máy của nhà máy Sayano-Shushenskaya dẫn đến hư hỏng của cả 10 tổ máy, với ít nhất ba trong số chúng bị phá hủy. Tháng 2/2010, nhà máy hoạt động trở lại song song với việc sửa chữa. Việc sửa chữa sau đó hoàn thành vào tháng 11/2014.
Thủy điện Sayano-Shushenskaya có 10 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 640 MW, tổng công suất lắp đặt là 6.400 MW. Sản lượng điện trung bình năm là 23,5 tỷ kWh.
| Nhà máy thủy điện quy mô lớn khác đang xây dựng
Hai nhà máy thủy điện quy mô lớn đang được xây dựng trên sông Kim Sa, Trung Quốc là thủy điện Baihetan (công suất 16.000 MW); Thủy điện Wudongde (công suất 10.200 MW). Hai tổ máy đầu tiên của thủy điện Baihetan đã vận hành vào năm 2019, còn tổ máy đầu tiên của thủy điện Wudongde đã vận hành vào tháng 6/2020. Thủy điện Baihetan dự kiến có sản lượng điện hàng năm hơn 62,44 tỷ kWh, trong khi thủy điện Wudongde ước tính sản xuất 38,91 tỷ kWh mỗi năm. Khi hai nhà máy thủy điện này đi vào hoạt động hoàn toàn (dự kiến năm 2022), sẽ có sự thay đổi ở 10 nhà máy thủy điện lớn nhất thế giới. |
