Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất trên toàn thế giới, sản xuất năng lượng gấp đôi năng lượng gió và gấp bốn lần năng lượng mặt trời. Và bơm nước lên đồi, hay còn gọi là "thủy điện tích trữ bơm", chiếm hơn 90% tổng công suất lưu trữ năng lượng của thế giới.
Nhưng bất chấp tác động to lớn của thủy điện, chúng ta không nghe nhiều về nó ở Hoa Kỳ. Trong khi vài thập kỷ qua chứng kiến giá gió và mặt trời giảm mạnh và tính khả dụng tăng vọt, sản lượng thủy điện trong nước vẫn tương đối ổn định vì quốc gia này đã xây dựng các nhà máy thủy điện ở những vị trí lý tưởng nhất về mặt địa lý.
Trên bình diện quốc tế, đó lại là một câu chuyện khác. Trung Quốc đã thúc đẩy sự mở rộng kinh tế của mình bằng cách xây dựng hàng nghìn đập thủy điện mới, thường là đập lớn, trong vài thập kỷ qua. Châu Phi, Ấn Độ và các quốc gia khác ở Châu Á và Thái Bình Dương cũng sẽ làm như vậy.
Nhưng việc mở rộng mà không có sự giám sát chặt chẽ về môi trường có thể dẫn đến rắc rối, vì các đập và hồ chứa phá vỡ hệ sinh thái sông và môi trường sống xung quanh, và các nghiên cứu gần đây cho thấy các hồ chứa có thể thải ra nhiều carbon dioxide và methane hơn so với hiểu biết trước đây. Thêm vào đó, hạn hán do khí hậu đang khiến thủy điện trở thành nguồn năng lượng kém tin cậy hơn, vì các đập ở miền Tây nước Mỹ đã mất đi một lượng đáng kể công suất phát điện.
“Trong một năm bình thường, Đập Hoover sẽ tạo ra khoảng 4,5 tỷ kilowatt giờ năng lượng”, Mark Cook, Giám đốc Đập Hoover mang tính biểu tượng cho biết. “Với tình trạng hiện tại của hồ, con số này sẽ vào khoảng 3,5 tỷ kilowatt giờ”.
Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng thủy điện đóng vai trò lớn trong tương lai sử dụng 100% năng lượng tái tạo, do đó, việc tìm hiểu cách giảm thiểu những thách thức này là điều bắt buộc.
Thủy điện trong nước
Năm 2021, thủy điện chiếm khoảng 6% sản lượng điện quy mô tiện ích tại Hoa Kỳ và 32% sản lượng điện tái tạo. Trong nước, đây là nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất cho đến năm 2019, khi bị gió vượt qua.
Người ta dự đoán Hoa Kỳ sẽ không chứng kiến nhiều sự tăng trưởng về thủy điện trong thập kỷ tới, một phần là do quy trình cấp phép và cấp phép rườm rà.
“Phải tốn hàng chục triệu đô la và nhiều năm nỗ lực để trải qua quá trình cấp phép. Và đối với một số cơ sở này, đặc biệt là một số cơ sở nhỏ hơn, họ không có đủ tiền hoặc thời gian đó”, Malcolm Woolf, Chủ tịch kiêm Tổng giám đốc điều hành của Hiệp hội Thủy điện Quốc gia cho biết. Ông ước tính rằng có hàng chục cơ quan khác nhau tham gia vào việc cấp phép hoặc cấp lại giấy phép cho một cơ sở thủy điện duy nhất. Ông cho biết quá trình này mất nhiều thời gian hơn so với việc cấp phép cho một nhà máy điện hạt nhân.
Vì nhà máy thủy điện trung bình ở Hoa Kỳ đã hơn 60 năm tuổi nên nhiều nhà máy sẽ sớm cần được cấp lại giấy phép.
Woolf cho biết: “Vì vậy, chúng ta có thể phải đối mặt với hàng loạt lệnh từ bỏ giấy phép, điều này thật trớ trêu khi chúng ta đang cố gắng tăng lượng điện năng linh hoạt, không phát thải carbon có ở đất nước này”.
Nhưng Bộ Năng lượng cho biết vẫn có tiềm năng tăng trưởng trong nước thông qua việc nâng cấp các nhà máy cũ và bổ sung điện cho các đập hiện có.
“Chúng tôi có 90.000 con đập ở đất nước này, hầu hết được xây dựng để kiểm soát lũ lụt, tưới tiêu, dự trữ nước, giải trí. Chỉ có 3% trong số những con đập đó thực sự được sử dụng để phát điện”, Woolf cho biết.
Sự tăng trưởng trong lĩnh vực này cũng phụ thuộc vào việc mở rộng thủy điện tích năng, vốn đang được chú ý như một cách để "củng cố" năng lượng tái tạo, lưu trữ năng lượng dư thừa để sử dụng khi trời không nắng và không có gió.
Khi một cơ sở lưu trữ bơm nước tạo ra điện, nó hoạt động giống như một nhà máy thủy điện thông thường: Nước chảy từ hồ chứa trên xuống hồ chứa dưới, làm quay một tua bin phát điện trên đường đi. Sự khác biệt là một cơ sở lưu trữ bơm nước có thể nạp lại, sử dụng điện từ lưới điện để bơm nước từ dưới lên hồ chứa trên, do đó lưu trữ năng lượng tiềm năng có thể giải phóng khi cần thiết.
Trong khi lưu trữ bơm có công suất phát điện khoảng 22 gigawatt hiện nay, thì có hơn 60 gigawatt các dự án được đề xuất trong đường ống phát triển. Chỉ đứng sau Trung Quốc.
Trong những năm gần đây, các giấy phép và đơn xin cấp phép cho các hệ thống lưu trữ bơm đã tăng đáng kể và các công nghệ mới đang được xem xét. Chúng bao gồm các cơ sở "vòng kín", trong đó không có hồ chứa nào được kết nối với nguồn nước bên ngoài hoặc các cơ sở nhỏ hơn sử dụng bể chứa thay vì hồ chứa. Cả hai phương pháp đều có khả năng ít gây gián đoạn hơn cho môi trường xung quanh.
Phát thải và hạn hán
Đập sông hoặc tạo ra các hồ chứa mới có thể cản trở sự di cư của cá và phá hủy các hệ sinh thái và môi trường sống xung quanh. Các đập và hồ chứa thậm chí đã di dời hàng chục triệu người trong suốt chiều dài lịch sử, thường là các cộng đồng bản địa hoặc nông thôn.
Những tác hại này được thừa nhận rộng rãi. Nhưng một thách thức mới — khí thải từ các hồ chứa — hiện đang nhận được nhiều sự chú ý hơn.
Ilissa Ocko, Nhà khoa học khí hậu cấp cao tại Quỹ Phòng vệ Môi trường, cho biết: ″Điều mà mọi người không nhận ra là các hồ chứa này thực sự thải ra rất nhiều carbon dioxide và methane vào khí quyển, cả hai đều là khí nhà kính mạnh".
Lượng khí thải này đến từ thảm thực vật phân hủy và các chất hữu cơ khác, chúng phân hủy và giải phóng khí mê-tan khi một khu vực bị ngập lụt để tạo thành một hồ chứa. "Thông thường, khí mê-tan đó sau đó chuyển thành carbon dioxide, nhưng bạn cần oxy để làm điều đó. Và nếu nước thực sự, thực sự ấm, thì các lớp dưới cùng sẽ cạn kiệt oxy", Ocko cho biết, nghĩa là khí mê-tan sau đó được giải phóng vào khí quyển.
Khi nói đến việc làm nóng thế giới, mê-tan mạnh hơn CO2 gấp 80 lần trong 20 năm đầu sau khi phát thải. Cho đến nay, nghiên cứu cho thấy những vùng nóng hơn trên thế giới, như Ấn Độ và Châu Phi, có xu hướng có nhiều nhà máy gây ô nhiễm hơn, trong khi Ocko cho biết các hồ chứa ở Trung Quốc và Hoa Kỳ không phải là mối quan tâm đặc biệt. Nhưng Ocko cho biết cần phải có một cách mạnh mẽ hơn để đo lượng khí thải.
“Và sau đó, bạn có thể có đủ loại động lực để giảm lượng khí thải này hoặc các quy định của nhiều cơ quan khác nhau để đảm bảo rằng bạn không phát thải quá nhiều”, Ocko cho biết.
Một vấn đề lớn khác đối với thủy điện là hạn hán do khí hậu. Các hồ chứa nông tạo ra ít điện hơn và điều đó đặc biệt đáng lo ngại ở miền Tây nước Mỹ, nơi đã chứng kiến giai đoạn 22 năm khô hạn nhất trong 1.200 năm qua.
Khi các hồ chứa như Hồ Powell, cung cấp nước cho Đập Glen Canyon, và Hồ Mead, cung cấp nước cho Đập Hoover, sản xuất ít điện hơn, nhiên liệu hóa thạch đang bù đắp cho sự thiếu hụt. Một nghiên cứu phát hiện ra rằng từ năm 2001-2015, thêm 100 triệu tấn carbon dioxide đã được thải ra trên 11 tiểu bang ở phía tây do hạn hán gây ra, không còn thủy điện. Trong giai đoạn đặc biệt khó khăn đối với California từ năm 2012-2016, một nghiên cứu khác ước tính rằng việc mất sản lượng thủy điện khiến tiểu bang này thiệt hại 2,45 tỷ đô la.
Lần đầu tiên trong lịch sử, tình trạng thiếu nước đã được tuyên bố tại Hồ Mead, gây ra tình trạng cắt giảm phân bổ nước ở Arizona, Nevada và Mexico. Mực nước hiện tại là 1.047 feet, dự kiến sẽ giảm thêm nữa, vì Cục Cải tạo đã thực hiện bước đi chưa từng có là giữ nước tại Hồ Powell, nằm ở thượng nguồn Hồ Mead, để Đập Glen Canyon có thể tiếp tục sản xuất điện. Nếu mực nước Hồ Mead giảm xuống dưới 950 feet, hồ sẽ không còn sản xuất điện nữa.
Tương lai của thủy điện
Việc hiện đại hóa cơ sở hạ tầng thủy điện hiện có có thể tăng hiệu quả và bù đắp một số tổn thất liên quan đến hạn hán, cũng như đảm bảo các nhà máy có thể hoạt động trong nhiều thập kỷ tới.
Từ nay đến năm 2030, 127 tỷ đô la sẽ được chi cho việc hiện đại hóa các nhà máy cũ trên toàn cầu. Con số này chiếm gần một phần tư tổng đầu tư thủy điện toàn cầu và gần 90% đầu tư ở Châu Âu và Bắc Mỹ.
Tại Đập Hoover, điều đó có nghĩa là phải cải tạo một số tua-bin để hoạt động hiệu quả hơn ở độ cao thấp hơn, lắp đặt các cửa van mỏng hơn để kiểm soát dòng nước chảy vào tua-bin và phun khí nén vào tua-bin để tăng hiệu suất.
Nhưng ở những nơi khác trên thế giới, phần lớn đầu tư đang hướng đến các nhà máy mới. Các dự án lớn do nhà nước sở hữu ở Châu Á và Châu Phi dự kiến sẽ chiếm hơn 75% công suất thủy điện mới cho đến năm 2030. Nhưng một số người lo ngại về tác động của các dự án như vậy đối với môi trường.
“Theo ý kiến khiêm tốn của tôi, chúng được xây dựng quá mức. Chúng được xây dựng với công suất lớn không cần thiết”, Shannon Ames, Giám đốc điều hành của Viện Thủy điện tác động thấp cho biết, “Chúng có thể được thực hiện như đập tràn và chúng có thể được thiết kế khác đi”.
Các cơ sở thủy điện dòng chảy không bao gồm hồ chứa, do đó ít tác động đến môi trường hơn, nhưng chúng không thể tạo ra năng lượng theo nhu cầu, vì sản lượng phụ thuộc vào dòng chảy theo mùa. Thủy điện dòng chảy dự kiến sẽ chiếm khoảng 13% tổng công suất bổ sung trong thập kỷ này, trong khi thủy điện truyền thống sẽ chiếm 56% và thủy điện tích năng chiếm 29%.
Nhưng nhìn chung, tăng trưởng thủy điện đang chậm lại và dự kiến sẽ giảm khoảng 23% vào năm 2030. Việc đảo ngược xu hướng này phần lớn sẽ phụ thuộc vào việc hợp lý hóa các quy trình cấp phép và quản lý, đồng thời thiết lập các tiêu chuẩn bền vững cao và các chương trình đo lường khí thải để đảm bảo sự chấp nhận của cộng đồng. Một mốc thời gian phát triển ngắn hơn sẽ giúp các nhà phát triển có được các thỏa thuận mua điện, do đó khuyến khích đầu tư vì lợi nhuận sẽ được đảm bảo.
“Một phần lý do khiến đôi khi nó không hấp dẫn bằng năng lượng mặt trời và gió là vì tầm nhìn cho các cơ sở này khác nhau. Ví dụ, một nhà máy điện gió và mặt trời thường được coi là một dự án kéo dài 20 năm”, Ames cho biết, “Mặt khác, thủy điện được cấp phép và hoạt động trong 50 năm. Và nhiều nhà máy trong số đó đã hoạt động trong 100 năm… Nhưng thị trường vốn của chúng tôi không nhất thiết đánh giá cao lợi nhuận dài hạn như vậy”.
Woolf cho biết việc tìm ra các động lực phù hợp cho phát triển thủy điện và thủy điện tích năng, cũng như đảm bảo thực hiện theo cách bền vững, sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc giúp thế giới từ bỏ nhiên liệu hóa thạch.
“Chúng tôi không nhận được những tiêu đề như một số công nghệ khác. Nhưng tôi nghĩ mọi người ngày càng nhận ra rằng bạn không thể có một lưới điện đáng tin cậy nếu không có thủy điện.”
Thời gian đăng: 14-07-2022
