Làm thế nào một giọt nước có thể được tái sử dụng đến 19 lần? Bài báo hé lộ những bí ẩn về việc sản xuất điện thủy điện.
Từ lâu, thủy điện đã là một phương tiện cung cấp điện quan trọng. Dòng sông chảy dài hàng ngàn dặm, chứa đựng nguồn năng lượng khổng lồ. Việc phát triển và sử dụng năng lượng nước tự nhiên thành điện năng được gọi là thủy điện. Quá trình thủy điện thực chất là một quá trình chuyển đổi năng lượng.
1. Nhà máy thủy điện tích năng là gì?
Các nhà máy thủy điện tích năng hiện là phương pháp lưu trữ năng lượng công suất lớn ổn định và hoàn thiện nhất về mặt công nghệ. Bằng cách xây dựng hoặc sử dụng hai hồ chứa hiện có, người ta tạo ra một bậc thang, và lượng điện dư thừa từ hệ thống điện trong thời gian tải thấp được bơm lên những nơi cao để lưu trữ. Trong thời gian tải cao điểm, điện được tạo ra bằng cách xả nước, được gọi là "ngân hàng điện siêu cấp".
Các nhà máy thủy điện là những công trình sử dụng động năng của dòng chảy nước để tạo ra điện. Chúng thường được xây dựng ở những thác nước lớn trên sông, sử dụng đập để chặn dòng chảy và tạo thành hồ chứa, sau đó chuyển đổi năng lượng nước thành điện năng thông qua tua bin nước và máy phát điện.
Tuy nhiên, hiệu suất phát điện của một nhà máy thủy điện đơn lẻ không cao vì sau khi nước chảy qua nhà máy, vẫn còn rất nhiều động năng chưa được tận dụng. Nếu nhiều nhà máy thủy điện được kết nối nối tiếp để tạo thành hệ thống bậc thang, một giọt nước có thể được kích hoạt nhiều lần ở các độ cao khác nhau, từ đó nâng cao hiệu suất phát điện.
Ngoài việc phát điện, các nhà máy thủy điện còn mang lại những lợi ích gì khác? Trên thực tế, việc xây dựng các nhà máy thủy điện cũng có tác động quan trọng đến sự phát triển kinh tế và xã hội của địa phương.
Một mặt, việc xây dựng các nhà máy thủy điện có thể thúc đẩy xây dựng cơ sở hạ tầng và phát triển công nghiệp địa phương. Việc xây dựng các nhà máy thủy điện đòi hỏi một lượng lớn nhân lực, vật lực và vốn đầu tư, tạo ra cơ hội việc làm và nhu cầu thị trường địa phương, thúc đẩy sự phát triển của các chuỗi công nghiệp liên quan và tăng thu ngân sách địa phương. Ví dụ, tổng vốn đầu tư của dự án Nhà máy thủy điện Vũ Đông Đức khoảng 120 tỷ nhân dân tệ, có thể thúc đẩy đầu tư liên quan trong khu vực từ 100 tỷ nhân dân tệ đến 125 tỷ nhân dân tệ. Trong giai đoạn xây dựng, trung bình mỗi năm số lượng việc làm tăng thêm khoảng 70.000 người, tạo thành động lực mới cho tăng trưởng kinh tế địa phương.
Mặt khác, việc xây dựng các nhà máy thủy điện có thể cải thiện môi trường sinh thái địa phương và đời sống người dân. Việc xây dựng các nhà máy thủy điện không chỉ cần tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt mà còn phải thực hiện phục hồi và bảo vệ sinh thái, nhân giống và thả các loài cá quý hiếm, cải thiện cảnh quan sông ngòi và thúc đẩy đa dạng sinh học. Ví dụ, kể từ khi thành lập Nhà máy thủy điện Vũ Đông Đức, hơn 780.000 cá giống quý hiếm như cá chạch bụng, cá bạch tuộc, cá chạch dài mảnh và cá chép đã được thả. Ngoài ra, việc xây dựng các nhà máy thủy điện cũng đòi hỏi việc di dời và tái định cư người dân, điều này mang lại điều kiện sống tốt hơn và cơ hội phát triển cho người dân địa phương. Ví dụ, huyện Kiều Gia là nơi đặt Nhà máy thủy điện Bạch Hãn, liên quan đến việc di dời và tái định cư 48.563 người. Huyện Kiều Gia đã chuyển đổi khu vực tái định cư thành khu vực tái định cư đô thị hóa hiện đại, cải thiện cơ sở hạ tầng và các tiện ích công cộng, nâng cao chất lượng cuộc sống và hạnh phúc của người dân nhập cư.
Nhà máy thủy điện không chỉ là một nhà máy phát điện, mà còn là một nhà máy mang lại lợi ích cho cộng đồng. Nó không chỉ cung cấp năng lượng sạch cho đất nước mà còn mang lại sự phát triển xanh cho khu vực địa phương. Đây là một tình huống đôi bên cùng có lợi đáng được chúng ta trân trọng và học hỏi.
2. Các loại hình phát điện thủy điện cơ bản
Các phương pháp tạo dòng chảy tập trung thường được sử dụng bao gồm xây đập, chuyển hướng dòng nước, hoặc kết hợp cả hai.
Xây dựng một con đập ở đoạn sông có độ dốc lớn, thiết lập một hồ chứa để trữ nước và nâng mực nước, lắp đặt một tuabin nước bên ngoài đập, và nước từ hồ chứa chảy qua kênh dẫn nước (kênh chuyển hướng) đến tuabin nước ở phần dưới của đập. Nước làm quay tuabin và dẫn động máy phát điện để tạo ra điện, sau đó chảy qua kênh xả nước xuống sông phía hạ lưu. Đó là cách xây dựng một con đập và hồ chứa để phát điện.
Do chênh lệch mực nước lớn giữa mặt nước hồ chứa bên trong đập và mặt nước cửa xả của tuabin thủy lực bên ngoài đập, một lượng lớn nước trong hồ chứa có thể được sử dụng để tạo ra công suất thông qua thế năng lớn, giúp đạt được hiệu quả sử dụng tài nguyên nước cao. Nhà máy thủy điện được xây dựng bằng phương pháp tích nước trong quá trình xây dựng đập được gọi là nhà máy thủy điện kiểu đập, chủ yếu bao gồm nhà máy thủy điện kiểu đập và nhà máy thủy điện kiểu lòng sông.
Xây dựng hồ chứa để trữ nước và nâng cao mực nước ở thượng nguồn, lắp đặt tuabin nước ở hạ lưu, và dẫn nước từ hồ chứa thượng nguồn xuống tuabin nước ở hạ lưu thông qua kênh dẫn. Dòng nước làm quay tuabin và dẫn động máy phát điện để tạo ra điện, sau đó chảy qua kênh dẫn xuống hạ lưu. Kênh dẫn sẽ dài hơn và đi xuyên qua núi, đây là một cách để dẫn nước và phát điện.
Do chênh lệch mực nước lớn H0 giữa mặt nước hồ chứa thượng nguồn và mặt nước cửa xả tuabin hạ nguồn, một lượng lớn nước trong hồ chứa được sử dụng với năng lượng tiềm năng lớn, giúp đạt hiệu quả sử dụng tài nguyên nước cao. Các nhà máy thủy điện sử dụng phương pháp chuyển hướng dòng nước tập trung được gọi là các nhà máy thủy điện kiểu chuyển hướng, chủ yếu bao gồm các nhà máy thủy điện kiểu chuyển hướng áp lực và các nhà máy thủy điện kiểu chuyển hướng không áp lực.
3. Làm thế nào để đạt được “19 lần tái sử dụng một giọt nước”?
Được biết, Nhà máy thủy điện Nanshan đã chính thức hoàn thành và đi vào hoạt động ngày 30 tháng 10 năm 2019, tọa lạc tại ngã ba giữa huyện Yanyuan và huyện Butuo thuộc Khu tự trị dân tộc Yi Lương Sơn, tỉnh Tứ Xuyên. Tổng công suất lắp đặt của nhà máy thủy điện là 102.000 megawatt, đây là dự án thủy điện sử dụng tổng hợp các nguồn tài nguyên nước tự nhiên, năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Điều ấn tượng nhất là nhà máy thủy điện này không chỉ sản xuất điện mà còn đạt được hiệu quả tối ưu trong việc sử dụng tài nguyên nước thông qua các biện pháp công nghệ. Nó sử dụng một giọt nước tới 19 lần, tạo ra thêm 34,1 tỷ kilowatt giờ điện, tạo nên nhiều kỳ tích trong lĩnh vực sản xuất thủy điện.
Thứ nhất, Nhà máy thủy điện Nanshan áp dụng công nghệ phát điện thủy điện lai tiên tiến hàng đầu thế giới, sử dụng toàn diện các nguồn tài nguyên nước tự nhiên, năng lượng gió và năng lượng mặt trời, đồng thời đạt được sự tối ưu hóa và phối hợp có hệ thống thông qua các biện pháp công nghệ, từ đó hướng tới sự phát triển bền vững.
Thứ hai, nhà máy thủy điện ứng dụng các công nghệ tiên tiến như phân tích dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo và Internet vạn vật để quản lý hiệu quả các khía cạnh khác nhau như thông số thiết bị, mực nước, cột nước và lưu lượng nước, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của nhà máy thủy điện. Ví dụ, bằng cách thiết lập công nghệ tự động theo dõi và điều chỉnh áp suất cột nước không đổi, tổ máy phát điện tuabin nước tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên nước đồng thời đảm bảo vận hành an toàn, đạt được mục tiêu tối ưu hóa và tăng sản lượng điện thông qua tối ưu hóa cột nước. Đồng thời, khi mực nước hồ chứa thấp, nhà máy thủy điện thiết lập hệ thống quản lý động cho hồ chứa để làm chậm tốc độ giảm mực nước, nâng cao hiệu quả tuần hoàn và tăng công suất phát điện một cách hiệu quả.
Ngoài ra, thiết kế xuất sắc của Nhà máy thủy điện Nanshan cũng là một yếu tố không thể thiếu. Nhà máy sử dụng tuabin nước PM (tuabin Pelton Michel), đặc điểm nổi bật là khi phun nước lên cánh quạt, diện tích mặt cắt ngang của vòi phun và lưu lượng nước hướng vào cánh quạt có thể được điều chỉnh bằng cách quay, sao cho hướng và tốc độ phun nước phù hợp với hướng và tốc độ quay của cánh quạt, tối đa hóa hiệu suất phát điện. Thêm vào đó, các công nghệ tiên tiến như công nghệ phun nước đa điểm và việc bổ sung các đoạn quay đã được áp dụng, giúp nâng cao đáng kể hiệu suất phát điện.
Cuối cùng, nhà máy thủy điện Nanshan cũng áp dụng công nghệ lưu trữ năng lượng độc quyền. Một hệ thống thoát nước khẩn cấp đã được bổ sung tại khu vực tích trữ nước. Thông qua hồ chứa nước, nguồn nước có thể được phân chia theo các khoảng thời gian khác nhau, đạt được nhiều chức năng như sản xuất nước và truyền tải điện, đảm bảo sử dụng nguồn nước một cách kinh tế và an toàn.
Nhìn chung, lý do Nhà máy thủy điện Nam Sơn đạt được mục tiêu “tái sử dụng 19 lần một giọt nước” là nhờ nhiều yếu tố, bao gồm công nghệ phát điện thủy điện lai hàng đầu thế giới, ứng dụng công nghệ tiên tiến, cơ chế quản lý hiệu quả, thiết kế xuất sắc và công nghệ lưu trữ năng lượng độc đáo. Điều này không chỉ mang lại những ý tưởng và mô hình mới cho sự phát triển của ngành thủy điện, mà còn cung cấp những minh chứng và nguồn cảm hứng hữu ích cho sự phát triển bền vững của ngành năng lượng Trung Quốc.
Thời gian đăng bài: 14 tháng 8 năm 2023
