1. Tài nguyên năng lượng nước
Lịch sử phát triển và sử dụng tài nguyên thủy điện của con người bắt nguồn từ thời cổ đại. Theo Giải thích Luật Năng lượng tái tạo của Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa (do Ủy ban Công tác Pháp luật thuộc Ủy ban Thường vụ Quốc hội biên soạn), định nghĩa về năng lượng nước như sau: nhiệt lượng từ gió và mặt trời gây ra sự bốc hơi nước, hơi nước tạo thành mưa và tuyết, mưa và tuyết rơi tạo thành sông suối, và dòng chảy của nước tạo ra năng lượng, gọi là năng lượng nước.
Nội dung chính của việc phát triển và sử dụng tài nguyên thủy điện hiện đại là phát triển và sử dụng tài nguyên thủy điện, vì vậy người ta thường dùng các thuật ngữ như tài nguyên năng lượng nước, tài nguyên năng lượng thủy lực và tài nguyên năng lượng điện thủy lực làm từ đồng nghĩa. Tuy nhiên, trên thực tế, tài nguyên thủy điện bao gồm một phạm vi nội dung rộng lớn hơn như tài nguyên năng lượng nhiệt thủy điện, tài nguyên năng lượng thủy điện, tài nguyên năng lượng nước biển.
(1) Tài nguyên nước và năng lượng nhiệt
Nguồn năng lượng nước và nhiệt thường được biết đến là các suối nước nóng tự nhiên. Từ thời cổ đại, con người đã bắt đầu trực tiếp sử dụng nguồn nước và nhiệt từ các suối nước nóng tự nhiên để xây dựng nhà tắm, tắm rửa, chữa bệnh và tập thể dục. Ngày nay, con người cũng sử dụng nguồn năng lượng nước và nhiệt để phát điện và sưởi ấm. Ví dụ, Iceland đã sản xuất 7,08 tỷ kilowatt giờ điện thủy điện vào năm 2003, trong đó 1,41 tỷ kilowatt giờ được tạo ra bằng năng lượng địa nhiệt (tức là nguồn năng lượng nhiệt từ nước). 86% dân số nước này đã sử dụng năng lượng địa nhiệt để sưởi ấm. Nhà máy điện Dương Bạch Tĩnh với công suất lắp đặt 25.000 kilowatt đã được xây dựng ở Tây Tạng, cũng sử dụng năng lượng địa nhiệt (nguồn năng lượng nước và nhiệt) để phát điện. Theo dự đoán của các chuyên gia, năng lượng nhiệt độ thấp (sử dụng nước ngầm làm môi trường) có thể được thu thập bởi đất trong phạm vi gần 100 mét ở Trung Quốc mỗi năm có thể đạt 150 tỷ kilowatt. Hiện nay, công suất lắp đặt điện địa nhiệt ở Trung Quốc là 35.300 kilowatt.
(2) Tài nguyên năng lượng thủy điện
Năng lượng thủy lực bao gồm động năng và thế năng của nước. Ở Trung Quốc cổ đại, nguồn năng lượng thủy lực của các dòng sông chảy xiết, thác nước và các công trình ngầm khác được sử dụng rộng rãi để xây dựng các loại máy móc như bánh xe nước, cối xay nước và máy nghiền nước phục vụ tưới tiêu, chế biến ngũ cốc và xay xát gạo. Vào những năm 1830, các nhà máy thủy lực được phát triển và sử dụng ở châu Âu để cung cấp năng lượng cho các ngành công nghiệp quy mô lớn như nhà máy xay bột, nhà máy dệt bông và khai thác mỏ. Các tuabin nước hiện đại trực tiếp dẫn động máy bơm ly tâm để tạo ra lực ly tâm phục vụ việc bơm nước và tưới tiêu, cũng như các trạm bơm búa nước sử dụng dòng chảy của nước để tạo ra áp suất búa nước và hình thành áp suất nước cao để bơm nước và tưới tiêu, đều là những ví dụ trực tiếp về việc phát triển và sử dụng nguồn năng lượng nước.
(3) Tài nguyên năng lượng thủy điện
Vào những năm 1880, khi điện được phát hiện, động cơ điện được sản xuất dựa trên lý thuyết điện từ, và các nhà máy thủy điện được xây dựng để chuyển đổi năng lượng thủy lực của các nhà máy thủy điện thành năng lượng điện và cung cấp cho người sử dụng, mở ra một thời kỳ phát triển và khai thác mạnh mẽ nguồn năng lượng thủy điện.
Các nguồn năng lượng thủy điện mà chúng ta đang đề cập đến thường được gọi là tài nguyên thủy điện. Ngoài tài nguyên nước sông, đại dương còn chứa nguồn năng lượng khổng lồ từ thủy triều, sóng, muối và nhiệt độ. Ước tính nguồn năng lượng thủy điện đại dương toàn cầu là 76 tỷ kilowatt, gấp hơn 15 lần trữ lượng lý thuyết của thủy điện sông trên đất liền. Trong đó, năng lượng thủy triều là 3 tỷ kilowatt, năng lượng sóng là 3 tỷ kilowatt, năng lượng chênh lệch nhiệt độ là 40 tỷ kilowatt và năng lượng chênh lệch muối là 30 tỷ kilowatt. Hiện nay, chỉ có công nghệ phát triển và sử dụng năng lượng thủy triều đạt đến giai đoạn thực tiễn có thể được phát triển trên quy mô lớn trong việc sử dụng tài nguyên thủy điện biển của con người. Việc phát triển và sử dụng các nguồn năng lượng khác vẫn cần nghiên cứu thêm để đạt được những kết quả đột phá về tính khả thi kỹ thuật và kinh tế, cũng như đạt được sự phát triển và sử dụng thực tiễn. Việc phát triển và sử dụng năng lượng đại dương mà chúng ta thường đề cập đến chủ yếu là phát triển và sử dụng năng lượng thủy triều. Lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời đối với mặt biển của Trái Đất gây ra sự dao động định kỳ của mực nước, được gọi là thủy triều đại dương. Sự dao động của nước biển tạo ra năng lượng thủy triều. Về nguyên tắc, năng lượng thủy triều là năng lượng cơ học được tạo ra bởi sự dao động của mực nước thủy triều.
Các nhà máy điện thủy triều xuất hiện vào thế kỷ 11, và đầu thế kỷ 20, Đức và Pháp bắt đầu xây dựng các nhà máy điện thủy triều quy mô nhỏ.
Ước tính năng lượng thủy triều có thể khai thác trên toàn thế giới nằm trong khoảng từ 1 tỷ đến 1,1 tỷ kilowatt, với sản lượng điện hàng năm xấp xỉ 1,24 tỷ kilowatt giờ. Riêng Trung Quốc có công suất lắp đặt để khai thác là 21,58 triệu kilowatt và sản lượng điện hàng năm là 30 tỷ kilowatt giờ.
Hiện nay, nhà máy điện thủy triều lớn nhất thế giới là nhà máy điện thủy triều Rennes ở Pháp, với công suất lắp đặt 240.000 kilowatt. Nhà máy điện thủy triều đầu tiên ở Trung Quốc, nhà máy điện thủy triều Jizhou ở Quảng Đông, được xây dựng năm 1958 với công suất lắp đặt 40 kilowatt. Nhà máy điện thủy triều Zhejiang Jiangxia, được xây dựng năm 1985, có tổng công suất lắp đặt 3.200 kilowatt, đứng thứ ba trên thế giới.
Ngoài ra, tại các đại dương của Trung Quốc, trữ lượng năng lượng sóng khoảng 12,85 triệu kilowatt, năng lượng thủy triều khoảng 13,94 triệu kilowatt, năng lượng chênh lệch độ mặn khoảng 125 triệu kilowatt, và năng lượng chênh lệch nhiệt độ khoảng 1,321 tỷ kilowatt. Tóm lại, tổng năng lượng đại dương ở Trung Quốc khoảng 1,5 tỷ kilowatt, gấp hơn hai lần trữ lượng lý thuyết 694 triệu kilowatt của thủy điện sông trên đất liền, và có triển vọng phát triển và sử dụng rộng lớn. Hiện nay, các quốc gia trên thế giới đang đầu tư mạnh vào nghiên cứu các phương pháp công nghệ để phát triển và sử dụng nguồn năng lượng khổng lồ tiềm ẩn trong đại dương.
2. Nguồn năng lượng thủy điện
Năng lượng thủy điện nói chung đề cập đến việc sử dụng năng lượng tiềm năng và động năng của dòng chảy nước sông để tạo ra công và vận hành các máy phát điện thủy điện nhằm sản sinh điện năng. Việc sản xuất điện từ than đá, dầu mỏ, khí đốt tự nhiên và năng lượng hạt nhân đòi hỏi tiêu thụ các nguồn nhiên liệu không thể tái tạo, trong khi sản xuất điện thủy điện không tiêu thụ tài nguyên nước mà tận dụng năng lượng của dòng chảy sông.
(1) Tài nguyên năng lượng thủy điện toàn cầu
Tổng trữ lượng thủy điện trong các con sông trên toàn thế giới là 5,05 tỷ kilowatt, với sản lượng điện hàng năm lên tới 44,28 nghìn tỷ kilowatt giờ; trữ lượng thủy điện có thể khai thác về mặt kỹ thuật là 2,26 tỷ kilowatt, và sản lượng điện hàng năm có thể đạt 9,8 nghìn tỷ kilowatt giờ.
Năm 1878, Pháp xây dựng nhà máy thủy điện đầu tiên trên thế giới với công suất lắp đặt 25 kilowatt. Cho đến nay, công suất thủy điện lắp đặt trên toàn thế giới đã vượt quá 760 triệu kilowatt, với sản lượng điện hàng năm đạt 3 nghìn tỷ kilowatt giờ.
(2) Tài nguyên thủy điện của Trung Quốc
Trung Quốc là một trong những quốc gia có nguồn tài nguyên thủy điện phong phú nhất thế giới. Theo khảo sát mới nhất về tài nguyên thủy điện, trữ lượng lý thuyết năng lượng nước sông ở Trung Quốc là 694 triệu kilowatt, và sản lượng điện lý thuyết hàng năm là 6,08 nghìn tỷ kilowatt giờ, đứng đầu thế giới về trữ lượng lý thuyết thủy điện; công suất khai thác được về mặt kỹ thuật của tài nguyên thủy điện Trung Quốc là 542 triệu kilowatt, với sản lượng điện hàng năm là 2,47 nghìn tỷ kilowatt giờ, và công suất khai thác được về mặt kinh tế là 402 triệu kilowatt, với sản lượng điện hàng năm là 1,75 nghìn tỷ kilowatt giờ, cả hai đều đứng đầu thế giới.
Tháng 7 năm 1905, nhà máy thủy điện đầu tiên của Trung Quốc, nhà máy thủy điện Quý Sơn ở tỉnh Đài Loan, được xây dựng với công suất lắp đặt 500 kVA. Năm 1912, nhà máy thủy điện đầu tiên ở Trung Quốc đại lục, nhà máy thủy điện Thạch Long Ba ở Côn Minh, tỉnh Vân Nam, được hoàn thành và đi vào hoạt động, với công suất lắp đặt 480 kilowatt. Năm 1949, công suất lắp đặt thủy điện trong cả nước là 163.000 kilowatt; đến cuối năm 1999, con số này đã phát triển lên 72,97 triệu kilowatt, chỉ đứng sau Hoa Kỳ và xếp thứ hai trên thế giới; đến năm 2005, tổng công suất lắp đặt thủy điện ở Trung Quốc đã đạt 115 triệu kilowatt, đứng đầu thế giới, chiếm 14,4% công suất thủy điện có thể khai thác và 20% tổng công suất lắp đặt của ngành điện quốc gia.
(3) Đặc điểm của năng lượng thủy điện
Năng lượng thủy điện được tái tạo liên tục theo chu trình thủy văn của tự nhiên và có thể được con người sử dụng liên tục. Người ta thường dùng cụm từ "vô tận" để mô tả khả năng tái tạo của năng lượng thủy điện.
Năng lượng thủy điện không tiêu thụ nhiên liệu hay phát thải các chất độc hại trong quá trình sản xuất và vận hành. Chi phí quản lý và vận hành, chi phí phát điện và tác động môi trường của nó thấp hơn nhiều so với nhiệt điện, do đó đây là nguồn năng lượng xanh giá rẻ.
Năng lượng thủy điện có hiệu suất điều chỉnh tốt, khởi động nhanh và đóng vai trò giảm tải đỉnh trong vận hành lưới điện. Nó nhanh chóng và hiệu quả, giảm tổn thất điện năng trong các tình huống khẩn cấp và sự cố, đảm bảo an toàn cung cấp điện.
Năng lượng thủy điện và năng lượng khoáng sản thuộc loại năng lượng sơ cấp dựa trên tài nguyên, được chuyển hóa thành năng lượng điện và gọi là năng lượng thứ cấp. Phát triển năng lượng thủy điện là nguồn năng lượng hoàn thành đồng thời cả phát triển năng lượng sơ cấp và sản xuất năng lượng thứ cấp, với chức năng kép của xây dựng năng lượng sơ cấp và xây dựng năng lượng thứ cấp; không cần đến quá trình khai thác, vận chuyển và lưu trữ khoáng sản riêng lẻ, giúp giảm đáng kể chi phí nhiên liệu.
Việc xây dựng các hồ chứa để phát triển thủy điện sẽ làm thay đổi môi trường sinh thái của các khu vực địa phương. Một mặt, nó đòi hỏi phải nhấn chìm một số vùng đất, dẫn đến việc di dời người dân; mặt khác, nó có thể khôi phục vi khí hậu của khu vực, tạo ra một môi trường sinh thái thủy sinh mới, thúc đẩy sự sống còn của các sinh vật và tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát lũ lụt, thủy lợi, du lịch và phát triển vận tải đường thủy của con người. Do đó, trong quy hoạch các dự án thủy điện, cần phải xem xét tổng thể đến việc giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái, và phát triển thủy điện có nhiều ưu điểm hơn nhược điểm.
Nhờ những ưu điểm của năng lượng thủy điện, các quốc gia trên thế giới hiện đang áp dụng các chính sách ưu tiên phát triển thủy điện. Vào những năm 1990, thủy điện chiếm 93,2% tổng công suất lắp đặt của Brazil, trong khi các quốc gia như Na Uy, Thụy Sĩ, New Zealand và Canada có tỷ lệ thủy điện trên 50%.
Năm 1990, tỷ lệ sản lượng điện thủy điện so với tổng lượng điện có thể khai thác ở một số quốc gia trên thế giới lần lượt là 74% ở Pháp, 72% ở Thụy Sĩ, 66% ở Nhật Bản, 61% ở Paraguay, 55% ở Hoa Kỳ, 54% ở Ai Cập, 50% ở Canada, 17,3% ở Brazil, 11% ở Ấn Độ và 6,6% ở Trung Quốc trong cùng kỳ.
Thời gian đăng bài: 24/09/2024
