Thủy điện

Bạn có thể cấp điện cho cả thành phố chỉ bằng nước không?

Có một nguồn năng lượng tái tạo mạnh nhất trong tất cả và tạo ra nhiều điện hơn hẳn cả gió lẫn mặt trời ^[1,2,3]. Nó được gọi là thủy điện, và dùng chuyển động của nước để tạo ra lượng năng lượng khổng lồ.

Khi quá trình chuyển đổi năng lượng đang diễn ra mạnh mẽ, thủy điện có tiềm năng rất lớn ^[3,4,5]. Khi năng lượng gió và mặt trời tăng tốc, để đạt phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, thủy điện cũng cần phát triển nhanh tương tự ^[5-9].

Vậy công nghệ này mới có những bước tiến nào, và làm sao để khai phá sức mạnh thật sự của nó?

Từ thuở sơ khai của nền văn minh, con người đã nhận ra nước là sức mạnh. Nếu nhìn về Hy Lạp cổ đại cách đây 2.000 năm, bạn sẽ thấy rằng giữa những ngọn núi đẹp và đồng cỏ đầy nắng, người Hy Lạp đã dùng bánh xe nước để nghiền lúa mì thành bột ^[10,11,12].

Sau đó, người La Mã đã công nghiệp hóa quy trình này, tạo ra một nhà máy sản xuất đáng kinh ngạc ở Barbegal, miền nam nước Pháp ^[13-18]. Các nhà khảo cổ tin rằng nơi này nghiền tới 25 tấn ^[16,17] bột mỗi ngày bằng 16 cối xay chạy bằng nước, đủ nuôi toàn bộ cư dân của thành phố Arles gần đó ^[11,16,18].

Qua nhiều thế kỷ, loài người tiếp tục tìm ra những cách mới để khai thác sức mạnh của nước. Ngày nay, thủy điện cung cấp khoảng 14% sản lượng điện toàn cầu ^[1,2], đứng ngay sau than đá và khí đốt hóa thạch.

Nhưng nó hoạt động thế nào? Có ba loại nhà máy thủy điện chính ^[19]:

Loại 1: hồ chứa.

Loại phổ biến nhất dùng một con đập lớn chắn ngang sông để tạo ra hồ chứa cao hơn phần còn lại của dòng sông. Mỗi khi cần năng lượng, nước từ hồ chứa phía trên sẽ được xả xuống hạ lưu. Nhờ chênh lệch độ cao, dòng nước chảy sẽ làm quay một loạt tua-bin đặt ở vị trí thấp hơn và nối với máy phát điện ^[19]. Thế là, máy phát điện tạo ra điện.

Tuy nhiên, xây hồ chứa là một dự án lớn, làm ngập đất và cắt đứt dòng chảy tự nhiên của sông ^[20]. Nhưng còn một lựa chọn khác…

Loại 2: thủy điện dòng chảy.

Được dùng rộng rãi trên khắp thế giới, hệ thống đơn giản này có thể hoạt động có hoặc không có đập. Về cơ bản, khi một con sông chảy xuống dốc tự nhiên, bạn tạo một kênh chuyển dòng nhỏ - như vậy, một phần nước sông sẽ được dẫn qua kênh. Sau đó nước trong kênh chảy xuống một đường ống, làm quay tua-bin và bùm: có điện! ^[19,20]

Nhưng thủy điện có thể làm được nếu không có sông ở gần không? Có chứ…

Loại 3: tích năng bằng bơm.

Ở đây, chúng ta có hai hồ chứa, một ở thấp và một ở cao hơn. Hệ thống này có thể kết hợp với một nguồn năng lượng tái tạo khác, như điện mặt trời.

Ban ngày khi mặt trời chiếu sáng, các tấm pin mặt trời có thể tạo ra điện dư thừa. Bình thường lượng điện dư này sẽ bị lãng phí, nhưng nếu dùng nó để chạy máy bơm, bạn có thể bơm nước lên hồ chứa cao hơn ^[19-23].

Ban đêm, khi mặt trời không chiếu sáng và nhu cầu điện thường cao hơn, nước có thể được xả từ hồ chứa phía trên để chạy tua-bin và tạo điện theo nhu cầu.

Nó giống như một cục pin nước khổng lồ có thể sạc lại. Thực tế, các hệ thống thủy điện tích năng bằng bơm này chiếm hơn 90% lượng lưu trữ năng lượng dài hạn toàn cầu ^[5,22].

Các hệ thống thủy điện không nhất thiết phải xây dựng đồ sộ. Chúng có thể nhỏ hơn nhiều, thậm chí đặt vừa sân sau nhà bạn. Bạn chỉ cần có chênh lệch độ cao và đủ lượng nước rơi ^[24]. Và đừng để kích thước đánh lừa bạn! Một hệ thống nhỏ tại chỗ có thể cung cấp đủ điện cho một ngôi làng nhỏ ^[19,25,26].

Vậy thủy điện có thể giúp dẫn đường tới phát thải ròng bằng 0 không?

Đáng tiếc, thủy điện không phải lúc nào cũng thuận buồm xuôi gió: nó phải đối mặt với vài trở ngại ^[27,28].

Vấn đề đầu tiên là xã hội: các dự án xây dựng này có thể khiến cộng đồng phải di dời. Thực tế, với một đập hồ chứa lớn, hàng trăm nghìn người có thể phải rời nhà và chuyển đi nơi khác ^[29-32].

Vấn đề thứ hai là môi trường: nếu không được lên kế hoạch cẩn thận, đập có thể gây thiệt hại rất lớn cho môi trường xung quanh và động vật hoang dã sống ở đó ^[33-36].

Nhưng với cách tiếp cận và đổi mới phù hợp, thủy điện có thể đóng vai trò thiết yếu trong việc giảm phát thải CO₂ ^[27,37]. Các giải pháp đang được đề xuất: ^[38,39]

Ví dụ, tham vấn cộng đồng địa phương giúp họ có tiếng nói trong các quyết định để họ có thể hưởng lợi trực tiếp từ dự án ^[40,41].

Đánh giá tác động môi trường, hay EIA, cũng phải được thực hiện để giảm thiểu thiệt hại cho môi trường xung quanh ^[42,43,44].

Các chuyên gia cũng đang nỗ lực phát triển công nghệ tốt hơn, như đường dẫn cho cá và tua-bin an toàn cho cá ^[45,46,47].

Thế giới dường như đã quên thủy điện, nhưng nó giống một gã khổng lồ đang ngủ, với phần lớn tiềm năng toàn cầu vẫn chưa được khai thác. Cũng may. Người ta ước tính cần tăng gấp đôi công suất thủy điện toàn cầu để đạt phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 ^[5,6].

Khi gió và mặt trời phát triển, mở rộng lưu trữ năng lượng thủy điện tích năng bằng bơm cũng sẽ rất cần thiết để hỗ trợ các nguồn năng lượng không liên tục này ^[5,22,23].

Nếu được quy hoạch có trách nhiệm, thủy điện có thể dẫn dắt quá trình rời xa nhiên liệu hóa thạch vì nó mạnh mẽ, đáng tin cậy và có thể dùng theo nhu cầu.