Thủy điện của tương lai

Lắp đặt thêm các tuabin

Trên thực tế, hầu hết các đập nước không được xây dựng để làm thủy điện  mà chủ yếu để ngăn lũ lụt và cung cấp nước cho các trang trại và gia đình.

Tor Haakon Bakken, kỹ sư dân dụng tại Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy (NTNU) cho biết, gần một nửa số đập lớn của châu Âu được sử dụng cho thủy điện, nhưng chưa đến 1/6 đập ở châu Á và 1/10 đập ở châu Phi được sử dụng với mục đích này.

Bakken đã đề xuất lắp đặt các tuabin trên cơ sở hạ tầng của đập để sản xuất điện năng. Giải pháp này sẽ sản xuất điện mà không tạo thêm gánh nặng sinh thái.

Nhóm nghiên cứu của Bakken trên lý thuyết đã lập mô hình lắp đặt thêm tuabin phát điện cho nhiều đập ở miền Nam Tây Ban Nha. Nghiên cứu này cho thấy, trong hầu hết các trường hợp, trang bị thêm tuabin là một phương thức tiếp cận hiệu quả về kinh tế.

Ngay cả các đập phát điện cũng có thể được trang bị thêm một cách hiệu quả. Văn phòng Nghiên cứu Năng lượng Brazil ước tính rằng, nâng cấp và cập nhật những nhà máy thủy điện cũ có thể tăng thêm từ 3 - 11 gigawatt công suất phát điện, khiến tổng công suất thu được lớn hơn cả nhà máy thủy điện 87GW hiện có của Brazil.

Ngoài ra, các nhà khoa học tại Phòng Thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (NREL) Mỹ đề xuất sử dụng mặt nước các hồ chứa để triển khai các đảo pin mặt trời nổi, về mặt lý thuyết có thể tạo ra hàng chục terawatts điện năng.

Trong tình huống cần xây dựng những nhà máy thủy điện mới, các nhà khoa học năng lượng tin rằng, phương thức khôn ngoan là những nhà máy quy mô nhỏ: tập trung vào việc thiết lập cái gọi là các đập “đầu nguồn”, cố gắng giữ cho dòng sông và các điều kiện môi trường ven sông nguyên vẹn.

Theo Michael Craig, nhà nghiên cứu hệ thống năng lượng tại Đại học Michigan, từng công tác trong NREL, với những tuabin nhỏ, không cần phải làm ngập các khu vực rộng lớn, gây tổn hại đến môi trường tự nhiên.

Craig và các đồng nghiệp từ NREL và Natel Energy đã mô hình hóa một chuỗi những đập ngăn dòng trên một con sông ở California, tất cả các trạm thủy điện đều được liên kết với nhau để dễ dàng kiểm soát. Các nhà khoa học nhận thấy, phương pháp tiếp cận thủy điện này, cũng như việc trang bị thêm tuabin phát điện phù hợp cho các đập, có hiệu quả kinh tế cao hơn hẳn so với việc xây dựng một nhà máy thủy điện khổng lồ.

Đập và hồ chứa Jose Toran ở Tây Ban Nha.

Nhà máy thủy điện không đập

Các nhà máy thủy điện lớn cũng tạo ra lượng khí nhà kính đáng báo động. Ngoài carbon dioxide, sự phân hủy thảm thực vật tạo ra khí mêtan, dù không tồn tại lâu trong khí quyển nhưng làm nóng bầu khí quyển mạnh hơn. 

Nhiều đập hồ chứa thủy điện trên sông Amazon có thể so sánh với các nhà máy nhiên liệu hóa thạch về khả năng tạo ra khí nhà kính. Những đập hồ chứa ở Tây Phi cũng vậy. Theo một nghiên cứu của Quỹ Bảo vệ Môi trường cho thấy gần 7% trong số 1.500 nhà máy thủy điện trên khắp thế giới thải ra lượng khí nhà kính trên một đơn vị năng lượng cao hơn các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Một giải pháp khả thi cho những vấn đề này là các nhà máy thủy điện không đập, được gọi là nhà máy dòng chảy, tạo ra năng lượng bằng cách sử dụng tốc độ dòng chảy tự nhiên thay vì áp lực nước. Nhà máy chỉ sử dụng một phần dòng chảy của sông, do đó không cần tạo ra một hồ chứa hoặc chuyển hướng dòng chảy.

Sơ đồ mô phỏng hệ thống các trạm thủy điện không đập trên một dòng sông.

Hiện tại, những nhà máy không đập này không thể sản xuất ra lượng điện gần như một nhà máy có đập và năng lượng có thể không đều do thay đổi theo mùa và tốc độ dòng chảy của sông.

Giải pháp tổng thể cho ngành năng lượng là kết hợp thủy điện với các nguồn năng lượng tái tạo khác trong tương lai. Thủy điện tương đối đáng tin cậy, nhưng bị ảnh hưởng bởi hạn hán và thời kỳ lượng mưa thấp. Một mạng lưới các nhà máy thủy điện tích năng lượng có thể được sử dụng kết hợp với các trang trại năng lượng mặt trời cùng các trạm thủy điện không đập vừa và nhỏ sẽ là tương lai của năng lượng điện tái tạo.