Vận hành thủy điện
an toàn, hiệu quả
LTS - Tuy đã có nhiều thay đổi về cơ cấu nguồn điện và đa dạng hóa thành phần cung cấp nguồn điện với nhiều nguồn mới được bổ sung như năng lượng tái tạo, nhiệt điện khí, và tới đây có thể cả điện hạt nhân..., nhưng thủy điện vẫn đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp điện cho hệ thống, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Mùa khô hạn rồi mùa mưa lũ luôn đặt ra những thách thức trong vận hành liên hồ, nhất là khi chúng ta vẫn chưa có được hệ thống dự báo hỗ trợ ra quyết định một cách tối ưu.
Chìa khóa cho động lực
phát triển kinh tế
Việt Nam được đánh giá là quốc gia có nguồn thủy điện khá dồi dào, với khoảng ba nghìn con sông, phân bổ khắp đất nước. Để duy trì và sử dụng phát huy hiệu quả thủy điện đã có và sẽ xây dựng, công tác quản trị đối với hệ thống thủy điện cần được đặt lên hàng đầu. Bởi, ngoài cung cấp điện, thủy điện còn tham gia điều tiết lũ, bảo đảm môi trường sinh thái, đặc biệt bảo đảm an ninh nguồn nước.
Nguồn năng lượng chính đáp ứng nhu cầu điện quốc gia
Thủy điện Việt Nam một thời gian dài giữ vị trí quan trọng trong hệ thống điện. Các công trình thủy điện đã khai thác được khoảng 17.493MW, chiếm 22,39% tổng công suất lắp máy của toàn hệ thống điện quốc gia (khoảng 78.212MW). Lượng nước sử dụng để phát điện từ dung tích hữu ích của các hồ chứa thủy điện khoảng 14 tỷ m3.
Hiện trạng hệ thống nguồn điện Việt Nam giai đoạn 2010-2021 phân tích, dựa trên dữ liệu của EVN NLDC, tháng 1/2022. Nguồn: VIETSE
Hiện trạng hệ thống nguồn điện Việt Nam giai đoạn 2010-2021 phân tích, dựa trên dữ liệu của EVN NLDC, tháng 1/2022. Nguồn: VIETSE
Nếu xét về điện lượng từ thủy điện được phát trên hệ thống điện quốc gia, thì năm 1990, khi nguồn điện còn hết sức hạn chế, tổng sản lượng điện của hệ thống đạt khoảng 8,7 tỷ kWh, thủy điện đóng góp 5,4 tỷ kWh, chiếm tỷ trọng 62%. Đến năm 2000, sản lượng điện toàn hệ thống đạt 27,04 tỷ kWh, thủy điện cung cấp đến 14,537 tỷ kWh (chiếm tỷ trọng 54%). Tính đến cuối năm 2019, tổng công suất của toàn hệ thống đạt khoảng 56.000MW, trong đó tổng công suất của thủy điện đạt 21.000MW, chiếm tỷ lệ 37% so với cơ cấu nguồn điện toàn hệ thống.
Giai đoạn 2010-2020, điện thương phẩm tăng trưởng với tốc độ cao, từ 85,4 tỷ kWh năm 2010 lên khoảng 225,4 tỷ kWh vào năm 2020; tốc độ tăng trưởng bình quân 9,77%/năm, gấp khoảng 1,6 lần so tăng trưởng GDP. Sang đến năm 2022, sản lượng điện sản xuất toàn hệ thống sáu tháng đầu năm đạt 133,11 tỷ kWh, tăng 3,8% so với cùng kỳ năm trước, trong đó, sản lượng thủy điện huy động đạt 41,58 tỷ kWh, chiếm 31,2%.
Nêu một vài con số như vậy để thấy rằng, tuy đã có nhiều thay đổi về cơ cấu nguồn điện và đa dạng hóa thành phần cung cấp nguồn điện với nhiều nguồn mới được bổ sung như năng lượng tái tạo, nhiệt điện khí, và tới đây có thể cả điện hạt nhân..., nhưng nguồn thủy điện vẫn đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp điện cho hệ thống, phục vụ phát triển kinh tế-xã hội của đất nước, đặc biệt là các vùng còn khó khăn như Tây Bắc, miền trung và Tây Nguyên, cũng như góp phần quan trọng bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia, hội nhập quốc tế.
Nếu căn cứ dự thảo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn 2045 (Quy hoạch điện VIII), tỷ lệ thủy điện trong cơ cấu nguồn điện sẽ giảm dần theo thời gian, chiếm 18% (đến năm 2030) và 9% (vào năm 2045). Đương nhiên, xu thế này là tất yếu vì nguồn thủy điện đã khai thác tới hạn (cụ thể các nhà máy thủy điện có công suất từ 50MW trở lên cơ bản đã được xây dựng và đưa vào vận hành, khoảng 500 công trình thủy điện nhỏ có quy mô công suất từ 1-30MW đã đưa vào vận hành và đang xây dựng với tổng công suất khoảng 5.700MW, chỉ còn một số các công trình thủy điện nhỏ đang tiếp tục được nghiên cứu để phát triển nhưng tổng công suất đặt không lớn). Do vậy, để đáp ứng nhu cầu phụ tải tăng cao, ngoài nhiệt điện than và nhiệt điện khí, còn có điện gió, điện mặt trời đang được phát triển mạnh.
Theo Tập đoàn Điện lực Việt Nam, công suất các nguồn điện hiện có trong hệ thống đã lên tới 78 GW, trong đó, riêng điện mặt trời các loại là 16,6 GW, chiếm 21,2%. Như vậy, công suất điện mặt trời (bao gồm cả điện mặt trời áp mái) đã tăng gấp ba lần thời điểm cuối năm 2019 (4,7 GW). Theo Dự thảo Quy hoạch điện VIII, công suất lắp đặt điện mặt trời (quy mô lớn và áp mái) sẽ tăng nhanh trong giai đoạn 2031-2045 lên đến 96,7 GW vào năm 2045, chiếm khoảng 23% cơ cấu nguồn điện toàn hệ thống.
Tuy nhiên, các nhà máy điện mặt trời lại không thể phát công suất khi không có ánh sáng mặt trời, các turbine gió không thể quay khi không có gió, làm thiếu hụt một lượng lớn công suất trên lưới điện quốc gia. Vì thế, với đặc điểm linh hoạt trong vận hành, vai trò thủy điện trong việc phủ đỉnh phụ tải vẫn là thế mạnh không thể thay thế được so các nguồn điện khác.
Như vậy, nhiệm vụ phát điện của thủy điện trong hệ thống điện quốc gia từ chỗ tham gia chạy đáy, chạy lưng và phủ đỉnh trong biểu đồ phụ tải thì nay đang được chuyển dịch dần sang chế độ phủ đỉnh. Nhờ giúp dự phòng công suất phát, ổn định hệ thống, điều chỉnh tần số, thủy điện là công cụ giúp điều độ hệ thống điện quốc gia vận hành ổn định, an toàn, tin cậy.
Công nghệ dự báo dòng chảy, dự báo lũ đến các hồ chứa. Ảnh: VIETSE
Công nghệ dự báo dòng chảy, dự báo lũ đến các hồ chứa. Ảnh: VIETSE
Để tăng thêm nguồn thủy điện phủ đỉnh hiệu quả, EVN đã nghiên cứu lập quy hoạch thủy điện tích năng và xem xét mở rộng công suất một số nhà máy thủy điện có hồ chứa điều tiết nhiều năm như: Thủy điện Hòa Bình, Thủy điện Ialy, Thủy điện Trị An...
Góp phần quan trọng phát triển cơ sở hạ tầng và ổn định hệ thống
Thủy điện còn có tiềm năng rất lớn trong việc cải thiện công bằng xã hội trong suốt thời gian dự án được triển khai và quản lý theo cách thức đẩy mạnh sự công bằng giữa các thế hệ hiện tại và tương lai, giữa các cộng đồng bản địa và trong khu vực, giữa các nhóm bị thiệt hại và toàn xã hội nói chung. Do chi phí đầu tư ban đầu cao cho các nhà máy thủy điện đã được các thế hệ hiện tại trang trải, nên các thế hệ tương lai sẽ nhận được nguồn điện trong thời gian dài với chi phí bảo trì rất thấp.
Doanh thu của các nhà máy thủy điện thường "gánh thêm" phần chi phí cho các ngành sử dụng nước khác như: nước sinh hoạt, tưới và chống lũ, do vậy nó trở thành công cụ để chia sẻ nguồn tài nguyên chung một cách công bằng. Các dự án thủy điện còn có thể là một công cụ để thúc đẩy sự công bằng giữa các nhóm người bị thiệt hại và toàn xã hội nói chung. Khi quản lý tốt những chương trình di dân và tái định cư, lợi nhuận được chia sẻ để bảo đảm những người bị thiệt hại sẽ có cuộc sống tốt hơn sau khi dự án hoàn thành so với trước kia.
Chế độ làm việc của nhà máy thủy điện phụ thuộc vào nguồn nước đến, mức độ phụ thuộc tùy vào khả năng điều tiết của hồ chứa. Chi phí vận hành của thủy điện ít hơn nhiều so với nhiệt điện, do đó, giá thành sản xuất thấp (thấp nhất trong các nguồn điện ở Việt Nam), góp phần giảm giá thành phát điện của hệ thống. Cũng do giá thành của thủy điện rẻ, điều tiết hợp lý giá điện, tạo ra nhiều công việc và thu nhập cho lực lượng lao động trên cả nước, đóng góp đáng kể cho ngân sách...
Nhìn chung, hệ thống điện nước ta tuy đã có thay đổi nhiều về cơ cấu nguồn và đa dạng hóa các nguồn cung nhưng nguồn thủy điện vẫn hết sức quan trọng trong việc cung cấp điện, phục vụ phát triển kinh tế-xã hội của đất nước. Khi hệ thống điện tích hợp nguồn năng lượng tái tạo ngày càng tăng, vai trò của nguồn thủy điện lại càng trở nên quan trọng hơn, giúp cho hệ thống điện vận hành ổn định, tin cậy và an toàn. Đồng thời, góp phần thực hiện chuyển đổi năng lượng xanh, năng lượng sạch, giảm các nguồn điện phát thải CO2 và thực hiện cam kết quốc tế của Việt Nam tại Hội nghị COP26, đưa mức phát thải ròng về "0" vào năm 2050.
Phát triển thủy điện và năng lượng tái tạo chính là phát huy và tận dụng tiềm năng sẵn có của đất nước, giảm bớt sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, nhất là khi cuộc xung đột Nga-Ukraine xảy ra từ ngày 24/2/2022 đã đẩy giá dầu và khí lên cao, qua đó cho thấy vấn đề an ninh năng lượng càng cần được đặc biệt quan tâm.
Vận hành hồ chứa theo thời gian thật, khó hiện thực, vì sao?
TS Mai Văn Khiêm - Giám đốc Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Quốc gia trả lời phỏng vấn báo Nhân Dân cuối tuần:
“Tối ưu hóa vận hành các hồ chứa theo thời gian thật là chủ đề được nhắc tới nhiều trong thời gian gần đây và cũng là xu thế phát triển tại nhiều nơi trên thế giới. Mục đích hướng đến là vừa bảo đảm an toàn hồ đập, thực hiện tốt chức năng điều tiết lũ, phục vụ tưới tiêu sản xuất nông nghiệp, vừa đạt được hiệu quả cao trong sản xuất điện. Vận hành thời gian thật ở đây được hiểu là vận hành linh hoạt hệ thống theo các dữ liệu đầu vào đến thời điểm hiện tại, trong đó có hệ thống dữ liệu khí tượng thủy văn, bao gồm: hệ thống quan trắc; hệ thống thu nhận thông tin; hệ thống phân tích mô phỏng; và hệ thống kịch bản mẫu (mưa, lũ, vận hành, tác động). Ngoài ra còn cần đến các dữ liệu vận hành hồ chứa, hoạt động kinh tế-xã hội liên quan ở hạ lưu, các quy trình, quy định, v.v.
Việc vận hành tối ưu hồ chứa như vậy đòi hỏi chúng ta phải có thông tin quan trắc, dự báo đủ chi tiết cả về không gian và thời gian, đồng thời có sự kết hợp đầy đủ với các thông tin dữ liệu kinh tế-xã hội. Đặc điểm các hồ chứa thường ở nơi khu vực vùng núi nên mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn còn thưa; hệ thống thông tin, tính toán chưa đủ mạnh nên thông tin, số liệu có độ trễ nhất định; các dự báo về định lượng mưa chưa đủ chi tiết về không gian và thời gian, còn hạn chế nhất định, đặc biệt là đối với dự báo hạn dài trước một vài tuần; việc kết nối chia sẻ số liệu vận hành hồ chứa phục vụ công tác dự báo đối với hồ vừa và nhỏ còn có những khó khăn nhất định.
Về cơ bản, một hệ thống đáp ứng dự báo thời gian thật vận hành hồ chứa, hỗ trợ ra quyết định cần được xây dựng bao gồm các hợp phần: hệ thống quan trắc được tự động hóa với mật độ đủ dày; hệ thống thu nhận, truyền tin và lưu trữ thông tin theo thời gian thực; hệ thống mô hình xử lý, phân tích, tính toán dự báo theo thời gian thật; hệ thống kịch bản mẫu và các tình huống ứng phó, vận hành hồ chứa bảo đảm quy trình vận hành liên hồ chứa và khai thác nguồn nước; hệ thống các nguyên tắc, quy tắc vận hành hỗ trợ ra quyết định, vận hành hồ theo thời gian thật; hệ thống cung cấp thông tin dự báo và vận hành hồ chứa.
Thêm nữa, hệ thống này cần được chia sẻ dùng chung giữa các đơn vị để nâng cao hiệu quả sản xuất điện và phòng, chống thiên tai cũng như cải thiện khả năng đáp ứng nhu cầu nước phục vụ đa mục tiêu” .
Để vận hành các hồ chứa khai thác tối đa nguồn nước phục vụ đa mục tiêu đồng thời nâng cao hiệu quả phòng, chống thiên tai, công tác dự báo khí tượng thủy văn đóng vai trò quan trọng nhằm cung cấp các thông tin nhận định, dự báo trước diễn biến mưa, lũ để lập các kế hoạch vận hành hồ chứa từ ngắn hạn đến dài hạn. Chính phủ đã ban hành 11 Quy trình vận hành liên hồ chứa trong đó đã quy định trách nhiệm cho nhiều đơn vị liên quan. Quy trình vận hành liên hồ chứa trong những năm qua đã mang lại hiệu quả và góp phần giảm đáng kể tác hại do mưa lũ, hạn hán gây ra. Tuy nhiên, trên thực tế mặc dù trong quy trình đã quy định rõ thẩm quyền, khung quy định vận hành các hồ chứa trong các thời kỳ, trong các trường hợp, nhưng hiệu quả công tác phối hợp liên ngành còn chưa cao. Một số khu vực còn lúng túng trong công tác chỉ đạo, điều hành các hồ chứa, khó khăn trong công tác xây dựng phương án phòng, chống lũ, đặc biệt là việc đưa ra các quyết định kịp thời trong các tình huống khẩn cấp. Chúng ta hướng đến hệ thống hỗ trợ ra quyết định, không phải tự động ra quyết định mà hệ thống được thiết lập và tạo ra nhiều các kịch bản vận hành khác nhau dựa trên tập hợp dữ liệu đầu vào, bao gồm khí tượng thủy văn và các dữ liệu kinh tế-xã hội khác.
Công ty Thủy điện Buôn Kuốp thường xuyên tổ chức hội nghị tuyên truyền công tác phòng chống thiên tai và tìm kiếm cứu nạn. Ảnh: Ngọc Hà
Công ty Thủy điện Buôn Kuốp thường xuyên tổ chức hội nghị tuyên truyền công tác phòng chống thiên tai và tìm kiếm cứu nạn. Ảnh: Ngọc Hà
Hệ thống có chức năng phân tích và đưa ra nhiều kịch bản vận hành, trên cơ sở đó chúng ta tiến hành lựa chọn phương án vận hành tối ưu nhất theo tiêu chí vừa bảo đảm an toàn, vừa đạt được hiệu quả cao nhất về kinh tế. Hệ thống như vậy tùy thuộc vào đặc điểm, tính chất của các hồ chứa nên việc thiết lập được hệ thống phụ thuộc chính vào cơ quan, đơn vị quản lý công trình”.
Góc nhìn
Thay đổi cách thức vận hành hệ thống
Ông Vũ Xuân Khu, Phó Giám đốc Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia:
Hiện nay, tổng công suất của các nhà máy thủy điện xấp xỉ 22.000MW, chiếm 26% công suất lắp đặt của toàn bộ hệ thống điện quốc gia. Tổng dung tích hữu ích của các hồ chứa của các nhà máy thủy điện công suất hơn 30MW là 33 tỷ m3. Khoảng 70% lượng nước về hồ là vào mùa lũ, vì thế việc dự báo chính xác vô cùng quan trọng, không chỉ để tăng sản lượng khai thác điện cho hệ thống điện quốc gia mà còn để điều tiết lũ.
Các liên hồ chứa thủy điện hiện nay được vận hành theo quy trình vận hành liên hồ chứa do Thủ tướng Chính phủ ban hành. Hệ thống thủy điện Việt Nam trong mùa lũ khá đồng đều nên có thể tăng khả năng khai thác. Nhưng cần nhấn mạnh rằng, vai trò của công tác dự báo, quy trình điều tiết liên hồ chứa là vô cùng quan trọng, có cắt được lũ hay không, có khai thác hiệu quả thủy điện hay không, phần lớn trông vào độ chính xác của công tác dự báo.
Thêm nữa, trong thời gian tới, phải có nguồn linh hoạt nhiều hơn để đáp ứng những sự bất ổn của năng lượng tái tạo tạo ra đối với hệ thống điện. Hiện cơ chế dịch vụ phụ trợ vẫn chưa đủ hấp dẫn, do đó, cần có sự đổi mới về cơ chế chính sách nhằm thu hút các đơn vị khác tham gia, nhất là vào phát triển công nghệ lưu trữ.
Tính linh hoạt trong điều độ hệ thống điện còn thiếu
Ông Phan Duy Phú, Cục Điện lực và Năng lượng tái tạo, Bộ Công thương:
Theo dự báo, đến năm 2030, thủy điện Việt Nam sẽ đạt công suất 31GW. Ở Việt Nam, việc xây dựng, vận hành liên hồ gặp nhiều khó khăn do biến đổi khí hậu. Do đó, muốn tối ưu hóa vận hành hồ chứa cần nâng cao khả năng dự báo trong dài hạn, trung hạn, và cả ngắn hạn, nhằm làm giảm độ trễ và tăng khả năng dự báo.
Các tỉnh đều yêu cầu thủy điện thông báo trước việc xả lũ, nhưng với người vận hành, việc này phụ thuộc nhiều vào dự báo, từ đó ảnh hưởng đến kịch bản di tản dân cư.
Hiện nay, khi đầu tư xây dựng, mục tiêu chính của thủy điện là sản xuất điện nhưng cũng phải kết hợp chức năng cấp nước, phòng lũ. Một số hồ đã quy hoạch nhưng không thể đáp ứng được tất cả các nhiệm vụ này.
Có tới 31 nhà máy đã phải điều tiết giảm công suất. Nếu tối ưu hóa được khâu vận hành, có thể vừa đáp ứng được yêu cầu phát điện, vừa đáp ứng được yêu cầu cấp nước, chống lũ.
Sử dụng mô hình mới trong phân phối nguồn nước
Ông Jakob Luchner, Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI):
Trong khoảng hơn 40 năm qua, các thuật toán tối ưu hóa cho việc vận hành hồ chứa đã được biết tới và phát triển liên tục, nhưng thực tế là con người - chứ không phải máy móc - phải chịu trách nhiệm về hiệu suất của hệ thống cấp nước và điện. Do những sai lầm trong vận hành hồ chứa có thể mang lại những hậu quả nghiêm trọng đối với người dân, nên việc vận hành tự động hoàn toàn là rất hiếm. Mặc dù vậy, các chương trình dự báo và tối ưu hóa vẫn là yếu tố đầu vào quan trọng nhằm hỗ trợ ra quyết định giúp các nhà quản lý thực hiện vai trò của họ trong điều kiện tốt nhất.
Quy tắc thị trường "tối ưu hóa", trong đó việc đấu thầu cho một sản phẩm nhất định ở một mức giá nhất định sẽ quyết định ai là người sản xuất và khi nào sản xuất, đang chiếm ưu thế trong ngành điện. Theo đó, việc tối ưu hóa hoạt động vận hành hồ chứa với dự báo thời tiết hoặc dòng chảy vào, cũng được các nhà sản xuất điện, vận hành lưới và môi giới năng lượng sử dụng để dự báo giá cả và nâng cao hiệu suất vận hành.
Đối với những hệ thống có các hồ chứa đa mục tiêu lớn mà việc sản xuất điện chỉ là một trong nhiều mục đích sử dụng, các hệ thống hỗ trợ ra quyết định tiên tiến nhằm dự báo dòng chảy vào và các thuật toán hỗ trợ vận hành đang được triển khai mạnh mẽ. Điều này giúp tối ưu hóa việc vận hành ngắn hạn và dài hạn của hệ thống cũng như đưa ra các khuyến nghị cho việc vận hành. Tuy nhiên, cần cân nhắc trước các giải pháp tối ưu về mặt kỹ thuật nhưng lại mâu thuẫn với lợi ích trong quản lý tài nguyên địa phương.
Những thách thức trong đánh giá vận hành
TS Nguyễn Đức Nghĩa, Bộ môn Thủy điện và Năng lượng tái tạo, Trường đại học Thủy lợi:
Khi đánh giá thực trạng vận hành thủy điện, thách thức đầu tiên là việc chưa có sự thống nhất trong tiêu chí đánh giá. Chúng tôi phải theo tình hình thực tế để đưa ra cách đánh giá phù hợp, xây dựng thành công bộ công cụ hỗ trợ vận hành cho một số nhà máy.
Từ thực tiễn này, chúng tôi cho rằng, cần thiết có bộ dữ liệu theo thời gian thật, từ đó giúp ích rất nhiều cho vận hành các hồ chứa thủy điện, nhất là khâu dự báo.
Một khó khăn nữa, nguồn nhân lực sử dụng dữ liệu trí tuệ nhân tạo (AI) còn hạn chế. Trong khi nhu cầu về đội ngũ chất lượng cao, biết cách sử dụng dữ liệu hiệu quả tăng lên thì sinh viên ngành khí tượng thủy văn đang ít đi. Những khó khăn này quả thật không dễ giải quyết được ngay.
Ngày xuất bản: 1/8/2022
Tổ chức sản xuất: VŨ MAI HOÀNG
Nội dung: LƯU HƯƠNG GIANG, THANH MAI, NGUYỄN HÀ
Trình bày: PHAN ANH, DUY LONG
Built with Shorthand