Thủy điện thiếu nước - Nguyên nhân và giải pháp khắc phục

Mùa hè năm nay, hàng loạt hồ chứa thủy điện từ miền Bắc đến miền Trung, miền Nam đều cạn nước, mực nước trong hồ tiệm cận mức nước chết, hoặc thậm chí thấp hơn mức nước chết, dẫn đến phải vận hành cầm chừng, hoặc dừng vận hành. Trong khi các hồ chứa thủy điện cạn nước, một số nhà máy nhiệt điện vận hành quá tải dẫn đến sự cố, hoặc một số nhà máy đang trong thời kỳ đại tu, gây ra sự cố thiếu điện trầm trọng ở miền Bắc, nên việc cắt điện đột ngột, hoặc cắt điện luân phiên là không thể tránh khỏi. Vậy phải làm cách nào để tránh sự cố để các hồ thủy điện không bị cạn nước? Dưới đây là phân tích của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Thủy điện thiếu nước:

Các nhà máy thủy điện đóng vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống điện quốc gia, ngoài việc sản xuất điện năng còn tham gia chống lũ, cấp nước cho hạ du, phục vụ phát triển kinh tế, xã hội.

Trước năm 1975, miền Bắc chỉ có Nhà máy Thủy điện Thác Bà, công suất 108 MW và miền Nam có Nhà máy Thủy điện Đa Nhim, với công suất 160 MW. Đến năm 1992 khi nhà máy thủy điện Trị An và một số tổ máy của Thủy điện Hòa Bình đưa vào vận hành, cơ cấu nguồn điện từ thủy điện đã thay đổi vượt bậc và chiếm tỷ lệ 60,4% tổng cơ cấu nguồn điện.

Tiếp sau Thủy điện Hòa Bình đưa vào vận hành, đến nay đã có 387 nhà máy lớn, nhỏ, trong đó EVN đầu tư 30 nhà máy quy mô vừa và lớn, còn lại 357 nhà máy do các tổ chức và cá nhân đầu tư.

Dung tích chống lũ của các hồ thủy điện của cả nước đạt 15,8 tỷ m3. Trong đó, phía Bắc là 15 tỷ m3. Các hồ chứa này đều tích nước với dung tích hữu ích đa số trên 90% và không nhỏ hơn 70% vào thời điểm tháng 11 hàng năm - tức là vào đầu mùa khô.

Theo số liệu công bố của EVN cho thấy: 23 nhà máy thủy điện có hồ chứa lớn vào thời điểm ngày 9 tháng 6 năm 2023 có tổng dung tích hữu ích trung bình chỉ còn 18%, đặc biệt như hồ Lai Châu, Trung Sơn, Sê San 3, Sê San 3A mực nước trong hồ đã về mực nước chết, không còn dung tích hữu ích để phát điện. Còn các hồ Sơn La, Tuyên Quang, Bản Chát có dung tích hữu ích chỉ còn 1%; hồ Bản Vẽ, Thác Bà với dung tích hữu ích chỉ còn 2% và hồ Hủa Na, Thác Mơ chỉ còn 3% dung tích hữu ích… (xem bảng 1).

Bảng 1: Dung tích hữu ích thực tế ở các hồ chứa thủy điện công suất lớn hơn 100 MW.

Nếu xét về điện năng sản xuất từ thủy điện được truyền tải trên hệ thống điện quốc gia năm 1990 - khi nguồn điện còn hết sức hạn chế, tổng sản lượng điện của hệ thống đạt khoảng 8,7 tỷ kWh, thì thủy điện đóng góp 5,4 tỷ kWh, chiếm tỉ 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%). Và đến cuối năm 2022, sản xuất điện năng từ thủy điện đạt con số kỷ lục là 95, 054 tỷ kWh, tăng hơn năm 2021 là 16,449 tỷ kWh, nhưng chỉ chiếm tỷ lệ 35,4% so với toàn hệ thống do cơ cấu nguồn điện thay đổi, nhất là nguồn năng lượng tái tạo đã phát triển nhanh chóng trong thời gian 2020 - 2021 (xem bảng 2).

Bảng 2: Cơ cấu sản lượng điện năng toàn hệ thống năm 2021 và năm 2022, tỷ kWh.

Đặc điểm các nhà máy thủy điện lớn đều có hồ chứa điều tiết năm, hoặc điều tiết nhiều năm. Hồ chứa điều tiết nhiều năm là hồ chứa có nhiệm vụ tích lượng nước dư thừa của các năm nhiều nước để cấp bổ sung cho các năm ít nước, chu kỳ hoạt động là một nhóm năm. Hồ chứa điều tiết năm (mùa) là hồ chứa có nhiệm vụ tích lượng nước thừa của các thời kỳ thừa nước trong năm để cấp bổ sung cho các thời kỳ thiếu nước, chu kỳ hoạt động là một năm. Các nhà máy thủy điện trên các lưu vực sông đều phải thực hiện theo Quy trình vận hành liên hồ chứa đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt.

Ví dụ: Đối với lưu vực sông Hồng, hàng năm, các hồ Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Lai Châu, Bản Chát và Huội Quảng phải vận hành theo nguyên tắc thứ tự ưu tiên. Cụ thể, trong mùa lũ, phải đảm bảo an toàn tuyệt đối cho các công trình thủy điện, không được để mực nước các hồ chứa vượt quá cao trình mực nước lớn nhất thiết kế với mọi trận lũ nhỏ hơn, hoặc bằng lũ thiết kế tần suất 0,01% đối với các hồ Hoà Bình và Thác Bà; mực nước lớn nhất kiểm tra PMF đối với hồ Lai Châu, Sơn La và lũ kiểm tra tần suất 0,02% đối với các hồ Tuyên Quang, Bản Chát, Huội Quảng.

Bên cạnh đó, đảm bảo an toàn cho đồng bằng Bắc bộ với các trận lũ tại Sơn Tây có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn, hoặc bằng 300 năm, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,1m. Đảm bảo an toàn cho Thủ đô Hà Nội với các trận lũ tại Sơn Tây có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 500 năm, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4m; trên cơ sở đảm bảo an toàn công trình và an toàn chống lũ cho hạ du, điều hành để phát điện có hiệu quả cao nhất.

Trong mùa cạn, đảm bảo an toàn công trình; đảm bảo dòng chảy tối thiểu trên sông và nhu cầu sử dụng nước tối thiểu ở hạ du; đảm bảo tối ưu hiệu quả phát điện.

Để giảm thiểu nguy cơ gây thiệt hại đến công trình đầu mối, công trình đê điều, kết cấu hạ tầng, phương tiện giao thông thủy, sạt lở bờ sông và ảnh hưởng đến sản xuất của nhân dân ở hạ du, quy định việc vận hành xả lũ các hồ như sau: Hồ Hoà Bình đóng, mở lần lượt 6 cửa xả đáy đầu tiên, mỗi cửa cách nhau 6 giờ, các cửa tiếp theo có thể đóng, mở nhanh hơn; hồ Tuyên Quang đóng, mở lần lượt 4 cửa xả đáy đầu tiên, mỗi cửa cách nhau 6 giờ, các cửa tiếp theo có thể đóng, mở nhanh hơn.

Đối với thời kỳ xả hiệu chỉnh vào cuối mùa lũ, cho phép thời gian đóng, mở cửa xả đáy cuối cùng nhanh hơn, tùy theo lưu lượng nước đến hồ. Khi xả lũ khẩn cấp đảm bảo an toàn công trình, được phép đóng, mở cấp tốc các cửa xả, thời gian đóng mở các cửa xả thực hiện theo quy định thao tác của thiết bị trong quy trình vận hành đơn hồ.

Trong mùa cạn (từ 16/9 đến 14/6 năm sau), các hồ Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang phối hợp vận hành nhằm đảm bảo duy trì mực nước tại Trạm thủy văn Hà Nội không thấp hơn 2,2 m trong các đợt xả nước gia tăng. Các hồ Sơn La, Lai Châu, Bản Chát và Huội Quảng phối hợp vận hành xả nước bổ sung cho hồ Hòa Bình. Trong thời gian vận hành các hồ chứa, căn cứ vào mực nước hồ hiện tại và dự báo dòng chảy đến hồ trung bình 10 ngày tới để điều chỉnh vận hành sao cho mực nước hồ không nhỏ hơn giá trị tại các thời điểm quy định [1].

Nguyên nhân các hồ thủy điện năm nay thiếu nước:

Điều gì dẫn đến tình trạng lượng nước trong hồ thủy điện còn ít vào cuối mùa khô năm nay, mặc dù các hồ chứa của các nhà máy thủy điện công suất lớn hơn 100 MW đều đạt dung tích hữu ích đa số trên 90% và không nhỏ hơn 70% vào thời điểm tháng 11 năm 2022 - tức là vào đầu mùa khô?

Nguyên nhân khách quan:

Biến đổi khí hậu đang ngày càng khắc nghiệt. Theo báo cáo của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO): Khoảng thời gian từ 2023 tới 2027 có thể là 5 năm nóng nhất mà nhân loại từng chứng kiến. Do thời tiết diễn biến phức tạp, lưu lượng nước về các hồ thủy điện trong vài tháng đầu mùa hè có nhiều diễn biến bất lợi, thấp hơn đáng kể so với trung bình nhiều năm, làm suy giảm công suất và sản lượng của các nhà máy thủy điện trên toàn hệ thống, nhất là tháng 3 và tháng 4/2023 với lượng thiếu 20 - 50% so với trung bình nhiều năm.

Đặc biệt, năm nay không có lũ tiểu mãn (thông thường lũ tiểu mãn xuất hiện vào tháng 4 đến tháng 5 hàng năm) nên nguồn nước về các hồ chứa lại càng thiếu trầm trọng. Nguồn cung cấp nước đã ít, lại do nắng nóng kéo dài khiến độ bốc hơi lớn, tổn thất từ bốc hơi cũng làm giảm một lượng lớn nước ở trong hồ.

Nắng nóng dẫn tới nhu cầu sử dụng điện ở miền Bắc tăng cao, phải huy động rất lớn nguồn nước từ các hồ thủy điện như: Lai Châu, Sơn La, Tuyên Quang, Hòa Bình, Thác Bà để phát điện. Trong tháng 5 và khoảng 20 ngày đầu tháng 6, mực nước các hồ đã giảm rất nhanh, nhiều thời điểm xuống mực nước chết (xem bảng 1).

Ngoài ra, do đặc điểm sông ngòi Việt Nam chủ yếu bắt nguồn từ nước ngoài rồi chảy vào lãnh thổ nước ta và phân bố không đồng đều theo không gian, thời gian. Cụ thể, tổng lượng nước từ ngoài biên giới chảy vào Việt Nam khoảng 504 tỷ m3, chiếm 60%, còn lượng nước được sản sinh từ các lưu vực trong nước chỉ chiếm 40%. Lượng nước trong 3 đến 5 tháng mùa lũ chiếm tới 70 - 80%, trong khi đó từ 7 đến 9 tháng mùa khô chỉ xấp xỉ 20 - 30% lượng nước cả năm. Nếu lưu lượng nước từ phía nước ngoài có sự thay đổi về số lượng do ít mưa, hoặc chế độ dùng nước phía đầu nguồn thay đổi thì lập tức chúng ta bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi này.

Ngoài ra, do nắng nóng nên lượng tiêu thụ điện cũng tăng cao. Lượng điện tiêu thụ bình quân cả nước đạt gần 820 triệu kWh một ngày trong tháng 5, tăng hơn 20% so với tháng 4. Riêng Hà Nội, điện tiêu thụ bình quân tháng 5 là hơn 75,4 triệu kWh, tăng 22,5% so với tháng 4 và đến 8/6, mức tiêu thụ bình quân đạt hơn 85,6 triệu kWh.

Nguyên nhân chủ quan:

Theo thống kê cơ cấu nguồn điện, tốc độ tăng trưởng công suất nguồn so với công suất Pmax phụ tải cho thấy ngay từ giai đoạn 2016 - 2020 nguy cơ thiếu điện khu vực miền Bắc đã được chỉ rõ khi tăng trưởng công suất cực đại Pmax đạt 9,3%, trong khi tăng trưởng nguồn điện chỉ đạt ở mức 4,7%. Nếu đánh giá cơ cấu nguồn điện tại thời điểm năm 2020 của miền Bắc, thủy điện và nhiệt điện than chiếm đến 95% tổng công suất phát.

Với 2 đặc thù cơ bản này, khi các hồ chứa thủy điện bị cạn nước, nguồn cấp nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện không ổn định và các dự án nguồn điện mới chưa đưa vào hoạt động là nguyên nhân chính của việc thiếu điện tại miền Bắc trong thời gian vừa qua.

Ngoài ra, giai đoạn 2020 - 2022 EVN đã cắt giảm chi phí sửa chữa lớn theo định mức từ 10% - 50% do không cân đối được nguồn vốn, từ nguyên nhân này đã dẫn đến việc các nhà máy nhiệt điện do làm việc quá tải đã xảy ra sự cố trong vận hành, trùng với thời gian các hồ thủy điện ở phía Bắc không có nước để phát điện, việc thiếu điện lại tăng lên do thiếu nguồn cung. Họa vô đơn chí.

Mặt khác, chúng ta chưa có đầy đủ hệ thống quan trắc hiện đại chế độ thủy văn tại phía đầu dòng chảy vào Việt Nam để tăng độ tin cậy trong công tác dự báo, cũng như cơ chế phối hợp, trao đổi thông tin thường xuyên với các nước đầu nguồn như Trung Quốc, Lào, Campuchia để nắm bắt tình hình cụ thể nhằm vận hành hồ chứa thủy điện một cách tối ưu và tiết kiệm nước.

Trên lưu vực sông Hồng còn có một vấn đề rất lớn là biến đổi dòng chảy, phải hạ thấp mực nước phục vụ trạm bơm tưới tiêu ở hạ du. Những năm trước, khi chưa có sự biến đổi khí hậu, các hồ thủy điện trên lưu vực sông Hồng chỉ phải xả hơn 2 tỷ m3 đã đảm bảo cho tưới tiêu, nhưng những năm gần đây phải xả hơn 5 tỷ m3.

Một số giải pháp cụ thể:

Để đảm bảo việc cung cấp điện ổn định, lâu dài cho khu vực miền Bắc nói riêng và cả nước nói chung, cần thực hiện một số giải pháp như sau:

Thứ nhất: Xây dựng và đưa vào vận hành đúng tiến độ các dự án nguồn điện đã được quy hoạch, cấp phép đầu tư. Quy hoạch điện VIII ưu tiên phát triển nguồn điện nội bộ vùng, hạn chế truyền tải liên vùng. Như vậy, việc đầu tư phát triển các nguồn điện nội tại vùng (cùng với việc tiết kiệm điện, ứng dụng công nghệ mới theo chương trình DR) là giải pháp định hướng cho bài toán thiếu điện của miền Bắc cho những năm tới.

Thứ hai: Đối với thủy điện, ngoài việc thực hiện nghiêm túc Quy trình vận hành liên hồ chứa cho từng lưu vực sông đã được phê duyệt, cần xem xét, nghiên cứu cách vận hành hồ chứa theo thời gian thực, lúc đó sẽ xử lý tốt hơn bài toán vênh nhau giữa nhu cầu và năng lực của các hồ chứa.

Thứ ba: Tăng cường đầu tư cho hệ thống quan trắc hiện đại để luôn cập nhật được tình hình thủy văn, thời tiết, nguồn nước trên các sông, hồ chứa, hiện trạng khai thác sử dụng nước của các công trình ở thượng nguồn nhằm phân bổ hợp lý, cân đối giữa nguồn nước để phát điện và cấp nước cho sản xuất, sinh hoạt.

Thứ tư: Điều chỉnh lịch sửa chữa các nhà máy điện phù hợp nhằm tránh sự thiếu hụt nguồn cung trong thời kỳ nhu cầu phụ tải tăng cao.

Thay lời kết:

Theo Quy hoạch điện VIII, chúng ta tiếp tục đầu tư xây dựng các công trình thủy điện đã được quy hoạch, xây dựng các nhà máy thủy điện nhỏ và thủy điện cột nước thấp, mở rộng công suất các nhà máy thủy điện đang vận hành, nhà máy điện thủy triều và thủy điện tích năng. Dự kiến từ nay đến năm 2030 sẽ xây dựng thêm 2.836,9 MW công suất từ thủy điện (mở rộng, xây mới) và 2.400 MW thủy điện tích năng. Tới năm 2030, tổng công suất các nguồn thủy điện, bao gồm cả thủy điện nhỏ dự kiến đạt 29.346 MW, sản xuất 101,7 tỷ kWh điện năng. Việc đầu tư mở rộng một số nhà máy thủy điện đang vận hành sẽ cho phép cung cấp bổ sung công suất phủ đỉnh cho hệ thống điện, đạt mức hợp lý trong việc sử dụng tài nguyên nước của các lưu vực sông.

Mặt khác, khi mở rộng, các nhà máy thủy điện cũng cung cấp thêm một phần năng lượng đáng kể và nâng cao chất lượng điện cho hệ thống. Định hướng năm 2050, tổng công suất của thủy điện dự kiến đạt 36.016 MW, sản xuất điện năng đạt 114,8 tỷ kWh.

Vai trò của thủy điện trong cơ cấu nguồn của hệ thống điện nước ta vô cùng quan trọng và không thể thay thế, đó là ngoài việc phát điện, chống lũ và cấp nước cho hạ du, thủy điện còn góp phần cải thiện chế độ làm việc của hệ thống điện (tăng nguồn và điện năng phủ đỉnh của biểu đồ phụ tải, tăng tính linh hoạt trong vận hành, tăng hệ số tin cậy, an toàn), qua đó góp phần giảm chi phí sản xuất của hệ thống.

Thực tế nhu cầu phát điện và nhu cầu sử dụng nước cho nông nghiệp, sinh hoạt vùng hạ lưu đang có sự khác nhau về mặt thời gian. Khi nhu cầu điện tăng vào mùa hè, thì hạ lưu không có nhu cầu cao về nước và khi hạ lưu có nhu cầu dùng nước (mùa khô tháng 11 đến tháng 3 năm sau) thì nhu cầu về điện lại chưa tăng. Sự lệch pha này càng gây khó khăn trong việc điều phối sử dụng nguồn nước cho phát điện và cấp nước cho hạ du.

Trước đây, các hiện tượng thời tiết đặc biệt như bão, lũ, hạn hán diễn ra có quy luật theo mùa, tuy nhiên những năm gần đây hiện tượng thời tiết này có thể xuất hiện quanh năm.

Ví dụ năm 2021, trong cả giai đoạn mùa mưa ở miền Bắc, dòng chảy trên dãy sông Đà dao động điều hòa, không có đột biến, có thể coi như không có lũ. Tổng lượng nước về hụt từ 30 - 40% so với trung bình nhiều năm. Chuyển sang giai đoạn mùa tích nước, từ cuối tháng 10 - 11 xuất hiện lũ đột biến trái mùa ở miền Bắc, tạo ra tổ hợp lũ cùng xuất hiện trên cả 3 miền Bắc, Trung, Nam. Đây là hiện tượng rất đặc biệt và đã gây ra khó khăn nhất định trong dự báo dòng chảy và điều độ vận hành sản xuất điện.

Sự kiện thiếu hụt lượng nước của các hồ thủy điện trên cả nước nói chung và đặc biệt là các hồ thủy điện ở khu vực miền Bắc nói riêng về nửa đầu năm nay, cũng như nguy cơ ảnh hưởng tiêu cực của thời tiết cực đoan đang được dự báo sẽ diễn ra với cường độ mạnh hơn trong mùa mưa năm nay và thời gian từ 2023 tới 2027.

Theo Quy hoạch tài nguyên nước quốc gia, đến năm 2030 tổng lượng nước dự báo đạt 948,4 tỷ m3, tăng khoảng 2% so với hiện tại, trong đó, mùa cạn khoảng 289 tỷ m3, giảm 2,1% và mùa lũ 659 tỷ m3, tăng 2,4%. Nhu cầu sử dụng nước toàn quốc đến năm 2030 dự kiến là 122,5 tỷ m3, cao hơn so với hiện tại hơn 4,6 tỷ m3. Ở mùa cạn, nhu cầu dự báo sẽ là 80,5 tỷ m3, tăng gần 3 tỷ m3 so với hiện tại; mùa lũ là 41,97 tỷ m3, tăng hơn 2 tỷ m3.

Từ số liệu trên có thể thấy, nguồn nước hoàn toàn đủ cung cấp cho nền kinh tế quốc dân, tuy nhiên sự phân bổ không đồng đều giữa mùa lũ và mùa kiệt theo không gian, thời gian sẽ không còn theo quy luật tự nhiên. Do vậy, việc xây dựng các giải pháp phù hợp để tăng cường hiệu quả vận hành tối ưu các nhà máy thủy điện - đó là giải bài toán tối ưu sử dụng nước, cân đối giữa nguồn nước cho sản xuất, sinh hoạt và đảm bảo an ninh năng lượng./.

NGUYỄN HUY HOẠCH - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

1/ Quyết định số 740/QĐ-TTg ngày 17 tháng 6 năm 2019 của Thủ tướng Chính phủ về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Hồng.

2/ Quyết định số 500/QĐ-TTg ngày 15 tháng 05 năm 2023 của Thủ tướng Chính phủ về việc ban hành Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050.

3/ Quyết định số 1622/QĐ-TTg ngày 27 tháng 12 năm 2022 của Thủ tướng Chính phủ về việc ban hành Quy hoạch tài nguyên nước 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050.

Nguồn: Năng lượng Việt Nam