Thủy đện

Thuỷ điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước. Đa số năng lượng thuỷ điện có được từ năng lượng tiềm tàng của nước được tích tại các đập làm quay một turbine nước và máy phát điện. Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực của nước hay các nguồn nước không bị tích bằng đập như năng lượng thuỷ triều. Thuỷ điện là nguồn năng lượng có thể hồi phục. Năng lượng lấy được từ nước phụ thuộc không chỉ vào thể tích mà cả vào sự khác biệt về độ cao giữa nguồn và dòng chảy ra. Sự khác biệt về độ cao được gọi là áp suất (head). Lượng năng lượng tiềm tàng trong nước tỷ lệ với áp suất. Để có được áp suất cao nhất, nước cung cấp cho một turbine nước có thể được cho chảy qua một ống lớn gọi là ống dẫn nước có áp (penstock). Hydro-Québec là nhà máy thuỷ điện lớn nhất thể giới với tổng công suất lắp đặt (2005) là 31,512 MW.


Tầm quan trọng
Thuỷ điện, sử dụng động lực hay năng lượng dòng chảy của các con sông hiện nay chiếm 20% lượng điện của thế giới. Na Uy sản xuất toàn bộ lượng điện của mình bằng sức nước, trong khi Iceland sản xuất tới 83% nhu cầu của họ (2004), Áo sản xuất 67% số điện quốc gia bằng sức nước (hơn 70% nhu cầu của họ). Canada là nước sản xuất điện từ năng lượng nước lớn nhất thế giới và lượng điện này chiếm hơn 70% tổng lượng sản xuất của họ. Ngoài một số nước có nhiều tiềm năng thuỷ điện, năng lực nước cũng thường được dùng để đáp ứng cho giờ cao điểm bởi vì có thể tích trữ nó vào giờ thấp điểm (trên thực tế các hồ chứa thuỷ điện bằng bơm – pumped-storage hydroelectric reservoirs thỉnh thoảng được dùng để tích trữ điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện để dành sử dụng vào giờ cao điểm). Thuỷ điện không phải là một sự lựa chọn chủ chốt tại các nước phát triển bởi vì đa số các địa điểm chính tại các nước đó có tiềm năng khai thác thuỷ điện theo cách đó đã bị khai thác rồi hay không thể khai thác được vì các lý do khác như môi trường.


Lợi và hại
Lợi ích lớn nhất của thuỷ điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu. Các nhà máy thuỷ điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hoá thạch như dầu mỏ, khí gas tự nhiên hay than đá, và không cần phải nhập nhiên liệu. Các nhà máy thuỷ điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện, một số nhà máy thuỷ điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 50 đến 100 năm trước. Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hoá cao và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường. Các nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng bơm hiện là công cụ đáng chú ý nhất để tích trữ năng lượng về tính hữu dụng, cho phép phát điện ở mức thấp vào giờ thấp điểm (điều này xảy ra bởi vì các nhà máy nhiệt điện không thể dừng lại hoàn toàn hàng ngày) để tích nước sau đó cho chảy ra để phát điện vào giờ cao điểm hàng ngày. Việc vận hành cách nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng bơm cải thiện năng lực cung cấp (load factor) của hệ thống phát điện. Những hồ chứa được tạo thành bởi các nhà máy thuỷ điện thường là những cơ sở thư giãn tuyệt vời cho các môn thể thao nước, và trở thành điểm thu hút khách du lịch. Các đập đa chức năng được xây dựng để tưới tiêu, kiểm soát lũ, hay giải trí, có thể xây thêm một nhà máy thuỷ điện với giá thành thấp, tạo nguồn thu hữu ích trong việc điều hành đập. Trên thực tế, việc sử dụng nước tích trữ thỉnh thoảng khá phức tạp bởi vì yêu cầu tưới tiêu có thể xảy ra không trùng với thời điểm yêu cầu điện lên mức cao nhất. Những thời điểm hạn hán có thể gây ra các vấn đề rắc rối, bởi vì mức bổ sung nước không thể tăng kịp với mức yêu cầu sử dụng. Nếu yêu cầu về mức nước bổ sung tối thiểu không đủ, có thể gây ra giảm hiệu suất và việc lắp đặt một turbin nhỏ cho dòng chảy đó là không kinh tế. Những nhà môi trường đã bày tỏ lo ngại rằng các dự án nhà máy thuỷ điện lớn có thể phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái xung quanh. Trên thực tế, các nghiên cứu đã cho thấy rằng các đập nước dọc theo bờ biển Đại Tây Dương và Thái Bình Dương của Bắc Mỹ đã làm giảm lượng cá hồi vì chúng ngăn cản đường bơi ngược dòng của cá hồi để đẻ trứng, thậm chí ngay khi đa số các đập đó đã lắp đặt thang lên cho cá. Cá hồi non cũng bị ngăn cản khi chúng bơi ra biển bởi vì chúng phải chui qua các turbine. Điều này dẫn tới việc một số vùng phải chuyển cá hồi con xuôi dòng ở một số khoảng thời gian trong năm. Các thiết kế turbine và các nhà máy thuỷ điện có lợi cho sự cân bằng sinh thái vẫn còn đang được nghiên cứu. Sự phát điện của nhà máy điện cũng có thể ảnh hưởng đến môi trường của dòng sông bên dưới. Thứ nhất, nước sau khi ra khỏi turbine thường chứa rất ít cặn lơ lửng, có thể gây ra tình trạng xối sạch lòng sông và làm sạt lở bờ sông. Thứ hai, vì các turbine thường mở không liên tục, có thể quan sát thấy sự thay đổi nhanh chóng và bất thường của dòng chảy. Tại Grand Canyon, sự biến đổi dòng chảy theo chu kỳ của nó bị cho là nguyên nhân gây nên tình trạng sói mòn cồn cát ngầm. Lượng oxy hoà tan trong nước có thể thay đổi so với trước đó. Cuối cùng, nước chảy ra từ turbine lạnh hơn nước trước khi chảy vào đập, điều này có thể làm thay đổi số lượng cân bằng của hệ động vật, gồm cả việc gây hại tới một số loài. Các hồ chứa của các nhà máy thuỷ điện ở các vùng nhiệt đới có thể sản sinh ra một lượng lớn khí methane và carbon dioxide. Điều này bởi vì các xác thực vật mới bị lũ quét và các vùng tái bị lũ bị tràn ngập nước, mục nát trong một môi trường kỵ khí và tạo thành methane, một khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh. Methane bay vào khí quyển khí nước được xả từ đập để làm quay turbine. Theo bản báo cáo của Cao uỷ thế giới về đập, ở nơi nào đập nước lớn so với công suất phát điện (ít hơn 100 watt trên mỗi km2 diện tích bề mặt) và không có việc phá rừng trong vùng được tiến hành trước khi thi công đập nước, khí gas gây hiệu ứng nhà kính phát ra từ đập có thể cao hơn những nhà máy nhiệt điện thông thường. Ở các hồ chứa phương bắc Canada và Bắc Âu, sự phát sinh khí gas nhà kính tiêu biểu chỉ là 2 đến 8% so với bất kỳ một nhà máy nhiệt điện nào. Một cái hại nữa của các đập thuỷ điện là việc tái định cư dân chúng sống trong vùng hồ chứa. Trong nhiều trường hợp không một khoản bồi thường nào có thể bù đắp được sự gắn bó của họ về tổ tiên và văn hoá gắn liền với địa điểm đó vì chúng có giá trị tinh thần đối với họ. Hơn nữa, về mặt lịch sử và văn hoá các địa điểm quan trọng có thể bị biến mất, như dự án Đập Tam Hiệp ở Trung Quốc, đập Clyde ở New Zealand và đập Ilisu ở đông nam Thổ Nhĩ Kỳ. Một số dự án thuỷ điện cũng sử dụng các kênh, để làm chệch hướng một con sông tới độ dốc ít hơn để tăng áp suất của nhà máy. Trong một số trường hợp, toàn bộ con sông có thể bị đổi hướng để trơ lại đáy dòng sông. Ví dụ như sông Tekapo và Pukaki.


Các số liệu về thuỷ điện

Cũ nhất
1. Cragside, Rothbury, England hoàn thành 1870, Water commercial service at Minneapolis.
2. Duck Reach, Launceston, Tasmania. Completed 1895. The first publicly-owned hydro-electric plant in the Southern Hemisphere. Supplied power to the city of Launceston for street lighting.
3. Decew Falls 1, St. Catharines, Ontario, Canada completed 25 August 1898. Owned by Ontario Power Generation. Four units are still operational. Recognised as an IEEE Milestone in Electrical Engineering & Computing by the IEEE Executive Committee in 2002.


Các nhà máy thuỷ điện lớn nhất
La Grande Complex ở Quebec, Canada, là nhà máy thủy điện lớn nhất thế giới. Tám tổ máy phát điện của nó có tổng công suất 16,021 MW. Chỉ riêng tổ máy Robert Bourassa có công suất 5,616 MW. Tổ máy thứ chín (Eastmain-1) hiện đang được xây dựng và sẽ cung cấp thêm 480 MW. Một dự án nữa trên sông Rupert hiện đang đánh giá về ảnh hưởng đến môi trường, nó có hai tổ máy và tổng công suất là 888 MW.


Hoạt động đầy đủ công suất
Tên Quốc gia Hoàn thành Công suất tối đa Sản lượng hàng năm Itaipú Brazil/Paraguay 1983 12,666 MW 93.4 TW-hours Guri Venezuela 1986 10,200 MW 46 TW-hours Grand Coulee United States 1942/1980 6,809 MW 22.6 TW-hours Sayano Shushenskaya Russia 1983 6,400 MW Robert-Bourassa Canada 1981 5,616 MW Churchill Falls Canada 1971 5,429 MW 35 TW-hours Iron Gates Romania/Serbia 1970 2,280 MW 11.3 TW-hours Các nhà máy này được xếp hạng theo công suất tối đa.


Đang tiến hành
4. Đập Tam Hiệp, Trung Quốc. Phát điện lần đầu tháng Bảy 2003, dự kiến hoàn thành 2009, 18,200 MW


Các nước có công suất thuỷ điện lớn nhất
5. Canada, 341,312 GWh (66,954 MW installed)
6. USA, 319,484 GWh (79,511 MW installed)
7. Brazil, 285,603 GWh (57,517 MW installed)
8. China, 204,300 GWh (65,000 MW installed)
9. Russia, 173,500 GWh (44,700 MW installed)
10. Norway, 121,824 GWh (27,528 MW installed)
11. Japan, 84,500 GWh (27,229 MW installed)
12. India, 82,237 GWh (22,083 MW installed)
13. France, 77,500 GWh (25,335 MW installed)
Các con số này của năm 1999 và gồm cả thuỷ điện hồ chứa bằng máy bơm.


Tham khảo
14. New Scientist report on greenhouse gas production by hydroelectric dams.
15. International Water Power and Dam Construction Venezuela country profile
16. International Water Power and Dam Construction Canada country profile
17. Tremblay, Varfalvy, Roehm and Garneau. 2005. Greenhouse Gas Emissions - Fluxes and Processes, Springer, 732 p.

Xem thêm
/wiki/Image:Commons-logo.svg/wiki/Image:Commons-logo.svgWikimedia Commons has media related to: Category:Hydroelectric_power
18. Hydropower
19. List of energy topics
20. Wave power
21. Tidal power
22. List of reservoirs and dams
23. Tennessee Valley Authority
24. Small hydro
25. Pumped-storage hydroelectricity
26. Environmental concerns with electricity generation
27. William George Armstrong, 1st Baron Armstrong an early private hydro-electric station