Năng lượng thủy: Liệu dòng chảy của các con sông có đủ để cung cấp năng lượng cho thế giới?

18 minute read

Updated on Sun Jun 20 2021

Nước trên Trái Đất liên tục di chuyển: mưa trút, sông chảy, băng tan. Tất cả những chuyển động này mang lại một số cơ hội lớn để thu hoạch năng lượng.

Quả Đất với chiếc ô

Chúng ta làm thế nào để biến chuyển động của nước thành năng lượng

Năng lượng thủy điện (HEP) với các đập sử dụng năng lượng của các con sông để tạo ra điện.

Năng lượng thủy điện chiếm bao nhiêu phần trăm trên tổng lượng năng lượng tái tạo hiện đại thế?


HEP có thể không được chú ý nhiều như gió và mặt trời, nhưng cho đến nay nó là nguồn điện tái tạo lớn nhất (60%) của chúng ta ngày nay. Nó cũng chiếm khoảng 16% tổng sản lượng điện của chúng ta.

Tạo ra năng lượng từ những nguồn năng lượng tái tạo hiện đại (không tính đến "các nhiên liệu sinh học truyền thống" như củi)

Do năng lượng thủy điện được sử dụng rộng rãi như thế, chúng ta nên cân nhắc cẩn thận bất kỳ tổn hại nào nó có thể gây ra. Tuy nhiên trước hết, chúng ta hãy xem nó hoạt động như thế nào.

Năng lượng thủy điện hoạt động như thế nào?

Hầu hết năng lượng nước của thế giới được tạo ra bằng cách xây dựng các đập lớn.

Năng lượng được lưu trữ dưới dạng nào ở các đập này?


Năng lượng nước hoạt động như thế nào

Khi chúng ta muốn sử dụng năng lượng này, chúng ta mở một cách cổng nhỏ ở đập để cho nước chảy qua. Nước sẽ chảy xuống một con kênh và xoay tuabin, cung cấp năng lượng cho máy phát điện để tạo ra điện (giống với tuabin gió). Toàn bộ quá trình đó trong giống như thế này:

Tạo ra năng lượng thủy điện

Nói một cách đại khái là cứ mỗi giây khi một mét khối nước rơi xuống độ cao một mét, nó có thể sản xuất ra được 10kW điện (trong một hệ có hiệu suất hoàn hảo).

Tại sao chúng ta sử dụng nhiều năng lượng thủy điện đến thế?

Có rất nhiều lý do để ta thấy năng lượng thủy điện tốt:

  • nó gần như luôn luôn thải ra ít khí nhà kính hơn việc đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch (ta sẽ nói thêm về điều này sau)
  • nó là tài nguyên tái tạo, điều này đồng nghĩa với việc nó sẽ không bao giờ cạn kiệt (miễn là các dòng sông tiếp tục chảy)
  • các đập chứa nước có vô số công dụng khác bên cạnh việc lưu trữ năng lượng

Lợi ích quan trọng nhất của năng lượng thủy điện là nó cho phép chúng ta trữ được lượng năng lượng nó sản xuất.

Trong khi năng lượng Mặt Trời và gió rất tuyệt trong việc sản xuất năng lượng ít cacbon, chúng khá vô dụng những lúc Mặt Trời không chiếu sáng hay gió không thổi. Chúng ta có nhiều quyền kiểm soát hơn với năng lượng thủy điện vì ta có thể lưu trữ năng lượng ở đập và tạo ra điện từ nó khi chúng ta cần mà không phải chờ tới khi thời tiết thay đổi!

Năng lượng nước còn có thể có giá thành thấp nữa. Nhờ việc nó không cần bất kỳ nguyên liệu thô nào để vận hành, chi phí vận hành của nó thấp. Dù việc xây dựng một con đập thường tốn kém, chúng có xu hướng tồn tại lâu hơn so với trang trại năng lượng gió hay năng lượng Mặt Trời. Nhìn chung, chúng có giá thành thấp:

Giá thành của các loại năng lượng khác nhau

Cho tới bây giờ, năng lượng thủy điện nghe có vẻ lý tưởng nhỉ? Tuy nhiên có một số nhược điểm nghiêm trọng làm cho năng lượng thủy điện trở nên rắc rối hơn nhiều.

Bạn nghĩ chúng là gì?


Tất cả những thay đổi này khi cộng lại với nhau sẽ có tác hại tương đương với việc hủy hoại môi trường khá nghiêm trọng. Chúng ta hãy xem xét từng cái một...

Sử dụng đất

Hầu hết các hoạt động sản xuất thủy điện của ta cần làm ngập rất nhiều khu đất. Hoa Kỳ có thể tạo ra cùng một lượng năng lượng tương đương từ điện Mặt Trời mà chỉ sử dụng 13% không gian thôi!

Việc làm ngập đất để làm các hồ chứa không hay vì nhiều lý do. Ví dụ như việc này có thể phá hoại môi trường hoang dã ở địa phương, làm ngập các làng xã và buộc người dân phải chuyển nhà. Không chỉ thế, đất ngập lụt cũng có một số tác động xấu đến khí hậu nữa:

Bạn nghĩ đất ngập lụt ảnh hưởng đến khí hậu như thế nào?


Khi đất bị ngập, các vi sinh vật trong nước sẽ từ từ phân hủy các cây bị ngập trong nước, giải phóng khí mêtan.

Sự phát thải này không chỉ xảy ra khi con đập bị ngập lần đầu. Trầm tích (vật liệu rời như cát) và chất hữu cơ bình thường chảy tự nhiên xuống sông, nay lại bị mắc kẹt lại dưới đáy các con đập. Tại đây, chúng đều đặn giải phóng khí mêtan xuyên suốt vòng đời của đập.

Mực nước ở các hồ chứa cũng có xu hướng dâng lên và hạ xuống nhiều hơn so với các hồ tự nhiên. Việc lũ và tái lũ này đồng nghĩa với việc thực vật trên bờ cứ liên tục sinh trưởng và chết, làm tăng lượng khí mêtan phát thải hơn nữa.

Sự phát thải từ các hồ chứa bị ngập lụt

Theo ước tính, các hồ chứa chịu trách nhiệm cho 1,3% tổng lượng phát thải khí nhà kính từ con người - nhiều bằng toàn bộ Canada đó!

Tuy nhiên, năng lượng thủy điện nhìn chung luôn thải ra ít khí nhà kính hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch (mặc dù điều này cũng tùy thuộc vào nơi xây dựng đập). Sự phát thải này đặc biệt cao khi rừng giàu cacbon bị ngập lụt.

Chúng ta có thể làm gì để giảm sự phát thải khí nhà kính từ năng lượng thủy điện?


Nếu chúng ta lên kế hoạch cẩn thận khi xây dựng đập, chúng ta có thể giảm đáng kể lượng mêtan mà chúng thải ra. Tuy nhiên, thật không may, sự giải phóng khí mêtan chỉ là một nửa câu chuyện mà thôi…

Các con đập ảnh hưởng đến đời sống hoang dã như thế nào?

Nhiều loài cá di cư ngược dòng để sinh sản và nuôi con. Các con đập thường khiến cuộc hành trình này trở nên cực kỳ nguy hiểm hoặc không khả thi.

Thang cá cho phép cá "nhảy" lên một con đập, nhưng những cách này chỉ có hiệu quả một phần (đặc biệt là trên những con đập dốc). Ở một số nơi, tình trạng tồi tệ đến mức các cơ quan môi trường địa phương phải vận chuyển cá lên và xuống sông bằng xe tải đó![Aa]

Các thang cá

Nước chảy ra từ đập đến từ phần đáy của hồ chứa. Tại sao đây lại là một vấn đề nhỉ?


Khi chúng ta để nước đọng trong các hồ chứa, phần nước lạnh với ít oxy hơn sẽ chìm xuống đáy. Khi chúng ta thải nước này ra, điều kiện sông ở hạ lưu thay đổi rất nhiều, khiến thực vật và động vật khó tồn tại hơn.

Để làm cho vấn đề tồi tệ hơn nữa, hãy nhớ lại việc các con đập giữ trầm tích trong sông. Những lớp trầm tích này cung cấp chất dinh dưỡng cho nhiều loài sinh vật, vì vậy khi nó bị mắc kẹt ở thượng nguồn, các sinh vật sống ở hạ nguồn sẽ khó thể phát triển.

Chúng ta có thể cải thiện năng lượng nước được không?

Không giống như các năng lượng tái tạo khác, các đập thủy điện được coi là một công nghệ đã trưởng thành, có nghĩa là ta có ít không gian để cải tiến hơn. Do đó, việc đổi mới công nghệ không chắc rằng sẽ mang lại những cải thiện rõ ràng về lượng năng lượng mà các đập có thể tạo ra.

Chúng ta có thể làm gì khác?

Quả Đất lướt sóng

Có một số ý tưởng sáng tạo về cách chúng ta có thể sử dụng năng lượng sóng hoặc thủy triều. Chuyển động tự nhiên này của nước có vẻ là một cơ hội tốt, nhưng cho đến nay chúng ta vẫn chưa tìm ra cách làm cho chúng khả thi về mặt thương mại. Điều này là do một vài lý do, ví dụ như việc năng lượng thủy triều hiện chỉ sinh lời ở một số ít nơi có thủy triều mạnh. Tương tự như vậy, để lấy được nhiều năng lượng từ sóng nhất ta cần thu năng lượng ở những vùng biển "gồ ghề" nhất, nhưng những vùng biển này lại gây ra nhiều thiệt hại nhất khiến thiết bị ở đây bị hư hỏng nhanh chóng.

Kết luận

Thoạt nhìn, thủy điện có vẻ hoàn hảo: nó rẻ, ít cacbon và trữ được. Tuy nhiên, các chi phí xã hội và môi trường mà chúng ta đã tìm hiểu khiến quyết định có sử dụng hay không này trở nên phức tạp hơn rất nhiều.

Một vấn đề khác là biến đổi khí hậu và hạn hán có thể khiến các hồ chứa cạn kiệt, làm giảm sản lượng điện ở nhiều nơi trên thế giới.

Đáp lại tất cả những điều này, việc phát triển năng lượng thủy điện đã chậm lại ở các quốc gia giàu có bởi họ bị cạn kiệt các con sông để xây dựng đập, và họ có đủ khả năng cung cấp các nguồn năng lượng tái tạo khác Nhưng các đập thủy điện lớn vẫn tiếp tục được xây dựng ở các nước đang phát triển. Tuy nhiên, khi lưới điện ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào gió và Mặt Trời, nhu cầu về dung lượng lưu trữ có thể sẽ tăng lên. Điều này có thể khiến người ta quan tâm đến năng lượng thủy điện nhiều hơn​​.

Trong một vài chương tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn lý do tại sao chúng ta cần tất cả kho lưu trữ này và các cách để có được nó mà không cần xây dựng các đập lớn.

Chương tiếp theo