Hạn hán tác động đến thủy điện - Một số dữ liệu nghiên cứu và khuyến nghị

Theo dõi KTMT trên

Hơn một nửa số hồ lớn trên thế giới đang cạn kiệt:

Theo Reuters: Một nhóm nghiên cứu quốc tế từ Mỹ, Pháp, Saudi Arabia đã xem xét 1.972 hồ chứa lớn nhất trên trái đất, sử dụng các quan sát từ vệ tinh từ năm 1992 - 2020 phát hiện thấy hơn một nửa số hồ lớn trên thế giới đang cạn kiệt. Balaji Rajagopalan - Giáo sư tại Đại học Colorado Boulder (đồng tác giả nghiên cứu đăng trên Tạp chí Science) cho biết: Các hồ trên toàn cầu đang phải đối mặt với tác động sâu rộng.

Các dữ liệu nghiên cứu đã hợp nhất hình ảnh từ Landsat, chương trình quan sát trái đất lâu đời nhất, với chiều cao mặt nước thu được bằng máy đo độ cao vệ tinh, qua đó thấy được cách thay đổi thể tích nước hồ trong gần 30 năm. Kết quả: 53% số hồ chứa nước bị suy giảm khả năng trữ nước, với tốc độ xấp xỉ 22 tỷ tấn/năm. Trong toàn bộ thời gian nghiên cứu, 603 km3 nước đã bị mất đi, gấp 17 lần lượng nước ở hồ Mead - hồ chứa lớn nhất của Mỹ.

Nghiên cứu cho thấy: Đến năm 2050, 61% tổng số đập thủy điện toàn cầu sẽ nằm trong các lưu vực có nguy cơ hạn hán, lũ lụt rất cao, hoặc cực đoan, hoặc cả hai. Đến năm 2050, cứ 5 đập thủy điện hiện có sẽ có 1 đập nằm trong vùng có nguy cơ lũ lụt cao do biến đổi khí hậu, tăng so với tỷ lệ 1/25 hiện nay. Chỉ 2% số đập hiện nay được quy hoạch nằm trong lưu vực có mức độ rủi ro lũ lụt cao nhất, nhưng đến năm 2050, gần 40% số đập thuộc nhóm này sẽ nằm trong lưu vực có nguy cơ lũ lụt cao nhất.

Siêu hạn hán ảnh hưởng lớn đến sản xuất thủy điện của Mỹ:

Siêu hạn hán ở Tây Nam nước Mỹ là đợt khô hạn dài nhất trong 1.200 năm qua, làm cạn mực nước hồ chứa xuống ngưỡng cực thấp trong 22 năm trở lại đây. Đợt hạn hán dai dẳng khiến người ta lo ngại về độ tin cậy của hệ thống điện và càng lo khi hạn hán ngày càng trầm trọng. Nó đặc biệt ảnh hưởng đến thủy điện, cũng như các nhà máy nhiệt điện cần một lượng lớn nước để làm mát.

Dữ liệu hiện có về sản xuất điện trong thế kỷ 20 đều chỉ ra rằng: Đợt hạn hán lịch sử ở miền Tây năm 1976 - 1977 lặp lại có thể tác động tồi tệ hơn đối với sản xuất thủy điện hơn bất kỳ đợt hạn hán nào khác trong thế kỷ này. Không giống như các sự kiện gần đây, giai đoạn đó đã ảnh hưởng đến tất cả các khu vực sản xuất thủy điện lớn ở Tây Bắc và California.

Trong khi toàn bộ miền Tây trải qua điều kiện khô hạn, thì vùng Tây Nam nước Mỹ, đặc biệt là California đang trải qua một trận hạn hán kéo dài hai thập kỷ đã làm cạn kiệt nghiêm trọng các nguồn thủy điện của bang. Thủy điện đã giảm từ khoảng 15% - 20% sản lượng điện của California vào đầu những năm 2000 xuống chỉ còn 7,5% vào năm 2021. Điều này có thể làm trầm trọng thêm áp lực lên hệ thống điện trong thời tiết khắc nghiệt.

Một báo cáo năm 2021 của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) cho thấy: Thủy điện là yếu tố đóng góp chính vào độ tin cậy của hệ thống điện nói chung, vì nó có thể hoạt động vào mọi thời điểm trong ngày và cung cấp dung lượng lưu trữ lớn, dài hơn so với pin. Hơn nữa, thủy điện có thể hỗ trợ thiết lập lại hệ thống điện rất nhanh sau khi mất điện.

Phân tích khác của DOE năm 2019 cho thấy: Thủy điện, mặc dù chỉ chiếm 10% tổng công suất phát điện của quốc gia, nhưng nó lại cung cấp khoảng 40% tài nguyên cho “khởi động đen” của quốc gia, giúp khôi phục lại hệ thống điện sau khi bị sự cố (rã lưới, mất nguồn…) trong khi đó các máy phát điện năng lượng gió, mặt trời không thể hỗ trợ khởi động đen.

Mùa hè năm 2021, Oroville - hồ chứa lớn thứ hai ở California đã giảm xuống mức tối thiểu cần thiết cho thủy điện, buộc Nhà máy Thủy điện Hyatt phải ngừng hoạt động. Đây là lần đầu tiên điều này xảy ra (kể từ khi nhà máy đi vào hoạt động năm 1967). Những gì đã xảy ra ở đó có thể xảy ra với các hồ chứa lớn khác trong những năm tới.

Theo dự báo, có 10% khả năng hồ Powell có thể giảm xuống dưới mức hoạt động ngay trong năm tiếp theo và 30% khả năng vào năm 2024. Hồ nằm giữa Arizona và Utah, giữ nước cho đập Glen Canyon và cung cấp điện cho khách hàng trên khắp Wyoming, Utah, Colorado, New Mexico, Arizona, Nevada và Nebraska, hiện chỉ còn khoảng 25% mức thấp nhất kể từ lần đầu tiên được tích nước cho sản suất điện.

Thủy điện Trung Quốc bị ảnh hưởng lớn bởi nguồn nước:

Không chỉ có Hoa Kỳ, Trung Quốc cũng không ngoại lệ, hạn hán khắc nghiệt đang đẩy quốc gia này phụ thuộc nhiều hơn vào than. Cháy rừng bùng phát ở Thành phố Trùng Khánh (phía Tây Nam) vào cuối tháng 8/2021 trong bối cảnh đợt nắng nóng kéo dài, kết hợp lượng mưa sông Dương Tử - con sông dài nhất Trung Quốc giảm mạnh. South China Morning Post ước tính đợt nắng nóng nói trên đã ảnh hưởng đến hơn 900 triệu người ở ít nhất 17 tỉnh, từ Tây Nam Tứ Xuyên đến các tỉnh ven biển Giang Tô và Chiết Giang ở phía Đông.

Theo một phân tích của Lauri Myllyvirta - chuyên gia hàng đầu tại Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng và Không khí Sạch (CREA) có trụ sở tại Helsinki: Hạn hán làm cạn kiệt một nửa các hồ chứa, làm tê liệt các nhà máy thủy điện ở Tây Nam tỉnh Tứ Xuyên - nơi 80% điện năng của tỉnh đến từ thủy điện. Vào đỉnh điểm hạn hán, sản lượng thủy điện của Tứ Xuyên đã giảm hơn 50%. Tứ Xuyên là nơi sản xuất thủy điện lớn nhất cả nước, chiếm 30% sản lượng thủy điện của Trung Quốc. Các tỉnh khác phụ thuộc vào nguồn năng lượng của tỉnh này như Thượng Hải, Chiết Giang và Giang Tô... khiến sản lượng công nghiệp của Trung Quốc giảm liên tục.

Ví dụ các nhà máy của Toyota và công ty sản xuất pin khổng lồ CATL của Trung Quốc phải đóng cửa hoàn toàn, hoặc hạn chế sản xuất và tiến hành tiết kiệm điện. “Hạn hán sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến sản lượng thủy điện trong vài tháng tới do mực nước các hồ chứa xuống thấp. Để đối phó với tình trạng khan hiếm năng lượng, sản xuất điện than đã tăng khoảng 6% trong tháng 7/2022. Trên khắp đất nước, các nhà máy điện đốt than nhiều hơn 15% mỗi ngày trong hai tuần đầu tiên của tháng 8/2022 so với một năm trước” - Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia của Trung Quốc cho hay.

Tại khu vực Nam và Đông Nam Á:

Ở khu vực Nam và Đông Nam Á, thủy điện chiếm tới 14,5% tổng sản lượng điện với tổng công suất lắp đặt là 117 GW. Một số quốc gia như: Bhutan và Nepal, thủy điện chiếm hơn 90% tổng sản lượng điện. Công suất lắp đặt thủy điện dự kiến sẽ tăng hơn nữa để đáp ứng nhu cầu điện ngày càng cao của khu vực và các cơ hội xuất khẩu điện, đồng thời để tối đa hóa giá trị của nguồn điện carbon thấp linh hoạt và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cao, lượng mưa giảm, sông băng tan chảy và sự xuất hiện ngày càng nhiều của các hiện tượng thời tiết cực đoan liên quan đến biến đổi khí hậu đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với thủy điện Nam và Đông Nam Á.

Hiện tượng này ảnh hưởng đến việc sản xuất thủy điện bằng cách tăng tính biến thiên của dòng chảy, thay đổi dòng chảy theo mùa và làm tăng tổn thất bốc hơi từ các hồ chứa. Các hiện tượng thời tiết cực đoan (như mưa lớn và sạt lở đất) có thể cản trở sự phát triển của các dự án thủy điện.

Ba kịch bản biến đổi khí hậu tác động trực tiếp tới thủy điện:

Theo sáng kiến HydroWIRES (Đổi mới nguồn nước để duy trì hệ thống thủy điện phát triển của Văn phòng công nghệ thủy điện (WPTO) - thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ): Các nhà thủy văn học, cùng các nhà lập mô hình hệ thống điện đã mô phỏng tác động của các đợt nắng nóng và hạn hán tổng hợp lên lưới điện, tuy nhiên, thật khó để dự đoán tương lai. Họ phát hiện ra rằng: Các kết nối khu vực là rất quan trọng để quản lý các sự kiện cực đoan.

Nghiên cứu tập trung vào việc tạo ra một khuôn khổ mới để mô phỏng hành vi của lưới điện trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Chẳng hạn như hạn hán, sóng nhiệt kết hợp và trong các sự cố do đường dây truyền tải. Thông tin này sẽ giúp các nhà điều hành nhà máy điện và các nhà hoạch định hệ thống tìm ra các chiến lược giảm thiểu để củng cố lưới điện, tránh sự cố mất điện.

Tại châu Á, theo báo cáo đánh giá của IAE: Các tác động bất lợi của khí hậu sẽ ảnh hưởng tới 86% tổng công suất lắp đặt thủy điện ở Nam và Đông Nam Á, tập trung vào 13 quốc gia có công suất lắp đặt thủy điện lớn nhất. Báo cáo dựa trên ba kịch bản khác nhau: Nhiệt độ tăng dưới 2°C, 3°C và trên 4°C. Mỗi mức nhiệt độ này đại diện cho lượng khí nhà kính (GHG) khác nhau cho tới năm 2100.

Đánh giá cho thấy: Từ nay đến cuối thế kỷ, hệ số công suất thủy điện trung bình của khu vực được dự báo sẽ giảm do điều kiện khí hậu thay đổi. Hệ số công suất trung bình của khu vực từ năm 2020 đến năm 2059 có khả năng giảm trung bình khoảng 4,6% (từ 3,9% trong kịch bản dưới 2°C và 5,2% trong kịch bản trên 4°C…). Từ năm 2060 đến năm 2099, hệ số công suất thủy điện trung bình của khu vực được dự đoán trung bình thấp hơn mức cơ sở 5,1% (từ 4,7% trong kịch bản dưới 2°C và 5,4% cho kịch bản trên 4°C).

So sánh kết quả từ ba kịch bản nồng độ khí nhà kính khác nhau cho thấy rằng: Nồng độ khí nhà kính cao hơn sẽ có tác động tiêu cực mạnh hơn đối với việc sản xuất thủy điện ở Nam và Đông Nam Á. So với các kịch bản khác, trong kịch bản trên 4°C, giả định lượng phát thải khí nhà kính liên tục tăng, hệ số công suất thủy điện trung bình của khu vực có thể giảm mạnh trong thời gian còn lại của thế kỷ 21.

Mặc dù cả ba kịch bản đều ước tính hệ số công suất thủy điện trung bình của khu vực sẽ giảm vào năm 2100, nhưng điều này không có nghĩa là biến đổi khí hậu sẽ có tác động như nhau đối với mọi nhà máy thủy điện. Thay vào đó, tác động của biến đổi khí hậu có thể sẽ lan rộng không đồng đều trên khắp Nam và Đông Nam Á, khiến một số nhà máy phải đối mặt với biến đổi khí hậu nhiều hơn những nhà máy khác.

Cả ba kịch bản đều chỉ ra rằng: Hai tiểu vùng, Tiểu lục địa Ấn Độ (Ấn Độ, Pakistan và Sri Lanka) và Đông Nam Á (Campuchia, Lào, Myanmar, Thái Lan và Việt Nam) sẽ chứng kiến sự sụt giảm liên tục về hệ số công suất thủy điện cho đến cuối thế kỷ. So với đường cơ sở, các nhà máy thủy điện ở Tiểu lục địa Ấn Độ được dự đoán sẽ giảm 5,1% trong kịch bản dưới 2°C và 6,8% trong kịch bản trên 4°C cho đến cuối thế kỷ này.

Tương tự, hệ số công suất thủy điện của Đông Nam Á dự kiến sẽ giảm 5,9% trong kịch bản dưới 2°C và 8,2% trong kịch bản trên 4°C.

Ngược lại, hai tiểu vùng còn lại, lục địa biển (Indonesia, Malaysia và Philippines) và vùng Himalaya (Bhutan và Nepal), có các xu hướng phức tạp hơn trong các yếu tố công suất thủy điện: Giảm vào năm 2020 - 2059 và phục hồi vào năm 2060 - 2099. Ở cả hai tiểu vùng, nồng độ khí nhà kính cao hơn dẫn đến sự phục hồi mạnh mẽ hơn trong hệ số công suất thủy điện trong 40 năm cuối của thế kỷ do băng tan.

Để giảm thiểu tác động bất lợi của biến đổi khí hậu đối với các hệ thống thủy điện ở Nam và Đông Nam Á, chính phủ và các công ty điện lực cần tăng cường nỗ lực giải quyết các rủi ro và tác động tiềm tàng của khí hậu, đồng thời xác định các biện pháp hiệu quả để tăng cường khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu.

Khuyến nghị của IEA giúp tăng cường “khả năng thích nghi với biến đổi khí hậu cho thủy điện” tại khu vực Nam và Đông Nam Á:

Thứ nhất: Xây dựng cơ sở dữ liệu khí hậu đầy đủ và tăng cường đánh giá tác động khí hậu: Mặc dù những thay đổi khác nhau liên quan đến khí hậu có ý nghĩa quan trọng đối với việc sản xuất thủy điện trong khu vực, dữ liệu khí hậu và dự báo cho các địa điểm, hoặc sự kiện cụ thể vẫn còn hạn chế do thiếu dữ liệu đáng tin cậy và sự phức tạp của hệ thống khí tượng.

Ngoài ra, việc tiếp tục phát triển các khuôn khổ, hướng dẫn, công cụ có thể hỗ trợ và hướng dẫn các đánh giá tác động, cũng như rủi ro khí hậu.

Thứ hai: Tích hợp khả năng phục hồi khí hậu như một yếu tố chính trong quy hoạch và xây dựng thủy điện: Khi khu vực tìm cách mở rộng sản xuất thủy điện để đáp ứng nhu cầu năng lượng và cho phát triển kinh tế, thì việc tích hợp khả năng phục hồi khí hậu trong quy hoạch và xây dựng dự án mới sẽ rất quan trọng. Thiệt hại gần đây đối với dự án Thủy điện Tapovan Vishnugad của Ấn Độ và dự án Thủy điện Xe-Pian Xe-Namnoy của CHDCND Lào cho thấy tầm quan trọng của khả năng phục hồi khí hậu trong giai đoạn đầu của các dự án thủy điện.

Do đó, các chính phủ nên khuyến khích các nhà phát triển và nhà điều hành tích hợp khả năng phục hồi khí hậu trong giai đoạn đầu của các dự án thủy điện bằng cách áp dụng các quy định liên quan về khả năng phục hồi khí hậu. Chẳng hạn như quy chuẩn xây dựng chống chịu khí hậu, đánh giá rủi ro khí hậu bắt buộc và kế hoạch ứng phó khẩn cấp.

Thứ ba: Xây dựng khả năng thích nghi với biến đổi khí hậu vào các chiến lược vận hành và bảo trì thủy điện: Nhà máy thủy điện càng có tuổi thọ cao thì càng dễ bị tổn thương hơn trước biến đổi khí hậu. Trong bối cảnh các hiện tượng thời tiết cực đoan có khả năng xảy ra thường xuyên hơn và với cường độ lớn hơn, thiết kế của các nhà máy thủy điện cũ có thể không phù hợp với điều kiện khí hậu thay đổi.

Vì vậy, các chính phủ có thể đưa ra những hướng dẫn, hoặc tiêu chuẩn cho các nhà điều hành dự án để tích hợp các quy trình giám sát, thích ứng với khí hậu vào các kế hoạch vận hành và bảo trì. Có thể bao gồm việc thu thập thông tin khí hậu, thủy văn thường xuyên, đánh giá hiệu quả của các biện pháp được áp dụng và làm rõ trách nhiệm, ngưỡng, cũng như kế hoạch hành động để thích ứng. Tận dụng đầu tư công và tư nhân là chìa khóa để tài trợ cho việc hiện đại hóa các nhà máy thủy điện cũ.

Thứ tư: Tăng cường hợp tác khu vực để điều phối phát triển tài nguyên bền vững và đạt được lợi ích chung: Khu vực Nam và Đông Nam Á có nhiều sông xuyên biên giới như Mekong (chảy qua Trung Quốc, Myanmar, Lào, Thái Lan, Campuchia và Việt Nam), lưu vực sông Hằng Brahmaputra-Meghna (chảy qua Trung Quốc, Bangladesh, Bhutan, Nepal và Ấn Độ).

Hợp tác khu vực có ý nghĩa sống còn giữa các quốc gia có chung nguồn nước lớn, để hình thành các chiến lược cùng có lợi và phối hợp hành động về phát triển nguồn nước. Việc tiếp tục thể chế hóa các khuôn khổ hợp tác và củng cố các cơ chế thực hiện sẽ hỗ trợ điều phối tốt hơn và xây dựng năng lực thích ứng của khu vực trước các tác động bất lợi của biến đổi khí hậu./.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

THEO: PN/WWO/EURONEWS/TIME - 7/2023

Link tham khảo:

1. https://www.preventionweb.net/news/face-drought-hydropower-still-delivers-electricity

2. https://www.preventionweb.net/news/lakes-hot-water-climate-change-creating-cauldron-issues

3. https://www.worldwildlife.org/press-releases/new-study-us-hydropower-threatened-by-increasing-droughts-due-to-climate-change

4. https://www.euronews.com/green/2023/05/19/worlds-largest-lakes-are-shrinking-scientists-say-global-warming-and-overuse-of-water-are-

5. https://time.com/6210686/extreme-drought-hydropower-energy-grid/

6. https://time.com/6210204/china-drought-coal-climate-goals/

7. https://iea.blob.core.windows.net/assets/8827598a-486a-4ee3-bc0d-2a534b3dfd14/ClimateImpactsonSouthandSoutheastAsianHydropower.pdf