Thủy điện tích năng: Tâm điểm của cuộc đua lưu trữ năng lượng

Nhà máy xử lý nước thải Nant de Drance nằm giữa hai hồ chứa nước ở bang Valais của Thụy Sĩ. (Ảnh: AFP)

2025 - "Năm của pin nước"

Đến cuối năm 2025, tổng công suất thủy điện lắp đặt trên toàn cầu đạt gần 1.470 GW, gồm 1.269 GW thủy điện truyền thống và 201 GW thủy điện tích năng (STEP).

STEP là loại hình thủy điện đặc biệt gồm hai hồ chứa ở hai cao trình khác nhau, cho phép lưu trữ lượng lớn điện năng. Khi nhu cầu điện thấp, nước được bơm từ hồ dưới lên hồ trên để tích trữ năng lượng; khi nhu cầu tăng, nước được xả từ hồ trên xuống hồ dưới để phát điện.

Năm ngoái, thế giới đưa vào vận hành thêm tổng cộng 28 GW công suất thủy điện mới, trong đó Trung Quốc chiếm hơn 40%. Riêng thủy điện tích năng đạt mức kỷ lục 11,7 GW. Vì vậy, IHA gọi năm 2025 là "năm của pin nước".

Chênh lệch giữa các khu vực, nhưng rào cản "rất hạn chế"

Việc phát triển thủy điện tích năng không đồng đều giữa các khu vực. Ba quốc gia chiếm tới 58% tổng công suất tích năng toàn cầu là Trung Quốc (65.940 MW), Nhật Bản (27.470 MW) và Mỹ (22.586 MW).

Trong khi đó, Mỹ Latinh hầu như không có nhà máy tích năng, dù "đây là khu vực phụ thuộc chủ yếu vào thủy điện và có trữ lượng nước rất lớn", Bernard Tardieu, chuyên gia thủy điện và Chủ tịch Ủy ban Năng lượng và Biến đổi khí hậu thuộc Viện Hàn lâm Công nghệ Pháp, cho biết.

Ông Tardieu nhấn mạnh rằng nguồn lưu trữ điện chính của thủy điện là lượng nước trong các hồ chứa, được bổ sung hằng năm nhờ mưa và tuyết tan. "Ở Đức, khả năng tích trữ này rất ít nên cần phát triển các nhà máy tích năng", ông nhận định. Tại Na Uy, chỉ có hai nhà máy tích năng nhỏ ở miền nam, chủ yếu để cân bằng hệ thống điện kéo dài và gần như vận hành hoàn toàn bằng thủy điện.

Theo ông Kiran Bose, phụ trách truyền thông của IHA, các yêu cầu địa hình để xây dựng nhà máy tích năng "rất hạn chế, đặc biệt với các hệ thống khép kín; chỉ cần có một ngọn đồi". Ông dẫn nghiên cứu của Đại học Quốc gia Úc, trong đó xác định khoảng 820.000 địa điểm có thể phát triển thủy điện tích năng, với tổng tiềm năng lưu trữ khoảng 86 triệu GWh, tương đương khoảng 2.000 tỷ pin xe điện.

Ông Bose cho rằng tiềm năng của công nghệ này gần như "không giới hạn". Riêng tại châu Âu, các nghiên cứu đã xác định tiềm năng lưu trữ bằng thủy điện tích năng hơn 143.000 GWh (chu kỳ 12 giờ), chỉ tính các dự án có hiệu quả kinh tế rất cao (nhóm A, AA và AAA) và nằm ngoài các khu vực được bảo tồn.

Chi phí ra sao?

Theo ông Bernard Tardieu, các nhà máy thủy điện tích năng (STEP) "không tạo ra điện mà tiêu thụ điện", do có tổn thất trong quá trình bơm nước và phát điện. Mô hình kinh tế của loại hình này phụ thuộc vào sự chênh lệch lớn về giá điện và sản lượng giữa các thời điểm, bởi nếu tính theo giá điện trung bình thì hệ thống luôn bị lỗ. Tuy nhiên, STEP còn tạo doanh thu nhờ cung cấp các dịch vụ cho lưới điện như điều tần, bù công suất phản kháng...

Theo Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (Irena), STEP là giải pháp lưu trữ điện dài hạn có chi phí thấp nhất. Dựa trên nghiên cứu của Irena, ông Kiran Bose cho biết chi phí đầu tư tính theo công suất (MW) tương đương thủy điện truyền thống, khoảng 2.500 euro/kW.

Ông cũng lưu ý mức chi phí này áp dụng cho các dự án xây dựng mới hoàn toàn, trong khi phần lớn dự án tích năng tại Bắc Mỹ và châu Âu tận dụng các hồ chứa hiện có, bằng cách cải tạo thành nhà máy tích năng hoặc kết nối các hồ với nhau. Cách làm này chủ yếu cần xây dựng các đường hầm ngầm nên giúp giảm đáng kể tổng chi phí.

Ông Bernard Tardieu cho rằng yếu tố tạo ra bước đột phá thực sự là khả năng xây dựng các đường hầm dài nối những hồ chứa hiện có ở các cao trình rất khác nhau.

Số dự án tích năng đang xây dựng vượt thủy điện truyền thống

Do nhu cầu lưu trữ điện quy mô lớn và dài hạn ngày càng tăng, thủy điện tích năng đang phát triển mạnh. Theo IHA, danh mục các dự án thủy điện trên thế giới hiện đạt 1.127 GW, trong đó có 621 GW là các dự án tích năng ở nhiều giai đoạn phát triển khác nhau, chiếm hơn một nửa tổng số dự án.

Hiện có 243 GW công suất tích năng đang được xây dựng, cao hơn nhiều so với khoảng 160 GW thủy điện truyền thống. Phần lớn các dự án tích năng mới tập trung tại khu vực Đông Á - Thái Bình Dương.

Theo IHA, Pháp hiện có tổng công suất thủy điện tích năng 5.061 MW, trên tổng công suất thủy điện 25.352 MW. Nhờ đó, Pháp đứng thứ tư châu Âu về công suất tích năng, sau Đức (9.384 MW), Italy (7.245 MW) và Tây Ban Nha (5.875 MW).

Theo ông Kiran Bose, Pháp có lợi thế đặc biệt khi dãy Alps và Pyrenees sở hữu nhiều hồ chứa và hồ nhân tạo có thể được chuyển đổi thành nhà máy tích năng một cách đơn giản và hiệu quả về chi phí, giúp tăng đáng kể công suất hiện có.

Ông Bernard Tardieu cho biết chương trình phát triển STEP của Pháp được khởi động từ những năm 1970, cùng thời điểm phát triển điện hạt nhân. Khi đó, giả định là điện hạt nhân khó điều chỉnh công suất, nên các nhà máy tích năng được xây dựng để bù đắp chênh lệch nhu cầu điện giữa ngày và đêm, cũng như nhu cầu vào cuối tuần đối với các nhà máy Grand'Maison và Montezic.

Việc Pháp và Liên minh châu Âu gần đây giải quyết được tranh chấp liên quan đến các hợp đồng nhượng quyền thủy điện cũng mở ra triển vọng mới cho STEP. Theo ông Bernard Tardieu, điều này sẽ thúc đẩy EDF mở rộng nhà máy tích năng Montezic và thu hút thêm nhiều nhà đầu tư, trong đó có các dự án STEP quy mô rất lớn. Ông cũng cho rằng việc nâng cao các đập hiện có là một hướng phát triển đầy tiềm năng.

Công ty sản xuất điện mặt trời Hevel xây dựng nhà máy điện mặt trời tích hợp hệ thống lưu trữ điện năng lớn nhất tại LB Nga

Wood Mackenzie đưa ra dự báo thị trường lưu trữ điện năng toàn cầu

Bùng nổ lưu trữ điện bằng pin: Bước ngoặt cho năng lượng tái tạo?

Ngành điện mặt trời Pháp trước báo động đỏ