“Pin nước” khổng lồ xây 14 năm dưới lòng đất hứa hẹn thay đổi cuộc đua năng lượng tái tạo châu Âu

Không giống như những nhà máy thuỷ điện lộ thiên, công trình “pin nước” của Thuỵ Sĩ hoạt động sâu dưới lòng đất, vừa tạo ra điện lại có thể lưu trữ cho lúc thiếu hụt.

Pin nước khổng lồ chính là một bước tiến lớn đối với hệ thống năng lượng tái tạo của Thuỵ Sĩ. Bắt đầu đi vào hoạt động từ tháng 7, pin nước dưới lòng đất của nhà máy thủy điện Nant de Drance có khả năng lưu trữ năng lượng tương đương với 400.000 pin xe điện.

Robert Gleitz, một đại diện của hội đồng quản trị Nant de Drance, cho biết nhà máy thuỷ điện nằm trên dãy Alps của Thuỵ Sĩ được trang bị các tuabin linh hoạt và có thể đảo chiều. Điều đó giúp nhà máy có thể chuyển từ dự trữ năng lượng sang cung cấp điện năng.

Thuỵ Sĩ mất 14 năm để hoàn thành dự án đồ sộ. Khoảng 17km đường hầm được đào dưới lòng đất, xuyên qua dãy Alps. Sáu tuabin được đặt trong một hầm ngầm khổng lồ có chiều dài gấp đôi sân bóng đá, ở độ sâu 600m dưới lòng đất.

Nước đổ xuống một ống thép cao hơn tháp Eiffel để cung cấp năng lượng cho 6 tuabin.

Nant de Drance đã tái sử dụng hai hồ chứa sẵn có, nâng hồ cao thêm 21,5m để tăng gấp đôi sức chứa. Hiện hồ này chứa được lượng nước lớn gấp 6.500 bể bơi đạt tiêu chuẩn Olympic.

Là một trong những nhà máy thuỷ điện lớn nhất, dự án pin nước trị giá 2 tỷ USD có thể đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định lưới điện của châu Âu, khi châu lục này chuyển đổi sang năng lượng tái tạo.

Các nhà máy thuỷ điện tích năng đã tồn tại hơn một thế kỷ. Chúng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với năng lượng tái tạo. Năng lượng gió và mặt trời phụ thuộc nhiều vào thời tiết và không cung cấp nguồn điện một cách ổn định.

Gleitz nói: ” Chúng ta có thể lấy năng lượng (từ lưới điện) khi dư thừa và có thể tái tạo lại khi cần“.

Pascal Radue, CEO của GE Renewable Energy Hydro, đơn vị cung cấp thiết bị cho nhà máy, cho biết rằng Nant de Drance khác với nhiều nhà máy trước đây là sử dụng tuabin thuận nghịch.

Theo như sơ đồ trên, pin nước hoạt động dựa trên sự tương tác của dòng nước ở hai bể chứa có sự chênh lệch về độ cao. Với nguồn điện dư thừa từ các trại năng lượng gió hay mặt trời, nước sẽ được bơm nước từ hồ chứa thấp lên hồ chứa cao hơn. Khi cần tăng cường sản xuất điện, nước từ hồ chứa cao sẽ được xả xuống, chảy qua tuabin và tạo ra điện.

Radue cho biết các tuabin giúp ổn định lưới điện. ” Với tuabin tốc độ cố định, bạn phải chờ đến khi nhà máy điện hoạt động với tốc độ chính xác mới có thể hoà vào lưới điện“, Radue giải thích. Điều này sẽ gây lãng phí thời gian và năng lượng. Các tuabin tốc độ linh hoạt hơn có thể cung cấp điện cho lưới điện ngay lập tức. Nguy cơ mất điện theo đó cũng giảm đi.

Trước đây, các trạm thuỷ điện tích năng “lộ thiên” thường được xây dựng trên các hệ thống sông ngòi và cần phải xây đập. Điều này đã làm ảnh hưởng đến đời sống của động vật hoang dã và phá huỷ hệ sinh thái.

Ở Thuỵ Sĩ, nơi xây dựng nhà máy thuỷ điện tích năng đầu tiên vào năm 1890, gần một nửa chiều dài sông đã bị tác động. Các con sông tự nhiên ở dãy Alps còn lại rất ít.

Nant de Drance đã sử dụng cơ sở hạ tầng đập và hồ chứa sẵn có. Phần lớn công việc xây dựng khác được thực hiện dưới lòng đất, hạn chế tác động của nhà máy đến cảnh quan.

Andrew Blakers, giáo sư kỹ thuật tại Đại học Quốc gia Australia, cho biết đó là lý do tại sao các dự án hiện đại ưu tiên các hệ thống khép kín. Như Nant de Drance, nhà máy điện đã sử dụng cơ sở hạ tầng đập và hồ chứa sẵn có. Bên cạnh đó, phần lớn công việc xây dựng được thực hiện dưới lòng đất, hạn chế tác động của công trình đến cảnh quan và hệ thống sông trên mặt đất.

Blakers nói: ” Thời đại xây đập sắp kết thúc“. Ông cho biết các nhà máy thuỷ điện khép kín chiếm một khoảng không gian không quá lớn mà lại đảm bảo an ninh năng lượng.

Ông ước tính rằng để cung cấp điện cho một thành phố 1 triệu dân trong 24 giờ, phương pháp cũ cần đến khoảng 2km vuông đất ngập nước. Thuỷ điện tích năng là một trong những giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả nhất hiện nay.

Gleitz cho biết Nant de Drance trả lại lưới điện khoảng 80% lượng điện năng mà nó sử dụng và lưu trữ được khoảng 20 giờ năng lượng dự phòng.

Với hy vọng trở thành “lục địa đầu tiên trung hoà khí hậu”, châu Âu ôm nhiều tham vọng lớn về năng lượng tái tạo. Vào năm 2020, chỉ 1/5 tổng năng lượng của châu Âu là từ nguồn tái tạo. Đến tháng 5 năm nay, Uỷ ban châu Âu (EC) đã nâng mục tiêu năng lượng tái tạo lên 40-45%.

Blakers nói rằng các cơ sở mới với khả năng lưu trữ cao là rất cần thiết để đạt được mục tiêu đó. Hiệp hội Lưu trữ Năng lượng châu Âu ước tính rằng châu lục này sẽ cần 200 gigawatt điện dự trữ vào năm 2030, tức gấp 4 lần khả năng lưu trữ hiện tại. Trong thập kỷ từ năm 2010 đến năm 2020, chỉ có 8 gigawatt lưu trữ được hoà vào lưới điện.

Các tuabin được đặt trong một hầm ngầm dài gấp đôi sân bóng đá.

Đó là lý do vì sao Nant de Drance trở nên cực kỳ quan trọng. Rebecca Ellis, nhà quản lý chính sách năng lượng tại Hiệp hội phi lợi nhuận Thủy điện Quốc tế, cho biết Thuỵ Sĩ có thể giúp ổn định lưới điện của toàn châu Âu vì nước này nằm ở vị trí trung tâm lục địa.

Ellis cho biết nhà máy điện Nant de Drance đã giúp tăng công suất của các nhà máy Thuỵ Sĩ lên 33%. Điều đó thể hiện vị thế dẫn đầu của Thuỵ Sĩ trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, Gleitz cho biết vì quốc gia này không thuộc Liên minh châu Âu, các quy định hiện hành chính là một rào cản. Ông nói: ” Những quy định thị trường rất khắt khe. Chúng tôi vẫn cần có những thoả thuận chặt chẽ hơn với EU“.

Gleitz tiết lộ thêm rằng thuỷ điện tích năng có thể giúp đảm bảo an ninh năng lượng bên ngoài châu Âu. Blakers và nhóm của ông đã xác định được khoảng 600.000 địa điểm tiềm năng cho các hệ thống khép kín. 1% trong số này cũng đủ đáp ứng cho nhu cầu dự trữ năng lượng toàn cầu.

Khi cuộc khủng hoảng khí hậu gia tăng, Gleitz hy vọng rằng châu Âu sẽ nắm bắt được tiềm năng “tích trữ năng lượng sạch” nhờ các nhà máy thủy điện tích năng. ” Nếu chúng ta muốn đi theo hướng sản xuất điện sạch, thì Nant de Drance là một trong những bước đệm trên con đường này“, Gleitz nói.

Những sáng kiến khác giúp giải quyết vấn đề lưu trữ năng lượng tái tạo

Pin nước không phải cách duy nhất để lưu trữ năng lượng. Công ty khởi nghiệp Energy Vault của Mỹ – Thuỵ Sĩ đã thiết kế một hệ thống lưu trữ năng lượng cơ học khổng lồ tận dụng trọng lực và những phiến đá 35 tấn. Thiết kế này bao gồm một cần trục 6 tay sẽ nâng phiến đá lên bằng điện dư thừa. Khi các khối đá được hạ xuống, động năng sẽ được biến đổi trở lại thành điện năng.

Công ty Polar Night Energy của Phần Lan lắp đặt “pin cát” đầu tiên trên thế giới để lưu trữ năng lượng từ điện gió và mặt trời dưới dạng nhiệt trong một silo cách nhiệt chứa 100 tấn cát.

Một phương pháp khác để lưu trữ điện là nén không khí. Năng lượng dư thừa được sử dụng để nén khí và lưu trữ dưới lòng đất. Khi nhu cầu sử dụng điện tăng, khí nén sẽ được giải phóng qua một tuabin để tạo ra điện. Công ty Hydrostor của Canada đang xây dựng một cơ sở lưu trữ năng lượng nhờ khí nén tại California.