Theo dự đoán, lượng khí nhà kính mà con người thải ra bầu khí quyển ngày càng tăng hiện nay sẽ tạo nên những biến đổi lớn về khí hậu trong thế kỷ tới. Một trong những tác động tiềm ẩn là dòng chảy các con sông có thể bị thay đổi. Điều này được dự báo sẽ ảnh hưởng tới thiết kế, hoạt động và sự sống còn của các nhà máy thủy điện. Để giúp hạn chế phần nào những thiệt hại mà biến đổi khí hậu có thể gây ra đối với thủy điện, một nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học Anh đã đề xuất một phương pháp dự báo và đo lường những tác động này.
Biến đổi khí hậu và ngành năng lượng
Theo các nhà khoa học, với tỉ lệ tăng trưởng toàn cầu về kinh tế và dân số như hiện nay, thì tới cuối thế kỷ tới, nhiệt độ trung bình của trái đất có thể tăng lên 3oC và lượng mưa trên toàn cầu sẽ tăng lên 15%.
Swan River (ABC: Graeme Powell)
Các dự báo trên dựa vào kết quả của Mô hình Khí hậu Toàn cầu (GCM), một mô hình mô phỏng các quy trình tự nhiên trong khí quyển và đại dương. Mặc dù kết quả GCM của các nhóm nghiên cứu có độ chính xác khác nhau, song đều thống nhất ở xu hướng chung.
Giải pháp chính để tránh những hình thái khí hậu cực đoan tồi tệ nhất do biến đổi khí hậu gây ra là giảm phát thải khí nhà kính. Vì sản xuất điện tạo ra lượng lớn khí nhà kính nên ngành năng lượng đang phải gánh nhiều áp lực. Rất nhiều giải pháp đã được đưa ra để ngành năng lượng chuyển sang sản xuất điện năng bằng nhiên liệu sản sinh ít CO2 hơn, kết hợp với tăng cường sử dụng nguồn năng lượng có thể tái tạo.
Trong số các giải pháp thay thế nhiệt điện, thủy điện là một lựa chọn hấp dẫn vì nó có thể tái tạo, phát thải ít khí nhà kính và các công trình hạ tầng có tuổi thọ dài. Chính vì vậy, mặc dù việc xây dựng những con đập lớn có thể phải di dời dân và tác động lên sinh thái lưu vực, nhiều chính phủ vẫn xem việc khai thác thủy điện có vai trò trọng yếu trong phát triển kinh tế, đặc biệt ở những quốc gia kém phát triển (LDC).
Thoạt tiên người ta cho rằng lượng mưa tăng lên sẽ cung cấp nhiều nước hơn cho sản xuất thủy điện, song nhiệt độ cao hơn lại khiến độ bốc hơi nước tăng lên. Chính vì vậy việc tăng lượng mưa có làm tăng lưu lượng dòng chảy của các con sông hay không còn tùy thuộc vào khí hậu và thủy văn của từng vùng.
Trước đây, các nghiên cứu về tính khả thi của các công trình thủy điện thường dựa vào lượng mưa trong lịch sử và dữ liệu dòng chảy sông để đánh giá. Tuy nhiên, trong bối cảnh biến đổi khí hậu, chúng ta không thể tiếp tục dựa vào những yếu tố này để đánh giá tiềm năng thủy điện.
- Ảnh bên : Lưu vực sông trước biến đổi khí hậu (Ảnh: See.ed.ac.uk)
Những thay đổi về lưu lượng dòng chảy và sự gia tăng độ bốc hơi sẽ tạo ra một số tác động lên sản xuất thủy điện. Những tác động này còn liên quan đến việc vận hành hệ thống cung cấp điện năng, tài chính và ngành năng lượng nói chung.
Tác động tới sự vận hành và phát triển hệ thống cung cấp điện năng: Biến đổi khí hậu có thể hạn chế khả năng xây dựng thêm các nhà máy thủy điện, ảnh hưởng đến khả năng cung cấp điện nói chung. Về lâu dài, khi nhu cầu về điện năng tăng lên, hệ thống cung cấp điện buộc phải giải quyết tình trạng thiếu điện bằng cách xây dựng thêm các nhà máy điện, và không loại trừ trường hợp phải sử dụng nhiên liệu hóa thạch, nguồn chính đẩy nhanh quá trình biến đổi khí hậu. Biến đổi khí hậu còn có thể khiến một số dự án điện năng đã được lên kế hoạch phải hủy bỏ hoặc chỉnh sửa.
Tác động về tài chính: Các nhà máy thủy điện thường tốn ít chi phí vận hành nhưng vốn đầu tư cao. Nhìn chung, lợi nhuận từ kinh doanh điện là cách duy nhất để hoàn trả lại vốn ban đầu. Vì vậy nếu kinh doanh điện bị giảm sút sẽ ảnh hưởng đến sự sống còn của nhà máy.
Nhiều công trình thủy điện lớn ở các nước kém phát triển được xây dựng để kích thích phát triển kinh tế dựa vào nguồn vốn nước ngoài. Lợi nhuận giảm sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoàn trả nợ và khó khăn này có thể khiến nền kinh tế suy yếu trầm trọng. Thêm vào đó, nguồn điện trong nước giảm sẽ gây khó khăn cho chính phủ trong hỗ trợ phát triển kinh tế.
Tác động lên các ngành năng lượng khác: Biến đổi khí hậu sẽ ảnh hưởng đến cả nguồn cung và cầu điện. Nhiệt độ không khí cao hơn sẽ giảm nhu cầu sưởi ấm mùa đông nhưng tăng nhu cầu làm mát mùa hè. Các nhà máy nhiệt điện vốn cần đến các con sông để làm nguội nước có thể vấp phải những lỗi vận hành do lưu lượng dòng chảy giảm. Nước sông và biển ấm hơn cũng làm giảm hiệu suất bốc hơi của nước, khiến sản phẩm đầu ra bị giảm hoặc phải tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn.
Mực nước biển dâng cao cũng được dự báo có khả năng đe dọa đến các nhà máy ven biển. Biến đổi khí hậu có thể dẫn tới nhiều mô hình thời tiết khắc nghiệt làm tăng chi phí sửa chữa hư hỏng hệ thống. Biến đổi khí hậu còn ảnh hưởng đến các công nghệ năng lượng tái tạo khác: nguồn năng lượng gió có thể bị ảnh hưởng do građien nhiệt độ thay đổi, và độ che phủ mây biến đổi cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các tấm năng lượng mặt trời.
Tác động của biến đổi khí hậu tới lưu lượng dòng chảy
Đánh giá tác động của khí hậu tới thủy điện
Tác động tiềm tàng của biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước đã được đề cập đến từ thập niên 80 trong dự báo biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, dù GCM có thể được sử dụng để dự báo trực tiếp dòng chảy, việc sử dụng quy mô không hợp lý đã làm cho thông tin này chỉ có thể được sử dụng cho những nghiên cứu chung nhất. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện ở từng lưu vực riêng cho thấy các lưu vực sông biểu hiện sự nhạy cảm khác nhau với biến đổi khí hậu.
Các nghiên cứu sau này đã xem xét không chỉ tác động lên dòng chảy sông mà còn tác động tới khả năng sản xuất điện của các trạm thủy điện. Tuy nhiên, cho đến nay các nghiên cứu vẫn thất bại trong việc định lượng các tác động tới việc đầu tư vào thủy điện hoặc lên mạng lưới điện năng.
Mô hình hóa các tác động của biến đổi khí hậu:
Để đánh giá tác động khí hậu lên sản xuất thủy điện, cần tiến hành một số việc sau: 1/ Chọn một lưu vực sông, mô hình hóa và lấy chuẩn quy trình dòng chảy và lưu lượng nước mưa của nó; 2/ Áp dụng dữ liệu khí hậu lấy từ các GCM khác nhau hoặc kịch bản khí hậu bất kỳ để mô hình hóa và tính toán dòng chảy; 3/ Giá trị dòng chảy sông sẽ được chuyển thành các ước tính về khả năng sản xuất năng lượng.
Tại công trình thủy điện Sơn La (ảnh: ketcau.com)
Có nhiều kỹ thuật lập mô hình đã được áp dụng để mô hình hóa dòng chảy. Kỹ thuật dựa vào kinh nghiệm đòi hỏi thiết lập mối quan hệ giữa các thông số đầu vào về khí hậu như lượng mưa và các thông số đầu ra về thủy học như dòng chảy. Có kỹ thuật lại sử dụng các biểu trưng của quy trình vật lý để mô phỏng lượng nước lưu trữ và lưu lượng dòng chảy. Có cách tiếp cận lại dựa vào thuyết vật lý phức hợp.
Mặc dù các kỹ thuật lập mô hình thủy học hiện nay khá tinh vi, vẫn có những khó khăn nhất định trong việc chuyển các dự báo của GCM, vốn có quy mô lớn về không gian và thời gian, sang một mẫu biểu có thể sử dụng cho mô hình thủy học. Kỹ thuật để khắc phục khó khăn này là giới hạn lại quy mô và tạo ra các giá trị địa phương từ các giá trị GCM quy mô lớn. Thiết lập các mô hình khí hậu vùng quy mô nhỏ trong GCM cũng có thể là một lựa chọn.
Công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Anh đề xuất thiết kế và xây dựng một công cụ đánh giá thủy năng phù hợp để có thể áp dụng trong bất kỳ dự án thủy điện. Công cụ đánh giá sẽ được thực hiện trên máy tính bao gồm một mô hình thủy học đơn giản giúp chuyển đổi dữ liệu khí hậu đầu vào thành các ước tính về dòng chảy con sông. Các kết quả này sẽ được xử lý để có được các thông số vận hành và kỹ thuật phù hợp giúp tính toán lượng được điện năng có thể tạo ra trong các công trình thủy điện.
Mô hình sẽ cho ra các chỉ báo về lượng điện năng có thể tạo ra. Việc định lượng những tác động của biến đổi khí hậu tới thủy điện cũng sẽ giúp cho quá trình phân tích tác động nói chung lên hệ thống cung cấp điện cũng như hướng đầu tư vào thủy điện.
Ngân Tiên (Theo University of Edinburgh)
