Như đã biết, thủy điện là một nguồn năng lượng sạch, giá rẻ, với trữ lượng dồi dào, đã được hình thành và phát triển rất mạnh mẽ trên khắp thế giới. Mặc dù vậy, cùng với nhu cầu sử dụng năng lượng không ngừng tăng cao, thì tiềm năng thủy điện của nhiều khu vực đã tương đối cạn kiệt. Bên cạnh đó, với sự tham gia của nhiều nguồn cung cấp điện năng trong hệ thống năng lượng thì việc nâng cao hiệu quả, đảm bảo sự ổn định và tốc độ phản ứng của hệ thống cũng là một nhu cầu quan trọng. Vì những lý do đó, trong khoảng vài chục năm trở lại đây, có một loại hình thủy điện mới đã được hình thành và xuất hiện khá phổ biến trên khắp thế giới, và gần đây, cũng đã được nghiên cứu và bước đầu triển khai tại Việt Nam, đó là thủy điện tích năng.

Tổng quan về thủy điện tích năng

Thủy điện tích năng là một dạng thủy điện dự trữ năng lượng, với công dụng chính là tích lũy điện năng để bổ sung cho hệ thống vào những lúc cần thiết. Một cách trực quan, có thể hình dung thủy điện tích năng như “bình ắc quy” của hệ thống điện, được “xạc đầy” khi rảnh rỗi và mang ra dùng khi có nhu cầu. Mô hình của thủy điện tích năng là hai hồ chứa nước ở hai cao độ khác nhau, và một nhà máy thủy điện với turbin thuận nghịch nằm ở gần hồ chứa bên dưới, nối với hồ chứa bên trên bằng đường ống áp lực. Thủy điện tích năng vận hành dựa trên nguyên tắc cân bằng nhu cầu phụ tải của hệ thống điện. Trong giờ cao điểm, khi nhu cầu dùng điện cao, nước được xả qua đường ống áp lực từ hồ chứa bên trên, làm quay turbine để phát điện lên hệ thống, nước xả được trữ trong hồ bên dưới. Trong giờ thấp điểm, khi nhu cầu dùng điện thấp, nhà máy lấy điện từ hệ thống để bơm ngược nước từ hồ chứa bên dưới lên hồ chứa bên trên thông qua turbine hai chiều, lúc này vận hành như một máy bơm. Như vậy, nhà máy thủy điện tích năng vừa là một đơn vị sản xuất điện, vừa là một đơn vị tiêu thụ điện, và cơ sở thực tiễn cho phương thức vận hành này là sự chênh lệch giá điện giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm. Theo thống kê, hầu hết các nhà máy thủy điện tích năng đều tiêu tốn nhiều điện năng hơn là lượng điện nó có thể sản xuất ra, nhưng lợi ích kinh tế của nhà máy vẫn được đảm bảo bởi giá điện trong giờ thấp điểm nhỏ hơn nhiều so với giờ cao điểm, thậm chí, ở một số mạng lưới, trong một vài thời điểm, giá điện có thể bằng 0 (vùng Ontario – Canada, vào đầu tháng 9/2006, giá điện về lý thuyết là dưới 0, do lượng điện năng sản xuất ra lớn hơn lượng điện mà các phụ tải trong hệ thống có thể tiêu thụ).

Mô hình hoạt động của nhà máy thủy điện tích năng

Lý thuyết về thủy điện tích năng đã được biết đến trên thế giới từ khá lâu, nhưng chỉ thực sự phát triển mạnh từ thập kỷ 70 của thế kỷ trước, và đặc biệt là khoảng 20-30 năm trở lại đây. Thời kỳ đầu, các nhà máy thủy điện tích năng dùng turbin phát điện và máy bơm riêng biệt, qua những đường dẫn riêng biệt, nên thường công suất không lớn, hiệu suất vận hành không cao, và tốn kém nhiều về chi phí. Sau khi turbine thuận nghịch ra đời, lý thuyết về thủy điện tích năng trở nên  thực tiễn hơn, các nhà máy vận hành hiệu quả hơn và hiệu ích kinh tế của dự án lớn hơn. Thủy điện tích năng đầu tiên lắp đặt turbine thuận nghịch là nhà máy Pedreira ở Brazil năm 1937, với turbine công suất 5,3 MW, cột nước tính toán 30m, do hãng Voith của Đức chế tạo. Sau khi được chứng minh vận hành hiệu quả, xu hướng phát triển thủy điện tích năng đã được đẩy mạnh ở những năm sau đó. Mỹ là quốc gia đi đầu trong phát triển thủy điện tích năng, theo sau là Ý, Đức, Pháp, Áo, Thụy Sĩ, Nhật Bản, Trung Quốc… và ngày càng nhiều quốc gia khác áp dụng mô hình này. Theo thống kê của Hội liên hiệp Năng lượng dự trữ (Energy Storage Association) thì Mỹ hiện có 40 nhà máy thủy điện tích năng, với tổng công suất 21,5 GW, chiếm hơn 20% công suất của các nhà máy thủy điện tích năng trên khắp thế giới (104 GW). Tuy nhiên, nếu xét theo tỷ trọng của thủy điện tích năng trong hệ thống điện quốc gia thì Mỹ chỉ chiếm 2%, trong khi với Nhật Bản, tỷ lệ này là 10%. Trong thời gian gần đây, thủy điện tích năng phát triển đặc biệt mạnh ở châu Á, với các nhà máy công suất lớn lần lượt được xây dựng ở những quốc gia như Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc, Ấn Độ… Nhật Bản là quốc gia có tốc độ phát triển thủy điện tích năng rất cao, hiện đã vượt qua Mỹ, trở thành quốc gia có sản lượng điện sản xuất từ thủy điện tích năng lớn nhất thế giới, với tổng công suất 25,5 GW. Nhà máy thủy điện tích năng công suất lớn nhất thế giới hiện nay là nhà máy Bath County ở bang Virginia, miền đông nước Mỹ, với 6 tổ máy, tổng công suất phát điện là 3.003 MW. Nhà máy này được xây dựng từ tháng 3/1977 và hoàn thành vào tháng 12/1985, với 2 hồ chứa có chênh lệch cao độ lên tới 380m, và khi phát điện, lưu lượng nước qua turbin đạt 850 m3/s. Tuy nhiên, kỷ lục này sẽ sớm bị vượt qua khi nhà máy thủy điện tích năng Phong Ninh ở tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc với 12 tổ máy, tổng công suất 3600MW đã được khởi công xây dựng vào năm 2013, dự kiến sẽ phát điện tổ máy 1 vào năm 2019 và hoàn thành toàn bộ nhà máy vào năm 2021.

Toàn cảnh dự án Bath County – nhà máy thủy điện tích năng công suất lớn nhất thế giới hiện nay

Ưu nhược điểm của thủy điện tích năng

Thủy điện tích năng có nhiều ưu điểm và cũng có một số nhược điểm. Ưu điểm lớn nhất của thủy điện tích năng là nó làm tăng tính hiệu quả của hệ thống, khi tận dụng được điện năng dư thừa từ các nhà máy nhiệt điện (điện than, điện khí, điện nguyên tử…) trong giờ thấp điểm, giúp tăng hiệu suất hoạt động và ổn định vận hành cho các nhà máy này. Cũng như thủy điện truyền thống, thủy điện tích năng cũng có thể phản ứng rất nhanh khi nhu cầu điện tăng đột ngột, giúp đảm bảo an toàn cung cấp điện, ổn định tần số mạng lưới điện, đồng thời rất thân thiện với môi trường khi không hề tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Nhưng khác với thủy điện truyền thống, thủy điện tích năng không cần nhiều diện tích đất làm hồ chứa, bởi chỉ cần trữ một lượng nước vừa đủ cho số giờ chạy thiết kế (thường từ 6-20 giờ). Cũng do chủ động về nguồn nước dự trữ nên quá trình vận hành của thủy điện tích năng không phụ thuộc nhiều vào chế độ thủy văn hàng năm, có thể linh hoạt điều chỉnh công suất vận hành theo nhu cầu phụ tải.

Nhược điểm chủ yếu của thủy điện tích năng là hiệu suất vận hành chưa cao (đạt khoảng 70-85%). Điều này gây ra bởi tổn thất năng lượng không tránh khỏi trong quá trình bơm nước từ hồ chứa bên dưới lên hồ chứa bên trên. Một hạn chế cơ bản khác là thủy điện tích năng không thể hoạt động độc lập như một cơ sở sản xuất điện mà chỉ có thể phát huy tác dụng như một “bình ắc quy” trong một hệ thống điện công suất tương đối lớn. Điều đó có nghĩa là thủy điện tích năng chỉ có thể được xem xét đến khi đã xây dựng được một hệ thống các nhà máy điện tương đối phong phú, và với các khu vực còn thiếu điện trầm trọng hay ở cách xa các trung tâm sản xuất điện khác thì việc xây dựng thủy điện tích năng là không mấy khả thi. Điều này cũng dẫn tới một hạn chế khác của thủy điện tích năng là khó khăn trong lựa chọn vị trí xây dựng. Thủy điện tích năng đòi hỏi một địa hình khá đặc biệt, là những khu vực có chênh lệnh độ cao lớn (lên đến hàng trăm mét) nhưng phải ở gần nguồn nước để bố trí hai hồ chứa (lý tưởng nhất là các ngọn núi có đỉnh rộng bên cạnh các con sông, suối lớn). Những vị trí như vậy thường là vùng thiên nhiên hoang dã, có phong cảnh đẹp, nhu cầu bảo tồn cao, đồng thời lại ít khi gần một cơ sở sản xuất điện lớn nào (để cân nhắc đến yếu tố kinh tế khi xây dựng đường dây truyền tải điện).

Phân loại thủy điện tích năng

Thủy điện tích năng có nhiều cách phân loại, tuỳ theo từng tiêu chí cụ thể, nhưng cách phân loại phổ biến nhất là căn cứ vào sự kết nối của các hồ chứa với hệ thống dòng chảy tự nhiên, theo đó, có hai kiểu là “Vòng đóng” và “Vòng mở”. Nhà máy thủy điện tích năng kiểu “Vòng đóng” là nhà máy mà các hồ chứa nước của nó không liên thông với các dòng chảy tự nhiên như sông, suối. Các hồ chứa này có thể là tự nhiên hoặc nhân tạo, và sau khi tích nước ban đầu thì nước chỉ tuần hoàn giữa 2 hồ chứa mà không có nguồn bổ sung trực tiếp nào từ sông, suối. Ưu điểm của loại hồ chứa này là nó loại bỏ hoàn toàn các tác động đối với dòng chảy tự nhiên như: không ảnh hưởng đến đường cá bơi hay sự vận chuyển phù sa. Đối với các hồ chứa nhân tạo, để bù đắp sự mất nước do bốc hơi mặt hồ, ngoài lượng mưa tự nhiên thì một hoặc cả hai hồ chứa có thể kết nối với nguồn cấp nước nhân tạo nào đấy, như hệ thống nước thải sinh hoạt sơ cấp (gray water). Nhược điểm của loại hồ chứa này là quy mô thường không lớn, và chỉ thích hợp với những nhà máy công suất nhỏ. Trên thực tế, hầu hết các dự án kiểu “vòng đóng” đều dùng một hồ tự nhiên lớn nào đó làm một trong hai hồ chứa để giảm chi phí và thời gian xây dựng, cũng như tận dụng nguồn nước sẵn có trong hồ cho việc tích nước ban đầu, nâng cao công suất nhà máy. Dự án tiêu biểu theo mô hình như thế là nhà máy thủy điện tích năng Dinorwig ở miền bắc xứ Wales, liên hiệp Anh. Nhà máy này có công suất 1728MW, vận hành nhờ nguồn nước từ hai hồ chứa: hồ chứa trên là hồ tự nhiên Marchlym Mawr, và hồ bên dưới là hồ nhân tạo Llyn Peris, tận dụng từ một khu mỏ khai thác đá cũ. Nhà máy nằm ngầm trong lòng núi (trong một hang nhân tạo có kích thước lớn nhất châu Âu), và kết nối với các hồ chứa bằng 16km đường hầm. Đây là dự án có thuận lợi lớn về địa hình, nhưng cũng là dự án kiểu mẫu về bảo tồn thiên nhiên, khi nó hầu như không có tác động lớn đến cảnh quan của khu vực xung quanh (nhà máy nằm trong khu công viên quốc gia Snowdonia có cảnh sắc thiên nhiên rất tươi đẹp).

Hồ chứa bên dưới của dự án Dinorwig được tận dụng từ một mỏ đá cũ

Ngược với kiểu “Vòng đóng” là nhà máy thủy điện tích năng kiểu “Vòng mở”, nghĩa là một trong hai hồ chứa (thường là hồ bên dưới), hoặc cả hai, được thông với sông, suối tự nhiên, hoặc tận dụng chính sông, suối tự nhiên làm hồ chứa. Hồ chứa còn lại được tạo nên bởi địa hình đặc trưng kết hợp với xây đập chắn. Đây là kiểu thiết kế của hầu hết các nhà máy thủy điện tích năng công suất lớn, có ưu điểm là dễ dàng tính toán và xây dựng được hồ chứa dung tích cần thiết, thuận lợi trong việc tích nước ban đầu và luôn chủ động trong việc bổ sung nước trong quá trình vận hành. Nhược điểm của kiểu hồ chứa này là những ảnh hưởng tiêu cực với môi trường thủy sinh khi liên tục xáo trộn chiều dòng chảy của sông suối tự nhiên, và những tác động lớn đến bờ sông và lòng sông. Một ví dụ cho dự án theo kiểu “vòng mở” là thủy điện tích năng Quảng Đông, nằm ở gần thành phố Quảng Châu, tỉnh Quảng Đông, Trung Quốc (cũng hay được gọi bằng tên thủy điện tích năng Quảng Châu). Nhà máy này có công suất 2400MW, lấy nước từ 2 hồ chứa lớn được thiết kế khá đặc biệt. Hồ chứa bên trên có dung tích 24,08 triệu m3, được tạo thành bởi 2 con đập để tích nước từ sông Liễu Tử. Đập chính là đập đá đổ bê tông bản mặt, cao 68 m, và đập phụ là đập tràn tự do nằm ở bờ trái, xả nước thừa ra lòng sông cũ. Hồ chứa bên dưới có dung tích 23,4 triệu m3, tạo thành bởi đập RCC cao 43,5 m, có tràn xả mặt điều tiết bằng van phẳng, có thể xả nước thừa ra một con suối nhỏ. Hai hồ chứa có chênh lệch độ cao là 535m, được thông với nhau bởi 2 đường ống áp lực có tổng chiều dài là 7,18 km.

Hồ chứa bên dưới của nhà máy thủy điện tích năng Quảng Đông

Dự án thủy điện tích năng Quảng Đông là dự án có thiết kế đột phá và công nghệ tiên tiến, đã tạo ra một nhà máy thủy điện công suất lớn trên một con sông nhỏ, có thể vận hành tự động, không cần sự điều khiển thường xuyên, và vào thời điểm hoàn thành, là nhà máy thủy điện tích năng có công suất lớn thứ 2 trên thế giới (sau nhà máy Bath County ở Mỹ). Đây là 1 trong 100 dự án tiêu biểu được lựa chọn nhân kỷ niệm 60 năm ngày thành lập nước Trung Hoa mới.

Các xu hướng phát triển mới của thủy điện tích năng

Tuy không phải là một mô hình sản xuất điện năng mới mẻ, nhưng thủy điện tích năng chỉ thực sự phát triển ồ ạt khoảng vài chục năm gần đây. Trong quá trình phát triển, thủy điện tích năng luôn được cải tiến về mặt kỹ thuật và cập nhật nhiều xu hướng công nghệ mới để ngày càng nâng cao hiệu ích. Về mặt kỹ thuật, trung tâm của các cải tiến nằm ở thiết kế turbine thuận nghịch, khi các hãng chế tạo turbine lớn trên thế giới như Alstom, Voith, Andritz… đều dành nhiều công sức nghiên cứu để ngày càng hoàn thiện thiết bị quan trọng này, giúp nó vận hành ổn định hơn ở cả hai chế độ làm việc, và việc chuyển đổi chế độ diễn ra trơn tru, nhanh chóng. Với các nghiên cứu, cải tiến ở khâu thiết kế như bố trí tỷ số lớn giữa đường kính cửa vào và cửa ra turbine, các cánh hướng của bánh xe công tác bố trí thưa hơn và dài hơn, góc mở cánh hướng lớn hơn… cùng việc áp dụng các công nghệ tiên tiến như công nghệ môtơ/máy phát tích hợp hệ thống chuyển đổi tần số tĩnh và điều khiển giám sát, thu thập dữ liệu (SFC and SCADA system), công nghệ màng lót ổ chặn (thrust bearing membrane pad technology), lõi stator chịu ứng suất trước thường trực (permanently pre-stressed stator core), hệ thống cách điện bằng áp lực chân không (vacuum pressure insulation system)… turbine thuận nghịch càng hoàn thiện và đáng tin cậy hơn rất nhiều. Ngày nay, các hãng sản xuất đã chế tạo thành công các turbine một tầng hoặc đa tầng, có thể hoạt động với cột nước từ 50m đến 1200m, mở ra rất nhiều phương án thiết kế và xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng.

Bánh xe công tác có thiết kế được tối ưu hóa của turbine thuận nghịch do hãng Voith chế tạo

Gần đây, có một cải tiến lớn mang lại nhiều lợi ích nữa là sự ra đời của turbine thuận nghịch biến tốc (variable speed pump/turbine), nghĩa là với một cột nước cố định, có thể thay đổi linh hoạt tốc độ hoạt động của turbine, thông qua việc sử dụng mô tơ/máy phát không đồng bộ, hoặc sử dụng mô tơ/máy phát đồng bộ nhưng thông qua một bộ chuyển đổi tần số. Trong chế độ phát điện, turbine làm việc cùng tần số với mạng lưới nhưng ở chế độ bơm, nó làm việc độc lập, có thể chủ động điều chỉnh tần số, qua đó điều chỉnh được tốc độ/công suất bơm. Việc biến tốc của turbine đặc biệt hữu ích bởi nó giúp tăng công suất bơm trong những thời điểm thừa năng lượng, nhất là trong các hệ thống có tỷ lệ lớn điện năng từ điện gió, điện mặt trời, hoặc sự thay đổi phụ tải liên tục. Việc xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng sử dụng turbine biến tốc, hoặc chuyển đổi các turbine kiểu cũ sang turbine biến tốc, đang dần trở thành  một xu hướng phát triển mới, bởi nó tăng tính linh hoạt và tốc độ phản ứng của mạng lưới hơn nữa (trong tổng số 270 nhà máy thủy điện tích năng trên toàn thế giới, có 36 tổ máy đã và đang chuẩn bị lắp đặt turbine biến tốc). 

Một nghiên cứu mới trong xây dựng thủy điện tích năng là bố trí hồ chứa kiểu ngầm, thay vì hồ chứa kiểu hở truyền thống. Hồ chứa kiểu hở nằm bên trên mặt đất, thường có mặt thoáng lớn, chiếm nhiều diện tích. Hồ chứa kiểu ngầm là hồ chứa nằm chủ yếu trong lòng đất, có diện tích mặt thoáng nhỏ, thông thường được tận dụng từ những hầm mỏ không còn khai thác hoặc những hang động ngầm. Về lý thuyết, việc thi công một hồ chứa ngầm để phục vụ cho một dự án thủy điện tích năng là không khả thi do điều kiện thi công khó khăn, tiềm ẩn nguy hiểm, tốn thời gian và chi phí đắt. Tuy nhiên, nếu kết hợp với một dự án khai thác mỏ thì lại rất hợp lý, vì vừa có hiệu ích kinh tế của việc kinh doanh khoáng sản, vừa tận dụng được hầm mỏ để tạo thành hồ chứa, vừa giải quyết được các hệ lụy về môi trường sau khi thi công. Cách bố trí hồ chứa ngầm cũng giúp việc lựa chọn vị trí xây dựng dự án thủy điện tích năng trở nên đơn giản hơn, bởi như đã trình bày ở trên, những khu vực hội tụ đủ điều kiện địa hình phù hợp và gần với những cơ sở sản xuất, tiêu thụ điện là khá hiếm, và cũng dễ vấp phải sự phản đối của những hiệp hội bảo vệ môi trường. Trên thực tế, đây là một xu hướng rất mới về thiết kế xây dựng thủy điện tích năng, và đến thời điểm hiện tại, mới chỉ có một số dự án theo mô hình này đang ở giai đoạn nghiên cứu. Dự án điển hình theo kiểu thiết kế này là dự án Nhà máy thủy điện tích năng Mỏ đá Elmhust (Elmhust Quarry), nằm ở thành phố Elmhust, bang Illinois, Mỹ, cách trung tâm thành phố Chicago chỉ hơn 30km.

Hiện trạng mỏ đá Elmhust 

Mỏ đá Elmhust được bắt đầu khai thác đá dolomite từ năm 1890 đến tận năm 1980. Sau khi trữ lượng đá trên bề mặt đã cạn kiệt, việc khai thác được tiếp tục ở một mỏ sâu dưới lòng đất, mỏ đá bên trên bỏ không và hiện được tận dụng làm hồ chứa điều tiết lũ cho thành phố. Khi nghiên cứu dự án thủy điện tích năng ở đây, công trình sẽ tận dụng mỏ đá Elmhust để làm hồ chứa bên trên, và hầm mỏ bên dưới (sâu 90m so với đáy hồ chứa bên trên) sẽ được dùng làm hồ chứa sau khi kết thúc khai thác. Nhà máy thủy điện cũng sẽ được xây dựng ngầm, với công suất dự kiến từ 50-250MW. Đây là một dự án hướng tới xu hướng “Khai mỏ xanh” (Green mining) với mục tiêu chính là giảm thiểu tác động đến môi trường, đang dần trở nên phổ biến ở các nước phát triển.

Một xu hướng phát triển cũng rất táo bạo là thủy điện tích năng nước biển, nghĩa là xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng bên bờ biển, dùng nước biển để chạy turbine phát điện, và tận dụng chính các biển, đại dương làm hồ chứa bên dưới. Đây có thể nói là xu hướng có tiềm năng vô tận, bởi ¾ bề mặt trái đất là biển và đại dương. Tuy nhiên, để hiện thực hóa một nhà máy thủy điện tích năng nước biển cũng có không ít thách thức, trong đó, đáng kể nhất là vật liệu chịu ăn mòn nước biển để chế tạo đường ống áp lực và turbine. Cho đến nay, mới chỉ có duy nhất một dự án thủy điện tích năng nước biển đã đi vào vận hành là nhà máy Okinawa Yanbaru ở Nhật Bản. Đây là nhà máy có công suất 30MW, được xây dựng tại phía đông bắc đảo Okinawa, bên bờ biển Philippines (đảo Okinawa là hòn đảo nhỏ nằm ở phía cực nam quần đảo Nhật Bản, gần với đảo Đài Loan và đảo Luzong – Philippins).

Toàn cảnh nhà máy Okinawa Yanbaru

Hồ chứa phía trên của nhà máy Okinawa Yanbaru được xây dựng nhân tạo, có hình bát giác với chiều rộng lớn nhất là 252m, dung tích 564.000 m3, nằm ở cao trình 150m so với mực nước biển. Toàn bộ thành trong của hồ chứa được bọc vật liệu chống thấm để ngăn ngừa rò rỉ nước biển sẽ làm nhiễm mặn đất đai và phá hoại cây trồng xung quanh. Toàn bộ đường ống áp lực của nhà máy không được làm bằng thép mà thay vào đó là vật liệu nhựa plastic gia cường bằng sợi cường lực, để chống ăn mòn của nước biển và sự bám dính của các sinh vật biển như hà, hàu, ốc…, trong khi, turbine/máy bơm được chế tạo bằng một loại thép không rỉ đặc biệt, có thể chống chọi lâu dài với tác động của nước biển. Nhà máy Okinawa Yanbaru tuy chỉ cung cấp được 2,1% nhu cầu dùng điện cho đảo, nhưng là một công trình mang tính đột phá về phương thức vận hành, và rất thân thiện với môi trường biển.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các dạng năng lượng tái tạo tiên tiến khác, hiện nay trên thế giới đã hình thành nên một xu hướng khá phổ biến là kết hợp thủy điện tích năng với các dự án điện gió, điện mặt trời. Những dự án kết hợp như vậy có ưu điểm lớn về hiệu suất vận hành chung của tổ hợp, bởi thủy điện tích năng có thể tận dụng tối đa các nguồn năng lượng có tính thay đổi, khó dự đoán như điện gió, điện mặt trời, trong khi những nhà máy điện gió, điện mặt trời lại có thể cung cấp năng lượng cho thủy điện tích năng tích nước ở phần lớn thời gian trong ngày. Hiện nay, có một dự án thậm chí thể hiện cả 2 xu hướng nêu trên, là nhà máy thủy điện tích năng nước biển kết hợp năng lượng mặt trời Estejo de Tarapacá (nghĩa là “Tấm gương của Tarapaca) ở Chile, sẽ được khởi công vào nửa cuối năm 2016. Dự án này nằm ở thị trấn Caleta San Marcos phía bắc Chile, trong vùng sa mạc Acatama (nằm giữa Thái Bình Dương và dãy núi Andes).

Cắt dọc tuyến năng lượng của dự án Estejo de Tarapaca

Dự án này tận dụng hoàn toàn địa hình tự nhiên thuận lợi để làm hồ chứa nước biển (một vùng trũng rộng lớn nằm trên đỉnh vách núi cạnh bờ biển). Hồ bên trên được bơm đầy vào ban ngày, nhờ sử dụng một phần nguồn năng lượng mặt trời cực kỳ dồi dào ở khu vực sa mạc Acatama (một trong những khu vực có lượng bức xạ mặt trời nhiều nhất trên thế giới), và sau đó xả nước phát điện vào ban đêm (quy trình ngược hoàn toàn với các nhà máy thủy điện tích năng thông thường). Sự kết hợp giữa nhà máy điện mặt trời 600MW và nhà máy thủy điện tích năng 300MW này đảm bảo sự vận hành chủ động, liên tục, hiệu suất cao, có thể cung cấp đầy đủ điện năng cần thiết cho khu vực. Đây là dự án được đánh giá là kiểu mẫu trong việc sử dụng năng lượng tái tạo để thay đổi môi trường sống, đã biến nắng cháy khô cằn và nước biển mặn chát thành nguồn năng lượng để phát triển sản xuất và dân sinh ở một trong những vùng có điều kiện sống khắc nghiệt nhất thế giới.