Mô hình phát triển bền vững – “Những nhà máy thuỷ điện thân thiện với cá”

18

Tại vùng biển Tây Bắc Thái Bình Dương, nơi những loài cá hồi thường bơi xuôi theo dòng chảy ra biển và khi đã trưởng thành, chúng sẽ lội ngược dòng lên thượng nguồn để sinh sản và tiếp tục vòng lặp như vậy nhiều lần trong đời. Để vượt qua hành trình bơi ngược dòng, chúng phải nhiều lần nhảy vọt lên khỏi mặt nước. Điều đó khiến những con cá hồi gặp nhiều khó khăn và nguy hiểm như đối mặt với gấu, trong đó việc vượt qua các con đập thuỷ điện là một vấn đề nghiêm trọng có thể gây cản trở tới cuộc hành trình này.

Ngay cả khi những con cá hồi có thể tránh được những lưỡi dao của tua bin, sự rối loạn của dòng chảy cũng sẽ có thể khiến cá bị choáng váng và dễ bị tóm gọn bởi những con thú săn khác sau khi thoát ra khỏi nhà máy thủy điện. Với hi vọng rằng loài cá sẽ có được một lối đi khác dễ dàng hơn, các kỹ sư hiện đang làm việc cùng với công ty năng lượng tái tạo GE để thiết kế những chiếc tua bin nước thân thiện với các loài cá trong lưu vục sông Columbia, con sông ngăn cách hai bang Oregon và Washington.

Đây là dự án công nghệ cao kết hợp giữa phần mềm giả lập trên máy tính và công nghệ tua bin tiên tiến nhất, hứa hẹn sẽ trở thành một bản thiết kế mới cho tất cả nhà máy thủy điện trên toàn cầu. “Chúng tôi sử dụng những công nghệ phần mềm kỹ thuật số để mô phỏng dòng chảy của nước khi đi qua tua bin.” – Kỹ sư thủy lực học Kristopher Toussaint cùng với GE Renewable Energy cho biết.  “Chúng tôi cũng tiến hành giả lập những hạt vật chất nhỏ tượng trung cho loài cá để quan sát, nếu chúng tác động lên các bộ phận của cá, áp lực nào các hạt vật chất sẽ phải chịu, v.v…

Vì không phải loài cá nên chúng ta sẽ thấy những nhà máy thủy điện dường như hoàn toàn vô hại. Chúng hoạt động bằng cách khai thác áp suất và lực của dòng chảy từ điểm cao nhất đổ xuống điểm thấp nhất qua các máng trượt của con đập. Ở gần cuối các máng trượt sẽ được gắn các tua bin. Dòng nước chảy sẽ khiến cho các tua bin quay và tạo ra dòng điện có thể truyền thẳng tới các nhà máy và các hộ gia đình. Tuy nhiên, đây lại là lối đi chính của các loài cá đang di cư.

Sử dụng các mẫu kỹ thuật số, đội kỹ sư đã phát hiện ra loài cá cực kỳ dễ bị tổn thương khi chúng vượt qua tấm lưới đầu tiền của hệ thống van tĩnh. Sau đó, chúng sẽ phải vượt qua một tấm lưới khác của hệ thống van động và cuối cùng là máy chạy lưỡi dao trong vòng xoay tua bin. Nếu như chúng sống sót thoát được khỏi những lưỡi dao đó, chúng vẫn sẽ phải chịu đựng độ giảm áp lớn được tạo ra bên trong bánh răng. (Tham khảo hình minh hoạ)

Ảnh: Tua bin thủy năng thể hiện những thách thức mà đàn cá đang di cư sẽ gặp phải. Đó là lý do các kỹ sư phải làm việc cùng GE Renewable Energy để thiết kế những tua bin thân thiệt hơn với loài các cá ở vùng sông Columbia nằm giữa bang Oregon và Washington. Hình minh họa được cung cấp bởi GE Renewable Energy.
Nguồn ảnh đầu trang: Getty Images

Để giảm thiểu mối nguy bị lưỡi dao cắt, một chiến lược được đề ra là căn chỉnh lại hai bộ cánh quạt và thu hẹp khoảng cách giữa phần cố định và phần di động. Áp dụng khuôn mẫu công nghệ cao, các kỹ sư đã có thể tìm ra được hình dạng cánh quạt tối ưu để có thể giảm nguy hiểm cho đàn cá trong khi vẫn giữ dòng thủy lực chảy một cách trơn tru. “Việc làm giảm nguy hiểm cho loài cá không ảnh hưởng tới hiệu suất của các tua bin”- nhận định được đưa ra bởi Laurent Bornard – kỹ sư tư vấn kỹ thuật về thủy lực học tại GE Renewable Energy.

Để hạn chế độ giảm áp trong bánh lăn, một vài chiến lược khả thi đã được đưa ra, bao gồm kế hoạch thay đổi số lưỡi dao hoặc đường kính của bánh lăn, qua đó sẽ giảm vận tốc dòng nước và sau đó tăng áp suất.

Nhưng ngay cả khi đàn cá hồi vượt qua được những thử thách trên, mọi rắc rối đều chưa kết thúc. Để tới được hạ lưu của nhà máy thủy điện, chúng sẽ phải đi qua ống lọc. “Lưu lượng nước sẽ chậm lại khi đi qua ống lọc có thể tạo ra các xoáy nước sẽ khiến cá bị quay tròn, khiến chúng bị mất phương hướng và dễ bị làm mồi cho những con thú săn mồi bên ngoài nhà máy.” – ông Bornard chia sẻ. Để có thể tránh không làm cá bị thương, các kỹ sư thông thường sẽ tối ưu hóa đặc trưng dòng chảy sau khi đi qua bánh lăn và trong một số trường hợp, họ tìm cách điều chỉnh lại hình khối của ống lọc để giảm sự nhiễu loạn của lưu lượng và giúp cho đường di chuyển của đàn cá trở nên an toàn nhất có thể.

Sau khi thay đổi thiết kế, các kỹ sư kì vọng rằng tỉ lệ sống sót của cá hồi sẽ được cải thiện. Và tiềm năng phát triển của công nghệ thân thiệt với loài cá trong tương lai rất đáng kinh ngạc. “Có tới 10 nhà máy điện tại sông Snake và sông Columbia đặc biệt quan tâm tới thang cá trong hành trình di cư của loài cá hồi” – ông Bornard chia sẻ.

GE hiện đang nghiên cứu chế tạo các tua bin nước phục vụ cho các nhà máy điện dọc theo sông Mê Kông thuộc khu vực Đông Nam Á để loài cá có thể di chuyển an toàn hơn.

BÌNH LUẬN CỦA BẠN