Khi một nhà máy điện cung cấp tới 40% sản lượng điện của cả một quốc gia, thì việc dừng toàn bộ nhà máy để đại tu gần như là điều không thể. Kyrgyzstan không có đủ nguồn điện dự phòng để bù đắp lượng điện thiếu hụt trong thời gian đó.

Đó là thách thức mà GE Vernova chấp nhận khi thực hiện dự án cải tạo toàn diện Nhà máy Thủy điện Toktogul – một dự án kéo dài 5 năm và được hoàn thành vào năm 2025. Thay vì dừng toàn bộ nhà máy, các kỹ sư tiến hành thay thế thiết bị cũ theo phương thức nâng cấp từng tổ máy, trong khi ba tổ máy còn lại vẫn tiếp tục phát điện để đảm bảo cung cấp điện liên tục.

Nhà máy Toktogul được đưa vào vận hành từ năm 1975 trên sông Naryn và luôn là trụ cột của hệ thống điện Kyrgyzstan. Trước khi được hiện đại hóa, bốn tổ máy tuabin Francis của nhà máy đã hoạt động gần 50 năm mà chưa từng được đại tu tổng thể.

Sau dự án, tổng công suất của nhà máy tăng từ 1.200MW lên 1.440MW, tương đương bổ sung khoảng 6% tổng công suất nguồn điện cho Kyrgyzstan. Theo GE Vernova, việc nâng cấp này cũng giúp kéo dài tuổi thọ nhà máy thêm ít nhất 30 năm.

Không chỉ tăng công suất mà gần như xây dựng lại toàn bộ tổ máy

Điểm nổi bật của dự án là công suất mỗi tổ máy được nâng từ 300MW lên 360MW.

Theo ông Sergey Sakhovskiy, Giám đốc dự án của GE Vernova, mức tăng này không đến từ việc thay thế một bộ phận đơn lẻ mà là kết quả của quá trình hiện đại hóa đồng bộ cả hệ thống tuabin và máy phát điện.

Các hạng mục chính bao gồm:

+ Thay bánh công tác mới cho tuabin Francis;

+ Nâng cấp các bộ phận đường dẫn dòng nước của tuabin;

+ Cải tạo stato và rôto của máy phát;

+ Thay mới hệ thống điều tốc;

+ Hiện đại hóa hệ thống điều khiển, kích từ và bảo vệ;

+ Nâng cấp nhiều thiết bị phụ trợ khác.

Trong khi đó, các kết cấu bê tông và thủy lực chính như buồng xoắn, ống hút nước... vẫn được giữ lại nếu còn đủ điều kiện làm việc. Những vị trí bị nứt, ăn mòn hoặc xói lở được sửa chữa thay vì thay mới hoàn toàn.

Việc nâng cấp cũng giúp các tổ máy vận hành hiệu quả hơn trong nhiều điều kiện mực nước khác nhau của hồ chứa, giảm hiện tượng xâm thực, nâng cao hiệu suất phát điện và tăng tính linh hoạt trong vận hành.

Bên trong gian máy của Nhà máy thủy điện Toktogul

Nguyên tắc quan trọng nhất: Không bao giờ để nhà máy dừng hoàn toàn

Thách thức lớn nhất của dự án không nằm ở công nghệ mà ở cách tổ chức thi công.

Do Toktogul giữ vai trò đặc biệt quan trọng đối với hệ thống điện quốc gia, GE Vernova áp dụng nguyên tắc chỉ dừng một tổ máy tại một thời điểm.

Bốn tổ máy lần lượt được nâng cấp theo thứ tự: Tổ máy số 4, Tổ máy số 2, Tổ máy số 1, Tổ máy số 3

Mỗi tổ máy được dừng khoảng 8 tháng để đại tu, trong khi ba tổ máy còn lại vẫn tiếp tục phát điện.

Các đợt thi công chủ yếu diễn ra từ mùa xuân đến cuối mùa thu để bảo đảm toàn bộ công suất của nhà máy luôn sẵn sàng phục vụ nhu cầu điện rất cao trong mùa đông.

Vận chuyển hàng nghìn tấn thiết bị vượt núi

Việc đưa thiết bị đến công trường cũng là một bài toán không hề đơn giản.

Đối với mỗi tổ máy, cần có khoảng 3.000 tấn thiết bị được vận chuyển trên 120 xe tải.

Các thiết bị phải trải qua nhiều chặng: vận chuyển đường biển, bốc dỡ tại cảng, vận chuyển đường bộ, làm thủ tục qua nhiều cửa khẩu, cuối cùng vượt những tuyến đường đèo núi hiểm trở để đến nhà máy.

Theo GE Vernova, giai đoạn khó khăn nhất không phải trên biển mà là quá trình thông quan và vận chuyển qua các tuyến đường miền núi.

Đại dịch COVID-19 từng khiến nhiều thiết bị bị mắc kẹt hàng tháng tại cửa khẩu Trung Quốc – Kyrgyzstan, buộc dự án phải liên tục thay đổi tuyến vận chuyển.

Ngoài ra, thời tiết mùa đông khắc nghiệt, tuyết dày và băng giá cũng khiến việc vận chuyển và thi công chỉ có thể thực hiện trong một khoảng thời gian nhất định mỗi năm.

Vượt qua hàng loạt khó khăn

Trong suốt thời gian triển khai, dự án còn phải đối mặt với nhiều thách thức khác như:

+ Đại dịch COVID-19 làm gián đoạn chuỗi cung ứng;

+ Chi phí vận chuyển tăng mạnh;

+ Một số thiết bị bị chậm giao hoặc hư hỏng trong quá trình vận chuyển;

+ Cuộc chuyển giao quyền lực tại Kyrgyzstan năm 2020 và tình hình bất ổn trong khu vực cũng khiến quá trình triển khai dự án gặp thêm nhiều thách thức về thủ tục và điều phối.;

+ Xung đột khu vực gần biên giới Kyrgyzstan – Tajikistan càng làm gián đoạn công việc hậu cần và việc di chuyển của lực lượng lao động và phối hợp tại công trường cũng thêm nhiều khó khoăn

Theo ông Sakhovskiy, dự án phải giải quyết đồng thời các bài toán về logistics, chất lượng kỹ thuật và yếu tố địa chính trị.

Trong suốt quá trình đó, nhóm đã điều chỉnh lại kế hoạch hậu cần và duy trì công việc khi điều kiện thay đổi, trong khi vẫn đạt được kỷ lục an toàn cao (hơn 1,8 triệu giờ làm việc liên tục mà không xảy ra tai nạn lao động phải nghỉ việc).

Chuyển giao cả công nghệ lẫn kinh nghiệm vận hành

Ngoài việc thay thế thiết bị, dự án còn bao gồm chương trình đào tạo và chuyển giao kỹ thuật cho đội ngũ vận hành của Kyrgyzstan.

Nhà máy được trang bị hệ thống điều khiển, giám sát, bảo vệ, kích từ và hệ thống SCADA hoàn toàn mới, thay thế các thiết bị có từ thời Liên Xô.

Ở giai đoạn cao điểm, có hơn 200 kỹ sư và chuyên gia làm việc tại công trường theo hai ca liên tục.

Theo GE Vernova, mục tiêu không chỉ là bàn giao thiết bị mới mà còn giúp đội ngũ địa phương có đủ năng lực vận hành, bảo trì và xử lý sự cố bằng các công nghệ hiện đại.

Ý nghĩa đối với Kyrgyzstan

Việc tăng thêm 240MW công suất giúp nâng cao đáng kể an ninh năng lượng của Kyrgyzstan, đặc biệt trong mùa đông khi nhu cầu sử dụng điện tăng cao.

GE Vernova ước tính lượng điện bổ sung đủ đáp ứng nhu cầu của khoảng 200.000 hộ gia đình.

Ngoài lợi ích trước mắt, việc nâng cấp này cũng giúp hỗ trợ tăng trưởng công nghiệp, giảm sự phụ thuộc vào các biện pháp huy động nguồn điện khẩn cấp và cũng mở ra cơ hội xuất khẩu điện theo mùa sang các nước láng giềng khi điều kiện thủy văn cho phép.

Hồ chứa Toktogul không chỉ phục vụ phát điện mà còn đóng vai trò quan trọng trong điều tiết nguồn nước. Vì vậy, lịch dừng tổ máy để bảo trì hay nâng cấp từ trước đến nay luôn phải cân nhắc giữa nhu cầu sản xuất điện và việc vận hành hồ chứa – một vấn đề đặc biệt nhạy cảm ở khu vực Trung Á, nơi nguồn nước được nhiều quốc gia cùng sử dụng.

Ông Sakhovskiy cho biết, việc nâng cấp không làm thay đổi vai trò đó của hồ chứa, mà giúp tạo ra nhiều điện hơn từ cùng một lượng nước xả qua tuabin. Trong bối cảnh lượng nước từ các sông băng nuôi dưỡng hệ thống sông ở Trung Á đang chịu áp lực suy giảm về lâu dài, việc nâng cao hiệu suất này không chỉ giúp tăng công suất phát điện mà còn góp phần nâng cao khả năng ứng phó với nguy cơ thiếu nước trong tương lai.

Theo GE Vernova, thành công của Toktogul có thể trở thành hình mẫu cho nhiều nhà máy thủy điện thời Liên Xô khác ở Trung Á – những công trình đã cũ nhưng vẫn đóng vai trò sống còn đối với hệ thống điện và không thể ngừng vận hành trong thời gian dài để đại tu.