Hệ thống cung cấp điện chủ đề nhà máy thủy điện

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN• Tuabin Francis Tuabin tâm trục • Là một tuabin phản ứng dòng chảy bên trong kết hợp các khái niệm dòng chảy xuyên tâm và hướng t

1 Bùi Đức Anh – 20212465

2 Lê Đức Anh – 20202064

3 Lê Đức Anh – 20212467

4 Nguyễn Quốc Anh – 20202069

5 Nguyễn Tuấn Anh – 20202070

6 Nguyễn Hoàng Anh – 20210071

7 Nguyễn Hoàng Vân Anh – 20212470

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ THỦY ĐIỆN

1 KHÁI NIỆM VÀ TÌNH HÌNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRÊN

THẾ GIỚI

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

3 ƯU & NHƯỢC ĐIỂM CỦA THỦY ĐIỆN

PHẦN II: NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TẠI VIỆT NAM

4 THỰC TRẠNG

5 PHÂN LOẠI

6 MỘT SỐ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

7 ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TỚI MÔI TRƯỜNG

VÀ XÃ HỘI

5 CÁC VẤN ĐỀ KHÁC

NỘI DUNG

3

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ

THỦY ĐIỆN

4

1 KHÁI NIỆM VÀ TÌNH HÌNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI

1.1 Thế nào là thủy điện?

Thủy điện là nguồn năng lượng truyền thống có được từ năng lượng nước (bao gồm thế năng và động năng).

Đa số năng lượng thủy điện có được từ thế năng của nước được tích trữ từ các đập thủy điện làm quay các turbine nước.

Thủy điện hiện nay chiếm khoảng 20% lượng điện toàn thế giới.

5

1 KHÁI NIỆM VÀ TÌNH HÌNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI

Trạm thủy điện đầu tiên trên thế giới Niagara Falls được xây

dựng vào năm 1895 bởi Nikola Tesla và George Westinghouse. Đập Xiangjiaba - Vân Nam và Tứ Xuyên, Trung Quốc Công Suất 6448 MW

Hình ảnh về các Nhà máy thủy điện

6

Hình ảnh về các Nhà máy thủy điện

1 KHÁI NIỆM VÀ TÌNH HÌNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI

1 KHÁI NIỆM VÀ TÌNH HÌNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI

1.2 Tình hình các nhà máy thủy điện trên thế giới

Công suất thủy điện lắp đặt toàn cầu tăng 26 GW lên 1360

GW vào năm 2021

4250 TW.h điện sạch được tạo ra từ thủy điện, gấp 1.5 lần toàn bộ lượng điện tiêu thụ của EU

Khoảng 80% công suất thủy điện mới được lắp đặt vào năm

2021 là ở một quốc gia duy nhất – Trung Quốc

4.7 GW thủy điện tích trữ được bơm đã được thêm vào lưới điện, gấp 3 lần lượng được bổ sung vào năm 2020.

8

1 KHÁI NIỆM VÀ TÌNH HÌNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI

9

1.2 Thực trạng thủy điện trên thế giới

Trung Quốc là quốc gia phát triển nhanh về công nghệ xây dựng

đập thủy điện, đặc biệt là loại lớn (công suất từ 500 MW trở lên)

Mỹ là nước sở hữu nhiều đập trên sông thứ hai trên thế giới, chỉ sau Trung Quốc, với khoảng 79.000 đập, trong đó có 2.500 đập thủy điện.

Thủy điện đang ngày càng đóng vai trò quan trọng đối với việc sản xuất điện ở các nước khu vực Đông Nam Á như Việt Nam, Lào, Malaysia,…

Châu Phi nắm giữ khoảng 12% tiềm năng thủy điện của thế giới, với sản lượng khả thi khoảng 1.800 TWh/năm.

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

 Đập (Dam): chứa nước tạo ra một hồ chứa lớn.

 Ống dẫn nước (Penstock) đến tuabin.

 Tua - bin (Turbine): gắn liền với máy phát điện ở phía trên nhờ một

trục

 Máy phát điện (generator): gồm một loạt các nam châm khổng lồ

quay quanh cuộn dây đồng.

 Biến áp (Transformer) đặt bên trong nhà máy điện tạo ra dòng điện

xoay chiều AC và chuyển đổi nó thành dòng điện có điện áp cao hơn.

 Đường dây điện (Power Lines): Gồm ba dây pha của năng lượng

điện được sản xuất và một dây trung tính.

 Cống xả (Outflow): Đưa nước chảy qua các đường ống và chảy vào

hạ lưu sông.

2.1 Cấu tạo của một nhà máy thủy điện

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

• Tuabin Francis ( Tuabin tâm trục )

• Là một tuabin phản ứng dòng chảy bên trong

kết hợp các khái niệm dòng chảy xuyên tâm và

hướng trục.

• Các tuabin Francis là tuabin nước phổ biến

nhất hiện nay Chúng hoạt động trong một đầu

nước từ 40 đến 600 m (130 đến 2.000 ft) và

chủ yếu được sử dụng để sản xuất điện.

• Các máy phát điện thường sử dụng loại tuabin này có công suất đầu ra chỉ khoảng vài kilowatts lên đến 800 MW Penstock (đường ống đầu vào) đường kính từ 3 đến

33 ft (0,91 và 10 m) Phạm vi tốc độ của tuabin là từ 75 đến 1000 vòng / phút.

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

• Tuabin Kaplan ( Tuabin hướng trục )

• Là một loại tuabin nước thuộc dòng tuabin

cột nước thấp, được phát triển vào năm 1913.

• Đặc điểm của loại tuabin này là sự kết hợp cánh

quạt tự động điều chỉnh với các cửa wicket tự

động điều chỉnh để đạt được hiệu quả trên một

phạm vi rộng của dòng chảy và mực nước.

• Tua-bin này cho phép sản xuất điện hiệu quả với những nhà máy thủy điện có cột

nước thấp và lưu lượng lớn Với cột nước 10-70m và công suất từ 5-120MW, đường kính

bánh xe công tác từ 2-8m thì tốc độ quay của tuabin là 79-429 vòng/phút.

• Hiệu suất tấp hơn tuabia Francis tuy nhiên tuabin Kaplan có cấu tạo đơn giản, số vòng quay nhỏ,công nghệ chế tạo không cao, dễ bảo dưỡng nên giá thành thường rẻ hơn tuabin Francis.

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

• Tuabin Pelton ( Tuabin gáo )

• Là tuabin nước kiểu xung động, trích năng lượng

từ xung lực của nước chuyển động.

• Thường được sử dụng ở các nhà máy có cột nước

rất cao, lưu lượng nước nhỏ, không có buồng xoắn và

cánh hướng nước.Lưu lượng và hướng tác dụng của

các tia nước được điều chỉnh bằng các vòi phun.

• Ưu điểm: nhỏ gọn, phương pháp đưa nước vào tuabin và xả ra dễ dàng nên thời gian xây dựng nhanh và chi phí thấp.

• Tuabin gáo trục đứng có đường kính bánh xe công tác từ 500-1800mm, với 1,2 hoặc 3 vòi phun, chiều cao cột nước là 50-1000m, lưu lượng nước từ 0,1-6 cm3/s

• Tuabin gáo trục ngang có đường kính bánh xe công tác từ 500-2500mm, với 3,4,5 hoặc 6 vòi phun, chiều cao cột nước là 50-1000m, lưu lượng nước khoảng 10 cm3/s

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

• Tuabin Micro ( Tuabin siêu nhỏ )

• Được sử dụng với cột nước từ 1,5-6m, lưu

lượng nhỏ, công suất nhỏ từ 5-150KW

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

• Tuabia Archimedes

• Được sử dụng cho loại cột nước từ 0,8-10m,

lưu lượng chỉ 200 lít/s với hiệu suất 92%, công

suất lớn nhất là 650 KW / 1 tổ máy.

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

• Tuabin Capsule ( Tuabin bóng đèn )

• Thường dùng cho các nhà máy đặt ở lòng sông

• hoặc nhà máy điện thủy triều.

• Turbine này chủ yếu dùng lưu lượng của cả dòng

chảy để phát điện (cột nước từ 4-6m đã có thể phát

điện) Nhược điểm chính của Turbine này là các bộ

phận kể cả máy phát được đặt trong 1 bầu hình con

nhộng kín nước và đặt chìm dưới lòng song Chính vì phương án khai thác này dẫn đến công trình thủy công khá phức tạp, thời gian thi công kéo dài, đền bù do ngập lòng hồ nhiều dẫn đến giá thành công trình cao.

• Các nhà máy thủy điện ở Việt Nam dùng Tuabin Capsule như: NMTD Chiêm Hóa

( Tuyên Quang) 48MW; NMTD Vĩnh Hà ( Lào Cai) 21MW.

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

2.2 Nguyên lý hoạt động của một nhà máy thủy điện

Quá trình vận hành nhà máy thủy điện gồm có 4 giai

đoạn chính:

1 Dòng nước với áp lực lớn chảy qua các ống thép lớn

được gọi là ống dẫn nước có áp tạo ra các cột nước khổng

lồ với áp lực lớn đi vào bên trong nhà máy

2 Nước chảy mạnh làm quay tuabin của máy phát điện,

năng lượng cơ học được chuyển hóa thành điện năng

3 Điện tạo ra đi quá máy biến áp để tạo ra dòng điện cao

thế

4 Dòng điện cao thế sẽ được kết nối vào mạng lưới phân

phối điện và truyền về các thành phố

3.1 Ưu điểm

18

3 ƯU & NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

Tổn thất trên hệ thống truyền tải lớn nước cung Nguồn

cấp thay đổi theo thời gian

Ảnh hưởng đến môi trường sinh thái

3 ƯU & NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

II NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TẠI VIỆT NAM

1 Thực trạng nhà máy thủy điện tại Việt Nam

• Việt Nam là đất nước có nguồn thủy năng khá lớn, trải dài từ Bắc vào Nam

• Cả nước có 818 dự án thủy điện (DATĐ) với tổng công suất lắp đặt

23.182MW (tính đến 2018) Trong đó, đã đưa vào khai thác sử dụng 385 DATĐ (18.564MW), đang xây dựng 143 DATĐ (1.848MW) và đang nghiên cứu đầu tư 290 DATĐ (2.770MW)…

• Theo nghiên cứu đánh giá: Việt Nam có thể khai thác được nguồn công suất thủy điện vào khoảng 25.000-26.000MW, tương ứng với khoảng 90-

100 tỷ KWh điện năng

• Theo kinh nghiệm khai thác thủy điện trên thế giới: công suất thủy điện ở Việt Nam có thể khai thác trong tương lai có thể bằng từ 30.000MW đến 38.000MW và điện năng có thể khai thác được 100-110 tỷ KWh.

Thủy điện dòng chảy

Thủy điện tích năng

2 PHÂN LOẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

a Thủy điện dòng chảy

Thủy điện dòng chảy là nhà máy lấy nước từ sông qua kênh hoặc đường ống áp lực để làm quay tua bin Một dự án thủy điện dòng chảy điển có công trình giữ nước ở mức rất thấp hoặc không giữ nước Thường có công suất nhỏ.

VD: nhà máy thủy điện Hòa Bình

b Thủy điện hồ chứa

Thủy điện hồ chứa sử dụng đập để tích nước trong hồ chứa Điện được sản xuất khi xả nước trong hồ chứa cho chảy qua tua bin, từ đó làm quay máy phát điện Thường có công suất lớn.

VD: nhà máy thủy điện Lai Châu

c Thủy điện tích năng

Thủy điện tích năng cấp điện cho phụ tải đỉnh, khai thác nước để sản xuất điện, trong đó nước được tuần hoàn giữa hồ trên và hồ dưới bằng bơm sử dụng điện dư thừa từ hệ thống điện khi nhu cầu phụ tải thấp

VD: nhà máy thủy điện Bác Ái (Ninh Thuận)

Một vài hình ảnh về mô hình của các loại nhà máy thủy điện

PHÂN LOẠI DỰA

THEO

CÔNG

SUẤT

Thủy điện lớn

Thủy điện nhỏ

Thủy điện cực nhỏ và siêu nhỏ

3 MỘT SỐ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

Nhà máy thuỷ điện Hàm Thuận – Đa Mi 342MW

26

Nhà máy thuỷ điện Sơn La

• Vị trí: Nhà máy nằm trên sông Đà tại thị trấn Ít Ong,

huyện Mường La, tỉnh Sơn La, Việt Nam.

• Lịch sử ra đời :

o Khởi công xây dựng ngày 2 tháng 12 năm 2005

o Sau 7 năm xây dựng, Thủy điện Sơn La được

khánh thành vào ngày 23 tháng 12 năm 2012,

sớm hơn kế hoạch 3 năm, trở thành nhà máy

thủy điện lớn nhất Việt Nam và cả khu

vực Đông Nam Á tại thời điểm đó.

27

Hình ảnh Nhà máy thủy điện Sơn La

Thủy điện Sơn La là nhà máy thủy điện công suất lớn nhất Việt Nam tính đến năm 2022 và có thể giữ vị trí này trong một thời gian dài nữa

• Diện tích lưu vực: 43.760 km²

• Diện tích hồ chứa: 224 km² Dung tích toàn bộ

hồ chứa: 9,26 tỉ mét khối nước

• Chủ đầu tư: Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN)

• Chủ thầu chính: Tổng công ty sông Đà

• Nhà thầu: Tổng cong ty Lilama, Công ty cổ phần sông Đà 5, Công ty cổ phần sông Đà 7, Công ty cổ phần sông Đà 9…

• Tổng số hộ dân phải di chuyển: 17.996 hộ tại 3 tỉnh Sơn La, Lai Châu, Điện Biên

28

Nhà máy thuỷ điện Sơn La

Hình ảnh hồ chứa nước Nhà máy thủy điện Sơn

La

4 Những ảnh hưởng của nhà máy thuỷ điện đến môi trường và xã hội

+ Ô nhiễm môi trường: do các hoạt động chuyên chở vật liệu, nổ mìn tạo tụi và khí thải+ Ảnh hưởng tới thuỷ văn khu vực

+ Cung cấp điện năng+ Phát triển các hoạt động thuỷ lợi+ Mất cân bằng hệ sinh thái

+ Gây ô nhiễm môi trường nước

+ Tập tục văn hoá của cư dân bản địa

bị thay đổi + Ảnh hưởng tới vùng hạ lưu

Môi Trường Các tác động có thể xảy ra Hệ quả chính Biện pháp giảm thiểu

Đất

Thiệt hại về đất do xây dựng

Thay đổi cơ cấu sử dụng đất, thay đổi nghề nghiệp người dân, giảm khả năng khai thác tài nguyên (mỏ, …)

Tăng độ ẩm của đất ven hồ

Tăng lượng nước ngầm trong đất, góp phần tăng trưởng tốt cho lớp phủ thực vật hoặc cây trồng xung quanh hồ

Địa chất,

địa mạo

Ảnh hưởng đến khu vực để khai thác đất đá

– Phục hồi diện tích phủ xanh

– Công tác quản lý hợp lý

+ Gây động đất kích thích+ Gây xói lở ở hạ lưu nhà máy Giảm tuổi thọ công trình

Gây sụt lở, xói mòn đất

– Quan trắc lòng dẫn

hạ du, chống xói mòn cục bộ

– San lấp hố khai thác

và phủ xanh bề mặt

ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TỚI CÁC MÔI TRƯỜNG CỤ THỂ

Giảm chất lượng nước trong hồ chứa và hạ

du giai đoạn đầu tích nước – Giảm khả năng sinh tồn của sinh vật

– Giảm tuổi thọ hồ chứa– Ở hạ du ruộng không được bồi đắp phù sa, không được rửa mặn

Thay đổi đời sống hoang dã do xây dựng công trình

Phát quang thu dọn lòng

hồ, cấp nước sạch cho người dân sống quanh hồ

và thả cá vào hồ

Thiệt hại lớp phủ thực vật Ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh như 1

số loài cá ưa nước chảy mất đi,…

Thực vật trên cạn ven sông bị nguy hại

Tăng cường trồng rừng và bảo vệ rừng đầu nguồnCấm săn bắt thú hoang

dã, hạn chế chặt phá rừng, hạn chế tiếng ồn trong quá trình xây dựng

Sinh thái

Thiệt hại động, thực vật thủy sinh

ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TỚI CÁC MÔI TRƯỜNG CỤ THỂ

Lợi ích về điện cho quốc gia, cho địa phương phát triển cơ sở hạ tầng

Phòng bệnh, tăng cường cơ sở hạ tầng– Đền bù hiệu quả và thực hiện tái định cư.– Quản lý chặt chẽ, điều trị bệnh tật cho dân địa phương và công nhân

Tăng dân nhập cư vào khu vực công trình, phát triển hoạt động khai thác gỗ bất hợp

pháp, vấn đề an ninh

Góp phần phát triển kinh tế - xã hội cho

đất nướcHạn chế lũ lụt:

-Ảnh hưởng tích cực cho việc sử dụng đất

và nước ở hạ du-Ảnh hưởng tiêu cực: Phù sa và chất hữu cơ không được bổ sung cho 2 bên sông

ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TỚI KINH TẾ - XÃ HỘI

5 CÁC VẤN

ĐỀ KHÁC

5.1 CÁC NGUYÊN NHÂN LÀM GIẢM CÔNG SUẤT CỦA NHÀ MÁY THỦY

ĐIỆN

5.1 Các nguyên nhân làm giảm công suất của nhà máy thủy điện

- Thiết kế ống thoát nước theo lý thuyết có góc ở đỉnh nằm trong khoảng từ 40 đến 130 độ

(m)

5.1 Các nguyên nhân làm giảm công suất của nhà máy thủy điện

Tổn thất cột nước do hiện tượng nước dâng, tổn thất cột nước khi chảy qua cửa lấy nước, công trình dẫn nước turbine (tổn thất phụ thuộc vào cấu trúc, tổn thất trên kênh dẫn tồn thất tại cửa nhận nước, tổn thất trên kênh xa, )

Giải pháp

Dùng bơm để tập trung cột nước bằng cách tập trung lượng nước có cột nước H1 vào vị trí có cột nước H2

so với nhà máy Bơm cần sử dụng năng lượng điện để nâng cao cột nước trước khi tập trung vào hồ chứa

Cột nước

Giải pháp

Sử dụng công nghệ biến tần để thay đổi tần số

quay của máy điện, có 2 ý tưởng thay đổi tần số

Giải pháp

Sử dụng máy tăng thế trước lúc truyền tải để

tăng hiệu điện thế Xây dựng hệ thống đường

dây điện cao thế (110 kV – 500 kV), trung thế

(11 kV – 35 kV) và hạ thế (220 V – 380 V)

gồm: cột điện, dây dẫn,….

mà mới chỉ đề cập trên

lý thuyết

CÁC NGHIÊN CỨU

NỔI BẬT

5.2.

5.2 Các nghiên cứu nổi bật

43

- Ứng dụng logic mờ để nâng cao chất lượng điều

khiển công suất nhà máy thủy điện.

(Nguyễn Huy Quyền -Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Lê Tiến Dũng-Luận văn được bảo vệ trước

Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ

thuật điều khiển và Tự động hóa họp tại Đại học

Đà Nẵng vào ngày 19 tháng 12 năm 2020 )

( NguyenHuyQuyen.TT.pdf (udn.vn) )

- Cải thiện hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện

Buôn Tua Srad ứng dụng bộ điều khiển

PID-FUZZY.

(Đoàn Văn Minh- Người hướng dẫn khoa học: TS

Nguyễn Văn Minh Trí - Luận văn được bảo vệ

trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

(ghi ngành của học vị được công nhận) họp tại

Trường Đại học Bách khoa vào ngày 16 tháng 06

năm 2018 )

( DOANVANMINH.TT.C.pdf (udn.vn) )

5.2 Các nghiên cứu nổi bật

44

- Giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.

(Nguyễn Chín- Người hướng dẫn khoa học: TS Đoàn Tuấn Anh- Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 03 tháng 03 năm 2018)

( Luận văn cao học-K33LĐ HVTH: Nguyễn Chín (udn.vn))

- Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện.

(Võ Nguyên Trưởng- Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Văn Dưỡng- Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 27 tháng 10 năm 2018) ( PHẦN MỞ ĐẦU (udn.vn) )