Báo cáo môn học nhập môn điện tử viễn thông khái quát về năng lượng thủy điện

Nhà máy Thủy điện Sơn La là một trong những công trình thủy điện tiêu biểu của Việt Nam Hiện nay năng lượng thủy điện đang sử dụng rộng rãi trên thế giới , với khoảng 15-20% tổng sản lượ

Trường Đại Học Mở Hà Nội

Khoa Điện – Điện tử

BÁO CÁO MÔN HỌC

NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

1 Nguyễn Anh Tú – 22A1201D0233 – K25-ĐT1

2 Nguyễn Anh Tuấn – 22A1201D0240 – K25-ĐT1

3 Vương Văn Vũ – 22A1201D0254 – K25-ĐT1

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Đỗ Đình Hưng

A PHẦN MỞ ĐẦU

Hiện nay, trong bối cảnh nhu cầu năng lượng của con người ngày càng tăng cao trong khi tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt , nguồn năng lượng hóa thạch cũng có giới hạn và môi trường ngày càng xấu đi , con người bắt đầu có xu hướng sử dụng những nguồn năng lượng sạch hay còn gọi là nguồn năng lượng tái tạo , bởi đây là những nguồn năng lượng mang tính bền vững cao , không thoát khí thải nhà kính và thân thiện với môi trường Chúng ta có thể kể đến một vài những nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời , năng lượng gió , … Nhưng tất cả các nguồn năng lượng trên hầu như đều yêu cầu những chi phí rất đắt đỏ tuy nhiên có một nguồn năng lượng nổi bật với sự “sạch” và “rẻ” của nó đó chính là thủy điện Đây là một trong những nguồn năng lượng đã và đang giữ một

vị trí quan trọng đối với mạng lưới điện toàn cầu

Và để có một cái nhìn tổng quát và cụ thể hơn về nguồn năng lượng đang được sử dụng rộng rãi này Nhóm 18 bọn em gồm những sinh viên : Nguyễn Anh Tú (MSV: 22A1201D0233) , Nguyễn Anh Tuấn ( MSV : 22A1201D0240) và Vương Văn Vũ (MSV:

22A1201D0254) của lớp K25-ĐT1 cùng với sự hỗ trợ của giảng viên

Đỗ Đình Hưng đã làm một bản báo cáo môn học nhập môn điện tử - viễn thông cùng với chủ đề là những hiểu biết về thủy điện sẽ trình bày về những điều liên quan đến thủy năng

B NỘI DUNG

Chương 1 : khái quát về năng lượng thủy điện :

1.1 Khái niệm :

Năng lượng thủy điện còn được gọi là thủy điện hoặc thủy năng , đây là dạng năng lượng được tạo nhờ áp suất của nước khi chuyển động liên tục từ một độ cao nhất định xuống điểm thấp của lòng sông Thông qua hệ thống tu bin điện cỡ lớn đã chuyển đổi cơ năng thành điện năng Thủy điện thường được tạo ra từ đầu nguồn của những con sông , nơi có dòng chảy mạnh và liên tục

Nhà máy Thủy điện Sơn La là một trong những công trình thủy điện tiêu biểu của Việt Nam

Hiện nay năng lượng thủy điện đang sử dụng rộng rãi trên thế giới , với khoảng 15-20% tổng sản lượng điện trên thế giới và chiếm 95% tổng số điện tái tạo ( năng lương mặt trời , năng lượng gió ,….) trên toàn cầu Tại Hoa Kỳ tổng lượng điện được sản xuất bằng năng lượng tái tạo ở Mỹ là vào khoảng 20% , trong đó :

 Thủy điện sản xuất khoảng 7.3 %

 Năng lượng gió : 8.4%

 Sinh khối :1.4%

 Năng lượng mặt trời : 2.3%

 Địa nhiệt : 0.5%

Bên cạch đó Trung Quốc còn là quốc gia sản xuất thủy năng nhiều nhất , ví dụ như Đập Tam Hiệp ở Hồ Bắc ( Trung Quốc) có công suất phát tức thời lớn nhất thế giới (22.500 MW).Các quốc gia sản xuất năng lượng thủy điện hàng đầu thế giới khác lần lượt là Hoa

Kỳ , Brazil, Ấn Độ , Nga,…

1.2 : Lịch sử hình thành của thủy điện :

Từ cuối thế kỷ XVIII , thủy điện nhỏ được xây dựng để phục vụ cho nhu cầu phụ tải tại chỗ Những thủy điện nhỏ được xây dựng ở những nơi tập trung đông dân như thị trấn , thành phố

Tuy nhiên với sự xuất hiện của than , thủy điện đã bị lu mờ ở cuối thế kỷ XVIII , than đã trở thành nguồn năng lượng chính gần như suốt thế kỷ XIX Thế nhưng vào cuối thế kỷ XIX , điện được phát minh ra , thế giới lại được chứng kiến sự phục hưng của thủy điện nhỏ Và thủy điện nhỏ đã trở thành nguồn năng lượng phát điện chính mặc dù các dạng năng lượng khác như than, dầu, và sau này là hạt nhân ngày càng phát triển

Năm 1882, nước Mỹ đã xây dựng trạm thủy điện nhỏ nối lưới đầu tiên trên thế giới trên sông Phosk, thuộc bang Vinconxin với công suất 200 kW nối lưới điện 110 kV dài 1,4 km để phục vụ phụ tải công nghiệp địa phương

Sau đó, vào năm 1896 , Thác Niagara Falls nằm giữa Mỹ và Canada Thác có một tiềm năng thủy điện rất lớn vì thế nhà máy thủy điện đầu tiên thế giới Niagara Falls đã được xây dựng bởi Nikola Tesla và Geogre Westinghouse Hiện nay nhà máy đang là bảo tàng khoa học và là nơi tham quan du lịch sầm uất với hơn 20 triệu khách

du lịch mỗi năm

Trong giai đoạn đầu của công cuộc phát triển, thủy điện chỉ là các vị trí nhỏ và cực nhỏ Tuy nhiên, do các nhu cầu về công nghiệp

và năng lượng để phát triển kinh tế trong nước đòi hỏi phải xây dựng các đập thủy điện lớn hơn, và phong trào này kéo dài cho đến tận cuối những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XX

Ngày nay thủy điện đã trở thành nguồn cung cấp năng lượng chính cho những quốc gia có nhiều sông hồ lớn , để khai thác tối đa công năng của dòng nước , các nhà máy thủy điện thường phải xây dựng những con đập lớn để trữ nước , một số nhà máy đập thủy điện lớn nhất thế giới hiện tại có thể kể đến như : Đập Tam Hiệp-Hồ Bắc ( Trung Quốc ), Đập Itaipu (Brazil) , Đập Xiluodu- Vân Nam ( Trung Quốc ), Đập Guri( Venezuela) , Đập Grand Coulee ở bang Washington trên sông Columbia được xây dựng để cung cấp nước tưới Và sản xuất năng lượng thủy điện Với công suất 6.809 GW, Grand Coulee là nhà máy điện lớn nhất ở Hoa Kỳ.…………

1.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

a Cấu tạo:

Một nhà máy thủy điện được cấu tạo bởi các thành phần sau đây:

 Đập thủy điện: giúp chứa nước tạo ra một hồ chứa lớn

 Ống dẫn nước: Dẫn nguồn nước đến tuabin

 Tua bin: Tua bin giúp gắn liền với máy phát điện ở phía trên nhờ một trục Loại tuabin phổ biến dùng cho nhà máy thủy điện là Turbine Francis, có hình dạng giống như một đĩa lớn với những cánh cong Phạm vi tốc độ của tuabin là từ 75 đến 1000 vòng / phút

 Máy phát điện: Là loại máy gồm một loạt các nam châm khổng

lồ quay quanh cuộn dây đồng

 Máy biến áp 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: Đường dây điện gồm ba dây pha của năng lượng điện được sản xuất và một dây trung tính

 Cống xả: Giúp đưa nước chảy qua các đường ống và chảy vào

hạ lưu sông

Reservoir : Bể chứa

Intake : Ống dẫn nước

Turbine : Tua-bin

Control Gate : Cửa ngăn nước

Penstock : Đường ống đầu vào

Generator : Máy phát điện Dam : Đập

Power lines : Đường dây điện Outflow : Cổng xả

b, Nguyên lý hoạt động

Quá trình vận hành nhà máy thủy điện gồm có bốn giai đoạn chính:

 Giai đoạn 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

 Giai đoạn 2: Nước chảy mạnh làm quay tuabin của máy phát điện, năng lượng cơ học được chuyển hóa thành điện năng

 Giai đoạn 3: Điện tạo ra đi quá máy biến áp để tạo ra dòng điện cao thế

 Giai đoạn 4: Dòng điện cao thế sẽ được kết nối vào mạng lưới phân phối điện và truyền về các thành phố

1.4 : Tầm quan trọng của thủy năng trên thế giới

Thủy điện, sử dụng động lực hay năng lượng dòng chảy của các con sông hiện nay chiếm 20% lượng điện của thế giới Na Uy sản xuất toàn bộ lượng điện của mình bằng sức nước, trong

khi Iceland sản xuất tới 83% nhu cầu của họ (2004), Áo sản xuất 67%

số điện quốc gia bằng sức nước (hơn 70% nhu cầu của họ) Canada là nước sản xuất điện từ năng lượng nước lớn nhất thế giới và lượng điện này chiếm hơn 70% tổng lượng sản xuất của họ

Ngoài một số nước có nhiều tiềm năng thủy điện, năng lực nước cũng thường được dùng để đáp ứng cho giờ cao điểm bởi vì có thể tích trữ nó vào giờ thấp điểm (trên thực tế các hồ chứa thủy điện bằng

bơm – pumped-storage hydroelectric reservoir - thỉnh thoảng được

dùng để tích trữ điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện để dành sử dụng vào giờ cao điểm) Thủy điện không phải là một sự lựa chọn chủ chốt tại các nước phát triển bởi vì đa số các địa điểm chính tại các nước đó có tiềm năng khai thác thủy điện theo cách đó đã bị khai thác rồi hay không thể khai thác được vì các lý do khác như môi trường

Chương 2 : Giới thiệu về năng lượng thủy điện tại Việt Nam 2.1 : Tiềm năng thủy điện tại Việt Nam

Do vị trí địa lý của Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm mưa nhiều, nên đất nước ta có nguồn tài nguyên thủy năng tương đối lớn Phân bố địa hình trải dài từ Bắc vào Nam với bờ biển hơn 3400 km cùng với sự thay đổi cao độ từ hơn 3100 m cho đến độ cao mặt biển đã tạo ra nguồn thế năng to lớn do chênh lệch địa hình tạo ra Việt Nam hiện có 75 công trình thủy điện lớn và khoảng hơn

470 công trình thủy điện vừa và nhỏ có công suất từ 1.000-3.000 MW Nước ta có 2.360 con sông đây sẽ là điều kiện thuận lợi để phát triển thủy điện, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia

Nhiều nghiên cứu đánh giá đã chỉ ra rằng, Việt Nam có thể khai thác được nguồn công suất thủy điện vào khoảng 25.000 - 26.000

MW, tương ứng với khoảng 90 -100 tỷ kWh điện năng Tuy nhiên, trên thực tế, tiềm năng về công suất thủy điện có thể khai thác còn nhiều hơn.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 30.000 MW đến 38.000 MW và điện năng có thể khai thác được

100 - 110 tỷ kWh

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.

2.1: Sự phát triển của thủy điện tại Việt Nam

Các giai đoạn phát triển

a) Trước năm 1975

Trước năm 1954, các công trình thủy điện được người Pháp nghiên cứu khai thác thủy điện - thủy lợi để phục vụ cho mục đích khai thác thuộc địa Các công trình thủy điện được lựa chọn tại các vị trí thuận lợi, có thể xây dựng nhanh, với chi phí thấp, chưa có nghiên cứu sâu về quy hoạch tổng thể Điển hình nhất là Ankroet- nhà máy thủy điện đầu tiên ở Việt Nam, do người Pháp xây dựng năm 1942 với vật liệu chủ yếu bằng đá

Nhà máy thủy điện Ankroet nằm sâu trong thung lũng Dan Kia - Suối Vàng, giữa rừng thông, cách TP Đà Lạt (tỉnh Lâm Đồng) khoảng 15km Công trình do người Pháp xây dựng từ năm 1942 và khánh thành, phát điện vào năm 1946 Nhà máy có công suất thiết kế ban đầu là 600kW, hòa điện với nhà máy điện diesel Đà Lạt Công trình chủ yếu cấp điện cho các biệt thự quanh vùng

Thời gian tiếp theo (1954 -1975), với sự giúp đỡ của các chuyên gia Liên Xô và Trung Quốc, các nghiên cứu đánh giá tiềm năng thủy điện cho lưu vực sông Hồng đã được thực hiện từ năm 1956 Ngày 19/8/1964, công trình thủy điện có quy mô lớn đầu tiên với sự giúp đỡ của Liên Xô đã được khởi công xây dựng: Thủy điện Thác Bà trên sông Chảy, công suất ban đầu 108 MW Đây là cái nôi đào tạo đội ngũ cán bộ công nhân viên phát triển thủy điện cho ngành Điện sau này

Tại miền Nam, năm 1961, Đa Nhim là nhà máy thủy điện lớn đầu tiên của miền Nam công suất 160 MW , biểu tượng vững chắc cho mối quan hệ thâm giao giữa hai nước Việt Nam – Nhật Bản Công trình được khởi công xây dựng với sự tài trợ của chính phủ và nhân dân Nhật Bản Tuy nhiên, do ảnh hưởng của chiến tranh, Nhà máy phải ngừng hoạt động vào năm 1965, sau gần một năm đưa vào vận hành

b) Từ năm 1975 đến năm 1994

Giai đoạn 1975 - 1994, với sự giúp đỡ lớn lao từ nước bạn Liên

Xô, Việt Nam đã xây dựng thành công Thủy điện Hòa Bình, là dấu mốc quan trọng về khai thác thủy năng to lớn cho đất nước

Công trình thủy điện Hoà Bình công suất lớn nhất Đông Nam Á thế

kỷ 20, có bốn nhiệm vụ, trong đó điều tiết chống lũ đảm bảo an toàn cho Thủ đô Hà Nội, các tỉnh Đồng bằng sông Hồng và cung cấp điện được cho là trọng yếu

Tại miền Nam, công tác khắc phục Nhà máy Thủy điện Đa Nhim được thực hiện khẩn trương, và cuối năm 1975, Nhà máy đã vận hành trở lại Để tiếp tục bổ sung nguồn điện cho miền Nam, ngày 30/4/1984, Thủy điện Trị An đã chính thức khởi công xây dựng Trong giai đoạn này, tại miền Trung, một số thủy điện nhỏ và vừa cũng bắt đầu được các đơn vị khảo sát - thiết kế trong nước bắt tay thực hiện như Thủy điện Đrây H’linh (12 MW), Thủy điện Vĩnh Sơn (66 MW)

c) Từ 1995 đến năm 2005

Có thể nói, giai đoạn này là đỉnh cao trong sự nghiệp phát triển thủy điện của đất nước Nhiều công trình thủy điện được xây dựng và đưa vào vận hành, bao gồm cả những công trình thủy điện lớn, đa mục tiêu: Thủy điện Ialy, Thủy điện Hàm Thuận - Đa Mi, Thủy điện

Sê San 3, Thủy điện Tuyên Quang…

Giai đoạn này cũng chứng kiến sự phát triển vượt bậc và chuyển biến về chất của kỹ thuật xây dựng thủy điện trên tất cả các lĩnh vực,

từ quản lý dự án, tư vấn xây dựng, thi công và vận hành nhà máy thủy điện Từ việc phải phụ thuộc hoàn toàn vào kỹ thuật từ nước ngoài, đội ngũ người Việt đã tự chủ được tất cả công đoạn để xây dựng thành công các công trình thủy điện, với bất kể qui mô nào

Thời kỳ này đã xuất hiện hàng loạt thành tựu kỹ thuật hoàn toàn

do các kỹ sư trong nước làm chủ Cùng với việc áp dụng thành công những kết cấu trong xây dựng đập, công tác chế tạo thiết bị cơ khí thủy công cho các dự án thủy điện đã có tiến bộ vượt bậc Hầu như toàn bộ thiết bị cơ khí thủy công trong giai đoạn này là do các nhà máy cơ khí trong nước đảm nhận

Từ năm 2006 đến nay

Đây là giai đoạn tiếp nối quan trọng trong việc khai thác năng lượng thủy điện của đất nước Những dự án thủy điện lớn nhất được xây dựng và hoàn thành trong thời kỳ này như: Thủy điện Sơn La (2400 MW), Thủy điện Lai Châu (1200 MW) và Thủy điện Huội Quảng (560 MW) Phát triển thủy điện bắt đầu đi vào chiều sâu Hiện nay, Quy trình vận hành liên hồ chứa cho các bậc thang thủy điện đã được thiết lập và được Thủ tướng Chính phủ ký quyết định ban hành cho tất cả các lưu vực sông có bậc thang thủy điện Đến năm 2018, đã có tổng số 80 dự án thủy điện lớn và thủy điện vừa vào vận hành với tổng công suất lắp máy là 15.999 MW

Có thể nói, tới nay các dự án thủy điện lớn có công suất trên 100

MW hầu như đã được khai thác hết Các dự án có vị trí thuận lợi, chi phí đầu tư thấp cũng đã được triển khai thi công Một số nhà máy thủy điện đang được xây dựng mở rộng và các nhà máy thủy điện tích năng sẽ được tiến hành đầu tư để phù hợp với cơ cấu nguồn điện trong hệ thống điện quốc gia.

Chương 3 : Cảm nhận của em về thủy năng

3.1 : Ưu điểm

- Lợi ích lớn nhất của thủy điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu

hóa thạch như dầu mỏ, khí thiên nhiên hay than đá, và không cần phải nhập nhiên liệu

- Thúc đẩy phát triển kinh tế : Mặc dù các công trình thủy điện thường có nguồn vốn đầu tư nhưng có tuổi thọ lên đến 100 năm hoặc hơn Xét về lâu dài , các công trình thủy điện là nguồn tạo năng lượng rẻ hơn so với các nguồn năng lượng khác mà khó có nguồn năng lượng nào có thể thay thế được Chi phí vận hành , bảo dưỡng mỗi năm tương đối thấp nên năng lượng thủy điện là nguồn năng lượng mang lại lợi ích kinh tế

- Cung cấp nguồn năng lượng sạch , bảo tồn hệ sinh thái : Nặng lượng thủy điện sử dụng năng lượng từ dòng nước để phát điện , vì vậy hầu như không làm cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên So với nhiệt điện , năng lượng thủy điện không thải ra khí CO2 vào bầu khí quyển nên không làm ô nhiễm môi trường

- Linh hoạt điều chỉnh công suất : Các nhà máy thủy điện hồ chứa bằng bơm hiện là công cụ đáng chú ý nhất để tích trữ năng lượng về tính hữu dụng, cho phép phát điện ở mức thấp vào giờ thấp điểm (điều này xảy ra bởi vì các nhà máy nhiệt điện không thể dừng lại hoàn toàn hàng ngày) để tích nước sau đó cho chảy ra để phát điện vào giờ cao điểm hàng ngày

- Sử dụng đa mục tiêu : Những hồ chứa được xây dựng cùng với các nhà máy thủy điện thường là những địa điểm thư giãn tuyệt vời cho các môn thể thao nước, và trở thành điểm thu hút khách du lịch Các đập đa chức năng được xây dựng để tưới tiêu, kiểm soát lũ, hay giải trí, có thể xây thêm một nhà máy thủy điện với giá thành thấp, tạo nguồn thu hữu ích trong việc điều hành đập

3.2: Nhược điểm :

- Lưu lượng dòng nước khi qua tuabin điện có thể gây sạt lở ở những vùng hạ lưu do nước sau khi ra khỏi turbine thường chứa rất ít cặn lơ lửng, có thể gây ra tình trạng xối sạch lòng sông và làm sạt lở bờ sông

- các dự án nhà máy thủy điện lớn có thể phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái xung quanh , bằng chứng là các đập nước dọc theo bờ biển Đại Tây Dương và Thái Bình Dương của Bắc Mỹ đã làm giảm lượng cá hồi vì chúng ngăn cản đường bơi ngược dòng của cá hồi để

đẻ trứng, thậm chí ngay khi đa số các đập đó đã lắp đặt thang lên cho

cá Cá hồi non cũng bị ngăn cản khi chúng bơi ra biển bởi vì chúng phải chui qua các turbine Điều này dẫn tới việc một số vùng phải