Chương 1: Thủy điện ở Việt Nam pps

Lịch sử phát triển Thuỷ điện I.1 Lịch sử phát triển của Tua bin thuỷ lực Việc sử dụng năng lượng của nước được thực hiện từ xa xưa, tuy nhiên, các Tua bin thuỷ lực là các mẫu xuất hiện đ

Phát điện Thuỷ điện JE-HYO-B-01

3

Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN)

CHƯƠNG I: THUỶ ĐIỆN Ở VIỆT NAM

I Lịch sử phát triển Thuỷ điện

I.1 Lịch sử phát triển của Tua bin thuỷ lực

Việc sử dụng năng lượng của nước được thực hiện từ xa xưa, tuy nhiên, các Tua bin thuỷ lực là các mẫu xuất hiện đầu tiên được phát minh sau những năm 1800 Tua bin Francis sử dụng cho hầu hết các cột áp trung bình được phát minh bởi “James Bicheno Francis (1815-1892)” ở Mỹ vào năm 1855 và Tua bin Pelton dùng cho cột áp cao được phát minh bởi “Lester Allan Pelton (1829-1908)” ở Mỹ vào năm 1870, và Tua bin Kaplan cho các cột áp thấp được phát minh bởi ”Victor Kaplan (1876-1934)” ở Úc vào năm 1912

(1) Bánh xe nước trọng lực

Năng lượng của nước được sử dụng cho cuộc sống con người trong thời gian dài trên 3000 năm Người ta cho rằng nơi bắt đầu việc sử dụng năng lượng của nước là khu vực dọc theo sông Nile ở Ai cập, sông Euphrates ở vùng Trung đông, hoặc sông Hoàng giang ở Trung quốc Tua bin thuỷ lực đầu tiên là loại dòng nước đẩy ở dưới bánh xe có các cánh làm bằng gỗ được gắn vào vành tròn theo chiều như minh hoạ ở hình I.1, và nó được đặt nằm vào bên trong dòng chảy tự nhiên của dòng sông để sử dụng động năng của dòng sông Sau đó, Tua bin thuỷ lực loại dòng nước đẩy ở trên bánh xe được cải tiến từ loại dòng nước đẩy ở dưới bánh xe đã được phát minh như minh hoạ ở hình I.2 và nó sử dụng thế năng của dòng nước để làm quay bánh xe Hơn nữa, Tua bin thuỷ lực loại dòng nước đẩy ở giữa bánh xe được cải tiến thêm từ loại dòng nước đẩy ở trên bánh xe đã được phát minh và nó được sử dụng phổ biến ở Anh khoảng 100 năm trong thời gian từ những năm 1780 đến 1870 Hiệu suất của Tua bin thuỷ lực loại dòng nước đẩy ở dưới bánh xe, dòng nước đẩy ở trên bánh xe và dòng nước đẩy ở giữa bánh xe tương ứng là 28 - 32%, 60% và 70% Ngày nay các Tua bin thuỷ lực dùng nguyên lý này được ứng dụng để tưới tiêu nói chung hoặc dùng cho các công việc riêng

Fig.2 Cover shot wheel

4

Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN)

Hình I.1 Dòng nước đẩy ở

dưới bánh xe

Hình I.2 Dòng nước đẩy ở trên bánh xe

Hình I.3 Dòng nước đẩy ở giữa bánh xe

(2) Tua bin phản kích

Tua bin thuỷ lực quay bởi phản lực của dòng nước được phát minh vào khoảng năm 1725 và được cải tiến rất khác nhau Vào năm 1841, ống hút đã được phát minh để sử dụng có hiệu quả cột áp giữa bánh xe công tác và bề mặt thoát nước Hơn nữa, nó tiếp tục được nâng cao hiệu suất bằng việc gắn các cánh hướng vào mặt vỏ bên ngoài của bánh xe công tác vào năm 1844 Năm

1855, J.B Francis đã phát minh Tua bin Francis minh hoạ trong hình I.4 được trang bị với một buồng xoắn có các cánh hướng dùng cho việc điều chỉnh lưu lượng xả Kể từ đó Tua bin Francis có hiệu suất rất cao, nó lấn át các loại Tua bin nước khác ngay tức khắc và được sử dụng rất rộng rãi

Mặc dầu Tua bin Francis có thể được ứng dụng cho cả loại cột áp trung bình và cột áp nhỏ song kích thước của Tua bin lớn Xét về ứng dụng cho loại cột áp nhỏ, các Tua bin nước loại mới đã được nghiên cứu liên tiếp Vào đầu thế

kỷ 20, Tua bin nước loại dòng chảy hướng trục như minh hoạ trong hình I.5 đã được phát minh bởi một nhà nghiên cứu người Mỹ Hơn nữa, vào khoảng năm

1912, V.Kaplan đã chuyển đổi cấu trúc bánh xe công tác của Tua bin thành các cánh của bánh xe công tác có thể quay được và đã thành công trong việc chế tạo Tua bin nước có thể có hiệu suất cao ở công suất bình thường Vì hiệu suất của Tua bin Kaplan rất cao từ công suất nhỏ hơn đến công suất định mức nên Tua bin loại này được sử dụng rộng rãi cho cột áp sử dụng nhỏ

Hình I.4 Tua bin Francis Hình I.5 Tua bin Kaplan

(3) Tua bin xung kích

Tua bin hơi xung kích được phát minh ở Italy vào năm 1629 và tua bin này được áp dụng cho tua bin thuỷ lực L.A.Pelton đã nhiều lần cải tiến tua bin thuỷ lực này theo các cách khác nhau ở California và đã phát triển thành Tua bin Pelton vào năm 1870 được minh hoạ trong hình I.6 Tất cả các gáo ở phía trước của các tua bin xung kích là loại một bát nhưng Pelton đã phát minh ra loại gáo

có hai bát giống như cấu tạo của chúng hiện nay trong lần đầu tiên và đã thành công trong việc nâng cao hiệu suất của Tua bin xung kích bằng việc chia vòi phun dòng chảy theo cả hai hướng phải và trái Mặc dầu vậy, rất nhiều cải tiến cũng đã được thực hiện thêm và cũng đã thay đổi các dạng gáo khác nhau Đặc biệt, tua bin nước xung kích được chế tạo bởi Công ty tua bin thuỷ lực Pelton ở San Francisco (Mỹ) có chất lượng rất tốt và sản phẩm của nó được sử dụng rộng rãi

Hình I.6 Tua bin Pelton

I.2 Lịch sử phát triển của phát điện Thuỷ điện trên thế giới

Nhà máy điện nơi mà năng lượng của nước được sử dụng để phát điện thuỷ điện lần đầu tiên trên thế giới vào những năm 1870 là ở ngoại ô Paris và các nhà máy thuỷ điện cũng đã xuất hiện ở Mỹ vào những năm 1870 Khi đó công ty Willamette Falls Electric ở Mỹ đã lắp đặt máy phát điện xoay chiều đầu tiên (máy phát một pha 400V, 225kW) được chế tạo bởi công ty Westinghouse Electric Sau đó các nhà máy thuỷ điện có quy mô lớn đã được xây dựng ở Niagara Falls,

Giới thiệu những nét chính về sự phát triển của các nhà máy thuỷ điện trên thế giới được minh hoạ trong bảng I.1

Bảng I.1 Lịch sử phát triển của các nhà máy thuỷ điện trên thế giới

Tên NMTĐ Nước Công suất đặt (MW) Năm Ghi chú

Hoover USA 2.452 1936 Công suất ở năm 2000

là: 1.434 [MW]

Churchill Falls Canada 5.428 1971

Robert-Bourassa Canada 5.328 1979 “La Grande 2” cũ

Sayano-Shushensk Russia 6.400 1980

Itaipu Brazil/Paraguay 12.600 1983

Tucurui

Công suất ở năm 2000 là: 4.000 [MW]

Guri (Raul Leoni) Venezuela 10.300 1986

Three Gorges China 18.200 2003

II Phát điện thuỷ điện ở Việt Nam

II.1 Tiềm năng của phát điện thuỷ điện

Việt nam có tiềm năng to lớn về thuỷ điện chạy theo suốt toàn bộ đất nước Nếu khảo sát trên 2200 con sông có chiều dài lớn hơn 10 Km thì tổng tiềm năng

về thuỷ điện ở đất nước ta theo lý thuyết đạt khoảng 300 tỉ kWh/năm và tổng tiềm năng về thuỷ điện có tính khả thi cũng đạt khoảng 80-100 tỉ kWh/năm với

tỉ lệ công suất là 18.000-20.000 MW Tại thời điểm hiện nay, tổng công suất của các nhà máy thuỷ điện đã được khai thác ở nước ta là 4.115MW (Chiếm 23,2% của tổng công suất có thể khai thác) với sản lượng điện năng trung bình vào khoảng 18 tỉ kWh (Chiếm 22,5% của tổng công suất có thể khai thác)

Hệ thống sông ngòi tiêu biểu ở vùng Bắc Bộ nơi có tiềm năng về thuỷ điện được đại diện bởi Sông Lô, Sông Gâm, Sông Chảy và Sông Đà, các sông đó sau cùng hợp nhất thành Sông Hồng và chảy vào Vịnh Bắc Bộ Các sông ngòi tiêu biểu ở vùng Bắc Trung Bộ là Sông Mã và Sông Cả Ở vùng ven biển miền Trung, có Sông Vu Gia – Thu Bồn ở Quảng Nam, Sông Trà Khúc ở Quảng Ngãi

và Sông Ba ở Phú Yên Có Sông Xê Xan chạy dọc theo biên giới giữa Căm Phu Chia và vùng Trung Bộ Hệ thống sông ngòi tiêu biểu cho vùng Nam Bộ là Sông Đông Nai

Tiềm năng về thuỷ điện có tính khả thi của các sông chính ở nước ta được miêu tả trong bảng I.2

Bảng I.2 Tiềm năng về thuỷ điện có tính khả thi ở Việt Nam

(MW)

Ước tính sản lượng điện

nă ng (Tỷ KWh)

Tỉ lệ phần trăm (%)

Sông Đồng Nai 2.790 11,518 15,8

II.2 Tình trạng hiện nay của phát điện Thuỷ điện ở Việt nam

Phát điện Thuỷ điện là một trong những nguồn năng lượng chủ yếu ở Việt Nam và đến cuối năm 2001 thì tổng công suất đặt của các nhà máy thuỷ điện là 4.115 MW và sản lượng điện năng vào khoảng 18 tỷ kWh chiếm gần 51% tính theo kWh, 49% tính theo kW (theo tổng công suất)

Các Nhà máy Thuỷ điện hiện có được nêu trong bảng I.3 và sản lượng điện năng trong khoảng thời gian từ năm 1990 đến năm 2001 được nêu trong bảng I.4

Bảng I.3 Các nhà máy Thuỷ điện hiện có ở Việt Nam (Tính đến năm 2001)

Tên NMTĐ Miền lãnh thổ Công suất đặt Năm đưa vào vận hành Ghi chú

Bảng I.4 Sản lượng điện năng Thuỷ điện

Yaly - - - 908 2975

II.3 Đặc điểm chính của các Nhà máy Thuỷ điện ở Việt Nam

Hệ thống điện ở Việt Nam được nối bằng đường dây truyền tải siêu cao áp

500 KV Bắc – Nam và vị trí của các Nhà máy Thuỷ điện cũng được phân thành

03 Miền, đó là khu vực Miền Bắc, khu vực Miền Trung và khu vực Miền Nam căn cứ vào tình hình nhu cầu sử dụng điện năng trong các vùng chính này

(1) Khu vực Miền Bắc (Thác Bà, Hòa Bình)

NMTĐ Thác Bà

-Nhà máy Thuỷ điện Thác Bà (120MW, 40MW x 03 tổ máy) được đưa vào vận hành năm 1971 Đó là một trong những Nhà máy Thuỷ điện lâu đời và

có truyền thống nhất ở Việt Nam và trước khi xây dựng Nhà máy Thuỷ điện Hoà Bình thì nó đóng vai trò là Nhà máy Thuỷ điện chủ đạo trong hệ thống lưới điện Quốc gia 110 KV ở khu vực Miền Bắc Nhà máy Thuỷ điện Thác Bà được đặt ở tỉnh Yên Bái Đó là Nhà máy Thuỷ điện loại hồ chứa có lưu lượng xả lớn -cột áp thấp được xây dựng đập trọng lực ở thượng lưu Sông Chảy là một nhánh của Sông Lô Hồ Thác Bà là một hồ lớn có lưu vực là 6.430 km2 và tổng dung tích chứa là 2.940 x 106 m3 Cột áp hiệu dụng bình thường là 33,7 m và lưu lượng xả lớn nhất qua Tua bin là 420 m3 /s và Nhà máy có 03 tổ máy loại Tua bin Kaplan được chế tạo ở Liên xô (Cũ)

Vai trò của Nhà máy Thuỷ điện Thác Bà hiện nay đã bị thay đổi nhưng

nó vẫn còn đóng một vai trò quan trọng đối với khu vực Miền Bắc Nó cung cấp điện năng cho các tỉnh Yên Bái, Thái Nguyên, Lào Cai, Tuyên Quang, Hà Giang

và Phú Thọ qua các đường dây truyền tải 110 KV Nó cũng cung cấp điện năng cho các tỉnh lân cận (Yên Bái, Tuyên Quang, Hà Giang và Phú Thọ) bằng các đường dây 35kV

NMTĐ Hòa Bình

-NMTĐ Hòa Bình (1.920MW, 240MW x 08 tổ máy) là Nhà máy Thuỷ điện lớn nhất ở Việt Nam Nó được xây dựng nhờ sự giúp đỡ của Liên xô (Cũ)

và tổ máy số 1 được đưa vào vận hành đầu tiên vào năm 1988 Sau đó, từng tổ máy một được đưa vào vận hành theo thời gian đã định và tổ máy cuối cùng (Tổ máy số 8) được hoàn thành vào năm 1994 NMTĐ Hòa Bình là Nhà máy Thuỷ

điện kiểu hồ chứa được đặt tại tỉnh Hoà Bình Một đập đá được xây dựng ở phía thượng lưu sông Đà Sông Đà bắt nguồn từ nước Trung Quốc và chảy qua các tỉnh Lai Châu và Sơn La, sau khi chảy qua NMTĐ Hòa Bình nó hợp lại với Sông Hồng và chảy vào Vịnh Bắc Bộ qua Thủ đô Hà Nội Hồ Hòa Bình là hồ rất

to có tổng dung lượng chứa là 9.450 x 106 m3 Cột áp hiệu dụng bình thường là

88 m và lưu lượng xả lớn nhất qua Tua bin là 2.400 m3 /s và Nhà máy có 08 tổ máy loại Tua bin Francis được chế tạo ở Liên xô (Cũ)

NMTĐ Hòa Bình phát công suất chiếm tỉ lệ trên 30% tổng điện năng ở Việt Nam và đóng một vai trò quan trọng không chỉ cung cấp điện cho khu vực Miền Bắc qua các đường dây truyền tải lưới điện Quốc gia 220 KV mà còn là một trong những kết nối cơ bản trong đường dây truyền tải lưới điện siêu cao áp

500 KV từ Miền Bắc tới Miền Nam được đưa vào vận hành năm 1994 Hơn nữa, NMTĐ Hòa Bình cũng gánh vác những nhiệm vụ rất quan trọng như nhiệm vụ chống lũ, tưới tiêu, và giao thông đường thuỷ ở Đồng bằng Châu thổ Sông Hồng

NMTĐ Thác Bà

Quang cảnh tổng thể về NMTĐ Hòa Bình Gian máy trong NMTĐ Hòa Bình

(2) Khu vực Miền Nam (Trị An, Thác Mơ, Đa Nhim-Hàm Thuận-Đa Mi)

Các Nhà máy Thuỷ điện nằm ở Khu vực Miền Nam Việt Nam có tuổi, kiểu

và hãng sản xuất … không giống nhau thí dụ bắt đầu từ Nhà máy Thuỷ điện Đa Nhim được xây dựng năm 1964 cho đến Nhà máy Thuỷ điện Hàm Thuận – Đa

Mi được xây dựng năm 2001 và Nhà máy Thuỷ điện Trị An, Thác Mơ được thiết kế và xây dựng nhờ sự giúp đỡ của Liên xô (Cũ)

NMTĐ Trị An

-NMTĐ Trị An (400MW, 100MW x 4 tổ máy) được xây dựng trên đoạn giữa của Sông Đồng Nai ở tỉnh Đồng Nai cách Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 65Km về phía Đông - Bắc Nhà máy được xây dựng nhờ sự giúp đỡ của Liên Bang Nga và hoàn thành năm 1991 Đó là Nhà máy Thuỷ điện kiểu hồ chứa phát điện bằng việc sử dụng nước chứa ở Hồ Trị An, tổng dung lượng chứa của

Hồ Trị An là 2.765 x 106 m3 và diện tích lưu vực của nó là 350 km2 Cột áp hiệu dụng bình thường là 62m và lưu lượng xả lớn nhất qua Tua bin là 888m3 /s và nó

có 04 tổ máy loại Tua bin Francis NMTĐ Trị An cung cấp điện cho các tỉnh Miền Nam qua lưới điện 220 KV và nó cũng đóng một vai trò quan trọng trong đời sống nhân dân ở khu vực hạ lưu đó là ngăn chặn nước biển tràn vào khu vực

hạ lưu trong đó có Thành phố Hồ Chí Minh

NMTĐ Thác Mơ

-NMTĐ Thác Mơ (150MW, 75MW x 02 tổ máy) được xây dựng ở thượng lưu Sông Bé thuộc tỉnh Bình Phước, cách Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 120

Km về phía Nam Nhà máy được xây dựng nhờ sự giúp đỡ của Ukraine và hoàn

thành vào năm 1994 Hồ Thác Mơ có tổng dung lượng chứa vào khoảng

1.350x106 m3 và có 02 tổ máy loại Tua bin Francis, có cột áp hiệu dụng bình thường là 90 m và lưu lượng xả lớn nhất qua Tua bin là 186 m3 /s Lưới điện từ NMTĐ Thác Mơ được nối tới Trạm Phú Lâm và NMTĐ Trị An bằng đường dây truyền tải 110 KV để cung cấp điện cho các tỉnh lân cận và cũng góp phần cung cấp điện cho Khu vực Miền Nam

“NMTĐ Đa Nhim Hàm Thuận Đa Mi”

-NMTĐ Đa Nhim (160MW, 40MW x 04 tổ máy) được xây dựng trên Sông

Đa Nhim là nhánh của hệ thống Sông Đồng Nai, cách Đà Lạt khoảng 50 Km về phía Đông Bắc Nhà máy được xây dựng bằng “Tiền bồi thường thiệt hại chiến tranh của Nhật Bản” và hoàn thành vào năm 1964 Sông Đa Nhim là một trong các nhánh thượng lưu của hệ thống Sông Đồng Nai nhưng NMTĐ Đa Nhim được thiết kế để sử dụng cột áp giữa Sông Đa Nhim (Hồ Đơn Dương) và đồng bằng của tỉnh Ninh Thuận Khi nước sông của Sông Đa Nhim chảy ra phía Biển Đông thì công việc gọi là “Sự thay đổi lưu vực” được thực hiện Cột áp hiệu dụng bình thường của NMTĐ Đa Nhim là 748 m, lưu lượng xả lớn nhất qua 04 Tua bin là 26 m3 /s và Nhà máy có 04 tổ máy loại Tua bin Pelton được chế tạo bởi Nhật Bản Nhà máy Thuỷ điện này không những cung cấp điện cho khu vực Nam Trung Bộ bằng lưới truyền tải 220 KV mà còn góp phần tưới tiêu cho các khu vực đất đai rộng lớn ở phía Biển Đông

NMTĐ Hàm Thuận có công suất 300MW (150MW x 02 tổ máy) và NMTĐ

Đa Mi có công suất 176MW (88MW x 02 tổ máy), cả hai NMTĐ này được xây dựng ở thượng lưu của hệ thống Sông Đồng Nai Dự án Hàm Thuận - Đa Mi được thực hiện bởi nguồn vốn ODA của Nhật Bản (JBIC cho vay) và cả hai NMTĐ này được đưa vào vận hành năm 2001 Cả hai NMTĐ được xây dựng ở thượng lưu Sông La Ngà (Sông này chảy vào Hồ Trị An) Kiểu tua bin của cả hai NMTĐ là loại tua bin Francis thẳng đứng, cột áp hiệu dụng bình thường và lưu lượng xả của hai NMTĐ này là 267 m, 134 m3 /s ở NMTĐ Hàm Thuận và

147 m, 137 m3 /s ở NMTĐ Đa Mi

Hai NMTĐ này là nguồn năng lượng chính cung cấp cho khu vực Biên Hoà tỉnh Đồng Nai, nối với trạm Long Bình và Long Thành bằng hệ thống lưới điện 220 KV ở Khu vực Miền Nam

Việc quản lý của ba NMTĐ này được tổ chức lại thành “NMTĐ Đa Nhim -Hàm Thuận - Đa Mi” Tổng công suất phát của ba NMTĐ này là 640 MW vì thế vai trò cung cấp điện năng cho khu vực Miền Nam của Nhà máy là rất quan trọng