phân tích các yếu tố tác động môi trường của loại hình dự án thủy điện tích năng

Tính cấp thiết của Đề tài Trước bối cảnh, tốc độ nhu cầu tiêu thụ điện của Việt Nam tăng nhanh trong những năm đầu thế kỷ 21, bình quân 13%/năm; chênh lệch công suất giờ cao điểm và giờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS PHAN TRUNG QUÝ

2 PGS.TS LÊ BẮC HUỲNH

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Nguyễn Vũ Trung

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện Luận văn của mình, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình và quý báu của các Thầy Cô Khoa Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam; tập thể lãnh đạo, anh chị em trong Cục Thẩm định và Đánh giá tác động môi trường Đặc biệt, trong suốt quá trình thực hiện Luận văn tôi đã nhận được sự dìu dắt rất tận tụy của TS Phan Trung Quý và PGS.TS Lê Bắc Huỳnh

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô giáo Khoa Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã truyền đạt cho tôi những kiến thức cơ bản và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình học cao học trong suốt 2 năm qua Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Phan Trung Quý và TS Lê Bắc Huỳnh đã dành nhiều thời gian trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu đề tài này

Tôi cũng xin cảm ơn Tổng cục Môi trường, Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Viện Năng lượng, Ban quản lý dự án thủy điện 5 và Tập đoàn Xuân Thành đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi tiếp cận và thu thập những thông tin, tài liệu phân tích cần thiết cho đề tài

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, những người đã động viên

và giúp đỡ tôi về tinh thần, vật chất trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Hà Nội, ngày 18 tháng 6 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Vũ Trung

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục viết tắt v

Danh mục bảng vi

Danh mục hình viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của Đề tài 1

2 Mục tiên nghiên cứu 2

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Cơ sở khoa học liên quan đến Đề tài nghiên cứu 3

1.1.1 Khái quát chung 3

1.1.2 Lịch sử và tình hình phát triển thủy điện tích năng trên thế giới 4

1.1.3 Tiềm năng phát triển thủy điện tích năng tại Việt Nam 7

1.1.4 Khả năng phát triển thủy điện tích năng tại Việt Nam 8

1.2 Tổng quan về các dự án thủy điện tích năng thuộc phạm vi đề tài nghiên cứu 14

1.2.1 Thủy điện tích năng Bác Ái 14

1.2.2 Thủy điện tích năng Đông Phù Yên 25

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 33

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 33

2.2 Nội dung nghiên cứu 33

2.3 Phương pháp nghiên cứu 33

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp 33

2.3.2 Phương pháp điều tra, khảo sát hiện trường 34

2.3.3 Phương pháp kế thừa 34

2.3.4 Phương pháp đánh giá nhanh ô nhiễm theo các hệ số ô nhiễm do Tổ

chức Y tế Thế giới (WHO) và Cục bảo vệ môi trường Mỹ (US-EPA)

thiết lập 34

2.3.5 Phương pháp tính toán phát tán chất ô nhiễm 34

2.3.6 Phương pháp nhận dạng đối tượng và quy mô tác động theo hướng dẫn của tổ chức Y tế thế giới (WHO) 36

2.3.7 Phương pháp ma trận môi trường 37

2.3.8 Phương pháp so sánh với tiêu chuẩn, quy chuẩn môi trường 37

2.3.9 Phương pháp tham vấn ý kiến chuyên gia: 38

2.3.10 Phương pháp xử lý trình bày kết quả: sử dụng Excel 2010 38

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39

3.1 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế-xã hội và hiện trạng chất lượng môi trường khu vực nghiên cứu 39

3.1.1 Dự án thủy điện tích năng Bác Ái 39

3.1.2 Dự án thủy điện tích năng Đông Phù Yên 48

3.2 Phân tích các khả năng gây tác động tới môi trường khi triển khai dự án 55

3.2.1 Tổng hợp các hoạt động được để xuất đối với dự án xây dựng thủy điện tích năng Đông Phù Yên và Bắc Á 55

3.2.2 Nhận dạng về nguồn gây tác động môi trường 59

3.2.3 Các tác động môi trường trong quá trình triển khai dự án xây dựng thủy điện tích năng 63

3.3 Đề xuất các tác động chính cần được đánh giá đối với các dự án đầu tư xây dựng thủy điện tích năng 79

3.3.1 Nhận diện các tác động chính tới môi trường khi triển khai dự án thủy diện tích năng 79

3.3.2 Đề xuất các vấn đề môi trường chính trong thực hiện đánh giá tác động môi trường đối với các dự án đầu tư xây dựng thuỷ điện tích năng 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

1 Kết luận 87

2 Kiến nghị 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 92

DANH MỤC VIẾT TẮT

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

ĐCCT Địa chất công trình

ĐTM Đánh giá tác động môi trường

TĐTN Dự án thủy điện tích năng

TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total suspended solids)

WHO Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số nhà máy thủy điện tích năng lớn nhất thế giới 5

Bảng 1.2 Tiêu chí xác định các dự án thủy điện tích năng ở Việt Nam 9

Bảng 1.3 Một số thông số chính của hồ trên thuỷ điện Bác Ái 15

Bảng 1.4 Thông số chính của Dự án thủy điện tích năng Bác Ái 23

Bảng 1.5 Thông số chính của Dự án thủy điện tích năng Đông Phù Yên 31

Bảng 3.1 Nhiệt độ không khí trung bình tháng, năm (oC) 41

Bảng 3.2 Đặc trưng độ ẩm không khí (%) 41

Bảng 3.3 Phân phối bốc hơi tháng, năm (Picher) trung bình nhiều năm tại trạm khí tượng Cam Ranh (mm) 42

Bảng 3.4 Lượng mưa tháng, năm tại Trạm Tân Mỹ, Sông Pha năm 2010 (mm) 42

Bảng 3.5 Các đặc trưng thuỷ văn hồ dưới (hồ Sông Cái) 43

Bảng 3.6 Kết quả phân tích chất lượng môi trường không khí khu vực dự án TĐTN Bác Ái 45

Bảng 3.7 Kết quả phân tích chất lượng nước khu vực dự án TĐTN Bác Ái 46

Bảng 3.8 Kết quả phân tích chất lượng môi đất khu vực dự án TĐTN Bác Ái 47

Bảng 3.9 Đặc trưng nhiệt độ không khí trạm Phù Yên (0C) 49

Bảng 3.10 Độ ẩm không khí trung bình tháng trạm Phù Yên (%) 50

Bảng 3.11 Lượng mưa trung bình tháng thực đo tại các trạm đại diện 50

Bảng 3.12 Kết quả tính toán đỉnh lũ thiết kế tại Đông Phù Yên 51

Bảng 3.13 Kết quả phân tích môi trường không khí tại khu vực thực hiện dự án 52

Bảng 3.14 Kết quả phân tích chất lượng nướ mặt 53

Bảng 3.15 Kết quả phân tích mẫu đất và trầm tích 54

Bảng 3.16: Tổng hợp các hoạt động theo từng giai đoạn thực hiện của dự án thủy điện tích năng Đông Phù Yên và Bắc Á 57

Bảng 3.17 Nhận dạng đối tượng và quy mô tác động của các giai đoạn thực hiện dự án thủy điện tích năng 59

Bảng 3.18 Nhận diện các yếu tố tác động liên quan tới các gia đoạn dự án 61

Bảng 3.19 Ước tính tải lượng bụi phát sinh từ một số hạng mục 66

Bảng 3.20 Thời gian lắng và quãng đường đi của các hạt trong nước 69

Bảng 3.21 Kết quả tính toán nồng độ phát thải do hoạt động khai thác 75

Bảng 3.22 Ma trận đánh giá tác động môi trường giai đoạn chuẩn bị và xây dựng 81

Bảng 3.23 Ma trận tác động môi trường trong giai đoạn vận hành 83

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cơ cấu điện năng theo Điều chỉnh Quy hoạch phát triển Điện lực

quốc gia giai đoạn 2011-2020 12

Hình 1.2 Các vị trí được đánh giá có tiềm năng về thuỷ điện tích năng ở Việt Nam 13

Hình 1.3 Sơ đồ mặt bằng tuyến đâp hồ trên và các hạng mục công trình TĐTN Bác Ái 16

Hình 1.4 Mặt bằng tổng thể bố trí các hạng mục công trình hồ trên Đông Phù Yên 27

Hình 1.5 Mặt bằng tổng thể bố trí các hạng mục công trình hồ dưới TĐTN Đông Phù Yên 30

Hình 3.1 Mô hình TĐTN có tuyến năng lượng đặt ngầm trong núi 56

Hình 3.2 Diện tích đất chiếm dụng của dự án đối với xã Mường Lang 65

Hình 3.3 Diện tích đất chiếm dụng của dự án đối với xã Mường Do 65

Hình 3.4 Đồ thị dự báo dự báo ô nhiễm bụi khuếch tán đối với môi trường không khí do thi công đào đất hồ trên, hồ dưới 68

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Trước bối cảnh, tốc độ nhu cầu tiêu thụ điện của Việt Nam tăng nhanh trong những năm đầu thế kỷ 21, bình quân 13%/năm; chênh lệch công suất giờ cao điểm và giờ thấp điểm của hệ thống trên 2 lần (theo Quy hoạch điện VI) thì bên cạnh biện pháp quản lý phía nhu cầu bằng cách áp dụng các biểu giá điện khác nhau giữa giờ cao điểm và thấp điểm, việc phát triển nguồn điện và hệ thống truyền tải điện là vấn

đề quan trọng đối với quốc gia, đặc biệt là phát triển các nguồn điện có khả năng phát điện phủ đỉnh, cân bằng cung - cầu giữa giờ cao điểm vào thấp điểm góp phần nâng cao sự ổn định và tin cậy cho toàn hệ thống

Để giải quyết vấn đề về nhu cầu năng lượng, tìm kiếm nguồn điện có khả năng phát điện phù đỉnh, EVN đã tiến hành hợp tác với chính phủ Nhật Bản để nghiên cứu nâng cao độ tin cậy hệ thống điện và khả năng cung cấp điện phủ đỉnh thông qua việc quy hoạch thuỷ điện tích năng trên toàn quốc Quá trình nghiên cứu đã xác định được

10 vị trí có tiềm năng thuỷ điện tích năng, bao gồm 08 vị trí ở miền Bắc, 02 vị trí ở khu vực Nam Trung bộ, trong đó có hai vị trí được xét để tiếp tục thực hiện thủ tục chuẩn bị đầu tư trước là Đông Phù Yên (miền Bắc) và Bác Ái (Nam Trung bộ) Các

vị trí này đã được Bộ Công nghiệp (nay là Bộ công thương) phê duyệt tại Quyết định 3837/QĐ-BCN ngày 22/11/2005

Thủy điện tích năng có vai trò tích cực trong điều tiết điện lực thông qua cơ chế vận hành tích nước giờ thấp điểm và vận hành xả nước phát điện vào giờ cao điểm qua đó nâng cao hiệu quả và giá trị của năng lượng Đặc điểm của thủy điện tích năng là sử dụng hai hồ trên và dưới để tích nước và xả nước, không cần sử dụng nước từ các lưu vực sông suối có sẵn, vì vậy các tác động đến dòng chảy và hệ sinh thái thủy sinh là hầu như không đáng kể Tuy nhiên, với đặc thù cần có thế năng đủ lớn để đảm bảo cột nước cho phát điện, các hồ trên của thủy điện thế năng thường được đặt ở các vùng núi cao nơi thường có hệ sinh thái và thảm thực vật cần được phân tích, đánh giá kỹ lưỡng các tác động và hiệu quả kinh tế khi ra quyết định đầu tư

công trình Mặt khác, các yêu cầu về an toàn tuyến năng lượng cũng đòi hỏi có những tính toán thiết kế phù hợp để phòng ngừa, ứng phó các sự cố môi trường

Xuất phát từ các vấn đề liên quan đến loại hình dự án thủy điện tích năng nêu

trên, việc nghiên cứu, lựa chọn thực hiện đề tài: “Phân tích các yếu tố tác động môi trường của loại hình dự án thủy điện tích năng’’ là cần thiết và phù hợp trong bối

cảnh nước ta đang chuẩn bị tiến hành đầu tư các dự án thủy điện này theo Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến 2030 (còn được gọi là Quy hoạch điện VII)

2 Mục tiên nghiên cứu

- Phân tích các yếu tố tác động môi trường trong các giai đoạn chuẩn bị đầu

tư, xây dựng và vận hành của các dự án thủy điện tích năng đang được xét để chuẩn

bị đầu tư là Đông Phù Yên (miền Bắc) và Bác Ái (Nam Trung bộ)

- Đề xuất các vấn đề môi trường cần được đánh giá tác động trong quá trình triển khai dự án

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Cơ sở khoa học liên quan đến Đề tài nghiên cứu

1.1.1 Khái quát chung

Thuỷ điện tích năng (TĐTN) là một loại thủy điện lưu trữ năng lượng được

sử dụng bởi hệ thống điện cho cân bằng tải Phương pháp lưu trữ năng lượng dưới dạng năng lượng tiềm năng của cột nước, nước được bơm từ hồ chứa độ cao thấp hơn đến một độ cao cao hơn Tận dụng giờ năng lượng điện dự thừa ở những giờ thấp điểm để chạy máy bơm Trong thời gian nhu cầu điện cao, nước được lưu trữ được phát hành thông qua tua-bin để sản xuất điện Mặc dù thiệt hại của quá trình bơm làm cho nhà máy một người tiêu dùng ròng của năng lượng tổng thể, hệ thống làm tăng doanh thu bằng cách bán nhiều điện hơn trong các thời kỳ nhu cầu cao điểm , khi giá điện cao nhất

Thủy điện tích năng là dạng lưu trữ lớn nhất của lưu trữ năng lượng lưới điện

có sẵn, theo Viện nghiên cứu Điện (EPRI) báo cáo rằng TĐTN chiếm hơn 99% khả năng lưu trữ số lượng lớn trên toàn thế giới, đại diện cho khoảng 127.000MW (The Economist, 2012) TĐTN báo cáo hiệu quả năng lượng khác nhau trong thực tế giữa 70% và 80%, với một có số tuyên bố lên đến 87% (Jacob and Thierry, 2012)

Tại thời điểm nhu cầu điện thấp, công suất phát điện dư thừa được sử dụng

để bơm nước vào hồ chứa cao hơn Khi có nhu cầu cao hơn, nước được phát hành trở lại vào hồ chứa thấp hơn thông qua một tuabin, máy phát điện Lắp ráp tuabin / máy phát điện có thể đảo ngược hoạt động như máy bơm và tua bin Gần như tất cả các cơ sở sử dụng sự khác biệt về chiều cao giữa hai nước tự nhiên hoặc hồ chứa nhân tạo Nước gần như được sử dụng tuần hoàn với một dung tích nhất định như một cách lưu trữ năng lượng phục vụ khi cần thiết

Có tính đến tổn thất tài khoản bốc hơi từ bề mặt nước và chuyển đổi thiệt hại tiếp xúc, phục hồi năng lượng của 80% hoặc nhiều hơn có thể được lấy lại Kỹ thuật này hiện là phương tiện hiệu quả nhất của lưu trữ một lượng lớn năng lượng điện trên cơ sở điều hành, nhưng chi phí vốn và sự hiện diện của vị trí địa lý phù hợp là yếu tố quyết định quan trọng

Mật độ năng lượng tương đối thấp của hệ thống thủy điện tích năng yêu cầu hoặc một dung tich nước rất lớn hoặc một sự thay đổi lớn về chiều cao.Ví dụ, 1 mét khối nước ở trên cùng của một 100 mét chiều cao cột nước có một năng lượng tiềm năng khoảng 0,272 kW/h (có khả năng tăng nhiệt độ của cùng một lượng nước bằng cách chỉ 0,230C = 0,42 độ F) Cách duy nhất để lưu trữ một số lượng đáng kể năng lượng là do có một dung tích nước lớn nằm trên một ngọn núi tương đối gần, nhưng càng cao càng tốt ở trên, một hồ chứa thứ hai.Ở một số nơi, người ta tạo ra cả hai

hồ chứa là nhân tạo và trong đó không có đường thủy tự nhiên có liên quan thường được gọi là "vòng khép kín"

Hệ thống này có thể tiết kiệm vì nó cân bằng tải trên lưới điện giữa lượng điện cấp và lượng điện tiêu thụ, cho phép nhà máy nhiệt điện như nhà máy đốt than

và các nhà máy điện hạt nhân cung cấp cơ sở tải điện để tiếp tục hoạt động ở hiệu suất cao nhất (nhà máy điện phụ tải cơ sở), trong khi giảm nhu cầu "đạt đỉnh" nhà máy điện sử dụng nhiên liệu giống như nhiều phụ tải nền nhiệt các nhà máy, khí đốt

và dầu, nhưng đã được thiết kế linh hoạt hơn là hiệu suất nhiệt tối đa Tuy nhiên, chi phí vốn cho mục đích xây dựng thủy điện tích năng tương đối cao

Cùng với quản lý năng lượng, hệ thống thủy điện tích năng giúp kiểm soát tần số lưới điện và cung cấp cho thế hệ dự trữ Nhà máy nhiệt khó có thể đáp ứng với những thay đổi đột ngột trong nhu cầu điện, có khả năng gây ra tần số và điện

áp không ổn định Nhà máy thủy điện tích năng, như nhà máy thủy điện khác, có thể đáp ứng để tải thay đổi trong vòng vài giây

Việc sử dụng quan trọng đối với thủy điện tích năng là để cấp sản lượng dao động của các nguồn năng lượng liên tục Các thủy điện tích năng cung cấp một tải ở lần sản lượng điện cao và nhu cầu điện năng thấp, cho phép dung lượng hệ thống cao điểm bổ sung

1.1.2 Lịch sử và tình hình phát triển thủy điện tích năng trên thế giới

a Lịch sử phát triển

Việc sử dụng đầu tiên của thủy điện tích năng là vào những năm 1890 ở Ý

và Thụy Sĩ Trong những năm 1930 tua bin thủy điện hồi phục trở nên có sẵn

Những tua-bin có thể hoạt động như cả hai tua bin-máy phát điện và ngược lại như động cơ điện máy bơm điều khiển Mới nhất trong công nghệ kỹ thuật quy mô lớn

là những cỗ máy tốc độ biến cho hiệu quả cao hơn Những máy này tạo ra đồng bộ với tần số mạng, nhưng hoạt động không đồng bộ (độc lập với tần số mạng) như động cơ máy bơm

Việc sử dụng đầu tiên TĐTN tại Hoa Kỳ là vào năm 1930 bởi Công ty Connecticut, sử dụng một hồ lớn nằm gần New Milford, Connecticut, bơm nước từ sông Housatonic vào hồ chứa lưu trữ 230 feet ở trên (Popular Science, 1930)

b Hiện trạng sử dụng thủy điện tích năng trên thế giới

Trong năm 2009, tổng công suất phát điện thủy điện tích năng trên thế giới là

104 GW,trong đó bao gồm phần lớn tất cả các loại lưu trữ điện cấp tiện ích (Rastler

et al., 2011) Các nước EU có 38,3 GW công suất ròng (36,8% của thế giới năng lực) trong tổng số 140 GW của thủy điện và đại diện 5% tổng công suất điện ròng đối với các nước EU, Nhật Bản đã có 25,5 GW công suất ròng (24,5% công suất thế giới) Trong năm 2010, Hoa Kỳ đã có 21,5 GW công suất phát điện từ thủy điện tích năng (20,6% công suất thế giới) Thủy điện tích năng tiêu tốn 5,501 GWh năng lượng trong năm 2010 ở Mỹbởi vì năng lượng được tiêu thụ nhiều hơn trong năng lượng được tạo ra

Bảng 1.1 Một số nhà máy thủy điện tích năng lớn nhất thế giới

( MW )

Bath County Hoa Kỳ 38 ° 12'32 "N 79 ° 48'00" W 3.003Quảng Đông Trung Quốc 23 ° 45'52 "N 113 ° 57'12" E 2.400Huệ Châu Trung Quốc 23 ° 16'07 "N 114 ° 18'50" E 2.400Okutataragi Nhật Bản 35 ° 14'13 "N 134 ° 49'55" E 1932Ludington Hoa Kỳ 43 ° 53'37 "N 86 ° 26'43" W 1872

Nguồn: Crettenand, N (2012)

c Công nghệ tiềm năng

Việc sử dụng các hồ chứa ngầm đã được điều tra.Ví dụ gần đây bao gồm các

dự án đề xuất trong Hội nghị thượng đỉnh Norton, Ohio , dự án Maysville đề xuất ở Kentucky (mỏ đá vôi dưới lòng đất), và các dự án Mount Hope ở New Jersey, mà là

đã sử dụng một mỏ sắt cũ như hồ chứa thấp hơn Một số dự án lưu trữ ngầm bơm mới đã được đề xuất Giá mỗi kilowatt dự toán cho các dự án này có thể thấp hơn cho các dự án bề mặt nếu họ sử dụng hiện tại không gian các mỏ ngầm Có những

cơ hội hạn chế liên quan đến không gian ngầm thích hợp, nhưng số lượng các cơ hội thủy điện tích năng dưới lòng đất có thể mở rộng nếu các mỏ than bị bỏ rơi chứng minh phù hợp

Người ta có thể sử dụng bơm nước biển để lưu trữ năng lượng 30 MW dự án Yanbaru ở Okinawa là nhà máy thủy điện tích năng đầu tiên sử dụng nước biển Một dự án thủy điện tích năng sử dụng nước biển 300 MW gần đây đã được

đề xuất trên đảo Lanai, Hawaii, và một số dự án thủy điện tích năng sử dụng nước biển gần đây đã được đề xuất tại Ireland Một ví dụ khác tiềm năng này có thể được

sử dụng trong một đập thủy triều hoặc thủy triều đầm phá Một lợi ích tiềm năng của việc này phát sinh nếu nước biển được phép lưu thông phía sau đập hoặc vào đầm phá khi thủy triều lên khi mực nước xấp xỉ bằng hai bên của hàng rào, khi sự khác biệt năng lượng tiềm năng là gần bằng không Sau đó, nước được phát hành khi thủy triều thấp khi một đầu thủy lực đã được xây dựng phía sau hàng rào, khi có một sự khác biệt tiềm năng năng lượng lớn hơn giữa hai cơ quan của nước Kết quả

là khi năng lượng sử dụng để bơm nước bị thu hồi, nó sẽ nhân ra một mức độ tùy thuộc vào người đứng đầu nước xây dựng Một cải tiến nữa là để bơm thêm nước khi thủy triều cao tăng thêm đầu với ví dụ như năng lượng tái tạo liên tục Hai nhược điểm là các máy phát điện phải dưới mực nước biển, và những sinh vật biển

sẽ có xu hướng phát triển trên các thiết bị và gián đoạn hoạt động

Nhà máy thủy điện tích năng bằng hồ chứa bằng bơm nhỏ có thể được xây dựng trên suối và trong cơ sở hạ tầng như điện, nước uống và cơ sở hạ tầng làm tuyết nhân tạo Nhà máy như vậy cung cấp phân phối lưu trữ năng lượng và phân

phối linh hoạt sản xuất điện và có thể đóng góp vào sự hội nhập phân cấp của năng lượng tái tạo liên tục các công nghệ, chẳng hạn như năng lượng gió và quang điện Nhỏ thủy điện hồ chứa bằng bơm nhà máy có cả một hồ chứa thượng nguồn

và hạ nguồn Hồ chứa có thể được sử dụng cho các nhà máy thủy điện hồ chứa bằng bơm nhỏ có thể bao gồm (Crettenand, 2012) hồ tự nhiên hay nhân tạo, hồ chứa trong các cấu trúc khác như thủy lợi, hoặc phần chưa sử dụng của các mỏ hoặc căn

cứ quân sự ngầm Trong Thụy Sĩ một nghiên cứu cho rằng tổng công suất lắp đặt của các nhà máy thủy điện hồ chứa bằng bơm nhỏ trong năm 2011 có thể tăng 3-9 lần bằng cách cung cấp đầy đủ công cụ chính sách

1.1.3 Tiềm năng phát triển thủy điện tích năng tại Việt Nam

Theo báo cáo “Quy hoạch tổng thể thủy điện tích năng và tối ưu hóa phát điện phủ đỉnh” (Viện năng lượng, 2005) , việc phát triển thủy điện tích năng dựa trên các tiêu chí:

1 Dựa trên cơ sở quy hoạch phát triển điện lực quốc gia trong đó xem xét đến các khu vực phát triển điện hạt nhân, nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch và các nhà máy thủy điện hồ chứa đa mục tiêu

2 Khả năng kết nối của hệ thống truyền tải điện và nhu cầu phủ đỉnh phục

vụ yêu cầu tiêu thụ năng lượng của các ngành, lĩnh vực phát triển kinh tế - xã hội, phân bố theo lãnh thổ của các hộ tiêu thụ điện

3 Xác định các vị trí tiềm năng phù hợp về mặt địa hình để lựa chọn đầu tư xây dựng thủy điện tích năng

Với các tiêu chí này có thể nhận thấy:

Theo Quy hoạch điện VII (Viện năng lượng, 2011), việc phát triển các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch sẽ được tập trung đầu tư trên cơ sở phân tích trữ lượng các nguồn nhiên liệu hóa thạch, bao gồm: than đá và than nâu ở miền Bắc và các ỏ dầu và khí đốt từ các mỏ vùng biển phía Nam Các nhà máy điện hạt nhân cũng được nghiên cứu để chuẩn bị đầu tư tại tỉnh Ninh Thuận Mặt khác, Miền Bắc có các nhà máy thủy điện hồ chứa công suất lớn như: thủy điện Sơn La, Lai Châu, Hòa Bình Đây là những hồ chứa đa mục tiêu mà việc vận hành phát điện

đòi hỏi kết hợp với phục vụ nhu cầu sử dụng nước của các hoạt động phát triển khác, đặc biệt là phục vụ nước cho nông nghiệp, cắt lũ đo đó không phải chỉ vận hành theo các nhu cầu điện năng của các hộ tiêu thụ điện Hay nói các khác đây sẽ

là những nguồn điện năng cần xem xét để nghiên cứu đầu tư xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng nhằm cân đối nguồn điện trong giờ thấp điểm và cao điểm phục

vụ nhu cầu phát điện phủ đỉnh

Việc cân bằng phụ tải đòi hỏi hệ thống truyền tải điện quốc gia đạt được sự tối ưu giữa tổng công suất phát điện của cả nước với biểu đồ phụ tải của từng vùng miền lãnh thổ theo thời gian và không gian Anh ninh năng lượng đòi hỏi phải có sự duy trì giữa nhu cầu dùng điện và khả năng truyền tải đặc biệt là truyền tải phủ đỉnh nhằm duy trì sự ổn định và bền vững về năng lượng Đây là tiêu chí quan trọng để sắp sếp bố trí quy hoạch thủy điện tích năng hợp lý trong cả nước nhằm tối ưu hóa hiệu quả phủ đỉnh

Quy hoạch thủy điện tích năng đòi hỏi sự kết nối giữa các trung tâm điện lực (bao gồm hệ thống các thủy điện hồ chứa đa mục tiêu, nhiệt điện, điện hạt nhân) với

hệ thống truyền tải điện và các hộ tiêu thụ điện lớn (các khu vực tập trung công nghiệp, các vùng kinh tế phát triển, các khu đô thị lớn của cả nước) Mặt khác, lựa chọn khu vực đầu tư xây dựng thủy điện tích năng cần có tính toán đến các nguồn nước đảm bảo xây dựng hồ dưới (hoặc hồ trên) và đảm bảo thế năng để tạo cột nước chạy tua bin phát điện, Vì vậy, thông thường thủy điện tích năng thường được quy hoạch và đầu tư xây dựng ở các khu vực có địa hình chênh cao và gần các khu vực có hồ chứa thủy điện, thủy lợi lớn hoặc khu vực ven biển để tận dụng nước biển như một hồ chứa hạ lưu

1.1.4 Khả năng phát triển thủy điện tích năng tại Việt Nam

a Các vai trò và chức năng của TĐTN

Cơ chế vận hành của TĐTN: TĐTN là nhà máy sử dụng nước để phát điện với hai hồ chứa điều tiết sau đập trên và đập dưới nối với nhau bằng tuyến năng lượng ngầm với nhà máy ngầm nằm ở khoảng giữa đường dẫn nước Nhà máy bơm nước từ hồ dưới lên hồ trên vào buổi đêm (thời gian thấp điểm) bằng cách sử dụng

điện năng của các nhà máy điện khác và sử dụng nước đó để phát điện vào khi nhu cầu sử dụng điện cao vào buổi chiều (thời gian cao điểm) TĐTN có thể phát điện với công suất lắp máy bất kỳ thời điểm nào không kể mùa mưa hay mùa khô bằng cách sử dụng lượng nước được trữ trong hồ theo chu trình tích và xả tuần hoàn

Bảng 1.2 Tiêu chí xác định các dự án thủy điện tích năng ở Việt Nam

- Hmax <750m

- K<1,25

- < 30m (40m trong trường hợp hồ chứa phủ bê tông bề mặt)

- Tránh các đới của nứt gãy hoạt động và các nứt gãy thuộc kỳ đệ tứ

- Tránh môi trường sống của các loài động thực vật quan trọng

○

●

Xã hội - Quyền khai thác

- Di tích lịch sử, văn hóa

- Hộ bị ngập

- Tránh những vùng đã được phép khai thác

○ Đã được nghiên cứu trong bước xác định sơ bộ dự án

● Cần xác định thông qua khảo sát thực địa

Các vai trò và chức năng của TĐTN: TĐTN tích nặng khi nhu cầu điện thấp vào ban đêm và sử dụng năng lượng đã trữ được cho những giờ cao điểm, do vậy có thể điều chỉnh được cần bằng cung cầu và giảm chênh lệch giữa nhu cầu tại thời gian cáo điểm và thấp điểm, chính vì vậy TĐTN đóng vai trò làm phẳng biểu đồ phụ tải Bởi vì vai trò làm phẳng của thủy điện tích năng, các nguồn điện khác có tần suất đóng và mở hoặc điều chỉnh công suất có thể vận hành liên tục trong thời gian dài ở điều kiện công suất ổn định dẫn đến hiệu suất nhiên liệu tăng Hơn nữa phần nguồn điện đáy với chi phi phát điện tổ máy thấp có thể tăng và chi phí phát điện của hệ thống sẽ thấp hơn và hiệu suất kinh tế sẽ tăng TĐTN có khả năng điều chỉnh tốt, có thể đảm trách các hoạt động không thể thiếu được để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống điện phục vụ an ninh năng lượng:

- Điều chỉnh tần số: đây là chức năng có thể điều chỉnh cung cầu không cân bằng để điều khiển dao động tần số

- Dự phòng xoay vòng: máy phát đấu nối với hệ thống điện và có thể cung câ[s năng lượng cần thiết trong vòng 10 phút khi nhận được yêu cầu

- Dự phòng thay thế: có thể cung cấp điện năng cần thiết trong vòng 60 phút sau khi nhận được yêu cầu

- Dự phòng điện áp: chức năng cung cấp điện năng để giữ điện áp của hệ thống điện

Xác định dự án TĐTN: có nhiều nguồn cấp điện khác nhau như nhiệt điện, thủy điện truyền thống, trong tương lai gần Việt Nam sẽ có thêm điện hạt nhân Vì vậy, khả năng phát triển TĐTN đã và đang được EVN nghiên cứu tính toán các nguồn cấp và lựa chọn các dự án TĐTN để phủ đỉnh trên cơ sở thiết lập quy hoạch phát triển điện tối ưu

Thiết lập tiêu chí xác định dự án TĐTN: với các tiêu chí chung như đã nêu ở phần trên Tiềm năng phát triển thủy điện tích năng tại Việt Nam, các vị trí tích năng của EVN cân nhắc đến các điều kiện sau:

- Tình trạng môi trường tự nhiên và xã hội (đặc biệt là vùng hồ dưới và hồ trên)

- Điều kiện địa hình và địa chất (đặc biệt là vị trí tuyến đập)

- Các hạn chế về kỹ thuật và kinh tế

- Điều kiện địa phương

b Tình hình chung về quy hoạch và phát triển thủy điện tích năng ở nước ta

Theo Báo cáo đánh giá môi trường chiến lược của Quy hoạch phát triển Điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (Viện năng lượng, 2011) và Điều chỉnh Quy hoạch phát triển Điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (Bộ công thương, 2012), tỷ trọng điện năng từ thủy điện truyền thống sẽ giảm dần theo các giai đoạn, thay vào đó nhiệt điện và điện hạt nhân sẽ chiếm tỷ trọng ngày một lớn hơn Vì vậy việc cân nhắc đầu tư TĐTN đóng vai trò quan trọng trong việc

ôn đinh lưới điện, an ninh năng lượng khi góp phần phát điện phủ đỉnh, cân băng giữa cung và cầu điện năng

Thuỷ điện tích năng được xem là nguồn có tiềm năng và độ tin cậy cao Quy hoạch thuỷ điện tích năng được hình thành với mục đích nêu trên

Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công thương) đã phê duyệt 10 vị trí này để đánh giá và xây dựng tại Quyết định 3837/QĐ-BCN ngày 22/11/2005, miền Bắc có 8 vị trí, hai vị trí còn lại thuộc về Nam Trung bộ Trong đó, có hai vị trí được xét để tiếp tục thực hiện thủ tục chuẩn bị đầu tư là Đông Phù Yên (miền Bắc) và Bác Ái (Nam Trung bộ)

Hình 1.1 Cơ cấu điện năng theo Điều chỉnh Quy hoạch phát triển Điện lực

quốc gia giai đoạn 2011-2020

Theo Quyết định số 1208/QĐ-TTg ngày 21/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ

về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (Quy hoạch điện VII) và Quyết định số 854/QĐ-TTg ngày 10/07/2012 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt kế hoạch sản xuất kinh doanh và đầu tư phát triển 5 năm 2011 - 2015 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, trong giai đoạn 2011 - 2030, để đáp ứng nhu cầu về điện cho phát triển kinh tế - xã hội, 5 dự án thủy điện tích năng sẽ được đầu tư xây dựng, trong đó có 2 Dự án TĐTN là:

- TĐTN Bác Ái là công trình thủy điện tích năng đầu tiên được dự kiến khởi công xây dựng trong giai đoạn 2011 - 2015 và đưa vào vận hành trong giai đoạn

2016 - 2020 (đưa tổ máy số 1 vào vận hành năm 2019 và phát điện tổ máy cuối cùng số 4 vào năm 2021) với tổng công suất là 1.200MW gồm 4 tổ máy Đây là Dự

án TĐTN đón đầu các Dự án điện hạt nhân dự kiến được đầu tư xây dựng tại Ninh Thuận Tuy nhiên, do sự lùi tiến độ để xem xét, cân nhắc về công nghệ của 2 nhà máy điện hạt nhân (ĐHN) cùng với sự chậm chễ của việc hoàn thành công trình hồ chứa nước sông Cái thuộc hệ thống thủy lợi Tân Mỹ nên TĐTN Bác Ái cũng lùi tiến độ khởi công xây dựng sau năm 2015

- TĐTN Đông Phù Yên là công trình thủy điện tích năng đầu tiên ở Miền Bắc được dự kiến khởi công xây dựng trong giai đoạn 2015 - 2020 và đưa vào vận hành trong giai đoạn 2020 - 2025 với tổng công suất là 1.200MW gồm 4 tổ máy

Hình 1.2 Các vị trí được đánh giá có tiềm năng về thuỷ điện tích năng

ở Việt Nam

1.2 Tổng quan về các dự án thủy điện tích năng thuộc phạm vi đề tài nghiên cứu

1.2.1 Thủy điện tích năng Bác Ái

a Mục tiêu của Dự án

Thuỷ điện tích năng Bác Ái được đầu tư xây dựng với mục tiêu, nhiệm vụ chủ yếu là phát điện phủ đỉnh với công suất 1.200MW lên hệ thống lưới điện Quốc gia, đồng thời góp phần làm phẳng biểu đồ phụ tải của hệ thống điện khu vực, miền

và Quốc gia với số giờ phát điện phủ đỉnh hàng ngày tối đa là 7giờ (điều chỉnh sự cân bằng cung - cầu và làm giảm mức độ chênh lệch giữa nhu cầu điện năng trong giờ cao điểm và giờ thấp điểm), cải thiện độ tin cậy trong việc cung cấp điện của hệ thống, giúp hệ thống điện vận hành an toàn và kinh tế Các thông số kỹ thuật chính

của công trình xem trong bảng 2.4

b Khối lượng và quy mô các hạng mục dự án

1) Hồ chứa và dung tích hồ

a) Hồ trên: Có những điểm hạn chế về mặt địa hình và địa chất liên quan

đến dung tích hồ Trục đập được xác định dựa trên điều kiện địa hình và địa chất của dãy núi và con suối Khả năng tổn thất của hồ trên được tính đến khi bốc hơi mặt nước và thấm qua nền hoặc dọc theo các khe nứt và ranh giới giữa đá cát kết và

đá granite Việc xuất hiện một hố khoan với chiều sâu vò nhàu hoặc nứt nẻ mạnh lên đến 75m (BA21) là hết sức lưu ý để có biện pháp xử lý chống thấm Một điều kiện quan trọng là khả năng ổn định mái tự nhiên giảm khi có sự thay đổi mực nước

hồ nhanh chóng hàng ngày Giới hạn dao động mực nước hồ được kiến nghị nhỏ hơn 22,8m

* Mực nước và dung tích hồ trên

Việc lựa chọn mực nước của hồ trên thủy điện tích năng: dung tích của hồ cần đáp ứng được đủ để nhà máy có thể phát với công suất lắp máy trong vòng 7 giờ Với công suất lắp máy 1.200 MW và lưu lượng Q=351,3 m3/s dự kiến dung tích hữu ích của hồ chứa sẽ là khoảng 9,0 triệu m3 Tương ứng với dung tích này thì các thông số của hồ trên như sau:

Bảng 1.3 Một số thông số chính của hồ trên thuỷ điện Bác Ái

(Nguồn: Các thông số trên được trích từ thuyết minh dự án đầu tư Dự án thủy điện tích

năng Bác Ái Tập thuyết minh do PECC4 lập)

* Đập hồ trên

Đập được chọn thiết kế với vùng động đất dự kiến là cấp 6 (MSK) Cấp đập thiết kế kiến nghị là cấp đặc biệt Mặt bằng thể hiện phương án tuyến đập và phương án bố trí công trình xem trong hình dưới:

Hình 1.3: Sơ đồ mặt bằng tuyến đâp hồ trên và các hạng mục công trình

TĐTN Bác Ái

* Thiết kế mặt cắt đập đá đổ bê tông bản mặt

Do nền đập đi qua hai khu vực đá khác nhau là đá granodiorit và đá cát bột kết do vậy trong thiết kế đã đặt đáy đập trên nền đá IIA của đá cát bột kết và đá IB

của đá granodiorit Căn cứ vào điều kiện địa hình, điều kiện địa chất công trình đã tiến hành tính toán ổn định xác định mặt cắt công trình thoả mãn điều kiện ổn định với công trình cấp đặc biệt, thông số chủ yếu đã được xác định như sau:

b) Đập hồ dưới (hồ Sông Cái)

Theo Quyết định số 4223/QĐ-BNN-XD ngày 31/12/2007 và Quyết định số 169/QĐ-BNN-XD ngày 20/01/2010 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, các nhiệm vụ của hồ Sông Cái như sau:

* Nhiệm vụ chính của hồ Sông Cái:

- Cấp nước tưới trực tiếp cho 4.380ha đất canh tác, trong đó hồ Sông Cái tưới 680ha và tiếp nước cho đập dâng Tân Mỹ tưới 3.700ha

- Tiếp nước cho hệ thống thủy nông Nha Trinh - Lâm Cấm đảm bảo tưới đủ diện tích 12.800ha vụ đông xuân và hè thu, trong đó vụ đông xuân tiếp nước tưới cho 4.480ha, vụ hè thu tiếp nước tưới cho 5.760ha

- Cấp nước nuôi trồng thủy sản 1.632ha (0,92 m3/s), chăn nuôi 0,02 m3/s

Như vậy, qua các quyết định phê duyệt có thể hiểu rằng công trình thủy lợi

Tân Mỹ là công trình cấp II theo TCXD VN 285-2002, tuy nhiên để phù hợp với dự

án thủy điện tích năng Bác Ái, tràn xả lũ đã được mở rộng để có thể xả được lũ tương ứng với công trình cấp đặc biệt với tần suất lũ kiểm tra là P=0,02%

Mực nước dâng bình thường không thay đổi so với các giai đoạn thiết kế là 192,8m MNC trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật chỉ ghi là mực nước chết là 163,25m nhưng trong giai đoạn nghiên cứu khả thi đã ghi rõ MNC dành cho tích năng là 163,27m Tuy nhiên trong thuyết minh ở giai đoạn TKKT đã nêu rõ, mực nước chết 163,25m được xác định trên cơ sở tính toán dung tích bồi lắng sau 100 năm cộng với 1,0m an toàn và 10,3 triệu m3 dung tích dùng cho tích năng Do vậy thông số kỹ thuật kiến nghị của hồ chứa nước Sông Cái đảm bảo phù hợp với dự án thuỷ điện

tích năng

2) Cửa nhận nước

Để đảm bảo vận tốc trước lưới chắn rác đạt tốc độ khoảng 1m/s thì cần phải

mở rộng cửa nhận nước theo chiều rộng Mỗi đường hầm được nối với một cửa nhận nước phân thành 4 khoang, mỗi khoang có chiều rộng thông thủy tại lưới chắn rác là 7m Tại vị trí lưới chắn rác chiều cao cửa vào là 9,0m Cao trình ngưỡng cửa vào CNN tại cao trình 570,5m Tổng chiều dài cửa nhận nước là 48m

Thiết bị trên cửa nhận nước chỉ bao gồm hệ thống lưới chắn rác Đối với các

dự án thủy điện tích năng không bố trí thiết bị đóng mở lưới chắn rác và thiết bị với rác

Trước cửa nhận nước có kênh vào cao trình đáy kênh tại cửa nhận nước là 569,5m

Đáy kênh dẫn được lát bê tông, hai bên mái kênh phần trên đá IIA, IB được phun vẩy vữa xi măng cát M30, dày 10cm Phần đất phong hoá được gia cố mái bằng lớp dăm, cát lọc và tấm bê tông phủ mặt

Để đảm bảo vận tốc trước lưới chắn rác đạt tốc độ khoảng 1m/s thì cần phải

mở rộng

3) Tháp van thượng lưu

Có hai tháp van ngầm nối với 2 đường hầm đường kính 7,5m, mỗi tháp van được bố trí cửa van phẳng được đóng mở bằng tời điện Kích thước thông thủy cửa van BxH=7,5x7,5(m)

Tháp van được thiết kế bằng bê tông thủy công M25 Cao trình đáy đường hầm tại vị trí tháp van là 570,41m Sàn tháp van ở cao trình 606,0m

4) Đường hầm áp lực

Đường hầm áp lực là để chỉ chung cho hệ thống hầm bao gồm: Hai đường hầm chạy song song với nhau có nhiệm vụ dẫn nước từ cửa nhận nước về tới nhà máy ngầm Mỗi đường hầm được chia thành 6 đoạn với tổng chiều dài của 1 tuyến hầm là: 1 872,7 m

Thiết kế cắt dọc tuyến áp lực dựa trên những yêu cầu sau:

+ Đảm bảo ổn định, an toàn đối với các chế độ nước va

+ Chiều cao 1 giếng không cao quá 280m để đảm bảo có nhiều nhà thầu có thể thực hiện được

+ Vị trí những chỗ ngoặt 90o (Gần mặt đất nhất) phải đảm bảo an toàn về đứt gãy thủy lực

Với các tiêu chí đó đã xác định được cắt dọc tuyến hầm áp lực như dưới đây: Hầm áp lực đoạn 1 ký hiệu HAL1.01, đường hầm đường kính 7,5m được nối

từ cửa nhận nước tới vị trí của giếng đứng ký hiệu là HAL1.02, đoạn này dài 1145,48m Để đảm bảo điều kiện chống nước va âm và đồng thời giảm chiều cao giếng đứng nên được thiết kế với độ dốc 3% Toàn bộ được bọc bê tông cốt thép M25 dày 0,8m

Hầm áp lực đoạn 2 ký hiệu HAL1.02, đường hầm đường kính 5,5m được nối

từ HAL1.01 tới HAL1.03, đoạn này là giếng đứng cao 262,5m Toàn bộ được bọc

bê tông cốt thép M25 dày 0,55m

Hầm áp lực đoạn 3 ký hiệu HAL1.03, đường hầm nằm ngang đường kính 5,5m được nối từ HAL1.02 tới HAL1.04, Chiều dài hầm 137,48m Toàn bộ được bọc bê tông cốt thép M25 dày 0,55m

Hầm áp lực đoạn 4 ký hiệu HAL1.04, đường hầm đường kính 5,5m được nối

từ HAL1.03 tới HAL1.05, đoạn này là giếng đứng cao 222,30m Toàn bộ được bọc

bê tông cốt thép M25 dày 0,55m

Hầm áp lực đoạn 5 ký hiệu HAL1.05, đường hầm nằm ngang đường kính 5,5m được nối từ HAL1.04 tới HAL1.06, Chiều dài hầm 47,39m Toàn bộ được bọc

bê tông M25 dày 0,55m, bên trong bọc thép với chiều dày 46mm

Hầm áp lực đoạn 6 ký hiệu HAL1.06, đường hầm nằm ngang được nối từ HAL1.05 tới các tổ máy, Chiều dài hầm 57,5m Nhiệm vụ của đoạn này là đoạn chuyển tiếp và chia nước từ 1 đường hầm đường kính 5,5m vào hai đường hầm đường kính 3,8m để chảy vào tổ máy Toàn bộ được bọc bê tông M25 dày 0,6m, bên trong bọc thép với chiều dày 42mm

5) Tháp điều áp

Để giảm áp lực nước va lên đường hầm giảm bớt hằng số quan tính, đã tiến hành tính toán nước va, kết quả tính toán cho thấy cần tháp điều áp với đường kính tháp 14m, cao trình miệng tháp điều áp là 620m Tháp điều áp được thiết kế theo kiểu giếng đứng ngầm Toàn bộ tháp được làm bằng BTCT M25, được bọc thép mặt trong thay cốt pha Mực nước lớn nhất trong tháp điều áp 616,81m ; mực nước nhỏ nhất trong tháp 561,43m

6) Nhà máy thủy điện tích năng

a) Công suất tổ máy phát

Công suất 300MW được kiến nghị chọn cho phương án nghiên cứu Việc cắt tải một máy phát có công suất 300MW ra khỏi mạng lưới điện sẽ không ảnh hưởng

nhiều đến tần số toàn bộ hệ thống điện

b) Lựa chọn kiểu nhà máy

Việc lựa chọn kiểu nhà máy ngầm, thường theo viên đạn do nhà máy hình viên đạn có mặt cắt đơn giản nhất kết hợp tường và vòm sẽ thuận lợi về giá thành và thời gian thi công nếu nền đá tương đối tốt Trong giai đoạn này, dựa vào kết quả nguyên cứu địa chất, nhà máy hình viên đạn là mặt cắt kinh tế nhất

c) Kích thước và cấu tạo

Căn cứ kích thước thiết bị chính, tua bin, máy phát, cầu trục, và không gian

sử dụng cho thi công và lắp đặt thiết bị, nhà máy có kích thước hình học như sau:

- Chiều dài nhà máy: 183 m

- Chiều rộng nhà máy: 25 m

- Chiều cao nhà máy: 52,3 m

Nhà máy được chia làm 2 phần:

- Phần trên bao gồm sàn lắp ráp, cầu trục và MBA chính

- Phần dưới gồm các sàn bố trí thiết bị chính tua bin, máy phát vá các thiết bị phụ (Xem bản vẽ thiết bị công nghệ)

Kết cấu phần trên (trên cao trình 117,5m):

Vòm bê tông phun 2 lớp, chiều dày mỗi lớp 10cm kết hợp gia cố bulông neo với đặc điểm như sau:

- Bê tông phun lớp thứ nhất là bê tông sợi thép, phun ngay sau khi hoàn thành công tác đào

- Bê tông lớp thứ hai là loại bê tông thông thường phun hoàn thiện bề mặt sau khi lắp đặt bu lông neo

- Bu lông neo đường kính 25mm, dài 5m bố trí ô lưới khoảng cách 1,5x1,5m Tường bên và tường đầu hồi bằng bê tông giống như vòm kết hợp neo ứng suất trước

- Neo ứng suất trước, dài 20m bố trí ô lưới khoảng cách 1,5x1,5m cho tường bên, 2x2m cho tường hồi

Kết cấu phần dưới (dưới cao trình 117,5m):

- Tường bao bê tông cốt thép có bề dày từ 1m đến 2m

- Sàn bê tông cốt thép có bề dày từ 0,5m đến 1m, bản đáy dày 2m

- Gia cố bằng phun bê tông sợi thép dày 10cm kết hợp neo ứng suất trước

- Neo ứng suất trước, dài 20m bố trí ô lưới khoảng cách 1,5x1,5m cho tường bên từ cao trình 117,5m đến cao trình 111,5m Bố trí ô lưới 2x2m dưới cao trình 111,5m

d) Thiết kế gia cố tạm nhà máy ngầm

Thiết kế gia cố tạm nhà máy được tính toán cho phần trần và phần tường của nhà máy Trong giai đoạn này, kiến nghị chọn gia cố theo tiêu chuẩn của Nhật

Theo các tiêu chuẩn thiết kế của Nhật Bản thì phần vòm được gia cố bulông neo với 10cm phun vữa bê tông có trộn xơ thép và 10 cm phun vữa bê tông thường M30 Phần thành được khoan neo hệ thống, phần trên sàn tuabin neo với mật độ 1,5x1,5m với chiều dài neo là 15m kết hợp phun vẩy Phần dưới sàn tuabin và hai đầu hồi, neo với mật độ thưa hơn 2x2m

7) Hầm xả sau nhà máy

Có 2 đường hầm chính từ cửa xả của nhà máy tới cửa xả tại hồ Tân Mỹ gọi

là hầm xả ký hiệu HX được chia thành 4 đoạn với quy mô chính như sau:

Hầm xả đoạn 1 ký hiệu HX1.01, đường hầm này có đường kính thay đổi từ 5,0 đến 7,5m thông qua trạc 3 Đoạn này dài 86,18m với độ dốc 8% nhằm mục đích thuận dòng với ống hút của nhà máy Toàn bộ được bọc bê tông M25 dày 0,5m và bên trong có bọc thép dày 22mm

Hầm xả đoạn 2 ký hiệu HX1.02, đường hầm này có đường kính không đổi 7,5m, dài 99m với góc nghiêng 40,24o Toàn bộ được bọc bê tông cốt thép M25 dày 0,7m

Hầm xả đoạn 3 ký hiệu HX1.03, đường hầm này có đường kính không đổi 7,5m, dài 585,27m Nối từ HX1.02 tới HX04 Toàn bộ được bọc bê tông cốt thép M25 dày 0,7m

Hầm xả đoạn 4 ký hiệu HX1.04, đường hầm này có đường kính không đổi 7,5m, dài 162m Nối từ HX1.03 tới cửa xả nước Toàn bộ được bọc bê tông cốt thép M25 dày 0,7m

Tổng chiều dài đường hầm: Lx=86,18+99+585,27+162 = 932,45m

8) Tháp van hạ lưu

Tháp van hạ lưu là loại tháp đứng đào ngầm, cao trình đường hầm tại tim ống là 148,42m Cao trình sàn tháp là 198,8m Tháp van được làm bằng BTCT M25 Tại tháp có bố trí cửa van 7,5x7,5m được đóng mở bằng tời điện

9) Cửa xả hạ lưu

Để đảm bảo vận tốc trước lưới chắn rác đạt tốc độ khoảng 1m/s thì cần phải

mở rộng cửa xả theo chiều rộng Mỗi đường hầm được nối với một cửa xả phân

thành 4 khoang, mỗi khoang có chiều rộng thông thủy tại lưới chắn rác là 8m Tại vị trí lưới chắn rác chiều cao cửa vào là 9,0m Cao trình ngưỡng cửa xả tại cao trình 148,6m Tổng chiều dài cửa xả là 48m

Trước cửa xả có kênh vào, cao trình đáy kênh tại cửa xả là 147,6m Mực nước nhỏ nhất trước cửa xả là 158,5m

10) Kênh xả hạ lưu

Kênh xả hạ lưu được xây dựng trong lòng hồ Sông Cái nhằm mục đích lấy đủ lưu lượng thiết kế khi bơm Q= 307,6 m3/s ứng với mực nước chết tích năng là 159,4m

Bảng 1.4 Thông số chính của Dự án thủy điện tích năng Bác Ái

B Hồ dưới (Hồ thủy lợi Sông Cái)

A Hồ trên

TT THÔNG SỐ ĐƠN VỊ TRỊ SỐ

A Cửa nhận nước

B Tháp van thượng lưu

(Nguồn: Báo cáo đầu tư dự án thuỷ điện tích năng Bắc Á, 2011)

1.2.2 Thủy điện tích năng Đông Phù Yên

a Mô tả mục tiêu của dự án

Mục tiêu chính của Dự án thủy điện tích năng Đông Phù Yên là tham gia vào

cơ cấu lại nguồn và phụ tải của hệ thống điện theo hướng tối ưu nhất, khắc phục tình trạng dư thừa điện năng vào giờ thấp điểm và cung cấp điện năng vào giờ cao điểm Đồng thời góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của địa phương

b Khối lượng và quy mô các hạng mục dự án

Cao trình đập đỉnh đập được thiết kế cùng một cao trình, cùng vật liệu mái thượng lưu đập là bê tông asphalt chống thấm Đập được thiết kế với cao trình đỉnh tường chắn sóng là 891,5m; cao trình đỉnh đập là 890,00m

Đập tạo bờ hồ được thiết kế có tham chiếu đến các đập đá đổ bản mặt asphalt Mái thượng lưu là 1:2,0; mái hạ lưu là 1:1,5; chiều rộng đỉnh là 12m Mái thượng lưu thoải hơn mái hạ lưu để tránh làm yếu lớp asphalt tươi trong quá trình thi công Chiều dày bề mặt bê tông asphalt: chiều dày lớp hoàn thành bề mặt là 2mm; lớp chống thấm là lớp ngăn dòng thấm chính, thi công một lần, chiều dày 10 cm; lớp kết cấu làm phẳng móng của lớp chống thấm asphalt, yêu cầu làm phẳng và chặt với khả năng chống thấm, có thể thoát dòng thấm từ hồ chứa, chiều dày 2cm và thi công một lần Chiều dày lớp thoát nước dưới bề mặt bê tông asphalt theo đặc tính công trình và theo mái dốc có chiều dày là 80cm đối với đáy, với mái bờ và đập CFRD có hệ số mái 1:2 thì chiều dày lớp thoát nước theo phương vuông góc với mặt mái là 89cm Để tránh áp lực đẩy nổi bê tông asphalt do nước nhỏ giọt, yêu cầu

hệ số thấm cho lớp thoát nước >1x10-2cm/s

Hồ chứa trên của công trình nhà máy thủy điện tích năng Đông Phù Yên có

sự xuất hiện của hố sụt Karst, hoạt động xâm thực của hiện tượng Karst trong nền móng đá vôi và vôi sét Bề mặt bê tông asphalt yêu cầu khắt khe đối với nền móng Lớp đệm là giải pháp tối ưu để xử lý Vật liệu sử dụng làm lớp đệm là đá xay hoặc sỏi, độ dày kiến nghị cho lớp đệm của công trình là 80cm Đối với lớp đệm mái kiến nghị chiều rộng ngang là 2m Hệ số thấm nước >1x10-2cm/s

Dựa vào hình dáng và kích thước hồ chứa, bố trí 1 hệ thống hành lang chạy quanh chu vi đáy (chân mái dốc) và 2 hệ thống hành lang chạy vuông góc để chia nhỏ phạm vi thu nước hồ Các hành lang được đánh độ dốc để thu nước về 2 hành lang bố trí ở phía Đông Bắc và Đông Nam của hồ chứa Từ 2 hành lang này nước được thoát ra ngoài Ngoài ra, còn thiết kế 2 hệ thống ống thông hơi để cấp khí vào

hệ thống hành lang thoát nước và quan trắc Hình dạng hành lang kiểu chữ “U” ngược với kích thước thông thủy (bxh) = 2x2,5m

2) Tuyến năng lượng

- Cửa lấy nước/cửa xả hồ chứa trên có dạng kiểu biên, được bố trí kiểu tựa

bờ, trên nền đá nguyên khối IIA Cửa lấy nước kết cấu bê tông cốt thép, gồm 2 cửa, mỗi cửa nối với một đường hầm Cấu trúc được chia làm 4 khoang, mỗi khoang có chiều rộng thông thủy tại lưới chắn rác là 4,5m; tại vị trí lưới chắn rác chiều cao cửa là 8m Cao trình ngưỡng cửa vào là 843,5m, cao trình đỉnh là 853,0m Tổng chiều rộng cửa lấy nước là 25,5m, tổng chiều dài là 49,5m Trên đỉnh cửa lấy nước được bố trí một đoạn đê phá sóng (h = 1,5m) để ngăn khí không

bị hút vào hầm gây ra khí thực trong các hạng mục hầm Thiết bị trên cửa lấy nước chỉ bao gồm hệ thống lưới chắn rác, không bố trí thiết bị đóng mở lưới chắn rác và thiết bị vớt rác Trước cửa lấy nước có kênh vào, cao trình đáy kênh tại cửa vào là 843,30m Đáy và mái kênh được gia cố bằng một lớp đệm dăm cát dày 80cm và 1 lớp bê tông M250 dày 50cm

- Tháp van thượng lưu

Do cửa lấy nước/ cửa xả hồ trên chỉ được bố trí hệ thống lưới chắn rác vì vậy phía sau cửa lấy nước, tại mỗi đường ống áp lực ngầm bố trí một tháp van phục vụ

công tác vận hành và đóng sự cố Có 2 tháp van ngầm nối với 2 đường ống áp lực đường kính 4,8m Mỗi cửa van sự cố nâng hạ bằng một bộ máy nâng thủy lực sức nâng 180 tấn thông qua cần nối với cửa van Tháp van kết cấu bê tông cốt thép thủy công M300 Cao trình đáy đường hầm tại vị trí tháp van là 836,75m, cao trình đỉnh tháp (cao trình sàn) là 890,00m, tháp cao khoảng 48,44m (tính từ nóc hầm)

Hình 1.4 Mặt bằng tổng thể bố trí các hạng mục công trình hồ trên

Đông Phù Yên

- Đường ống áp lực kiến nghị được lót thép toàn bộ (lót thép từ cửa lấy nước đến nhà máy) Hình thức đường ống thép chôn trong khối đá chèn bê tông M20 Vỏ thép và khối đá cùng chịu toàn bộ áp lực bên trong; vỏ thép chịu toàn bộ áp lực từ bên ngoài Đường kính đường ống áp lực là D = 4,8m Chiều dài đường ống áp lực

từ cửa lấy nước đến nhà máy là 1180,00m theo phương dòng chảy Khoảng cách trên mặt bằng là 855,00m Chênh cao tính giữa điểm đầu đường ống và điểm cuối khoảng 665,00m Tuyến đường ống được chia 5 đoạn

- Nhà máy thủy điện tích năng

Nhà máy được thiết kế chiều dày đá giữa nhà máy và phòng biến áp là 48m (tường đến tường); Khẩu độ đào là 23m, của phòng máy biến áp là 19,7m

Gian nhà máy được bố trí phía thượng lưu, kích thước LxBxH = 152,5x23x51,6m trong đó bố trí 4 tổ máy với 4 bơm-turbine Francis trục đứng công suất 300MW, khoảng cách giữa tim các tổ máy là 24m Cao trình lắp máy để đảm bảo cột nước hút tĩnh (cột nước từ MNC của hồ dưới) là 80m so với MNC của hồ dưới là 261m Cao trình đáy nhà máy là 167m và cao trình đỉnh nhà máy là 218,6m Trên mặt bằng, tim gian nhà máy bố trí nghiêng so với tuyến đường ống áp lực một góc 200 Sàn lắp ráp được bố trí phía bên phải của gian nhà máy, cao trình sàn lắp ráp

là 195m Dầm cầu trục néo được bố trí trong nhà máy với cao trình dầm cầu trục là 206m Hầm van được bố trí phía thượng lưu, tại cao trình 176,5m và mỗi tổ máy được bố trí 1 van cầu Phòng điều khiển trung tâm được bố trí bên trái gian nhà máy

- Bể áp lực và tháp van hạ lưu ống xả nhà máy

Bể áp lực là một phần của hầm xả giữa ống hút và tháp điều áp Bể áp lực phía sau ống hút được bố trí có độ dốc ngược về thượng lưu là 5% Bể áp lực chia làm 2 đoạn chính:

+ Đoạn 1 là đường ống được bọc thép nối từ ống hút tới chạc 3 Bốn đường hầm đường kính D = 4,4m nhập vào hai đường hầm đường kính D = 6,0m Đoạn này gần nhà máy, có áp lực nước tĩnh 90 ÷ 106,4m được lót thép để chống thấm Hình thức đường ống thép chôn trong khối đá chèn bê tông M20 Vỏ thép và khối

đá cùng chịu toàn bộ áp lực bên trong; vỏ thép chịu toàn bộ áp lực từ bên ngoài

+ Đoạn 2 từ sau chạc 3 tới tháp điều áp là hầm có áo bọc bê tông cốt thép M30, dày 50 cm, đường kính D = 6,0m

- Tháp van hạ lưu ống xả nhà máy nằm phía sau ống xả hạ lưu, cách tim các

tổ máy 109,7m, thuộc đoạn 1 của bể áp lực, tại mỗi đường hầm bố trí một tháp van phục vụ công tác đóng sự cố hạ lưu bảo vệ tổ máy Nối nhà máy với hầm giao thông

là hành lang tháp có cao trình sàn là 195m kích thước ngang BxH = 7,5x14,2m

- Tháp điều áp hạ lưu nhà máy được đặt cách tim tổ máy 320,0m Đường kinh trong của tháp là D = 8m, đường kính họng cản là Dhc = 3,5m Thiết kế cao trình đỉnh tháp là 286m (xây tường bê tông cao 2m tại vị trí giao thông vào tháp tại cao trình 284m, cao độ đỉnh tường sẽ là 286m); cao trình đáy tháp là 209m Mực nước lớn nhất trong tháp là 285,00m, mực nước nhỏ nhất trong tháp là 212,00m

- Hầm xả sau nhà máy có đường kính hầm xả nước D = 6,0m Hầm xả nước được bố trí thiết kế dài khoảng 2140m chia làm 3 đoạn:

+ Đoạn 1: còn gọi là đoạn bể áp lực Bể áp lực và tháp van hạ lưu ống xả nhà máy + Đoạn 2: Hầm xả đoạn này dài khoảng 1840m được nối trực tiếp với cửa

xả hồ dưới Hầm có đường kính D = 6,0m, độ dốc i = 3,56% Kết cấu vỏ áo hầm

là BTCT M30

- Tháp van hạ lưu tương tự như tháp van thượng lưu, cuối hầm xả tại mỗi đường hầm bố trí một tháp van phục vụ công tác vận hành và đóng sự cố Có hai tháp van ngầm nối với 2 hầm xả đường kính 6,0m Tháp van kết cấu bê tông cốt thép thủy công M30 Cao trình đáy đường hầm tại vị trí tháp van là 252,00m với

độ dốc i = 0%, cao trình đỉnh tháp (cao trình sàn) là 278,00m tháp cao khoảng 22,20m (tính từ nóc hầm)

- Cửa lấy nước/cửa xả hồ chứa dưới (cửa xả) có dạng kiểu biên được bố trí kiểu tựa bờ, trên nền đá nguyên khối IIA Cửa xả nước kết cấu bê tông cốt thép, gồm 2 cửa, mỗi cửa nối với một đường hầm Cấu trúc được chia làm 4 khoang, mỗi khoang có chiều rộng thông thủy tại lưới chắn rác là 4,5m; tại vị trí lưới chắn rác chiều cao cửa là 8m Cao trình ngưỡng cửa vào là 249,00m, cao trình đỉnh là 258,50m Tổng chiều rộng cửa xả nước là 25,5m, tổng chiều dài là 49,5m Trên đỉnh cửa xả nước được bố trí một đoạn đê phá sóng (h = 1,5m) để ngăn khí không

bị hút vào hầm gây ra khí thực trong các hạng mục hầm Thiết bị trên cửa xả nước chỉ bao gồm hệ thống lưới chắn rác Phía trên cửa xả xây dựng hệ thống cầu giao thông, cao trình cầu giao thông là 278,00m Cửa xả nối với kênh xả, cao trình đáy kênh tại cửa vào là 249,00m Mái đào tại khu vực cửa vào được gia cố băng hình thức phun vẩy xi măng M30 dày 10cm và hình thức đá lát khan dày 25cm

- Kênh xả hồ chứa dưới lợi dụng địa hình thấp của nhánh suối 1 một phụ lưu của suối Vang, các thông số chính của kênh xả hồ dưới: Lưu lượng thiết kế 191,1m3/s (khi bơm); chiều dài kênh 470,5m; mực nước dâng bình thường 273,0m; mực nước chết 261,0m; Cao trình đáy đầu kênh 249,0m; chiều rộng kênh xả có biến đổi nhỏ nhất là 30m

- Hệ thống đường hầm kỹ thuật, hầm giao thông, hầm thoát nước nhà máy + Hầm giao thông tiết diện (bxh) 9x7m; áo hầm là bê tông cốt thép M30 dày 50cm; diện tích thông gió là 20m2; tổng chiều dài là 1811,3m

+ Hầm kỹ thuật tiết diện (bxh) 4,5x3,4m; áo hầm là bê tông cốt thép M30 dày 40cm; diện tích thông gió là 20m2; tổng chiều dài là 1440,8m

+ Hầm thoát nước tiết diện (bxh) 3x3,5m; không có áo hầm, tổng chiều dài là 1850m

3) Đập và hồ chứa dưới

- Hồ chứa dưới thủy điện tích năng Đông Phù Yên có nhiệm vụ tạo dung tích hữu ích 6,50 triệu m3 để cấp nước cho hồ trên Cao trình mực nước dâng bình thường là 273,00m; mực nước chết là 261,00m Hồ có dung tích toàn bộ là 10,97 triệu m3 với diện tích mặt hồ là 0,72km2

Hình 1.5 Mặt bằng tổng thể bố trí các hạng mục công trình hồ dưới TĐTN

Đông Phù Yên