Bài giảng quản lí tài nguyên nước đh xây dựng

1.1.3 Nước là nguồn năng lượng lớn Hàng ngày con người đang khai thác và sử dụng nhiều dạng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, thí dụ: Năng lượng mặt trời trong sinh hoạt, và trong ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG – HÀ NÔI

QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

HÀ NỘI - 2005

CHƯƠNG I TÀI NGUYÊN NƯỚC VÀ NGUYÊN TẮC CHUNG

SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC 1.1 KHÁI NIỆM TÀI NGUYÊN NƯỚC

1.1.1 Nước là nguồn tài nguyên quý giá

Những số liệu thông kê sau đây cho thấy nước là nguồn tài nguyên phong phú và quý giá của loài người Bề mặt trái đất rộng 510 triệu Km2, trong đó biển

và đại dương chiếm 70,8% Tổng lượng nước thủy quyển trái đất vào khoảng

1454 triệu Km3, trong đó nước mặn chiếm khoảng 1370 triệu Km3 (chiếm 93,9%) Hàm lượng muối trung bình trong nước biển là 3,5%, tức là khoảng 35g/lit 70% lục địa là các hồ thiên nhiên, trong đó chứa khoảng 280.000 nghìn Km3 nước ngọt 11% diện tích trái đất ở hai cực của địa cầu bị băng tuyết bao phủ, thể tích các núi băng ở đó khoảng 24 triệu Km3, nếu chúng tan ra sẽ làm cho mực nước biển trên hành tinh tăng thêm 64 m Trữ lượng nước ngầm trên thế giới khoảng 85.000 Km3 Các con sông trên thế giới thường xuyên chứa khoảng 1.200 Km3nước ngọt, tức là khoảng 1/1.000.000 tổng lượng nước các loại

Tuy trữ lượng nước và nước ngọt trên trái đất lớn như vậy nhưng lại phân

bố rất không đều theo không gian và thời gian Thí dụ trong khi ở Hawai (Mỹ) lượng mưa trung bình là 11.084 mm/năm thì ở vùng Liev (Chilê) lại chỉ khoảng 8 mm/năm Tại khu vực Yêmen có nhiều năm hầu như không có mưa, trong khi ở New Deli (Ân độ) cách đó không xa, có năm lại mưa liên tục trong 4 - 5 tháng liên tiếp

ở Việt Nam, lượng mưa trung bình từ 1.000 - 3.000 mm/năm, cá biệt có năm lên đến 3.400 mm Lượng mưa trung bình nhiều năm ở nước ta là X0 = 1.800

các khu vực ở ngoài lãnh thổ đổ vào thì lên đến 810 Km3 Theo đánh giá chung, nước ta thuộc loại giầu tiềm năng về nước ngọt Với lượng nước như vậy tính trung bình theo đầu người, nước ta thuộc loại cao trên thế giới

Mưa trên lãnh thổ Việt Nam cũng phân bố không đều theo không gian và thời gian Đại bộ phận các vùng trên lãnh thổ có lượng mưa vừa phải (1.500 mm/năm) như vùng Đồng Bằng Bắc Bộ, Đồng Bằng Nam Bộ, Vùng núi Bắc Bắc

Bộ, và vùng Nam Tây Bắc Tại những vùng này, năm mưa nhiều lên đến 2.000 - 2.500 mm, năm mưa ít cũng đạt hơn 1.000 mm Trên các triền núi cao Đông Trường Sơn, Hoàng Liên Sơn, Bắc Tây Bắc, lượng mưa trung bình khoảng 2.500 mm/năm Các trung tâm mưa lớn như: Bắc Quang (Bắc Cạn), Kỳ Anh (Hà Tĩnh), Công Tum, lượng mưa trung bình là 4.000 mm/năm Một số vùng khuất gió, mưa

ít là: Phan Rang, Thuận Hải, Quảng Trị, Yên Bái có lượng mưa trung bình là 400

- 800 mm/năm

Các con số trên đây cho thấy, nước là nguồn tài nguyên to lớn và quý giá của loài người Sự sống nói chung không thể thiếu nước, hay “Nước luôn luôn gắn liền với sự sống” Loài người và muôn loài động, thực vật khác trên hành tinh đều có nhu cầu dùng nước hết sức to lớn Sự sống bắt nguồn từ môi trường nước và ngày nay sự sống đang tồn tại và phát triển cũng không tách khỏi môi trường nước Ngày nay, bất cứ ngành kinh tế quốc dân nào cũng gắn chặt với nước cho dù ngành đó thuộc lĩnh vực Nông nghiệp, Công nghiệp nặng, Công nghiệp nhẹ, Công nghiệp hóa học, Công nghiệp hàng tiêu dùng, hay các ngành Dịch vụ Nước dùng trong sinh hoạt, nước phục vụ nông nghiệp, nước sử dụng trong công nghiệp, nước là nguồn thủy năng to lớn và được phục hồi Nước ở các sông, hồ thiên nhiên hay nước biển đều có giá trị về mặt năng lượng mà từ lâu con người đã tận dụng

1.1.2 Nước gắn liền với sự sống

Sự ra đời, tồn tại, phát sinh và phát triển của sự sống trên hành tinh luôn luôn gắn liền với sự có mặt và vận chuyển của nước Sự vận động và phát triển của xã hội loài người cũng gắn liền với các nguồn nước Xã hội càng văn minh, nhu cầu sử dụng nước và nước sạch càng cao với khối lượng gia tăng một cách chóng mặt đang đòi hỏi phải nghiên cứu và có kế hoạch bảo vệ nguồn nước một cách nghiêm túc Với trình độ phát triển của khoa học và công nghệ ngày nay, nhiều loại nguyên vật liệu mới ra đời đã thay thế một số nguyên vật liệu truyền thống, riêng nước thì không thể thay thế được

Về nước sinh hoạt: Theo các tài liệu thống kê, lượng nước tiêu thụ tính theo đầu người trong một năm là 1.000 m3/người/năm với mức tiêu thụ khoảng 200 -

300 lit/người/ngày Tại các trung tâm đô thị, mức độ này còn cao hơn, khoảng 500 lít/người/ngày Nhu cầu dùng nước trong công nghiệp cũng rất lớn, có thể tham khảo biểu thống kê dưới đây (Bảng 1.1)

Bảng 1.1: Thống kê nhu cầu dùng nước của một số ngành công nghiệp

sản phẩm

Lượng nước dùng trên Đơn vị SP

CN giấy

Xi măng

CN SX Thép Sợi nhân tạo Len nhân tạo

20 m 3

1020 m 3

4200 m 3

9

10

Nhôm Axít

Bảng 1.2: Thống kê nhu cầu tưới của một số loại cây trồng

Các ngành dịch vụ ngày nay, không có ngành nào sử dụng ít nước, điển hình sử dụng nhiều nước trong dịch vụ là các ngành: Dịch vụ vui chơi giải trí (Thủy cung, Công viên nước ), Dịch vụ khách sạn, dịch vụ du lịch và một số ngành dịch vụ phục vụ ăn uống, sinh hoạt ở các đô thị

1.1.3 Nước là nguồn năng lượng lớn

Hàng ngày con người đang khai thác và sử dụng nhiều dạng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, thí dụ: Năng lượng mặt trời trong sinh hoạt, và trong ngành công nghiệp vụ trụ; năng lượng từ than, dầu, khí thiên nhiên trong hầu hết các ngành và trong sinh hoạt; năng lượng từ khí sinh vật học Biogas, và cơ năng của nước (thủy điện trên sông và thủy điện thủy triều), trong đó nguồn năng lượng nước đã được khai thác từ rất sớm và ngày nay vẫn đang đóng góp một phần quan trọng trong cơ cấu năng lượng quốc gia

Năng lượng khai thác từ nguồn nước chủ yếu là cơ năng của dòng chảy mặt (sông, suối), của thủy triều và của các dòng hải lưu Trữ lượng thủy năng trên thế giới rất lớn Theo nghiên cứu và công bố của B Xlebinger tại hội nghị Năng lượng toàn thế giới lần thứ 4 (Luân Đôn - 1950), trữ lượng thủy năng trên thế giới được thống kê trong Bảng 1.3

Bảng 1.3: Trữ lượng thủy năng trên thế giới theo B Xlebinger

(103 Km2)

Trữ lượng (106 Kw)

Mật độ công suất (Kw/Km2)

200 2.309 1.155

717 1.110

119

17,3 55,0 38,2 29,5 62,5 13,9

Tổng cộng toàn trái đất 134.339 5.610 41,7

Theo một sô tài liệu nghiên cứu, nước ta có trên 1000 con sông suối (chiều dài > 10Km) với trữ năng tiềm tang khoảng 260 - 280 tỷ Kwh Trữ năng lý thuyết

& trữ năng kinh tế KT ở Việt Nam được thống kê trong Bảng 1.4 và Bảng 1.5

Bảng 1.4: Trữ năng lý thuyết và kinh tế-kỹ thuật các lưu vực lớn ở Việt Nam

4.752 7.572 31.175 1.256 2.556 4.575 1.688 1.239 7.948 2.636 10.335

Bảng 1.5: Trữ năng kỹ thuật các lưu vực lớn ở Việt Nam

Tổng cộng 247 21.200

1.1.4 Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên

Vòng tuần hoàn nước còn được gọi là Vòng tuần hoàn thủy văn (The

Hydrologic Cycle) là một quá trình liên tục, trong đó nước được vận chuyển từ các đại dương lên khí quyển, tới các lục địa rồi lại quay trở lại đại dương Quá trình tuần hoàn này được minh hoạ trong Hình 1.1

Hình 1.1: Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên

Động lực của vòng tuần hoàn nước là năng lượng mặt trời đã làm bốc thoát hơi nước, ngưng tụ thành mây sau đó mưa xuống đất và mặt đại dương, từ mặt đất nước mưa hình thành các dòng chảy mặt và ngầm rồi quay lại đại dương Trong quá trình trên, chất lượng nước thường xuyên bị thay đổi, điển hình nhất là nước mặn của biển khi bốc hơi trở thành nước ngọt Chu trình trên diễn ra liên tục trên phạm vi toàn cầu và đây là một quy luật vĩ đại của tự nhiên Do đó khi nghiên cứu

Mây & hơi nước

T: Thoát nước từ thực vật; E: Bốc hơi từ mặt đất và mặt nước

P: Mưa; R: Dòng chảy mặt; G: Dòng chảy ngầm; I: Dòng thấm

(T: Transpiration; E: Evaporation; P: Precipitation; R: Surface Runoff; G: Groundwater Flow; I: Infiltration)

các vấn đề về nguồn nước bao giờ cũng phải gắn kết với quy luật này, đây là nhiệm vụ của từng quốc gia, từng khu vực và của cả nhân loại

1.2 TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.2.1 Tài nguyên nước mặt

1.2.1.1 Nguồn tài nguyên nước trên thế giới

Bề mặt trái đất rộng 510 triệu km2 trong đó biển và đại dương chiếm 70,8% Tổng lượng nước thuỷ quyển trái đất vào khoảng 1454 triệu km3, trong đó nước mặn chiếm khoảng 1370 triệu km3 (chiếm 93,9%) hàm lượng muối trung bình trong nước biển là 3,5%, tức là khoảng 35g/lit Khoảng 7% lục địa là các hồ

tự nhiên, trong đó chứa khoảng 280.000 nghìn km3 nước ngọt 11% diện tích trái đất ở hai cực của địa cầu bị băng tuyết bao phủ, thể tích các núi băng ở đó khoảng

24 triệu km3, nếu chúng tan ra sẽ làm cho mực nước biển trên hành tinh tăng thêm

64 m Trữ lượng nước ngầm trên thế giới khoảng 8500 km3 Các con sông trên thế giới thường xuyên chứa khoảng 1200 km3 nước ngọt, tức là khoảng 1/1 000 000 tổng lượng nước các loại

Tuy trữ lượng nước và nước ngọt trên trái đất lớn như vậy nhưng lại phân

bố không đều theo không gian và thời gian Thí dụ trong khi ở Hawai (Mỹ) lượng mưa trung bình là 11084 mm/năm thì ở vùng Liev (Chilê) lại chỉ khoảng 8mm/năm Tại khu vực Yêmen có nhiều năm hầu như không có mưa, trong khi ở New Deli (Ấn độ) cách đó không xa, có năm lại mưa liên tục trong 4-5 tháng liên tiếp Những số liệu thống kê trên đây cho thấy nước là nguồn tài nguyên phong phú và quý giá đối với con người

Trữ lượng tài nguyên nước của trái đất được đánh giá bằng 1,445 tỷ km3 và phân chia như ở bảng 1.6

Bảng 1.6 Trữ lượng nước trên trái đất T

Diện tích

10 3 m 2

Khối lượng nước

10 3 m 2

% so với tổng lượng

trong đó ở vùng trao đổi

34.800 82.000

60.000 4.000

4,12 0,27

Tổng cộng 1.454.703,2 100

* có kể đến gần 5000 km3 nước trong các hồ chứa nhân tạo

** có kể đến gần 2000 km3 nước trong các hệ thống tưới

Xem các số liệu bảng 1.6 chúng ta thấy nước sông chiếm tỷ lệ nhỏ nhất (0,0001%) so với các dạng nước khác của thuỷ quyển, song nó lại có vai trò vô cùng quan trọng đối với con người, vì đó là nước nhạt, nước luôn vận động (chảy)

và tuần hoàn nên được tái tạo phục hồi rất mau chóng Chính vì thế mà tổng lượng dòng chảy của sông trên toàn cầu được tính tới 41.500km3/năm nghĩa là gấp 34,6 lần khối lượng nước chứa trong sông trong một thời điểm đó Nói cách khác, dòng chảy đã thay nước 34,6 lần trong một năm Nếu không có sự tuần hoàn nước như vậy thì con người đã chết vì thiếu nước, bởi lẽ nhu cầu sử dụng nước hiện nay đã đạt tới con số 15.000 km3/năm Trong các bảng 1.7, 1.8 và 1.9 là những số liệu tham khảo về phân bố lượng dòng chảy theo khu vực và ở một số sông lớn

Bảng 1.7 Lượng chảy sông theo châu lục Châu lục Diện tích

Bảng 1.8 Lượng dòng chảy của một số nước

Tên nước Diện tích

Pháp 551 183 332 0,4

* không kể lượng dòng chảy từ các nước lân cận

Bảng 1.9 Lượng dòng chảy một số sông lớn Tên sông

Diện tích lưu vực 10 3 km 2

Lượng dòng chảy trung bình năm km 3

Lưu lượng trung bình ở cửa sông

Về cơ cấu, nước đại dương (bao gồm cả nước biển) chiếm tỷ lệ lớn nhất: 94,2%

khối lượng, 70,84% diện tích bề mặt trái đất Như vậy, độ sâu nước trung bình của đại dương là 1795m, nơi sâu nhất tới 11.022m (vùng Marian của Thái Bình Dương)

Tuy nhiên, nước đại dương có độ mặn cao nên sử dụng còn hạn chế, chủ yếu khai

thác dưới dạng tiềm năng và môi trường như môi trường vận tải biển, môi trường phát triển và khai thác hải sản, sử dụng năng lượng thuỷ triều Đặc biệt tác dụng

to lớn của đại dương là môi trường điều tiết khí hậu

Đứng thứ hai về lượng là nước ngầm (4,12%), trong đó phần nước ngầm trao đổi

mạnh với nước mặt thông qua mối quan hệ thuỷ lực được ước tính bằng 4 triệu

km3 (xem bảng 1-10)

Bảng 1.10 Trữ lượng nước ngầm toàn cầu

Phạm vi

Khối lượng

Có thể sử dụng cho công nghiệp hoá

nếu sử dụng để tưới hoặc cấp nước sinh hoạt cần phải làm nhạt

Tổng các loại nước

ngầm theo dự báo

Bao gồm các loại nước nhạt, mặn, nước nóng, nước không áp và có

áp

Sử dụng cho các lĩnh vực khác nhau tuỳ theo tính chất

và nhu cầu

Lưu ý rằng việc đánh giá chính xác trữ lượng nước ngầm là vấn đề khó trong điều kiện hiện nay, vì khả năng khoan sâu có hạn (mới tới độ sâu 9000-10.000m), chi phí khoan khá cao, các phương pháp điều tra khác (như phương pháp địa vật lý, phương pháp phóng xạ, v.v ) còn chưa cho kết quả khả quan tin cậy đối với độ sâu lớn Số liệu ở bảng 1.10 là kết quả nghiên cứu của UNESCO trong chương trình “ Thập kỷ quốc tế về thuỷ văn - địa chất” giai đoạn 1966-1975

Nước ở dạng băng hà vĩnh cửu được đánh giá tới 24 triệu km3, bằng gấp 2 vạn lần thể tích nước sông Đây là loại nước tinh khiết, nhạt và sạch, tập trung chủ yếu ở hai đầu địa cực của Trái đất (Bắc và Nam cực)

Nếu giả thiết khối lượng băng hà tan thành nước (thể lỏng) thì mực nước biển và đại dương sẽ dâng cao thêm 64,4m Như vậy sẽ có bao nhiêu thành phố, làng mạc, đồng ruộng,v.v , kể cả nhiều quốc gia bị chìm ngập trong nước

Tuy vậy, một thực tế là nhiều quốc gia đã và sẽ thiếu nước nhạt một cách nghiêm trọng, do đó đã có các dự án nghiên cứu khai thác băng hà, kể cả vấn đề vận chuyển băng với cự ly xa tương tự như các dự án nghiên cứu làm nhạt nước biển

để sử dụng vào mục đích sinh hoạt hay tưới Đương nhiên giá thành để có 1 mét khối nước được khai thác như vậy còn khá cao, do đó các dự án nghiên cứu trên chỉ mới ở dạng thử nghiệm Hy vọng với sự phát triển của khoa học công nghệ trong thế kỷ 21 chi phí trong khai thác nước như vậy sẽ giảm rất nhiều và vì thế

phương thức làm nhạt nước biển hoặc khai thác nước băng hà sẽ trở thành phổ biến, chấp nhận được

1.2.1.2 Nguồn tài nguyên nước ở Việt Nam

Ở Việt Nam, do địa hình núi non và khí hậu nhiệt đới gió mùa tác động sâu sắc tới khối lượng và việc phân phối nước, nên lượng mưa rất không đều, gây ra lũ lụt và tình trạng thiếu nước thường xuyên Lượng mưa trung bình 2000 mm/năm, nhưng phần lớn là từ tháng 5 đến tháng 11 Khoảng 70-75% lượng mưa hằng năm được tạo ra trong 3 đến 4 tháng và 20-30% được tạo ra trong khoảng một tháng cao điểm Lượng nước trong 3 tháng có ít nước nhất chỉ có 1-2% (World Bank, 1996)

Việt Nam có thái thuận lợi về nước dựa trên hệ thống sông ngòi chằng chịt, địa hình và độ mưa thuận lợi và so với quy mô dân số Tổng số lượng nước trung bình hàng năm là 847 m3, trong đó chỉ riêng lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông chiếm 75% (World Bank, 1996) Tuy nhiên Việt nam nằm hầu như ở cuối hạ lưu sông Mê Kông, sông Hồng, sông Mã, sông Cả và sông Đồng Nai; chẳng hạn, hơn 90% lưu vực sông Mê Kông là nằm ngoài Việt nam và 90% dòng chảy của nó là bắt đầu ở ngoài; Một nửa sông Hồng là nằm ngoài và 1/3 dòng chảy của nó bắt nguồn từ Trung Quốc Do đó, khả năng có nước, đặc biệt là trong mùa khô khi các nước ở thượng nguồn sử dụng nhiều, là điều nằm ngoài tầm kiểm soát của Việt Nam

Việc phát triển các nguồn nước đòi hỏi phải có sự phối hợp rộng rãi trong khu vực Uỷ ban sông Mê Kông được thành lập 4/1995 nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến nước sông của các quốc gia có sông Mê Kông chảy ra

Nguồn nước mặt trên lãnh thổ Việt Nam bao gồm nguồn nước trực tiếp sản sinh trên phần lãnh thổ và nguồn nước từ lãnh thổ nước ngoài chảy vào các sông lớn liên quốc gia như hệ thống sông Hồng, sông Mã, sông Cả, sông vùng Đông Nam

Bộ, hệ thống sông Mê Kông

Tổng diện tích hứng nước của các sông hệ thống sông là 1 167 000 km2 Phần diện tích hứng nước nằm ngoài lãnh thổ là 823 250 km2, trong đó của sông Mê Kông 724 000 km2, sông Hồng 82 300 km2, sông Mã 10 800 km2, sông Cả 9 470

km2, các sông ở vùng Đông Nam bộ 6700 km2, hệ thống sông Bằng Giang - Kỳ Cùng 2658 km2

Tổng lượng dòng chảy năm trên các lưu vực sông Việt Nam khoảng 847 tỷ m3, trong đó có 327 tỷ m3 sản sinh trên lãng thổ Việt nam còn 520 tỷ m3 là từ nước

ngoài chảy vào Đặc trưng mưa và dòng chảy năm trên các lưu vực sông Việt nam được tổng hợp ở bảng 1.11 dưới đây:

Bảng 1.11 Đặc trưng mưa và dòng chảy năm trên các lưu vực sông

(mm)

Wo (10 9 m 3 )

Sông Kỳ Cùng nước ngoài

Bằng Giang nước ngoài

Sông Quay Sơn nước ngoài

- trong nước đến Việt Trì

10 Sông Cả: - ngoài nước

21 Hệ thốnh sông Đồng Nai: - ngoài nước

trong nước (cả vàm cỏ Đông, Vàm cỏ

- trong nước 70 520 1800 55,1 Tổng

NGUỒN NƯỚC MẶT TRÊN TOÀN LÃNH THỔ

(847 tỷ m 3 )

Nước ngoài 520 61%

Trong nước

327 39%

Hình 1.2 Nguồn nước mặt trên toàn lãnh thổ

1.2.2 Tài nguyên nước ngầm

Kiến tạo địa lý thuỷ văn của Việt Nam là không vững chắc, có nhiều chất

cacbonat và bazan Người ta tìm thấy các trầm tích không vững chắc suốt các vùng ven biển và châu thổ và là dự trữ đáng hứa hẹn nhất Sự kiến tạo từ cacbonat chủ yếu là ở miền Bắc Các tần ngậm nước bazan, hầu hết là ở cao nguyên trung phần là có hạn, các điều tra sơ bộ ước tính nguồn nước ngầm có thể khai thác được là khoảng 6-7 km3 mỗi năm (World Bank, 1996)

Hiện nay nguồn nước lấy ra hằng năm là không đầy 1 km3 Tuy nhiên, nước ngầm đáp ứng 30% nhu cầu về nước ở các thành phố; Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh dựa chủ yếu vào nguồn nước ngầm

Mới chỉ 15% dự trữ nước ngầm đã được khai thác do nguồn nước mặt nhìn chung

là dồi dào và không tốn kém trong hầu hết thời gian trong năm Đồng thời, nguồn nước mặt được nhấn mạnh do nhu cầu chống lụt Ngoài ra việc lấy nước ngầm có thể còn tốn kém đối với người nông dân Tuy nhiên, nhu cầu phát triển hơn nữa đang tăng lên ở các vùng mà ở đó đã hoặc dự tính sẽ xảy ra tình trạng thiếu các

nguồn nước ở trên mặt đất, hay ở đó chất lượng nước đang trở thành một vấn đề chẳng hạn như ở các vùng châu thổ sông Srepok, Đồng Nai và Mê Kông

Trữ lượng nước ngầm trên các lưu vực sông Việt nam đã được xác định như sau:

 Lưu lượng sông Bằng Giang-Kỳ Cùng có trữ lượng động tự nhiên là 3 296

160 m3/ngày, với mô số ngầm 25 l/s.km2

 Vùng ven biển Quảng Ninh có trữ lượng động tự nhiên là 1 907 712

m3/ngày, lưu lượng dòng ngầm là 1,5  7 l/s.km2

 Lưu vực sông Lô (Flv=22 000 km2) có độ chứa nước nghèo với trữ lượng động tự nhiên 61 846 063 m3/ngày, với mô số ngầm từ 3  7 l/s.km2

 Lưu vực sông Đà (Flv=26 800 km2) có độ chứa nước từ nghèo tới trung bình, trữ lượng động tự nhiên 16 597 267 m3/ngày, với mô số dòng ngầm từ

3  10 l/s.km2

 Lưu vực sông Thao (Flv=12 000 km2) có độ chứa nước ngầm từ nghèo tới trung bình với trữ lượng động tự nhiên 6 428 160 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 3  7 l/s.km2

 Lưu vực sông Thương (Flv=6 650 km2) có độ chứa nước nghèo với trữ lượng động tự nhiên 1 149 120 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 2  3 l/s.km2

 Vùng đồng bằng Bắc Bộ (F =17 000 km2), có trữ lượng động tự nhiên 7

180 539 m3/ngày, mô số dòng ngầm biến đổi từ 3  10 l/s.km2

 Lưu vực sông Cầu (Flv=6 030 km2) có trữ lượng động tự nhiên 1 823 472

m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 2  5 l/s.km2

 Lưu vực sông Lục Nam (F=2 295 km2) có trữ lượng động tự nhiên là 99

100 m3/ngày, với mô số dòng ngầm nhỏ hơn 0,5 l/s.km2

 Lưu vực sông Mã (F=17 600 km2) có trữ lượng động tự nhiên 16 5997 267

 Vùng ven biển Quảng Nam tới Bình Định (F=8 870 km2) có trữ lượng động

tự nhiên là 2 797 200 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 3  10 l/s.km2

 Lưu vực sông Ba (F=13 800 km2) có trữ lượng động tự nhiên là 4 173 000

m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 1  5 l/s.km2

 Lưu vực sông Sê San (F=11 450 km2) có trữ lượng động tự nhiên 5 441 040

m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 5  6 l/s.km2

 Lưu vực sông Srepok (F=30 100 km2) có trữ lượng động tự nhiên 10 402

560 m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 3  5 l/s.km2

 Vùng ven biển Thuận Hải (F=9 347 km2) có trữ lượng động tự nhiên là 2

422 472 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 1  5 l/s.km2

 Lưu vực sông La Ngà (F=4170 km2) có trữ lượng động tự nhiên 3 062 448

m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 7  10 l/s.km2

 Lưu vực sông Đồng Nai (F=37394 km2) có trữ lượng động tự nhiên 24 231

312 m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 5  10 l/s.km2

 Lưu vực sông Bé (F=7170 km2) có trữ lượng động tự nhiên 3 097 440

m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 5  7 l/s.km2

 Lưu vực sông Sài Gòn (F=5010 km2) có trữ lượng động tự nhiên 3 246 480

m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 5  10 l/s.km2

651 616 m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 3  5 l/s.km2

 Lưu vực sông Vàm Cỏ Tây (F=3280 km2) có trữ lượng động tự nhiên 850

176 m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 2  5 l/s.km2

 Tổng trữ lượng động tự nhiên toàn quốc khoảng 195 666 650 m3/ngày, tương đương 2264 m3/s

 Tổng trữ lượng nước ngầm cấp (A+B) là 986 500 m3/ngày Trữ lượng khai thác cấp C1 là 2 400 000 m3/ngày, cấp C2 là 10 400 000 m3/ngày

1.3 NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG VÀ KHAI THÁC TÀI NGUYÊN

NƯỚC

1.3.1 Nguyên tắc sử dụng tổng hợp nguồn nước

Nguyên tắc chung khi khai thác và sử dụng nguồn nước là: Khai thác sử dụng tổng hợp nguồn nước, phối hợp lợi ích giữa các ngành, phân phối chi phí

cho các ngành hợp lý trên cơ sở nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước đến mức

cao nhất và Mọi ngành, mọi người đều có quyền bình đẳng trong khai thác sử

dụng nguồn nước

Thực tế trong lĩnh vực thủy lợi đang phải đối mặt với các vấn đề sau:

- Nhu cầu vô hạn > < Khả năng có hạn của nguồn nước;

- Nhu cầu khá ổn định (trong thời kỳ tính toán) > < Khả năng biến

- Nhu cầu của ngành này > < Nhu cầu của ngành khác (TD: Cần tích

trữ nước ở hồ chứa để phục vụ mục đích cấp nước trong mùa kiệt > < Nhu cầu xả nước để đảm bảo chống lũ cho bản thân công trình và phòng lũ hạ du)

Do đó bài toán đánh giá hiệu quả sử dụng tổng hợp rất phức tạp Muốn đánh giá một cách đầy đủ và khách quan, cần có những mô hình tổng hợp và các phương pháp tối ưu sử dụng nguồn nước Thông thường để đánh giá hiệu quả sử dụng phải thông qua bài toán phân tích Chi phí-Lợi ích của dự án trên quan điểm tổng hợp và khách quan

Hiện nay nhiều ngành kinh tế quốc dân đều có nhu cầu tăng lên về sử dụng nước Hơn nữa một nguồn nước hay một lưu vực, một con sông hiện nay đã và đang phục vụ cho nhiều ngành, kể cả các ngành nằm trong phạm vi lưu vực và cả những ngành, những đơn vị nằm ở địa bàn thuộc lưu vực khác Có thể minh họa tính đa chức năng trong phục vụ qua hệ thống sông Đà ở Miền Bắc nước ta hoặc

hệ thống sông Đồng Nai ở Miền Nam

Với hệ thống sông Đà, chúng ta cùng một lúc khai thác năng lượng của dòng chảy để phát điện thông qua những bậc thang thủy điện như Hòa Bình, Sơn

La, Lai Châu, Huội Quảng, trên dòng chính và dòng nhánh Mặt khác nhu cầu cấp nước cho hạ du (đồng bằng châu thổ sông Hồng và sông Thái Bình) ngày càng tăng nhanh, yêu cầu về lưu lượng tối thiểu ở hạ lưu để đảm bảo tầu thuyền trên sông đi lại bình thường Mặt khác các hồ chứa lớn ở thượng nguồn sông Đà còn có nhiệm vụ phòng lũ cho hạ du, đảm bảo mực nước lũ không uy hiếp hệ thống đê điều Nếu kể đến nhiệm vụ khai thác cảnh quan du lịch và nuôi trồng thủy sản lòng hồ thì mỗi hồ như vậy là mục tiêu khai thác của nhiều ngành kinh tế quốc dân khác nhau

Trong khi năng lực của dòng chảy có hạn, các ngành kinh tế khai thác nguồn thủy lợi đều quan trọng, thì một hồ chứa được xây dựng phải thỏa mãn nhiều nhiệm vụ, những hồ chứa này được gọi là "hồ chứa sử dụng tổng hợp" hay

"Hồ chứa đa chức năng" Đối với hồ chứa đa chức năng thì nhiệm vụ phát điện hay bất cứ nhiệm vụ nào khác đều không thể giữ vai trò tuyệt đối nữa mà buộc phải san sẻ chi phí cũng như lợi ích thu được từ nguồn nước Như vậy việc tính toán cân đối quá trình khai thác tổng hợp nguồn nước càng trở nên phức tạp Vấn

đề sử dụng tổng hợp nguồn nước và nâng cao hiệu quả khai thác sẽ được làm rõ dần trong các chương tiếp theo

Còn có một số hệ thống sông ở Việt Nam, ngoài nhu cầu tương tự như hệ thống sông Đà về phát điện, cấp nước phục vụ tưới, sinh hoạt, giao thông thủy, các công trình và hồ chứa còn phải thỏa mãn thêm hai nhiệm vụ nữa là đẩy mặn ở

hạ lưu và san sẻ nguồn nước của lưu vực cho các tỉnh thuộc lưu vực khác có nguồn nước mặt không dồi dào Như vậy chế độ xả nước của các hồ chứa phải tuân thủ nhiệm vụ đẩy sức dồn ép của thủy triều và qua đó giữ được những diện tích trồng trọt ít bị xâm nhập măn hơn Trong khi đó khả năng của nguồn nước phía thượng lưu lại bị cắt giảm để phục vụ nhiệm vụ chuyển nước sang lưu vực khác

Trên đây là những vấn đề phức tạp của bài toán điều tiết dòng chảy trong thực tế Trong sự phát triển chung của xã hội, độ phức tạp trên ngày càng gia tăng

Do đó vấn đề sử dụng tổng hợp nguồn nước và nâng cao hiệu quả khai thác càng trở nên quan trọng, trong các chương tiếp theo, những phương pháp đánh giá và phương pháp tính toán để giải quyết vấn đề trên sẽ được đề cập cụ thể

1.3.2 Phương trình cân bằng nước

Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên diễn ra liên tục trên phạm vi rộng và

có sự tham gia của nhiều thành phần, trong khi việc nghiên cứu và sử dụng nguồn nước lại diễn ra trong phạm vi hẹp hơn nhiều Do đó phương trình cân bằng nước đối với mỗi phạm vi hẹp hơn hoặc đối với mỗi hệ thống bất kỳ có thể được viết như sau:

dt

dS O

Trong đó: I : Lưu Lượng nước vào hệ thống (m3/s)

O : Lưu Lượng nước ra khỏi hệ thống (m3/s)

dS/dt : Sự biến đổi của dung tích nước trong hệ thống trên đơn vị thời gian

- Đối với một hệ thống sử dụng nước mặt, có thể viết phương trình cân bằng nước như sau:

- Tổng hợp (1.2) và (1.3) ta có phương trình cân bằng nước cho một hệ thống nói chung:

P - (R2 - R1) - (Es + Eg) - (Ts + Tg) - (G2 - G1) = Ss + Sg (1.4)

Es, Eg: Bốc hơi từ bề mặt và từ lòng đất

Ts, Tg: Thoát hơi thực vật từ bề mặt và từ lòng đất

I: Dòng thấm từ mặt đất xuống tầng đất bên dưới

 Thí dụ 1.1: Trong một năm quan trắc của một lưu vực rộng 10.000 Km 2 có số liệu là: lượng mưa 1500mm,

lưu lượng trung bình năm tại cửa sông của lưu vực là 120 m 3 /s Hãy ước tính lớp nước tổn thất bốc và thoát hơi từ lưu vực trong năm

Giải: Sử dụng phương trình (1.5): P - R - G - E - T = S và dồn bốc thoát hơi sang một vế với

ký hiệu: ET, ta có: ET = P - R - G - S Trong đó ET chưa biết, P (mưa) và R (dòng chảy

mặt) đã biết Như vậy cần phải biết được G (dòng chảy ngầm) và  S (độ thay đổi dung tích nước trong năm) thì mới có thể tính được ET

Muốn vậy cần phân tích và lập các giả thiết như sau:

- Vì lưu vực rất lớn (10000Km 2 ) do đó có thể coi đường phân thủy bề mặt và phân thủy nước ngầm là trùng nhau Do đó thành phần G có thể coi là zero (Lưu ý rằng với lưu vực nhỏ thì giả thiết này không còn phù hợp nữa)

- Trong thời đoạn 1 năm (khá dài), có thể coi dung tích nước ngầm của lưu vực là không đổi, còn dung tích phần nước mặt (lượng nước có trong sông suối) cũng không đổi trong năm Như vậy  S = 0 (Lưu ý rằng với thời đoạn ngắn thì giả thiết này sẽ mắc sai số rất lớn nên không sử dụng được)

Với hai giả thiết trên phương trình cân bằng nước còn lại: ET = P - R

Đổi R thành lớp nước mặt bình quân trong năm (lưu ý đến đổi đơn vị) như sau:

) 2 m ( lv F

1 x m

mm x nam 1

s x s

3 m ) mm (

mm 4 , 378 6

10 10000 x 1 x 1 x 1

1 x 1000 x 31536000 x

120

Do đó tính được: ET = 1500 - 378,4 = 1121,6 mm/năm

 Thí dụ 1.2: Cũng trong lưu vực trên, ở Trạm khí tượng A có quan trắc bốc hơi mặt nước từ thùng đo bốc hơi,

lớp nước bốc hơi từ thùng đo trung bình trong năm là 980 mm Hãy tính lớp nước tổn thất từ thoát nước thực vật trong năm

Giải: Từ phương trình: ET = P - R hay T = P - R - E , thay số liệu vào ta được:

T = 1500 - 378,4 - 980 = 141,6 mm/năm

1.3.3 Các phương pháp khai thác tài nguyên nước

1.3.3.1 Phân loại năng lượng nước

Năng lượng nước hay gọi tắt là Thủy Năng, là năng lượng tiềm tàng trong

nước Năng lượng nước tiềm ẩn dưới ba dạng: Hoá năng, Nhiệt năng và Cơ năng

Hoá năng của nước biểu hiện chủ yếu trong việc tạo nên các dung dịch muối, sự hòa tan các đất đồi núi trong nước sông, nước biển Mặc dù loại năng lượng này tiềm ẩn một lượng rất lớn, nhưng phân bố rất phân tán, cho nên đến nay con người chưa tìm được phương pháp khai thác chúng một cách có hiệu quả

Nhiệt năng của nước thiên nhiên có thể sử dụng thông qua các sơ đồ khai thác mức chênh lệch nhiệt độ giũa các lớp nước hoặc giữa nước và không khí (Biển nhiệt đới có nhiệt độ lớp nước phía trên khoảng +200 đến +250, còn của lớp bên dưới là +400; Nhiệt độ nước các sông không đóng băng ở các cực trái đất là +10 đến +40 trong khi nhiệt độ không khí là -300 đến -400) Tuy nhiên cho đến nay con người cũng chưa lưu ý và tìm được các biện pháp hiệu quả để khai thác nhiệt năng của nước một cách tập trung

Cơ năng của nước thiên nhiên bao gồm: năng lượng nước mưa rơi trong khí quyến, sự chuyển động của các tảng băng, sự vận chuyển liên tục của nước và phù

sa trong sông suối thiên nhiên, dòng chảy của các dòng hải lưu, năng lượng sóng biển và sóng triều Hiện nay chưa có con số ước tính về trữ năng tiềm tàng của sóng biển trên trái đất, nhưng có thể tham khảo một ước tính của năng lượng sóng biển trên 1 Km chiều dài bờ biển phía châu Âu của Đại Tây Dương khoảng 100.000 KW Tuy vậy công suất đó rất thất thường và thay đổi lớn theo thời gian Tuy có một số trạm thí nghiệm sử dụng loại năng lượng này nhưng đòi hỏi phải giải quyết rất nhiều vấn đề kỹ thuật phức tạp, do đó hiện nay còn chưa đánh giá được triển vọng Theo tính toán rất sơ bộ năng lượng tiềm tàng của sóng thủy triều lên và xuống vào khoảng vài trăm triệu KW Năng lượng thủy triều không đều nhưng có chu kỳ rõ ràng, phương pháp tính và phương pháp khai thác dạng năng lượng này đã được triển khai thành công ở Mỹ, Anh, Pháp Nhưng chi phí xây dựng loại trạm phát điện này rất lớn cho nên hiện nay số lượng các trạm điện thủy triều còn hạn hẹp

Riêng việc sử dụng cơ năng của dòng chảy mặt trong sông có một ý nghĩa

to lớn và thực thi, ngày nay việc khai thác thủy năng sông ngòi bằng TTĐ đã rất phổ biến trên thế giới bởi vì những ưu điểm của loại hình khai thác này Đó cũng

là nội dung chủ yếu của môn học Thủy Năng Tuy nhiên về mặt khái niệm, chúng tôi cũng xin điểm qua đôi nét về năng lượng của sóng biển và năng lượng thủy triều trước khi đi sâu vào vấn đề thủy năng sông ngòi

1.3.3.2 Đánh giá nguồn năng lượng nước sông suối

Năng lượng nước sông nói riêng và năng lượng nước nói chung được đánh giá cao thông qua những đặc điểm chủ yếu sau:

- Là nguồn năng lượng tiềm tàng với trữ lượng rất lớn;

- Có thể tính toán và tập trung khai thác thuận lợi;

bất lợi của dòng chảy trong sông đối với đời sống con người

1.3.3.3 Đơn vị đo công suất và điện năng

Vấn đề đơn vị đo luôn luôn là phức tạp vì mỗi nước, đặc biệt là những nước công nghiệp phát triển đều có hệ đơn vị đo riêng của mình Mặc dù có hai hệ đơn

vị đo được sử dụng rộng rãi hơn cả là hệ Mét (Metric System) và Hệ Anh (British System), nhưng trong lĩnh vực năng lượng, thực tế lại tồn tại khá nhiều hệ đo Thí

dụ đơn vị tính công suất thường là KW, trong khi các hãng sản xuất máy thủy lực của lại dùng đơn vị Mã lực để ghi trên máy của họ (HP: các hàng Anh, PS: các hãng Đức, CV: các hãng Pháp) Do đó cần thiết phải trao đổi về đơn vị đo công suất và điện năng để thuận tiện trong sử dụng

Đối với công suất: đơn vị đo thông dụng nhất trên thế giới và ở nước ta là

"Kilowatts" (có thể ký hiệu là: KW, kW hay Kw) Còn đơn vị đo năng lượng là:

"Kilowatt-Giờ" hay "Kilowatthours", ký hiệu là KWh Khi số lượng lớn hơn đơn

vị, các chuẩn đo có thể là:

1 Kilowatt (KW) = 10 3 Watt

1 Megawatt (MW) = 10 6 Watt = 10 3 KW 1 Megawatt-giờ = 10 3 KWh

1 Gigawatt (GW) = 10 9 Watt = 10 6 KW 1 Gigawatt-giờ = 10 6 KWh

1 Terawatt (TW) = 10 12 Watt = 10 9 KW 1 Terawatt-giờ = 10 9 KWh

- Đối với đơn vị Mã lực (HP) lưu ý có 2 loại đơn vị đo là: "HP" hệ Metric và

"hp" hệ British:

1 HP [Metric system] = 0,9863 hp [British system]

(kilogram-met/giây) và đơn vị đo điện năng là kgm (kilogram-met)

Thí dụ 2.1: Tính năng lượng thu được bằng KWh khi đốt 1kg than loại nhiệt lượng 4000 cal/kg tại

một nhà máy nhiệt điện có hiệu suất toàn bộ là 24%

Giải: Vì hiệu suất tổng cộng là 24% , khi đốt 1 kg than trên sẽ thu được: 0,24 x 4000=960

Cal

Từ (2.6): 1KWh = 860 Cal ta có: 960/860 = 1,12 KWh

Thí dụ 2.2: Tính số kg than (loại nhiệt lượng 4000Cal/kg) tiết kiệm được trong một năm khi đưa

một nhà máy thủy điện vận hành với công suất trung bình trong năm là 8000 KW Giả

sử biết tỷ suất sản xuất điện bằng than là 3500 Cal/1 KWh

Giải: Sản lượng điện trong 1 năm của TTĐ tính được là:

8000 KW x 365 ngày x 24 giờ/ngày = 70 10 6 KWh Nếu cùng sản lượng trên thì nhà máy nhiệt điện phải cấp đủ số Calo sau:

3500 Cal/KWh x 70 10 6 KWh = 24,5 10 10 Cal Cuối cùng ta tính được số kg than 4000 (Cal/kg) tiết kiệm được:

kg kg

Cal Cal

10 12 , 6 /

4000

10 10 5 ,

1.3.3.4 Năng lượng sóng biển

Năng lượng sóng biển cũng có nguồn gốc từ năng lượng bức xạ mặt trời, nguyên nhân trực tiếp tạo nên sóng trên đại dương là do gió, nhưng gió lại có nguyên nhân từ ánh sáng mặt trời thay đổi theo ngày và đêm Lịch sử sử dụng năng lượng sóng biển có thể được tính từ năm 1926 tại thành phố Atlantic City khi máy phát điện chạy bằng năng lượng sóng biển sử dụng cho thắp sáng Tuy vậy sau đó nhiều thập kỷ, không có nhiều những công trình thử nghiệm tương tự Trong các cố gắng chế tạo các hệ thống sử dụng loại năng lượng này thì hệ thống

Phao trống - Neo được thử nghiệm nhiều Hệ thống này có cấu tạo sơ bộ như sau: Một phao nổi hình trống bên ngoài cuốn dây, hai đầu dây được neo cố định xuống đáy biển, dưới tác động của sóng biển phao trống lăn đi lăn lại và truyền chuyển động lăn tới trục máy phát điện

Về mặt lý thuyết, các nhà khoa học Anh, Nauy, Thụy Điển, Mỹ, Canada và Nhật Bản có công đi đầu trong việc nghiên cứu đánh giá tiềm năng sóng biển, xây dựng lý thuyết tính toán và sơ đồ nguyên lý khai thác năng lượng sóng Năng lượng tiềm tàng của sóng biển (tính theo KW hoặc kgm/s) được tính trên 1 mét dài theo phương vuông góc với con sóng tới

Công suất trung bình do một con sóng hình Sin có thể tính theo công thức sau (xem cuốn "Low-Head Power Plants", Emil Mosonyi, Budapest 1987):

kd ( T H 32

kd ( h g tan ) kd 2 ( h Sin

d k 2 1 T H 32

Một số nghiên cứu cho rằng, có thể khai thác được khoảng 50% năng lượng tiềm tàng trên trên của sóng biển, và nếu hiệu suất máy khai thác khoảng 50% nữa thì từ công thức (2.9) có thể sơ bộ tính được trữ năng kỹ thuật của sóng biển là:

N = 0,995 H2 T x 0,25  0,25 H2 T (KW/m) (2.10) Với phương pháp ước tính như trên, công suất kỹ thuật đoạn 1000km dọc

bờ biển phía Tây Vương quốc Anh có thể khai thác được 12.000 MW

Thí dụ 2.3: Sử dụng công thức (2.10) ước tính công suất có thể khai thác được từ sóng biển trên

chiều dài 1500 km của nước ta, nếu chiều cao sóng trung bình là 1,2m, và chu kỳ sóng

có thể khai thác Hình 2.1 giới thiệu một trong các sơ đồ khai thác đó, sơ đồ có tên gọi "NEL Breakwater Converter" - Máy phát điện sóng va NEL

ChiÒu sãng

Hình 1.3: Sơ đồ khai thác năng lượng sóng biển NEL

Nhìn sơ đồ ta thấy tuốc bin khí được đặt ở tầng trên, tầng này thông với tầng dưới và thông với bên ngoài qua những van một chiều Khi sóng tác động làm mực nước ở tầng dưới dâng cao, đẩy luồng không khí qua tuốc bin làm quay tuốc bin và máy phát điện Ngược lại khi mực nước tầng dưới hạ, thì không khí từ ngoài tràn vào buồng trên, qua tuốc bin để xuống tầng dưới và một lần nữa trao năng lượng cho tuốc bin và máy phát điện

1.3.3.5 Khai thác năng lượng thuỷ triều

Hiện tượng thủy triều có nguyên nhân là chênh lệch sức hút của Mặt trời và Mặt trăng đối với Quả đất Trong một ngày đêm, mực nước biển có thể một (triều

có chu kỳ 1 ngày) hay hai lần (triều có chu kỳ nửa ngày) nâng cao (triều cường)

và xuống thấp hơn mực nước trung bình Các loại triều khác là những tổ hợp khác nhau của hai loại triều trên Với quan điểm khai thác năng lượng nước, năng lượng thủy triều khá hứa hẹn bởi trữ lượng lớn, là nguồn năng lượng tồn tại cùng với thời gian và khả thi trong khai thác Trên thế giới, một số nước đã xây dựng

nhà máy điện thủy triều, riêng ở Việt Nam vấn đề này còn bỏ ngỏ Tuy vậy, chương này cũng dành một phần nhỏ giới thiệu ngắn gọn về dạng năng lượng này

và phương pháp khai thác

Theo các tài liệu thống kê, có thể quan sát được độ dâng cao của thủy triều tại một số vùng bờ biển như sau:

Vùng bờ biển Mức triều cường Max (m) Mức triều cường TB (m)

Với mức độ chênh lệch cột nước như vậy nếu tập trung được lưu lượng thì

có thể khai thác sản lượng điện năng đáng kể TTĐ thuỷ triều lớn nhất có lẽ là ở vịnh Passamaquoddy, gần biên giới Mỹ-Canada với Nlm = 100-150 MW và đầu

tư khoảng 40 triệu USD theo thời giá lúc đó (1935-1938)

Theo phân tích, trạm điện thủy triều chỉ hiệu quả khai quy mô khai thác lớn (Nlm lớn), từ vài trăm MW hay hơn nữa Một số phương án khái thác điện thủy triều có thể kể ra như sau:

Trạm: Rance Project (1950): Nlm = 221 MW; E0 = 550 GWh Passamaquoddy giai đoạn 2 (1969): Nlm = 4900 MW; E0 = 16.000 GWh

Bảng 1.12: Một số dự án thủy điện thủy triều (theo E.M Wilston, Water Power, 9/1983)

(MW)

E 0

(GWh)

Số lượng TB loại D 1 =7,6m

Độ dao đông triều

TB Anh

20

3

400

13.000 1.020

530

715

- 1.600 1.200

55 5.500 3.420 12.600

- 5,2 4,6 4,1 7,8 10,5 12,4 6,7

6

6

Mezenskaya 10.000 - - 6

Sơ đồ khai thác trạm điện thủy triều về mặt nguyên tắc có thể giải thích trong Hình 1.4

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ nhà như sau:

lúc này mực nước bể B1 cao hơn B2, khi triều lên:

rút: đóng van 1 và mở Van 2 để nước trong bể B2 B1 chảy ra biển Quá trình này lặp đi lặp lại như vậy

Yêu cầu hoạt động của Van 1 và 2 rất nhịp nhàng,

mà thành chu kỳ theo chu kỳ đóng mở van hay chu

kỳ triều cường và triều rút

Hình 1.4: Sơ đồ khai thác năng

lượng thủy triều

(Theo F.J de Vos)

Dựa theo sơ đồ nguyên lý trên và theo các phương án khai thác khác nhau nhằm giảm tính không liên tục trong khai thác, TTĐ triều có thể được phân thành các loại sau:

(1) : Hệ thống quay vòng đơn:

(1a): Hệ thống vòng đơn khai thác lúc triều rút (Hình 1.4)

(1b): Hệ thống vòng đơn khai thác khi triều cường (Hình 1.5)

(2): Hệ thống quay vòng kép: khai thác cả hai chiều (Hình 1.6)

Loại II: TTĐ triều với 2 bể cấp:

(3): Hệ thống 2 bể làm việc thay đổi (Hình 1.7)

-+

Hmax Mùc n-íc biÓn TB

T = 1 ngày đêm

Hmin

Hmin +

Hình 2.4: Sơ đồ 1 bể khai thác vòng đơn khi triều c-ờng

Hỡnh 1.6: Sơ đồ khai thỏc bể vũng đơn khi triều cường

t7 t0

t1 t2

t5 t6 t3 t4 0

Mực n-ớc tại bể hạ

l-u

Van 1

Van 2 Biển

NMTĐ

Bể th-ợng l-u

Bể hạ l-u

Hỡnh 1.7: Sơ đồ hệ thống 2 bể làm việc đồng thời

Trong cỏc cơ đồ trờn, về mặt nguyờn tắc, năng lượng do chờnh lệch cột nước của khối nước trong bể thượng lưu và biển hoặc bể thượng lưu và bể hạ lưu được truyền cho tuục bin Cũng về mặt nguyờn tắc, do thời gian triều cường và triều rỳt cú chu kỳ, cho nờn năng lượng thu được cũng theo chu kỳ Qua cỏc sơ đồ trờn (từ 1.4 đến 1.7), mỗi bước cải tiến đều dẫn đến việc năng lượng thu được sẽ

điều hòa hơn, trong đó sơ đồ hệ thống 2 bể cùng làm việc cho năng lượng điều hòa hơn cả Sơ đồ này dựa trên nguyên tắc tương tự như với các TTĐ trên sông, khi phát điện, năng lượng chủ yếu phụ thuộc vào cao trình và khối lượng nước trong hai bể Còn ở sơ đồ hai bể độc lập (hay làm việc thay đổi) thì năng lượng thu được do chênh lệch cột nước của khối nước giữa bể và mực nước biển (trường hợp này khi các tổ máy của hai bể làm việc lệch pha nhau sẽ cho biểu đồ năng lượng tổng cộng khá điều hòa Nói chung do chu kỳ thủy triều ngắn, chỉ 8-14 giờ, cho nên hệ thống thiết bị là rất quan trọng, tuốc bin lớn, làm việc theo cả hai chiều, hệ thống van phải làm việc tự động và rất nhịp nhàng, Ngoài ra, vốn đầu

tư cho TTĐ thủy triều phải rất lớn và quy mô trạm cũng phải rất lớn, số lượng tổ máy có thể lên đến hàng trăm tổ máy

Hình 1.8 dưới đây trình bày một sơ đồ bố trí nhà máy điện thủy triều để minh họa Nhà máy này có các tuốc bin làm việc hai chiều với hệ thống của van xoay Về nguyên lý tính toán thủy năng cho trạm thủy điện triều sẽ được đề cập bên dưới

Hình 1.8: Bố trí trạm thủy điện triều với tuốc bin làm việc hai chiều và hệ thống cửa van xoay

(Theo G Wickert)

1.3.3.6 Năng lượng dòng chảy mặt

(a) Năng lượng toàn phần và năng lượng có thể khai thác được

Trước hết chúng ta xác định năng lượng của một hạt nước có khối lượng G đang chuyển động trong dòng nước chảy, sau đó sẽ nghiên cứu tổn thất ma sát và xác định năng lượng của dòng chảy trong một đoạn lòng dẫn Bắt đầu với (Hình 1.9)

Với các ghi chú trên Hình 1.9, khối lượng hạt nước là G, chịu áp suất P, chuyển động với vận tốc v, tại cao độ h1 cao hơn cao trình mặt chuẩn và cách mặt nước một độ sâu h2, mặt nước có áp suất khí trời P0 Chúng ta biết cơ năng của nước (chất lỏng) thể hiện dưới 2 dạng: Thế năng và Động năng Trong đó thế năng gồm

Vị năng (G.Z), áp năng (G p/), còn Động năng (G.v2/2g)

Hình 1.9: Sơ đồ hạt nước chuyển động

Hệ số động năng  có thể gần đúng coi bằng 1 Như vậy áp dụng công thức Becnuili với mặt chuẩn cao độ Z trong trường hợp hạt nước chuyển động, ta có thể tính năng lượng (cơ năng) tổng cộng của hạt nước bằng công thức:

Công thức (2.26) biểu thị năng lượng tổng cộng của hạt nước so với mặt chuẩn Nếu lấy mặt chuẩn sao cho áp suất bằng áp suất khi trời (p0/) hay thế năng tại mặt chuẩn là (Z + p0/) thì cơ năng tổng cộng của hạt nước có khối lượng G so với mặt chuẩn là:

là phân biệt năng lượng có thể khai thác được (ký hiệu là E0) của hạt nước chỉ là:

2 1

Hình 1.10: Tính năng lượng một đoạn sông

Xét một đoạn sông được giới hạn bởi hai mặt cắt 1-1 và 2-2 (Hình 1.10) Trong quá trình dòng chảy từ MC1-1 đến MC2-2 dòng nước đã tiêu tốn một năng lượng vào:

- Khắc phục nội ma sát và ma sát giữa dòng chảy với lòng dẫn

- Vận chuyển bùn cát và vật nổi cùng với dòng chảy

Để tính được phần năng lượng trên, chúng ta cần nêu một số giả thiết như sau:

trung về lưu lượng giữa hai mặt cắt;

- Coi hệ số phân bố động năng tại hai mặt cắt 1 và 2 gần đúng bằng 1;

Như vậy trong khoảng thời gian là t giây sẽ có thể tích nước W = Q t (m3)

đi qua hai mặt cắt Năng lượng toàn phần tại 1-1 và 2-2 như sau:

E

2 1 1 1 1

Z W

E

2 2 2 2 2

Z W g

v p Z W E E

E

2 2 2 2 2

2 1 1 1 1 2

p ) Z Z ( W E E

E

2 2 2

2 1 1 2 1 2 1 2

p ) Z Z ( Q t

E N

2 2 2

2 1 1 2 1 2

p ) Z Z ( H

2 2 2

2 1 1 2 1 2 1 tp

Cột nước toàn phần gồm 3 thành phần: Cột nước địa hình, Cột nước áp suất

và Cột nước vận tốc Theo giả thiết trên và nếu coi đoạn sông khá ngắn, ta có thể coi cột nước áp suất và cột nước vận tốc đều bằng không Cuối cùng cột nước có

ý nghĩa nhất về năng lượng đối với đoạn sông là cột nước địa hình (H)

1.3.3.7 Đánh giá năng lượng của một con sông

Để đánh giá trữ năng lý thuyết của một con sông hay của cả hệ thống sông lớn gồm dòng chính và các phụ lưu, phương pháp thường được sử dụng trong thực tế là dùng các công thức (2.32) và (2.33) cho từng đoạn ngắn của sông, sau

đó cộng luỹ tích cho toàn bộ các phụ lưu và dòng chính Để thuận tiện trong sử dụng, có thể theo các bước sau đây:

(1) Thu thập các tài liệu cần thiết bao gồm: bản đồ địa hình khu vực

(thường là tỷ lệ 1/50.000), bản đồ và tài liệu đo mưa, đo lưu lượng (nếu có)

(2) Nghiên cứu bản đồ địa hình và tiến hành phân đoạn theo nguyên tắc:

phân đoạn cho sông nhánh trước, sông chính sau Chiều dài mỗi đoạn không quá lớn (có thể lấy chiều dài mỗi đoạn không lớn hơn 10 Km)

và trong đoạn có các yếu tố thủy lực ít thay đổi, thường các mặt cắt phân đoạn là những chỗ có sông nhánh đổ vào, chỗ có thác nước, chỗ

dự định sẽ xây dựng công trình

(3) Xác định đường phân thủy lưu vực cho mỗi đoạn Đo diện tích lưu

vực tập trung nước của mỗi đoạn

(4) Xác định cao độ đáy sông tại các mặt cắt phân đoạn; Xác định lưu

lượng tại các mặt cắt phân đoạn

(5) Đối với mỗi đoạn, tính độ chênh mực nước bằng độ chênh địa hình

giữa hai mặt cắt, lưu lượng tính toán là trung bình cộng của lưu lượng mặt cắt đầu và mặt cắt cuối của đoạn Sử dụng công thức (2.32) để tính công suất lý thuyết của đoạn sông Sau đó cộng lỹ tích công suất của các đoạn ta sẽ có công suất lý thuyết của cả con sông hay hệ thống sông Điện năng lỹ thuyết của con sông trong một năm được xác định theo (2.33), trong đó thời gian t = 8760 giờ, công suất

là công suất lý thuyết cộng dồn vừa tính được

(Như vậy mức độ chính xác của kết quả sẽ phụ thuộc khá nhiều vào việc chia đoạn dài hay ngắn, ước tính độ dốc của đoạn sông và xác định lưu lượng mỗi mặt cắt như thế nào)

Sau khi tính công suất và điện năng lý thuyết trong năm của con sông hay

hệ thống sông, cần phải xác định thêm một số số liệu khác nói lên đặc trưng chung của lưu vực sông như: độ dốc trung bình của con sông (hay độ dốc trung bình của lưu vực), chiều rộng trung bình của lưu vực sông, độ khúc khuỷu của dòng sông, mật độ công suất (KW/Km2), mật độ điện năng (KWh/Km2), phân bố công suất theo chiều dài sông,

Các kết quả tính toán trên đây nói lên trữ năng tiềm tàng hay trữ năng lý thuyết của con sông, nó có ý nghĩa quan trọng trong hoạch định hướng nghiên cứu

trong khảo sát và khai thác chung Có thể nhận xét ngay rằng: vùng thượng nguồn

có lòng sông dốc hơn nhưng lưu lượng lại nhỏ hơn (tại đây khai thác TTĐ kiểu đường dẫn là hợp lý, vùng trung du có độ dốc lòng sông và lưu lượng tương đối lớn nên năng lượng tập trung cao nhất (tại đây xây dựng các phương án khai thác kết hợp giữa tập trung cột nước và hồ điều tiết để tập trung lưu lượng là hợp lý), tại vùng hạ du lòng sông dốc rất ít nhưng lưu lượng dòng chảy lại rất lớn (nếu khai thác thủy điện lòng sông cột nước thấp là phù hợp) Tuy nhiên không thể khai thác hết năng lượng tiềm tàng trên đây của sông ngòi được, mà phần năng lượng có thể khai thác được chỉ là trữ năng kỹ thuật và trữ năng kinh tế sẽ được đề cập ở tiết 2.6.2

Trữ năng kỹ thuật của một con sông là phần trữ năng lý thuyết con người

có thể khai thác được dưới góc độ kỹ thuật và phù hợp với trình độ kỹ thuật công nghệ của mình Về kỹ thuật chúng ta chỉ có thể xây dựng các công trình thủy lợi tại những vị trí mà điều kiện địa hình, địa chất cho phép, hơn nữa cũng không thể tận dụng được toàn bộ trữ năng lý thuyết của những phụ lưu nhỏ, nằm rải rác trên các triền núi cao Để đánh giá được trữ năng kỹ thuật của một con sông, người ta phải nghiên cứu một số tuyến tại đó có thể xây dựng được trạm thủy điện, đánh giá quy mô của trạm thông qua cột nước và lưu lượng có thể khai thác được (quá trình này được gọi là tính toán Thủy năng-Thủy lợi, sẽ được đề cập ở Chương IV

và V) Tổng hợp công suất và điện năng có thể khai thác được trên phương diện

kỹ thuật này lại, sẽ cho trữ năng kỹ thuật của con sông Trữ năng kỹ thuật là phần trữ năng mà con người có thể khai thác phục vụ mục đích của mình

Trữ năng kinh tế hay trữ năng kinh tế - kỹ thuật là phần trữ năng kỹ thuật

mà con người muốn khai thác một cách có hiệu quả kinh tế Nói cách khác, có nhiều tuyến đáp ứng các điều kiện kỹ thuật để xây dựng được trạm thủy điện, nhưng sẽ có tuyến cho hiệu quả khai thác cao và có tuyến cho hiệu quả khai thác thấp Như vậy, tuỳ thuộc vào quan niệm về hiệu quả kinh tế mà chúng ta lập các phương án đầu tư khai thác, đầu tư công trình nào? không đầu tư công trình nào? đầu tư công trình nào trước? đầu tư công trình nào sau? Đánh giá trữ năng kinh

tế - kỹ thuật có ý nghĩa tương đối và phục vụ mục đích của con người trong từng giai đoạn Có thể nói khi trình độ con người đã phát triển cao, nhu cầu năng lượng lớn thì trữ năng kinh tế sẽ tiến dần tới trữ năng kỹ thuật có thể khai thác được từ sông ngòi

Thông thường trữ năng kinh tế-kỹ thuật chiếm từ 20% đến 40% trữ năng lý thuyết của toàn bộ hệ thống sông Đánh giá trữ năng kỹ thuật một số hệ thống sông ở Việt Nam (bảng 1.4) Ngoài ra có thể tham khảo số liệu tổng hợp sau:

- Trữ năng lý thuyết các sông suối miền Bắc nước ta: 182.109 KWh/năm (Trong đó trữ năng kỹ thuật là chiếm khoảng 25%): 45.109KWh/năm

- Trữ năng lý thuyết các sông suối miền Nam nước ta: 118.109 KWh/năm (Trong đó trữ năng kỹ thuật là chiếm khoảng 32%): 38.109KWh/năm

Như đã đề cập ở trên, năng lượng của sông suối tiêu hao dọc đường để khắc phục sức kháng thủy lực, xói mòn đất đá lòng sông, vận chuyển khối nước kèm theo bùn cát và vật nổi Để sử dụng năng lượng đó của sông cần phải giảm tổn thất thủy lực và tập trung năng lượng phân tán dọc dòng sông lại để khai thác Trên nguyên tắc như vậy, khi xem xét công thức (2.32) hoặc (2.33) ta thấy, công suất của dòng nước phụ thuộc vào hai thành phần là: Cột nước (H) và Lưu lượng của dòng chảy (Q), do đó các biện pháp tập trung năng lượng thông qua hoặc là tập trung cột nước hoặc tập trung lưu lượng hoặc kết hợp cả hai Về mặt nguyên tắc có thể kể ra các phương pháp tập trung năng lượng như sau:

- Tập trung cột nước: Tập trung cột nước có thể tận dụng độ chênh địa hình

tự nhiên để hoặc là xây dựng công trình dâng nước (Đập dâng), hoặc xây dựng công trình dẫn nước (có áp hoặc không áp) trên một chiều dài nhất định để tạo độ chênh so với mực nước hạ lưu, ngoài ra có thể tập trung cột nước nhân tạo thông qua trạm thủy điện tích năng Địa hình thuận lợi cho loại hình khai thác này là khu vực miền núi, thượng nguồn của sông suối

- Tập trung lưu lượng: ở trạng thái tự nhiên toàn bộ lượng nước trong các sông suối đều liên tục chảy xuôi ra đến biển, nếu để ý đến tính có chu kỳ của dòng chảy trong năm trên sông suối, chúng ta có thể xây dựng các hồ chứa nhằm tích trữ nước trong mùa nhiều nước để tăng lưu lượng của dòng chảy trong mùa ít nước Việc làm như vậy gọi là điều tiết dòng chảy sẽ được trình bày kỹ hơn trong Chương III và Chương IV Loại hình khai thác này phù hợp với địa hình vùng trung du và hạ du của sông ngòi

Phương pháp này yêu cầu phải xây dựng một đập ngăn sông để nâng cao mực nước ở phía thượng lưu và giảm độ dốc thủy lực (độ dốc đường mặt nước) của dòng sông phía thượng lưu đồng thời giảm vận tốc dòng chảy ở thượng lưu,

do đó tập trung được năng lượng dòng chảy thông qua việc tập trung cột nước Các trạm thủy điện sử dụng sơ đồ này được gọi là: TTĐ sau đập và TTĐ lòng sông (hay TTĐ ngang đập) Sơ đồ trạm thủy điện sau đập khai thác năng lượng dòng chảy thông qua việc tập trung cột nước được trình bày trong Hình 1.11

B

K

h

H Ho

Hình 1.11: Sơ đồ trạm thủy điện sau đập khai thác cột nước tập trung của dòng chảy

Phương pháp khai thác năng lượng theo cách tập trung cột nước bằng đập dâng là một trong những phương pháp được áp dụng rộng rãi và sớm nhất trong lịch sử phát triển ngành xây dựng trạm thủy điện Trên thế giới có nhiều thành tựu

vĩ đại về quy mô chiều cao của đập, theo thông kê có tới hơn 30 đập có chiều cao hơn 200m, mà dưới đây là một số đập cao nhất thế giới

Tên và loại đập Quốc gia Chiều cao đập (m)

Grand Dixance (BT trọng lực) Thụy Sĩ 285

(b) Tập trung cột nước bằng đường dẫn

Khi địa hình tự nhiên thuận lợi, nước sông được lấy vào đường dẫn (kênh hay đường hầm dẫn nước) có độ dốc thủy lực nhỏ hơn độ dốc của lòng sông, hơn nữa tuyến đường dẫn sẽ đi tắt, cắt ngang địa hình tới tuyến hạ lưu nơi xây dựng trạm thủy điện, tại đó cao độ đáy sông thấp hơn rất nhiều so với mức nước thượng lưu tại điểm bắt đầu lấy nước Nếu đường dẫn càng dài thì độ chênh mực nước tạo được càng lớn Đường dẫn có thể là kênh hở, đường hầm không áp, đường hầm có

áp, nhiệm vụ của đường dẫn là tạo cột nước (nhiệm vụ chính) và vận chuyển nước tới TTĐ Cũng có thể tăng cột nước phát điện bằng cách tận dụng độ dốc dọc của sông phía hạ lưu Khi đó ta sử dụng kênh thoát nước có độ dốc nhỏ hơn độ dốc của lòng sông thiên nhiên phía hạ lưu Sơ đồ một số kiểu trạm thủy điện kiểu đường dẫn được giới thiệu ở Hình 1.12 Các ký hiệu trong hình vẽ cũng tương tự như trong Hình 1.12, chỉ thêm tuyến đường dẫn, bể áp lực ở cuối đường dẫn và tuyến đường ống áp lực dẫn nước tới tuốc bin Trường hợp này đập dâng nước thường rất thấp, chỉ làm nhiệm vụ dâng nước đủ để chảy vào đường dẫn nước

1-Cöa lÊy n-íc

4-BÓ ¸p lùc B

5-§-êng èng ¸p lùc

H Ho 6-NMT§

K

h 2

4 6 K 5

GiÕng ®iÒu ¸p

§Ëp d©ng B

§-êng èng ¸p lùc

h

H Ho

NMT§

K

§Ëp d©ng vµ BÓ ¸p lùc B

Ho h

K

§-êng hÇm x¶

Hình 1.12: Sơ đồ trạm thủy điện đường dẫn không áp khai thác cột nước tập trung của dòng chảy

Phương pháp khai thác năng lượng theo cách tập trung cột nước bằng đường dẫn cũng là một trong những phương pháp hiệu quả và được áp dụng rộng

rãi trên thế giới Quy mô về cột nước lớn nhất ở các trạm thủy điện trên thế giới được thống kê dưới đây (cho các TTĐ có cột nước lớn hơn 1000m)

là trạm có cột nước lớn nhất của chúng ta hiện nay

Các trạm thủy điện tập trung cột nước để khai thác năng lượng dòng chảy thường có cột nước phát điện lên đến hàng trăm mét, và chúng còn được gọi là

TTĐ cột nước cao

Quay lại công thức (2.32), rõ ràng còn một hình thức tập trung năng lượng của dòng chảy để khai thác thông qua lưu lượng sử dụng qua trạm thủy điện Để tập trung lưu lượng, các hồ chứa có dung tích lớn được xây dựng Độ lớn của hồ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: trình độ khai thác, điều kiện địa hình, địa chất, kinh tế, xã hội, Nhưng quy mô tối đa của hồ không vượt quá khả năng có thể của dòng chảy thông qua tổng lượng nước đến trong năm tại tuyến xây dựng

Sơ đồ trong Hình 1.11 hoàn toàn có thể sử dụng để mô tả cho phương pháp khai thác bằng cách tập trung lưu lượng Với một dung tích đủ lớn của hồ chứa,

ngoài khả năng tập trung cột nước, hồ còn làm nhiệm vụ Điều tiết dòng chảy, tức

là phân phối lại dòng chảy thiên nhiên đến hồ để có được lưu lượng xả qua tuốc bin điều hòa hơn trong chu kỳ tính toán, lưu lượng đã điều hòa này gọi là lưu

lượng điều tiết Lưu lượng điều tiết là lưu lượng tham gia vào công thức (2.32) để phát điện, nó có giá trị lớn hơn lưu lượng thiên nhiên trong mùa ít nước bởi vì hồ chứa đã cung cấp thêm từ dung tích nước được trữ lại trong mùa nhiều nước

Các hồ chứa phục vụ phát điện thường có dung tích hàng tỷ m3 nước và chu

kỳ điều tiết thường dài (năm hoặc nhiều năm) Hồ Hòa Bình có dung tích tổng cộng là 9,45 tỷ m3, trong đó dung tích hữu ích chiếm khoảng 50% Hồ Trị An (bậc cuối cùng trên dòng chính Đồng Nai) cũng có hồ chứa lợi dụng tổng hợp với dung tích tổng cộng là 2,8 tỷ m3 Hồ Sơn La theo quy hoạch cũng có phương án khai thác với dung tích dung tích hơn 20 tỷ m3 Trên thế giới có nhiều hồ dung tích cực lớn do con người xây dựng phục vụ mục đích phát điện và các mục đích khác, có thể kể đến những hồ lớn nhất với dung tích hơn 100 tỷ m3 như:

Tên hồ chứa Tên sông Dung tích hồ (10 9 m 3 )

Một hình thức có tương lai hứa hẹn là Trạm thủy điện tích năng Tư tưởng của loại TTĐ này xuất phát từ việc điện năng sản xuất ra nếu không được tiêu thụ ngay sẽ rất khó lưu trữ lại Một trong các hình thức đó là: sử dụng năng lượng thừa của hệ thống điện để hút nước từ hạ lưu lên trữ vào hồ chứa, khi hệ thống có nhu cầu thì lượng nước đã trữ được xả qua tuốc bin để phát điện Như vậy cả tuốc bin thủy lực và máy phát điện thủy lực ở TTĐ tích năng phải làm việc được cả hai chiều của dòng chảy (gọi là tuốc bin thuận nghich), chiều thuận là phát điện ở chế

độ tuốc bin và máy phát điện, chiều nghịch ở chế độ máy bơm nước và động cơ điện

Với TTĐ tích năng, tuy bị hai lần tổn thất, lượng điện năng trả lại cho hệ thống điện chỉ khoảng 60% 75% những vẫn hiệu quả bởi vì giá điện năng khi lấy

từ hệ thống rất rẻ, còn giá điện năng khi trả lại điện năng cho hệ thống lại cao hơn Với đặc tính này, TTĐ tích năng luôn luôn được bố trí làm việc ở đỉnh biểu đồ phụ tại tức là vị trí mà nhu cầu dùng điện biến đổi nhiều theo thời gian Khi hệ thống điện đồ sộ như hiện nay, vai trò và vị trí của TTĐ tích càng tỏ ra cần thiết

và tương lai phát triển loại trạm này rất lớn trong tương lai

1.3.3.9 Các thông số cơ bản về năng lượng của trạm thủy điện

Trong phần này giới thiệu một số thông số cơ bản phản ánh trực tiếp hay gián tiếp khả năng cung cấp năng lượng của trạm thủy điện Các thống số này chia thành 4 nhóm là: Nhóm thông số về cột nước; Nhóm thông số về lưu lượng; Nhóm thông số về công suất và điện năng; và Nhóm các hệ số

Như đã nghiên cứu, cột nước nước tiềm ẩn năng lượng của khối nước, theo định nghĩa được tính bằng độ chênh lệch giữa mức nước thượng lưu bề mặt hồ chứa và mức nước hạ lưu mặt bề dòng chảy ra tại thời điểm tính toán Rõ ràng trong một thời đoạn tính toán (Ngày, tuần, năm, ) cột nước phát điện tại các thời điểm khác nhau nói chung là khác nhau Do đó để biểu đạt sự tham gia của cột nước vào quá trình sản xuất năng lượng, người ta đưa ra 4 loại cột nước là:

- Cột nước lớn nhất (Hmax): là cột nước lớn nhất trong thời đoạn tính toán;

- Cột nước nhỏ nhất (Hmin): là cột nước nhỏ nhất trong thời đoạn tính toán;

- Cột nước trung bình (Htb): là cột nước bình quân gia quyền trong thời đoạn tính toán;

- Cột nước tính toán (Htt: là cột nước tính toán của tuốc bin, là cột nước nhỏ nhất mà tại đó lưu lượng qua tuốc bin đạt giá trị lớn nhất và có thể phát được công suất định mức Các cột nước tính trên đây đều có đơn vị là mét (m) cột nước, là cột nước địa hình chưa tính đến cột nước lưu tốc do dòng chảy có vận tốc gây nên

Lưu lượng được định nghĩa là dung tích nước chảy qua một tiết diện trong một đơn vị thời gian, lưu lượng có đơn vị đo là: m3/s, lit/s, m3/giờ, Lưu lượng của một trạm thủy điện chia ra các loại sau:

- Lưu lượng lớn nhất qua 1 tổ máy (QTMmax): Là giá trị lớn nhất tổng dung tích nước chảy qua 1 tuốc bin của TTĐ trong một đơn vị thời gian

- Lưu lượng lớn nhất qua TTĐ (QTĐmax): Là giá trị lớn nhất tổng dung tích nước chảy qua các tuốc bin của TTĐ trong một đơn vị thời gian Nếu số tổ máy (số tuốc bin) của TTĐ là Z thì:

Lưu lượng này còn được gọi là: lưu lượng định mức của TTĐ, là lưu lượng nhỏ nhất mà TTĐ có thể phát ra công suất định mức

Nhóm thông số này bao gồm:

- Công suất định mức của tuốc bin: là công suất lớn nhất mà tuốc bin có thể

làm việc được ở trạng thái định mức do nhà máy sản xuất thiết kế trước (thông thường chế độ định mức ứng hới Htt và QTMmax) Công suất định mức của tổ máy thường được nhà sản xuất ghi trên nhãn của máy và được gọi là Công suất lắp máy của tổ máy, ký hiệu là NTMlm

- Công suất lắp máy của TTĐ: là tổng công suất định mức (hay công suất lắp

máy) của các tổ máy của TTĐ Ký hiệu là NTĐlm Tương tự ta có:

xuất trong 1 năm

- Điện năng trung bình nhiều năm của TTĐ: là sản lượng điện trung bình

nhiều năm (KWh) của TTĐ

(d) Các thông số khác

- Hiệu suất phát điện của TTĐ (TĐ) là hiệu suất toàn bộ trong quá trình sản

xuất điện năng Năng lượng dòng nước tính theo công thức (2.32) là năng lượng có thể khai thác được từ dòng chảy, tuy nhiên khi khái thác, do tổn thất thủy lực khi dòng nước qua các thiết bị, tổn thất rò rỉ, tổn thất ma sát tại các trục quay, tổn thất điện-từ trường tại máy phát điện, mà năng lượng đầu ra nhỏ thua năng lượng đầu vào

Nếu ký hiệu các loại tổn thất qua tuốc bin là TB, ttổn thất các loại tại máy phát điện là MF, tổn thất khác là KH thì:

TĐ = TB x MF x KH (2.36)