Nghiên cứu và tính toán điều tiết dòng chảy của nhà máy thủy điện trung sơn

Để đáp ứng nhu cầu năng lượng, ước tính công suất lắp đặt là 39GW vào năm 2020 so với mức 15,8 GW vào cuối năm 2008, Chính phủ Việt Nam đang tập trung vào phát triển các nguồn năng lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Trần Anh Toàn

NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY CỦA

NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRUNG SƠN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Trần Anh Toàn

NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY CỦA

NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRUNG SƠN

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Thị Nguyệt Hạnh

Hà Nội – 2014

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7

MỞ ĐẦU 8

1 Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Mục đích nghiên cứu 10

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 10

4 Phương pháp nghiên cứu 11

5 Nội dung của đề tài 11

CHƯƠNG 1 TIỀM NĂNG THỦY ĐIỆN TRÊN SÔNG MÃ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 12

1.1 Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam 12

1.1.1 Nguồn điện và hệ thống điện Việt Nam 12

1.1.2 Hệ thống truyền tải điện, lưới truyền tải 500kV Bắc – Nam 18

1.2 Hệ thống thủy điện Việt Nam và các công trình thủy điện trên sông Mã 23

1.2.1 Đánh giá trữ năng kinh tế nguồn thủy điện Việt Nam 23

1.2.2 Các nhà máy thủy điện trên sông Mã 27

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 34

2.1 Ý nghĩa và phân loại điều tiết 34

2.1.1 Điều tiết dòng chảy theo nhu cầu điều chỉnh công suất NMTĐ 34

2.1.2 Phân loại điều tiết dòng chảy 35

2.2 Biểu đồ điều phối hồ chứa 39

2.3 Điều tiết dài hạn các NMTĐ bậc thang 42

2.4 Chế độ làm việc ngày của NMTĐ trong HTĐ (điều tiết ngắn hạn) 43

2.4.1 Khái niệm chung 43

Đường cong năng lượng 45

2.4.3 Tổn thất do điều tiết ngày 46

2.4.4 Dao động mức nước thượng hạ lưu 47

CHƯƠNG 3 BÀI TOÁN TỐI ƯU VẬN HÀNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 49

3.1 Lý thuyết phân phối tối ưu 49

3.1.1 Cơ sở lý thuyết phân phối tối ưu 49

3.1.2 Các phương pháp giải bài toán tối ưu 52

3.1.3 Mô hình bài toán quy hoạch động (QHĐ) 53

3.2 Xây dựng mô hình bài toán tối ưu vận hành nhà máy thủy điện Trung Sơn, tỉnh Thanh Hóa 56

3.2.1 Đặc điểm chung của nguồn thủy điện trong bài toán tối ưu vận hành 56

3.2.2 Xây dựng bài toán tối ưu vận hành NMTĐ Trung Sơn 60

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THỦY NĂNG CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRUNG SƠN BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH ĐỘNG 72

4.1 Giới thiệu về nhà máy thủy điện Trung Sơn 72

4.1.1 Vị trí địa lý 72

4.1.2 Thông số chính dự án thủy điện Trung Sơn giai đoạn dự án đầu tư 73

4.2 Số liệu đầu vào tính toán thủy năng 78

4.2.1 Tài liệu dòng chảy 78

4.2.2 Tài liệu quan hệ lưu lượng ~ mực nước hạ lưu nhà máy: Q=f(H) 79

4.2.3 Tài liệu bùn cát 79

4.2.4 Tài liệu địa hình 79

4.2.5 Tài liệu tổn thất cột nước, bốc hơi và thấm 80

4.3 Tính toán thủy năng cho máy thủy điện Trung Sơn bằng phương pháp QHĐ84 4.3.1 Xây dựng bài toán 84

4.3.2 Sơ đồ thuật toán 86

4.3.3 Kết quả tính toán và nhận xét 91

KẾT LUẬN 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sử dụng kết quả của người khác

Tác giả

Trần Anh Toàn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật Điện với tên đề tài là

“Nghiên cứu và điều tiết dòng chảy của nhà máy thủy điện Trung Sơn” được

hoàn thành vào tháng 9 năm 2014

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo trong Viện Điện trường Đại học Bách Khoa, Khoa Sau đại học trường ĐHBK, Ban lãnh đạo Công ty TNHH MTV Thủy điện Trung Sơn và toàn thể bạn bè, đồng nghiệp.

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS Nguyễn Thị Nguyệt Hạnh, người đã dành nhiều thời gian công sức trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô trong trường ĐHBK đã giúp đỡ, cung cấp tài liệu, số liệu liên quan trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài

Qua đây tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình của tác giả đã luôn quan tâm, động viên và khích lệ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Do thời gian có hạn, chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả kính mong các thầy cô chỉ bảo, mong các đồng nghiệp và bạn bè đóng góp

ý kiến để tác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tài

Xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, tháng 9 năm 2014

Trần Anh Toàn

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu, chữ viết tắt Nội dung

IBRD Ngân hàng tái thiết và phát triển quốc tế

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Danh sách các nguồn điện tính đến cuối năm 2009 12

Bảng 1.2: Cơ cấu sản xuất điện giai đoạn 1995-2008 15

Bảng 1.3: Sản lượng điện của các nhà máy thủy điện lớn 16

Bảng 1.4: Khối lượng đường dây và trạm biến áp 20

Bảng 1.5: Tổng hợp khối lượng đường dây và trạm 500kV 20

Bảng 1.6: Dự báo công suất và điện năng các nguồn điện 22

Bảng 1.7: Tổng hợp trữ năng kinh tế các lưu vực sông Việt Nam 25

Bảng 4.1: Đặc trưng lưu vực tính đến tuyến công trình Trung Sơn 73

Bảng 4.2: Thông số chính công trình thuỷ điện Trung Sơn- giai đoạn DAĐT 76

Bảng 4.3: Phân phối dòng chảy thiết kế tại tuyến đập Trung Sơn 78

Bảng 4.4: Phân phối tổng lượng dòng chảy thiết kế tại tuyến đập Trung Sơn 78

Bảng 4.5: Dung tích bồi lắng hồ chứa Trung Sơn sau các năm vận hành 79

Bảng 4.6: Phân phối bốc hơi phụ thêm hồ chứa thủy điện Trung Sơn 80

Bảng 4.7: So sánh kết quả tính toán của luận văn với TVTKDA 91

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Cơ cấu công suất đặt và điện năng năm 2009 16

Hình 1.2: Phân loại nguồn điện theo chủ sở hữu 17

Hình 2.1 Sự biến đổi của lượng nước và công suất phụ tải 34

Hình 2.2 Biểu đồ điều tiết năm của NMTĐ 37

Hình 2.3 Điều tiết nhiều năm NMTĐ có hồ dung tích lớn 38

Hình 2.4 Biểu đồ điều phối 40

Hình 2.5 Đường cong năng lượng 46

Hình 3.1: Thành phần của bài toán QHĐ 53

Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống thủy lợi nghiên cứu 60

Hình 3.3: Minh họa bài toán tối ưu quy hoạch động 67

Hình 3.4: Lý thuyết tối ưu quy hoạch động của Bellman 68

Hình 4.1: Phối cảnh 3D dự án thủy điện Trung Sơn 72

Hình 4.2: Phó Thủ tướng Chính phủ Hoàng Trung Hải và các đại biểu thực hiện nghi lễ ngăn sông công trình thủy điện Trung Sơn 74

Hình 4.3: Ngày 27/3/2014, ông Thái Phụng Nê, nguyên Phái viên của Thủ tướng Chính phủ và Lãnh đạo Ban quản lý xây dựng,Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) kiểm tra công tác chuẩn bị đổ bên tông RCC 75

Hình 4.4: Đường đặc tính lòng hồ thuỷ điện Trung Sơn 81

Hình 4.5: Quan hệ tổn thất cột nước ~ lưu lượng- phương án 4 tổ máy, đường ống áp lực cong 82

Hình 4.6: Quan hệ lưu lượng ~ mực nước nhà máy thuỷ điện Trung Sơn 83

Hình 4.7a: Sơ đồ thuật toán giải bài toán tối ưu bằng PP Quy hoạch động 89

Hình 4.7b: Sơ đồ thuật toán module tính toán thủy năng TTTN(k) 90

Hình 4.8: Quỹ đạo MN thượng lưu Z tối ưu theo kết quả của luận văn – TH1 91

Hình 4.9: Quỹ đạo MN thượng lưu Z tối ưu theo kết quả của luận văn – TH2 92

Hình 4.10: Quỹ đạo MN thượng lưu Z tối ưu theo kết quả của luận văn – TH3 92

MỞ ĐẦU

Hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam đang ngày càng phát triển và hầu như tất cả các nguồn tài nguyên năng lượng của đất nước đã được nghiên cứu khai thác để đảm bảo nhu cầu sử dụng điện năng phục vụ phát triển kinh tế - xã hội Theo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (gọi tắt là Tổng sơ đồ VII), nước ta sẽ ưu tiên phát triển nhiệt điện than, thủy điện tích năng, điện hạt nhân và nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo, song song với việc giảm dần tỷ trọng của thủy điện trong cơ cấu nguồn điện từ 38% (năm 2010) xuống còn 23% (năm 2020) và đến năm 2030 thì thủy điện chỉ còn chiếm 12% tổng công suất toàn hệ thống

Tốc độ tăng trưởng của Việt Nam đạt 7 - 8 % trong 10 năm qua đã dẫn đến

sự gia tăng về nhu cầu điện năng Tình trạng thiếu điện thường xuyên đang ngày càng ảnh hưởng tới các ngành công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ trong khi còn nhiều hộ gia đình chưa được dùng điện Để đáp ứng nhu cầu năng lượng, ước tính công suất lắp đặt là 39GW vào năm 2020 so với mức 15,8 GW vào cuối năm 2008, Chính phủ Việt Nam đang tập trung vào phát triển các nguồn năng lượng điện trong

đó có thủy điện

Theo thống kê, diện tích núi rừng chiếm 4/5 diện tích tự nhiên của Việt Nam Cùng với đường bờ biển dài hơn 3.000 km bờ biển, trên phạm vi cả nước có tới hơn 2.860 sông có độ dài lớn hơn hoặc bằng 10 km (không kể kênh, rạch ở đồng bằng) với 134 sông chính và 2.726 sông nhánh các cấp, trong đó có 106 hệ thống sông chính có tiềm năng thuỷ điện đáng kể

Hệ thống sông Mã gồm dòng chính là sông Mã và 2 phụ lưu lớn là sông Chu, sông Bưởi Hệ thống sông này có tổng chiều dài là 881 km, tổng diện tích lưu vực

là 39.756 km², trong đó có 17.520 km² nằm trong lãnh thổ Việt Nam Tổng lượng

nước trung bình hàng năm của toàn bộ hệ thống sông là 19,52 tỉ m³

Tiềm năng thủy điện lý thuyết của hệ thống sông Mã là 12 tỷ kW, tiềm năng

có thể khai thác là 4.732 triệu kW và tiềm năng kinh tế là 2,43 tỷ kW Cùng với nhiệm vụ phát điện, hệ thống này còn có nhiệm vụ thủy lợi: cấp nước cho nông nghiệp, chống lũ hạ du Theo quy hoạch, các dự án thủy điện trên địa bàn tỉnh có tổng công suất gần 800 MW, việc thực hiện đầu tư các dự án thủy điện góp phần đóng góp một nguồn điện đáng kể cho hệ thống điện quốc gia

Trong tương lai, tỷ trọng của thủy điện trong HTĐ sẽ ngày càng giảm, do vậy vấn đề đặt ra là phải tìm cách phát huy hiệu quả của các bậc thang thủy điện trên dòng sông Mã, với quan điểm tối ưu vận hành khai thác hợp lý công suất phát của các nhà máy thủy điện trong HTĐ Việt Nam

Nhà đầu tư nguồn điện chính của Việt Nam là Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) sẽ xây dựng Nhà máy Thủy điện Trung Sơn (DATĐTS) trị giá khoảng 386 triệu USD với sự hỗ trợ về tài chính và kỹ thuật của Ngân hàng Thế giới Đây là dự

án thủy điện đầu tiên của Ngân hàng thế giới tại Việt Nam và cũng là khoản vay đầu tiên của Việt Nam từ Ngân hàng Tái thiết và Phát triển Quốc tế (IBRD)

Vì tác động của biến đổi khí hậu làm gia tăng mối quan tâm của Việt Nam nên hàng loạt các dự án thủy điện cung cấp năng lượng sạch, tái tạo và chi phi thấp

đã được lên kế hoạch Việt Nam mong muốn cải thiện các tác động xã hội và môi trường của những dự án thủy điện này và Trung Sơn là một cơ hội để chứng tỏ những tiến bộ mà Việt Nam đã đạt được trong việc triển khai các khung pháp lý và chính sách tuân thủ theo các chính sách về an toàn của Ngân hàng Thế giới

Dự án thủy điện Trung Sơn trên dòng chính Sông Mã thuộc Tây bắc Việt Nam, đuôi hồ các biên giới Việt Lào khoảng 9,5Km Đây là một dự án hồ chứa và đập đa mục tiêu vừa cung cấp điện vừa giúp kiểm soát lũ Dự án đã được chuẩn bị hơn 2 năm và có 4 phương án địa điểm được nghiên cứu trước khi lựa chọn Trung Sơn vì đây là phương án gây ra ít tác động về môi trường và xã hội nhất

Hóa, tỉnh Thanh Hóa Nhà máy điện có công suất lắp đặt 260 MW, sản lượng điện hàng năm 1,55 GWh là nguồn bổ sung đáng kể cho lưới điện quốc gia Dự án cũng

sẽ giúp kiểm soát lũ cho vùng hạ lưu với dung tích phòng lũ thường xuyên 112 triệu m3 Dự án còn mang lại những lợi ích về môi trường đáng kể vì nó giúp giảm phát thải lượng khí nhà kính (GHGs) so với các nhà máy điện có cùng qui mô hoạt động bằng nhiên liệu hóa thạch

Ngoài công trình đập còn có các công trình dân sinh khác gồm 20.4 km đường từ Co Lương, huyện Mai Châu, tỉnh Hòa Bình đến vị trí đập ở bản Co Me, huyện Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa, đường dây truyền tải điện 220kV dài 65km và một khu lán trại tạm tại công trường thi công cho 4000 công nhân

Với các lý do nêu trên, việc nghiên cứu và tính toán thủy năng của nhà máy thủy điện Trung Sơn (huyện Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa) trên cơ sở khai thác hợp lý nguồn thủy năng, cụ thể là tối ưu quá trình vận hành điều tiết hồ chứa là một vấn đề cấp thiết mang tính vĩ mô, có ý nghĩa thực tế trong công tác khai thác và vận hành HTĐ ở nước ta

Nhằm giải quyết vấn đề còn tồn đọng và chưa được đi sâu nghiên cứu trong bài toán tính toán thủy năng của nhà máy thủy điện, luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu việc tối ưu công suất phát điện của nhà máy thủy điện bằng việc xây dựng đề xuất

áp dụng phương pháp và thuật giải bài toán tối ưu điều tiết hồ chứa sử dụng phương pháp quy hoạch động (Dynamic programming) với ví dụ cụ thể là nhà máy thủy điện Trung Sơn, huyện Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa

Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu tối

ưu tính toán thủy năng của nhà máy thủy điện Trung Sơn, huyện Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa trong hệ thống điện Việt Nam

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu chủ yếu được tác giả áp dụng trong quá trình thực hiện luận văn là nghiên cứu lý luận kết hợp với thực nghiệm khoa học, tổng kết và phân tích các số liệu thu thập được từ thực tế

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

- Đánh giá tổng quan về hệ thống điện Việt Nam và tiềm năng thủy điện trên sông Mã Thu thập tài liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, thông số công trình của các nhà máy thủy điện trên sông Mã, giới thiệu chi tiết về nhà máy thủy điện Trung Sơn, huyện Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa

- Trình bày lý thuyết điều tiết dòng chảy của nhà máy thủy điện

- Nghiên cứu lý thuyết quy hoạch động

- Nghiên cứu xây dựng mô hình, phương pháp giải và thuật giải bài toán vận hành khai thác hợp lý nhà máy thủy điện Trung Sơn, trong đó đề cập đến giải pháp tối ưu quy luật điều tiết của nhà máy thủy điện Trung Sơn áp dụng lý thuyết quy hoạch động trong hệ thống điện Việt Nam nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển của hệ thống điện

- Chạy chương trình tính toán để đưa ra kết quả, phân tích, đánh giá kết quả thu được và so sánh số liệu của đơn vị tư vấn thiết kế

- Rút ra những nhận xét, kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TIỀM NĂNG THỦY ĐIỆN TRÊN SÔNG MÃ

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

1.1.1 Nguồn điện và hệ thống điện Việt Nam

Hệ thống điện Việt Nam hiện nay đã phát triển với quy mô lớn Đến cuối

2009, tổng công suất đặt các nhà máy điện của nước ta là 18.282 MW, trong đó thủy điện 34,53%, nhiệt điện than 10,09%, tua bin khí và dầu 30,16%, các nhà máy điện ngoài EVN chiếm 17,65%, còn lại diesel, thủy điện nhỏ và nhiệt điện (NĐ) dầu

và nhập khẩu chiếm 7,57% Danh mục các nhà máy điện tính đến cuối năm 2009 theo [TL-3] được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Danh sách nguồn điện tính đến cuối năm 2009

STT Tên nhà máy điện Công suất lắp đặt (MW) Công suất khả dụng (MW)

STT Tên nhà máy điện Công suất lắp đặt (MW) Công suất khả dụng (MW)

Theo thông cáo báo chí của EVN về tình hình đầu tư xây dựng và sản xuất kinh doanh, trong tháng 01/2012, các dự án nguồn điện đang bám sát tiến độ, trong

đó tổ máy 1 thuỷ điện Kanak đã khởi động không tải ngày 13/1, tổ máy 1 thuỷ điện Đồng Nai 4 quay cơ tổ máy từ ngày 31/1, thuỷ điện Sông Bung 4 đã chặn dòng ngăn sông ngày 16/1 Trong tháng 02/2012, tiếp tục đôn đốc hoàn thiện tổ hợp rotor

và stator, đảm bảo thả rotor TM5 thủy điện Sơn La vào cuối tháng; chạy không tải

TM1 thuỷ điện Đồng Nai 4; phát điện TM1 và 2 thuỷ điện Kanak

Về nguồn điện, các dự án nguồn điện quan trọng cơ bản đã bám sát tiến độ yêu cầu Luỹ kế 8 tháng, EVN đưa vào vận hành 5 tổ máy/753 MW, gồm TM5 Sơn

La (400MW), TM1&2 - TĐ Đồng Nai 4 (2x170MW), TM1&2 - TĐ Kanak (2x6,5MW) Đặc biệt, ngày 26/9/2012, EVN đã đưa vào vận hành TM6 - 400 MW (tổ máy cuối cùng) của Nhà máy Thuỷ điện Sơn La - công trình trọng điểm quốc gia Sau khi phát điện tổ máy số 6, các đơn vị thi công cũng đã hoàn thành những công đoạn cuối để chuẩn bị khánh thành toàn bộ nhà máy vào tháng 12 năm nay

Cơ cấu sản xuất điện giai đoạn 1995-2008 theo [TL-3] được tổng hợp trong bảng 1.2

Bảng 1.2: Cơ cấu sản xuất điện giai đoạn 1995 – 2008

Hình 1.1: Cơ cấu công suất đặt và điện năng năm 2009

Đến cuối 2008, tổng cộng có 18 NMTĐ vừa và lớn trong hệ thống điện Tổng công suất khả dụng các NMTĐ là 5.337 MW Sản lượng điện của các nhà máy thủy điện trong những năm qua theo [TL-3] được thống kê trong bảng 1.3

Bảng 1.3: Sản lượng điện của các nhà máy thủy điện lớn

Theo [TL-6], phân loại nguồn điện theo chủ sở hữu như hình 1.2

Hình 1.2: Phân loại nguồn điện theo chủ sở hữu

Theo thông cáo báo chí của EVN về tình hình đầu tư xây dựng và sản xuất kinh doanh, tháng 01 năm 2012 hệ thống điện quốc gia vận hành, cung cấp điện ổn định, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện, đặc biệt là cấp điện an toàn phục vụ các hoạt động chính trị, văn hoá, giải trí trong dịp Tết Nguyên đán Nhâm Thìn 2012 Sản lượng điện toàn hệ thống đạt 8,217 tỷ kWh, trung bình đạt 265,05 triệu kWh/ngày, giảm 5,1% so cùng kỳ năm trước Sản lượng cao nhất là 220,58 triệu kWh/ngày, công

mua của EVN ước đạt 8,131 tỷ kWh, giảm 3,64% so với cùng kỳ năm trước, trong

đó điện sản xuất 3,375 tỷ kWh, điện mua ngoài 4,756 tỷ kWh Điện thương phẩm ước đạt 7,379 tỷ kWh (kể cả bán cho Lào, Campuchia) giảm 1,02% so với cùng kỳ năm trước Điện thương phẩm nội địa giảm 1,19%, trong đó điện cấp cho CN-XD giảm 2,56%, thương mại - dịch vụ tăng 6,26%, quản lý và tiêu dùng dân cư tăng 0,37% Tỷ lệ tổn thất điện năng tháng 01/2012 ước thực hiện là 9,42%, giảm 0,17%

so với cùng kỳ năm trước Tháng 02/2012, dự kiến phụ tải của hệ thống điện là 306 triệu kWh/ngày, công suất lớn nhất dao động từ 15.800-16.100 MW Mục tiêu vận hành HTĐ tháng 02/2012 là khai thác theo kế hoạch điều tiết các nhà máy thuỷ điện

để đảm bảo cấp điện mùa khô 2012, các nguồn nhiệt điện than, tua bin khí khai thác theo yêu cầu thực tế Các Công ty Điện lực đảm bảo cung cấp điện an toàn, ổn định, đặc biệt là cấp điện cho các trạm bơm điện trong thời gian lấy nước tập trung phục vụ đổ ải

Trong tháng 8/2012, các nhà máy thuỷ điện được tập trung huy động ở mức cao nhất từ đầu năm Các nhà máy thuỷ điện Sơn La, Hoà Bình, Tuyên Quang đã phải xả lũ (Sơn La đóng cửa xả đáy từ ngày 13/8, Hoà Bình đóng cửa xả đáy từ ngày 18/8 và Tuyên Quang đóng cửa xả đáy từ ngày 5/8) Sản lượng điện toàn hệ thống đạt 10,743 tỷ kWh, sản lượng điện trung bình đạt 346,5 triệu kWh/ngày Sản lượng cao nhất đạt 366,7 triệu kWh (ngày 16/8), công suất cao nhất đạt 17.554 MW (ngày 16/8) Sản lượng điện sản xuất và mua của EVN ước đạt 10,5 tỷ kWh, trong

đó điện sản xuất 5,914 tỷ kWh, chiếm 56,3% Lũy kế 8 tháng năm 2012, sản lượng điện sản xuất và mua của EVN ước đạt 77,637 tỷ kWh, tăng 10,79% so với cùng kỳ năm 2011 Điện thương phẩm ước đạt 9,263 tỷ kWh Lũy kế 8 tháng năm 2012, điện thương phẩm ước đạt 69,183 tỷ kWh, tăng 11,9% so với cùng kỳ năm 2011 Điện thương phẩm nội địa tăng 11,93%, trong đó điện cho công nghiệp và xây dựng tăng 10,98%, thương mại - dịch vụ tăng 16,9%, quản lý và tiêu dùng dân cư tăng 12,52%

1.1.2 Hệ thống truyền tải điện, lưới truyền tải 500kV Bắc – Nam

Hệ thống điện 500 kV bắt đầu xuất hiện từ giữa năm 1994, với việc đưa vào

vận hành đường dây 500 kV Bắc-Nam dài khoảng 1500 km và các trạm 500 kV Hòa Bình, Pleiku và Phú Lâm công suất mỗi trạm là 900 MVA, trạm Đà Nẵng 450 MVA Hệ thống hiện đang vận hành với các cấp điện áp cao áp 500kV, 220kV, 110kV và các cấp điện áp trung ấp từ 35kV tới 6kV Phần lưới điện truyền tải 500kV và 220kV do Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia quản lý, phần lưới điện phân phối ở cấp điện áp 110kV và lưới điện trung áp ở các cấp điện áp từ 6kV tới 35kV do các công ty điện lực miền quản lý

Đến cuối năm 2008, hệ thống tải điện 500 kV Bắc-Nam bao gồm đường dây hai mạch phân pha 4x330 mm2 Ngoài ra, năm 2007 đã đưa vào trạm biến áp 500

kV Di Linh 450 MVA Tổng công suất đặt các trạm 500 kV là 7050 MVA Tổng chiều dài đường dây 500 kV là 3286 km

Khối lượng lưới điện 220 kV được xây dựng nhìn chung đã đáp ứng được yêu cầu chuyên tải công suất từ các nhà máy điện lớn đến các trung tâm phụ tải Tổng chiều dài đường dây 220kV đến hết năm 2009 là 8.497km (suốt chiều dài theo công suất 0,61 km/MW), và công suất trạm biến áp là 19.094MVA (suất công suất trạm theo công suất phụ tải là 1,38 MVA/MW) Đối với lưới điện 110kV, chiều dài đường dây là 12.145 km (suất chiều dài theo công suất là 0,88 km/MW) và công suất trạm biến áp là 25.862 MVA (suất công suất trạm theo công suất phụ tải là 1,87 MVA/MW)

Tuy nhiên, do phụ tải phân bố không đều dẫn đến tình trạng ở một số khu vực (Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng ) hiện có một số trạm biến áp quá tải, trong khi đó ở một số khu vực khác (Hòa Bình, Đồng Hới, Pleiku ) lại non tải Theo [TL-6], khối lượng đường dây và trạm biến áp tính đến cuối năm 2009 được tổng hợp trong bảng 1.5 và bảng 1.6

Bảng 1.4: Khối lượng đường dây và trạm biến áp

và công trình nâng dung lượng tụ bù dọc đường dây 500kV Hà Tĩnh - Đà Nẵng; hoàn thành đóng điện cho hơn 4.000 hộ đồng bào Khmer thuộc Dự án đưa điện về các hộ đồng bào Khmer chưa có điện ở các tỉnh Sóc Trăng, Trà Vinh, để bà con có điện vui Tết Nguyên đán

Đến tháng 08/2012 đã đóng điện 02 công trình: Lắp đặt kháng bù ngang tại TBA 220kV Cao Bằng và nâng công suất TBA 220kV Thái Bình Đặc biệt, ngày 31/8/2012 NPT đã hoàn thành đóng điện các xuất tuyến 220kV còn lại sau trạm 500kV Hiệp Hoà Lũy kế 8 tháng đóng điện được 18 công trình và khởi công được

16 công trình lưới điện 220-500kV

Tháng 9/2012, dự kiến phụ tải của hệ thống điện có thể đạt 341 triệu kWh/ngày, công suất lớn nhất dao động từ 18.500 - 18.800 MW Hệ thống có thể đáp ứng được công suất phụ tải cực đại và có dự phòng nếu không xảy ra sự cố bất thường các tổ máy Mục tiêu vận hành HTĐ tháng 9/2012 là khai thác hợp lý các nhà máy thuỷ điện để tận dụng các đợt nước về cuối mùa lũ chính vụ và đảm bảo mục tiêu tích nước cuối năm; điều tiết các hồ thuỷ điện miền Trung đáp ứng nhu cầu nông nghiệp và sinh hoạt của các địa phương Các nguồn nhiệt điện than khai thác theo kế hoạch tích nước các hồ thuỷ điện; các nguồn tua bin khí khai thác theo khả năng cấp khí…; các Công ty Truyền tải điện bảo đảm vận hành an toàn lưới điện 220 - 500kV, nhất là đường dây 500kV Bắc - Nam

Theo Tổng sơ đồ VII, quan điểm phát triển được chỉ ra với các nội dung chính sau:

+ Phát triển ngành điện phải gắn liền với chiến lược phát triển kinh tế - xã hội

của đất nước, bảo đảm cung cấp đủ điện cho nền kinh tế quốc dân và đời sống xã hội

+ Sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng trong nước cho phát triển

điện, kết hợp với việc nhập khẩu điện, nhập khẩu nhiên liệu hợp lý, đa dạng hóa các nguồn năng lượng sơ cấp cho sản xuất điện, bảo tồn nhiên liệu và bảo đảm an ninh năng lượng cho tương lai

+ Từng bước nâng cao chất lượng điện năng để cung cấp dịch vụ điện với chất

lượng ngày càng cao Thực hiện giá bán điện theo cơ chế thị trường nhằm khuyến khích đầu tư phát triển ngành điện; khuyến khích sử dụng điện tiết kiệm và có hiệu quả

+ Phát triển điện đi đôi với bảo vệ tài nguyên, bảo vệ môi trường sinh thái; bảo

đảm phát triển bền vững đất nước

+ Từng bước hình thành, phát triển thị trường điện cạnh tranh, đa dạng hóa

phương thức đầu tư và kinh doanh điện Nhà nước chỉ giữ độc quyền lưới điện truyền tải để đảm bảo an ninh hệ thống năng lượng quốc gia

+ Phát triển ngành điện dựa trên cơ sở sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài

nguyên năng lượng sơ cấp của mỗi miền; tiếp tục đẩy mạnh công tác điện khí hóa nông thôn, đảm bảo cung cấp đầy đủ, liên tục, an toàn cho nhu cầu điện tất cả các vùng trong toàn quốc

Dự báo đến năm 2015 hệ thống điện Việt Nam sẽ cung cấp đủ nhu cầu điện trong nước, sản lượng điện sản xuất và nhập khẩu vảo khoảng 194 - 210 tỷ kWh; năm 2020 là khoảng 330 - 362 tỷ kWh; năm 2030 là khoảng 695 - 834 tỷ kWh Trong đó ưu tiên phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối ), thủy điện có lợi dụng tổng hợp nguồn nước, thủy điện tích năng, điện nguyên tử

Về cơ cấu nguồn điện, dự báo công suất và điện năng các nguồn điện đến năm 2020 và định hướng 2030 như bảng 1.7:

Bảng 1.6: Dự báo công suất và điện năng các nguồn điện

1.2.1 Đánh giá trữ năng kinh tế nguồn thủy điện Việt Nam

Nước ta có một nguồn thủy năng rất phong phú và phân bố tương đối đều trên các vùng lãnh thổ cả nước Đến nay, đã có sự đánh giá tiềm năng năng lượng của các con sông theo 3 mức độ: Lý thuyết, kỹ thuật và kinh tế

thượng nguồn (được tính trong lãnh thổ Việt Nam) đến cửa sông Chúng được đánh giá theo điện năng trung bình nhiều năm (kWh/năm) và phụ thuộc vào mức độ chi tiết của phương pháp tính thuỷ năng Với 11 lưu vực sông chính trên toàn quốc, trữ năng này, trước đây, đã được đánh giá vào khoảng 250-260 tỷ kWh/năm; trong đó, trữ năng lý thuyết của các hệ thống sông miền Bắc là 120 tỷ kWh và miền Nam là

140 tỷ kWh

hiện nay, cho phép khai thác được Trữ năng kỹ thuật thường được đánh giá bằng khoảng 60 % trữ năng lý thuyết

cách chắc chắn và kinh tế, trên cơ sở trình độ và khả năng thiết kế, xây dựng và thi công hiện có

Trên thực tế, để sử dụng nguồn thủy năng vào phát triển HTĐ trong thời gian

15-25 năm tới, thì trữ năng kinh tế của thủy điện đóng vai trò rất quan trọng và quyết định

Dựa vào các hệ thống sông thuộc 3 miền của đất nước, theo kết quả tính toán trước đây đã được tập hợp trong [TL-7], đã tiến hành xác định được trữ năng kinh tế toàn quốc Cụ thể, thông qua việc nghiên cứu 80 công trình thủy điện đã, đang và

dự kiến sẽ xây dựng, đã xác định được tổng công suất lắp máy của chúng là 13.931

MW và điện lượng là 68,917 tỷ kWh/năm Ngoài ra còn có 67 công trình thủy điện loại vừa trên những sông vừa và nhỏ, hàng năm cho ta một điện năng 11,579 tỷ kWh; và 108 trạm thủy điện nhỏ có thể khai thác hàng năm thêm 2 tỷ kWh

Bên cạnh đó, với các con sông có độ dốc không lớn, không có điều kiện tạo đập nước cao, khả năng khai thác kém hơn so với các hệ thống sông khác Cho nên chỉ dự kiến khai thác ở mức 10% trữ năng lý thuyết với giả thiết các sông này có thể cung cấp thêm khoảng 832 triệu kWh (những sông bình thường khả năng khai thác kinh tế đạt trên 20% trữ năng lý thuyết) Nâng tổng phần trữ năng thuỷ năng kinh tế toàn quốc của thuỷ điện vừa và nhỏ là 14,411 tỷ kWh Tuy nhiên, nếu xét đến nhiều yếu tố liên quan ảnh hưởng khác (của thiên nhiên, chất lượng thiết bị, khả năng thay thế, quản lý vận hành, ) thì trữ năng kinh tế thực tế này chỉ nên lấy 80% con số đã

Theo [TL-5] trữ năng kinh tế của một hệ thống sông ngòi nước ta được đánh giá có thể lắp máy được 20.560 MW và điện năng là 83,420 tỷ kWh Như vậy đã có

sự tính toán điều chỉnh về công suất lắp đặt của các công trình thuỷ điện trong hệ thống điện Việt Nam

Từ bảng 1.9 ta thấy : Nguồn trữ năng kinh tế để khai thác trước mắt (theo thứ

tự ưu tiên về trữ lượng) tập trung chủ yếu vào các hệ thống sông : Đà, Đồng Nai, Sê San, Lô - Gâm, Vũ Gia -Thu Bồn, Cả, Trong tổng trữ năng kinh tế này, hệ thống sông Đà chiếm 45%, vượt xa con sông đứng thứ 2 là Đồng Nai 15% và thứ 3 là Sê San chỉ chiếm 11,5% Mặt khác, tỷ lệ giữa tiềm năng kinh tế với tiềm năng lý thuyết thì sông Đà vẫn cao nhất (gần 44%) Điều này cũng nói lên thế chiến lược phát triển nguồn thủy điện của toàn bộ lãnh thổ Rõ ràng, giải quyết đúng đắn chiến lược khai thác thủy năng sông Đà không những, quyết định đến chiến lược phát triển thủy điện, mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến cấu trúc HTĐ Việt Nam trong giai đoạn tới

Bảng 1.7: Tổng hợp trữ năng kinh tế các lưu vực sông Việt Nam [TL-4]

Hệ thống sông

∑N 1 đảm bảo (10 3 kW)

∑N lắp máy (10 3 kW)

∑E kinh tế năm (10 6 kWh)

∑E

lý thuyết năm (10 6 kWh)

∑E kt

-

∑E lt (%)

323,15 173,8 90,09 669,5 212,7 796,9

29,4 32,1 13,6 36,5 20,2 38,4

năng kinh tế thì:

- Chỉ có 3 nhà máy công suất đặc biệt lớn (trên 1.000MW), thuộc loại công trình siêu cấp, bình quân đầu tư xây dựng là 1.000-1.200 USD/kW Chúng đều tập trung trên sông Đà, ngoài thuỷ điện Hoà Bình 1.920 MW đã xây dựng, các công trình còn lại đang và sẽ xây dựng là thuỷ điện Sơn La cao trình 215m có công suất 2.400MW và thuỷ điện Lai Châu công suất 1.100 MW

- Có 14 nhà máy thuộc cấp I (công suất 200- 1.000MW), bình quân đầu tư xây dựng tăng gấp 1,2-1,3 lần so với công trình siêu cấp đó là các nhà máy thuỷ điện

đã, đang và sẽ xây dựng: Trị An 400 MW, Yali 720 MW, hàm Thuận - Đa Mi 475

MW, thuỷ điện Sê San 3 và 3A 260 MW, thuỷ điện Tuyên Quang 342 MW, thuỷ điện Đại Ninh 300 MW, thuỷ điện A Vương 210 MW, thuỷ điện Bản Lả 300 MW, thuỷ điện Đồng Nai 3+4 là 510 MW, thuỷ điện Sông Ba Hạ 220 MW, thuỷ điện Thượng Công Tum 220 MW, thuỷ điện Buôn Kướp 280 MW, thuỷ điện Bản Chát

200 MW, thuỷ điện Sê San 4 công suất 330 MW

- Có hàng chục nhà máy thuộc cấp II (công suất 50 - 200 MW), bình quân đầu

tư xây dựng dự kiến tăng 1,8 - 2 lần so với công trình siêu cấp Đây là những công trình nhỏ, có một vị trí địa lý đặc biệt, có thể tham gia chủ yếu vào chống lũ, tưới tiêu và phát triển HTĐ trong thời gian tới Với quan điểm trên, đa số những công trình này có thể xem là những công trình phục vụ địa phương và vùng

- Có hàng trăm nhà máy thuộc cấp III (công suất 1 - 50 MW), bình quân đầu

tư xây dựng gấp 2 - 2,2 lần so với công trình siêu cấp, chúng được xem là thuỷ điện nhỏ, địa phương

Nhìn vào sự phân bố địa dư và độ lớn của các công trình thuỷ điện đã được đánh giá là kinh tế có thể đánh giá chung như sau:

- Để tham gia (có tính cạnh tranh) vào cân bằng năng lượng - nhiên liệu và phát triển HTĐ dài hạn trong 15 - 20 năm tới, ngoài những công trình đã và đang có

kế hoạch xây dựng, thì những công trình còn lại trên 1.000 MW rõ ràng chỉ có các công trình trên sông Đà: Thủy điện Sơn La, thủy điện Lai Châu, thứ đến là những

công trình dưới 1.000 MW, đó là thủy điện Huội Quảng trên sông Nậm Mu (Hệ thống sông Đà); thủy điện Đại Thị, Bắc Mê trên Lô - Gâm; Bản Mai trên sông Cả;

Sê San trên sông Sê San; …

- Trên thực tế, còn một số công trình thuỷ điện nhỏ dưới 150 MW và trên 50

MW có thể tham gia vào quy hoạch phát triển HTĐ nhưng không đáng kể Theo đánh giá của chúng tôi các công trình này không ảnh hưởng lắm đến cân bằng năng lượng - nhiên liệu của 15 - 20 năm sau

Việc sử dụng trữ năng kinh tế của thuỷ điện, tham gia vào hệ thống điện, sẽ phụ thuộc chủ yếu vào việc cạnh tranh giữa thuỷ điện với các nguồn điện khác, chủ yếu là thông qua giá thành đầu tư công trình, đồng thời có tính đến khả năng cung cấp năng lượng và phủ đồ thị phụ tải Tuy nhiên, qua phân tích sơ bộ về trữ năng một số cơ quan tham gia chương trình năng lượng 2001 - 2020 đã nhận xét rằng: trong tương lai 15 - 20 năm tới, trữ năng kinh tế của thuỷ điện đã quy hoạch cũng chỉ có thể khai thác tối đa không quá 40 - 45 tỷ kWh/năm (đa số thuộc các công trình siêu cấp và cấp I, và một ít công trình cấp II) Điều này cho thấy mặc dù tiềm năng thủy năng của chúng ta phong phú nhưng việc khai thác còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố và thực tế trữ năng kinh tế thủy năng đang cạn kiệt tới giới hạn, nền kinh tế nước ta sẽ phải dựa vào các nguồn năng lượng khác

1.2.2 Các nhà máy thủy điện trên sông Mã

Sông Mã có hai nguồn chính, nguồn thứ nhất từ phía Nam tỉnh Điện Biên (núi Tuần Giáo) chảy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam qua huyện Sông Mã của tỉnh Sơn La rồi qua lãnh thổ Lào, nguồn thứ hai bắt đầu từ sườn phía Bambusao[1], hai nguồn này đều đổ vào Thanh Hóa qua địa phận tỉnh Sầm Nưa Tại Thanh Hóa, sông tiếp tục giữ hướng Tây Bắc - Đông Nam chảy qua các huyện phía Bắc của tỉnh, hội lưu với sông Chu rồi đổ ra vịnh Bắc Bộ theo 2 nhánh sông (nhánh phía Nam vẫn gọi

là sông Mã, nhánh phía Bắc gọi là sông Lèn) ở Lạch Hới (cửa Hới) nằm giữa huyện Hoằng Hóa và thị xã Sầm Sơn cùng Lạch Sung (cửa Sung) nằm giữa huyện Hậu Lộc và Nga Sơn

Lưu vực của sông Mã rộng 28.400 km², phần ở Việt Nam rộng 17.600 km², cao trung bình 762 m, độ dốc trung bình 17,6%, mật độ sông suối toàn lưu vực 0,66 km/km² Lưu lượng nước trung bình năm 52,6 m³/s

Sông Mã chủ yếu chảy giữa vùng rừng núi và trung du Phù sa sông Mã là nguồn chủ yếu tạo nên đồng bằng Thanh Hóa lớn thứ ba ở Việt Nam

Hệ thống sông Mã gồm dòng chính là sông Mã và 2 phụ lưu lớn là sông Chu, sông Bưởi Hệ thống sông này có tổng chiều dài là 881 km, tổng diện tích lưu vực

là 39.756 km², trong đó có 17.520 km² nằm trong lãnh thổ Việt Nam Tổng lượng nước trung bình hàng năm của toàn bộ hệ thống sông là 19,52 tỉ m³

Các phụ lưu lớn của sông Mã là sông Chu, sông Bưởi, sông Cầu Chày đều hợp lưu với sông Mã trên địa phận Thanh Hóa Ngoài ra còn có các phụ lưu nhỏ như sông Lũng, sông Sơn Trà, sông Nậm Soi

Tiềm năng thủy điện lý thuyết của hệ thống sông Mã là 12 tỷ kW, tiềm năng

có thể khai thác là 4,732 tỷ kW và tiềm năng kinh tế là 2,43 tỷ kW Cùng với nhiệm

vụ phát điện, hệ thống này còn có nhiệm vụ thủy lợi: cấp nước cho nông nghiệp, chống lũ hạ du Hiện trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa có 15 dự án thủy điện đã và đang nghiên cứu đầu tư và triển khai thực hiện Cụ thể, 3 dự án thủy điện đã hoàn thành đưa vào hoạt động, gồm: Thủy điện Cửa Đạt, thủy điện Sông Mực, Thủy điện Bàn Thạch; 7 dự án thủy điện đang triển khai thi công, đó là: Trung Sơn, Hồi Xuân, Bá Thước 1, Bá Thước 2, Dốc Cáy, Sông Âm, Trí Nang; 5 dự án chuẩn bị các bước đầu tư, gồm: Thành Sơn, Cẩm Thủy 1, Cẩm Thủy 2, Xuân Minh, Đập Bái Thượng Đặc biệt, trên dòng sông Mã đoạn chảy qua Thanh Hóa hiện có 7 dự án thủy điện đã

và đang xây dựng (Trung Sơn, Hồi Xuân, Bá Thước 1, Bá Thước 2, Cẩm Thủy 1, Cẩm Thủy 2, Thành Sơn), trong đó có 5 dự án được phê duyệt bảo đảm đúng trình

tự, thủ tục và cơ bản đúng các quy định của pháp luật

Theo quy hoạch, các dự án thủy điện trên địa bàn tỉnh có tổng công suất gần

800 MW, việc thực hiện đầu tư các dự án thủy điện góp phần đóng góp một nguồn điện đáng kể cho hệ thống điện quốc gia Mặt khác, sản xuất thủy điện không tiêu

thụ nhiên liệu, không có chất thải độc hại như các nhà máy nhiệt điện khác như nhiệt điện dùng than, dầu, khí đốt Việc xây dựng các nhà máy thủy điện, duy trì

dự trữ hàng triệu m3 nước Trong quá trình đưa nhà máy thủy điện vào hoạt động nếu vận hành và điều tiết hợp lý sẽ bảo đảm nguồn nước cho hạ lưu trong mùa khô kiệt, phục vụ sản xuất và đời sống của nhân dân Việc xây dựng các nhà máy thủy điện sẽ hình thành các tiềm năng mới, đặc biệt là những hồ nước rộng, lớn tạo nên những vùng tiểu khí hậu, những cảnh quan để phát triển du lịch gắn kết với các khu bảo tồn thiên nhiên trên địa bàn tỉnh như Pù Hu, Pù Luông và các khu du lịch của tỉnh Hòa Bình

Điển hình như Công trình Thủy lợi - Thủy điện Cửa Đạt (hồ chứa nước Cửa Đạt và Nhà máy Thủy điện Cửa Đạt) là cụm công trình trên sông Chu (nằm trong hệ thống sông Mã) Trong đó hồ chứa nước Cửa Đạt có dung tích gần 1,5 tỷ m3, có nhiệm vụ cắt giảm lũ, đẩy mặn cho vùng hạ du, bảo đảm cung cấp nước tưới cho 86.862 ha đất sản xuất nông nghiệp, cũng như nước cho sản xuất công nghiệp, sinh hoạt của nhân dân Nhà máy Thủy điện Cửa Đạt với 2 tổ máy, tổng công suất lắp máy 97 MW, bổ sung cho lưới điện quốc gia trung bình hàng năm 430 triệu kwh và phát điện thương mại tháng 5-2010; năm 2012 đóng góp ngân sách tỉnh 31,384 tỷ đồng và quý I-2013 nộp 13,6 tỷ đồng Đi đôi với việc đầu tư xây dựng Công trình Thủy lợi - Thủy điện Cửa Đạt, thời gian qua hệ thống giao thông trong vùng cũng được đầu tư nâng cấp, mở rộng, góp phần phát triển kinh tế - xã hội, đi lại thuận lợi cho nhân dân Đồng thời, nhiều công trình lịch sử, văn hóa cũng đã được đầu tư xây dựng, nâng cấp Vì vậy, những năm gần đây ngoài đóng góp ngân sách Nhà nước, Công trình Thủy lợi - Thủy điện Cửa Đạt góp phần phát triển du lịch, dịch vụ - thương mại trên địa bàn, tạo việc làm cho hàng trăm lao động địa phương; góp phần xóa đói, giảm nghèo, nâng cao đời sống nhân dân

Ngày 31 tháng 3 năm 2005 Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương) có Quyết định số 1195/QĐ-NLDK về việc “Phê duyệt Quy hoạch bậc thang thuỷ điện sông Mã”, nội dung chính như sau:

- Sơ đồ khai thác bậc thang thuỷ điện và nhiệm vụ chính của các công trình trên sông Mã:

+ Trên nhánh sông Mã có 05 công trình hồ chứa lợi dụng tổng hợp:

• Công trình Pa Ma, mực nước dâng bình thường (MNDBT) 455m, công suất lắp máy (Nlm) 80MW; nhiệm vụ cấp nước và chống lũ là chính; kết hợp phát điện

• Công trình Huổi Tạo: MNDBT 380m, Nlm= 180MW; Nhiệm vụ cấp nước và chống lũ là chính, kết hợp phát điện

• Công trình Bản Uôn, MNDBT= 160m, Nlm= 280MW; Nhiệm vụ phát điện và chống lũ là chính

• Công trình Hồi Xuân, MNDBT= 80m, Nlm=92MW; Nhiệm vụ phát điện và cấp nước

• Công trình Cam Ngọc, MNDBT=50m, Nlm= 145MW; Nhiệm vụ cấp nước kết hợp phát điện

+ Trên nhánh sông Chu có 02 công trình:

• Công trình Hủa Na, MNDBT 240m, Nlm= 180MW; Nhiệm vụ phát điện và chống lũ là chính

• Công trình Cửa Đạt, MNDBT 119m, Nlm= 97MW đang xây dựng; Nhiệm vụ cấp nước và chống lũ là chính, kết hợp phát điện

- Dung tích phòng lũ đặt tại các hồ chứa:

+ Tổng dung tích phòng lũ đạt trên nhánh sông Mã: 700 triệu m3 dự kiến đặt tại các hồ chứa Pa Ma (khoảng 200 triệu m3), Huổi Tạo (khoảng 300 triệu m3); Bản Uôn (tối đa 200 triệu m3) Phân phối dung tích phòng lũ giữa các bậc thang trên nhánh sông Mã cần được luận chứng chi tiết và chuẩn xác khi lập dự án đầu tư, trong đó xét đến các điều kiện địa hình địa chất thực tế của dự án, vùng hạ

du, thời điểm dự kiến xây dựng các hồ chứa khác trên sông Mã trong chương trình

phát triển thuỷ lợi, đảm bảo các yêu cầu kinh tế kỹ thuật

+ Tổng dung tích phòng lũ đặt trên nhánh sông Chu: 400 triệu m3, đặt tại các hồ chứa Cửa Đạt 300 triệu m3 và Hua Na 100 triệu m3

- Thứ tự ưu tiên xây dựng các công trình:

+ Công trình xây dựng đợt đầu: công trình Cửa Đạt và Hua Na trên nhánh sông Chu; công trình Bản Uôn trên nhánh sông Mã

+ Các công trình tiếp tục được nghiên cứu theo hướng đa mục tiêu: Hồi Xuân, Cam Ngọc, Pa Ma, Huổi Tạo trên nhánh sông Mã

Ngày 18 tháng 4 năm 2008 Bộ Công Thương có Quyết định số BCT về việc “Phê duyệt bổ sung Quy hoạch bậc thang thuỷ điện sông Mã”, nội dung chính của như sau:

2383/QĐ Phê duyệt bổ sung dự án thuỷ điện Thành Sơn vào Quy hoạch bậc thang thuỷ điện Sông Mã đã được Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương) phê duyệt tại Quyết định số 1195/QĐ-NLDK ngày 31 tháng 3 năm 2005 với các nội dung chính sau:

+ Địa điểm xây dựng công trình: Trên dòng chính sông Mã, thuộc địa bàn các xã Thành Sơn và Trung Thành huyện Quan Hoá- tỉnh Thanh Hoá; toạ độ dự kiến (hệ VN- 2000): X= 2.277.459,6 và Y= 490.006,9

+ Nhiệm vụ và sơ đồ khai thác của Dự án: Dự án có nhiệm vụ chính là phát điện Sơ đồ khai thác thuỷ năng gồm đập dâng kết hợp đập tràn trên sông Mã và nhà máy thuỷ điện kiểu sau đập

+ Các thông số chính của Dự án: Diện tích lưu vực tính đến tuyến đập Flv= 13.275 km2, lưu lượng bình quân nhiều năm Q0= 246 m3/s, mực nước dâng bình thường MNDBT = 89 m, mực nước hạ lưu nhà máy MNHLmin= 78,5m, cột nước tính toán Htt= 8,8m và công suất lắp máy Nlm= 37MW

- Việc đầu tư Dự án thuỷ điện Thành Sơn phải phù hợp với các Quy hoạch:

phát triển kinh tế- xã hội, sử dụng đất, sử dụng nguồn nước và phát triển điện lực trên địa bàn tỉnh Thanh Hoá; đồng bộ với tình hình phát triển phụ tải và tiến độ đầu

tư hệ thống lưới điện truyền tải trong khu vực của Tập đoàn Điện Lực Việt Nam

- Trong giai đoạn lập Dự án đầu tư xây dựng công trình thuỷ điện Thành Sơn,

Uỷ ban nhân dân tỉnh Thanh Hoá cần chỉ đạo kiểm tra, xem xét các vấn đề sau:

+ Bổ sung điều tra, khảo sát các điều kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, thuỷ văn,…) khu vực Dự án; tính toán chuẩn xác quan hệ mực nước- lưu lượng tại hạ lưu nhà máy thuỷ điện

+ Chuẩn xác MNDBT của Dự án trên cơ sở tính toán mực nước dềnh đuôi hồ chứa do lũ, đảm bảo không ảnh hưởng đến hiệu ích điện năng và an toàn vận hành của nhà máy thuỷ điện Trung Sơn phía thượng lưu;

+ Đập tràn của Dự án thuỷ điện Thành Sơn phải thiết kế đảm bảo tháo an toàn lưu lượng xả lũ kiểm tra của công trình thuỷ điện Trung Sơn theo quy định tại các quy phạm thiết kế hiện hành;

+ Cập nhật các thông số mực nước thượng lưu, hạ lưu và lưu lượng phát điện của các bậc thang thuỷ điện Trung Sơn và Hồi Xuân (phía hạ lưu); phân tích, so sánh để chuẩn xác các thông số chính của công trình, đặc biệt là quy mô Nlm nhằm đảm bảo hiệu quả khai thác của Dự án cũng như hệ thống truyền tải điện;

+ Điều tra, khảo sát và lập phương án bồi thường, hỗ trợ và di dân tái định cư cho Dự án, đảm bảo phù hợp với các quy định hiện hành có liên quan của Nhà nước

Trong điều kiện thiếu hụt điện năng như hiện nay, việc phát triển hệ thống thủy điện đã góp phần không nhỏ vào việc đóng góp nguồn điện cho hệ thống điện quốc gia Nếu được xây dựng, quản lý vận hành tốt thì thủy điện là nguyồn lực to lớn đóng góp vào sự phát triển chung cho nền kinh tế - xã hội của tỉnh

Với thực trạng hệ thống điện và khả năng khai thắc năng lượng từ tài nguyên nước trên dòng sông Mã cũng như những tồn tại trong vận hành, có thể rút ra một

số kết luận sau:

- Các công trình thủy điện trên sông Mã đều là những công trình có quy mô trung bình đến lớn, có tầm quan trọng đặc biệt đối với nền kinh tế quốc dân nói chung và của tỉnh Thanh Hóa nói riêng

- Về tỷ trọng thủy điện, năng lượng có thể khai thác từ 3 công trình Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu chiếm đến 12 % trữ năng kinh tế của cả nước và càng có tỷ trọng lớn hơn đối với khu vực Miền Bắc Các NMTĐ trên có đủ năng lực để thực hiện điều tần cho HTĐ quốc gia cũng như phủ đỉnh phụ tải của HTĐ

- Do đó, đặt giả thiết là các NMTĐ vừa và nhỏ khác có thể vận hành với mục tiêu tối ưu về kinh tế Cụ thể hơn, giá thành vận hành của NMTĐ thấp hơn so với các loại nhà máy điện khác như nhiệt điện than, nhiệt điện tuabin khí, điện hạt nhân, điện gió Mà các NMTĐ trên dòng sông Mã có những thời đoạn hoặc không khai thác hết khả năng của nguồn nước (mùa lũ) hoặc khai thác triệt để (mùa kiệt) Do

đó, các NMTĐ vừa và nhỏ nếu được điều tiết tối ưu dòng chảy có thể mang đến hiệu quả kinh tế cao hơn

Do đó, việc nghiên cứu khai thác tối ưu nguồn thủy năng trên sông Mã trong vận hành nhà máy thủy điện Trung Sơn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế cao cho phát triển kinh tế xã hội

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY

CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

2.1.1 Điều tiết dòng chảy theo nhu cầu điều chỉnh công suất NMTĐ

Chế độ thay đổi của dòng chảy tự nhiên thường không phù hợp với nhu cầu cung cấp điện [TL-2] Chẳng hạn, xét trong chu kỳ một năm thì lưu lượng nước trên sông thay đổi rất mạnh, tương ứng với biểu đổ thủy văn (hình 2.1,a), trong khi đó điện năng tiêu thụ hàng tháng của phụ tải hệ thống lại rất ít thay đổi Như vậy vào mùa lũ lượng nước về quá nhiều, không thể sử dụng hết theo công suất vận hành của các tổ máy, còn mùa cạn lưu lượng nước của dòng chảy quá ít không đáp ứng

đủ cho nhu cầu phát điện

Xét trong phạm vi ngắn hơn Ví dụ một ngày đêm, thì lưu lượng nước hầu như chưa thay đổi, trong khi đó biều đồ công suất phụ tải tổng hệ thống lại thay đổi rất lớn theo ca kíp làm việc của Nhà máy xí nghiệp và nhu cầu điện sinh hoạt (hình 2.1,b)

Hình 2.1 Sự biến đổi của lượng nước và công suất phụ tải

trong năm (a) và trong ngày (b)

Vấn đề đặt ra là có thể tận dụng tối đa khả năng tích nước của hồ điều tiết lại dòng chảy nhằm đáp ứng tốt nhật cho nhu cầu phát điện (chưa nói đến các loại điều

tiết khác), Hồ càng lớn thì hiệu quả điều tiết càng cao

Mục tiêu chung của bài toán điều tiết dòng chảy là nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất, xét trong phạm vi toàn hệ thống Tuy nhiên, tùy theo điều kiện người ta thực hiện các bài toán khác nhau, mục tiêu cụ thể của mỗi trường hợp có thể không giống nhau, do chỉ khai thác được một tiêu chí nhất định của hiệu quả kinh tế

Ví dụ điều tiết để sản lượng điện năng cả năm của Nhà máy thủy điện đạt được cao nhất.Khi đó hiệu quả kinh tế của việc điều tiết là tận dụng được tối đa nguồn năng lượng rẻ tiền từ dòng sông Cũng có thể điều tiết vận hành Nhà máy thủy điện làm cho biểu đồ phát công suất của các Nhà máy nhiệt điện hợp lý, hiệu suất đạt cao (như đã phân tích cho hiệu quả làm việc của Nhà máy thủy điện tích năng) thì hiệu quả kinh tế lại là giảm chi phí nhiên liệu cho các Nhà máy nhiệt điện Mục tiêu của các loại điều tiết phục vụ lợi ích tổng hơp (điều tiết lũ, tưới tiêu, cấp nước sinh hoạt…) còn mang nhiều ý nghĩa khác nữa

2.1.2 Phân loại điều tiết dòng chảy

a) Theo thời gian, người ta chia ra các loại điều tiết sau:

- Điều tiết ngày;

- Điều tiết tuần;

- Điều tiết mùa;

- Điều tiết năm;

- Điều tiết nhiều năm,

Việc phân loại theo thời gian là nhằm xác định khoảng thời gian thực hiện tính toán điều tiết Với những khoảng thời gian khác nhau, mô tả toán học và hàm mục tiêu của bài toán có thể hoàn toàn khác nhau.Đó là vì khả năng thực hiện điều tiết và hiệu quả đem lại không giống nhau

Trong phạm vi một ngày đêm (điều tiết ngày), lưu lượng nước của dòng

thể đặt bài toán điều chỉnh công suất NMTĐ sao cho hệ thống có lợi nhất Không có khả năng làm tăng thêm sản lượng điện năng cho NMTĐ bởi lượng nước không đổi Hơn nữa, bài toán cũng chỉ có thể thưc hiện khi hồ vơi, còn khả năng điều chỉnh mức nước trong hồ (ngoài mùa lũ) Thực ra, bài toán điều tiết ở NMTĐ trong trường hợp này nằm trong bài toán chung của hệ thống: phân bố tối ưu công suất cho các nhà máy điện với HTĐ hỗn hợp thủy nhiệt điện, theo biểu đồ phụ tải ngày Tuy nhiên, xét riêng các NMTĐ người ta thường áp dụng các phương pháp đơn giản đặc trưng hơn (Chế độ làm việc ngày của Nhà máy thủy điện trong HTĐ) Kết quả của bài toán điều tiết ngày (dù thực hiện theo phương pháp nào) đều có ý nghĩa chung là điều chỉnh công suất NMTĐ theo phần đỉnh của biểu đồ phụ tải tổng hệ thống Khi phụ tải thấp, Nhà máy chỉ phát lượng công suất nhỏ, tích nước vào hồ Vào giờ cao điểm, NMTĐ sử dụng nước hồ phát phủ đỉnh cho biểu đồ phụ tải Khi

đó các Nhà máy nhiệt điện có khả năng làm việc với biểu đồ phát bằng phẳng hơn

Điều tiết tuần cũng có ý nghĩa tương tự như điều tiết ngày Lưu lượng nước

trên sông trong phạm vi một tuần cũng vẫn được coi như không đổi Các ngày làm việc (từ thứ hai đến thứ sáu) điện năng tiêu thụ nhiều hơn các ngày nghỉ cuối tuần Điều tiết tuần thực chất là phân bố lại lượng nước trong tuần nhằm đáp ứng sự gia tăng điện năng sử dụng trong các ngày làm việc (đầu tuần) và giảm điện năng sử dụng trong các ngày nghỉ cuối tuần Mục tiêu của điều tiết tuần cũng là giảm chi phí vận hành tổng cho hệ thống

So với điều tiết ngày và điều tiết tuẩn, điều tiết năm có những đặc trưng

hoàn toàn khác, không thể coi lưu lượng nược trên sông là ít thay đổi Hơn nữa, sự chênh lệch lớn về lưu lượng nước dòng chảy theo mùa còn là nguyên nhân hạn chế hiệu quả khai thác thủy năng của NMTĐ Vì vậy nhiệm vụ của điều tiết năm là làm cho dòng chảy đồng đều hơn nhằm khai thác tối đa năng lượng của dòng chảy

Hình 2.2 Biểu đồ điều tiết năm của NMTĐ

khi hồ chứa đủ lớn (a) và thể tích hạn chế (b)

Hình 2.2 thể hiện hiệu quả của của bài toàn điều tiết năm bằng hồ chứa (trường hợp hồ đủ lớn và trường hợp có thể tích hạn chế) Nếu không điều tiết thì vào mùa lũ NMTĐ chỉ có thể vận hành với lượng tối đa QTĐmax , xả toàn bộ lưu lượng nước thừa, trong khi mùa cạn chỉ có thể vận hành với lưu lượng rất nhỏ theo dòng chảy tự nhiên của dòng sông Nếu hồ đủ lớn có thể vận hành quanh năm với lưu lượng nước không đổi (bằng lưu lượng nước trung bình của dòng sông), toàn bộ lưu lượng nước thừa tích trong mùa lũ được dùng vừa hết trong mùa cạn (hình 2.2,a) Khi hồ có dung tích hạn chế, có một phần nước thừa trong mùa lũ bị xả tràn (hình 2.2,b).Tuy nhiên, lượng nước xả giảm nhiều đồng thời lượng nước tích lũy được nâng lưu lượng nước vận hành trong mùa cạn lên thêm đáng kể Cột nước cũng được dâng cao Nhờ tận dụng tối đa lượng nước dòng chảy và dâng cao cột nước (trong mùa cạn) lên cao, sản lượng điện năng của NMTĐ tăng lên đáng kể

Người ta cũng thường chia bài toàn điều tiết năm thành điều tiết hai mùa (mùa nước lên và mùa nước xuống) vì chúng có những đặc trưng độc lập tương đối

Hình 2.3 Điều tiết nhiều năm NMTĐ có hồ dung tích lớn Điều tiết nhiều năm, được xét đến khi hồ có dung tích lớn (vượt trên thể tích san

bằng hoàn toàn dòng chảy theo chu kỳ một năm), trong khi dòng chảy biến động nhiều với chu kỳ dài hạn (nhiều năm) Nhiều dòng sông có chu kỳ dài hạn khá rõ rệt, ví dụ cứ 6 năm lại có 1 năm nước cực đại (hình 2.3) Nếu hồ có dung tích lớn,

có thể tích đầy hồ vào cuối những năm nước to rồi dùng dần vào nửa chu kỳ nước cạn Khi hồ đủ lớn cũng có thể san bằng hoàn toàn dòng chảy theo chu kỳ nhiều năm Hình 2.3 vẽ đường cong lũy tích nhiều năm của dòng chảy có chu kỳ 6 năm Tương tự như chu kỳ một năm, có thể xác định được dung tích hồ chứa đủ lớn san bằng hoàn toàn dòng chảy nhiều năm theo đường cong lũy tích

b) Theo tính chất điều tiết, người ta chia ra 2 loại: điều tiết ngắn hạn và điều

tiết dài hạn Trong đó điều tiết ngày và điều tiết tuần tương ứng với điều tiết ngắn hạn, điều tiết mùa, điều tiết năm và điều tiết nhiều năm tương ứng với điều tiết dài hạn Cách phân loại như trên không đơn thuần chia lại khoảng thời gian mà chủ yếu

là do có sự khác nhau về tính chất giữa điều tiết ngắn hạn và điều tiết dài hạn

Với điều tiết dài hạn, thực chất về cách thức điều tiết là điều chỉnh lại lưu lượng dòng chảy, vốn thay đổi nhiều trở nên ít thay đổi hơn cho phù hợp với nhu cầu cung cấp điện.Về mục tiêu điều tiết thì điều tiết dài hạn nhằm tận dụng tối đa năng lượng dòng nước, làm tăng sản lượng điện năng của NMTĐ lên đến mức cực