BÀI LUẬN VỀ THỦY ĐIỆN

Bài luận tìm hiểu về thủy điện, nguyên nhân ra đời, lịch sử phát triển....(Thủy năng hay năng lượng nước nói chung nhận được từ lực hoặc năng lượng của dòng nước, dùng để sử dụng vào mục đích có lợi. Thủy năng đã được sử dụng từ xa xưa thời nền văn minh Lưỡng Hà và Hy Lạp cổ đại, nơi mà các hạng mục thủy lợi đã được sử dụng từ thiên niên kỷ thứ VI trước Công nguyên. Thủy năng là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và có vai trò then chốt trong phát triển bền vững với nhiều lý do khác nhau. Một trong những vai trò to lớn của thủy năng đó là biến đổi thành điện năng thông qua các công trình thủy điện, có khả năng cung cấp vận hành linh hoạt nhất, đáp ứng hầu hết các nhu cầu cấp tốc khi dao động phụ tải điện năng)

Tác giả: Vương Vinh Hưng 12A1

THỦY ĐIỆN

1.Thủy điện:

Thủy năng hay năng lượng nước nói chung nhận được từ lực hoặc năng lượng của dòng nước, dùng để sử dụng vào mục đích có lợi Thủy năng đã được

sử dụng từ xa xưa thời nền văn minh Lưỡng Hà và Hy Lạp cổ đại, nơi mà các hạng mục thủy lợi đã được sử dụng từ thiên niên kỷ thứ VI trước Công nguyên Thủy năng là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và có vai trò then chốt trong phát triển bền vững với nhiều lý do khác nhau Một trong những vai trò to lớn của thủy năng đó là biến đổi thành điện năng thông qua các công trình thủy điện, có khả năng cung cấp vận hành linh hoạt nhất, đáp ứng hầu hết các nhu cầu cấp tốc khi dao động phụ tải điện năng

Thủy điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước Đa số năng lượng thủy điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một turbine nước và máy phát điện Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực của nước hay các nguồn nước không bị tích bằng các đập nước như năng lượng thuỷ triều Thủy điện là nguồn năng lượng có thể hồi phục Nhà máy thủy điện là nơi chuyển đổi sức nước (thủy năng) thành điện năng Nước được tụ lại từ các đập nước với một thế năng lớn Qua một hệ thống ống dẫn, năng lượng dòng chảy của nước được truyền tới turbine nước, turbine nước được nối với máy phát điện, nơi chúng được chuyển thành năng lượng điện Cấu tạo của một nhà máy thủy điện:

-Đập (Dam)– Hầu hết các nhà máy thủy điện dựa vào một con đập chứa

nước lại, tạo ra một hồ chứa lớn Thông thường, hồ chứa này được sử dụng như một hồ giải trí như hồ Roosevelt tại đập Grand Coulee tại tiểu bang Washington

-Ống dẫn nước (Penstock)– Cửa trên đập mở và lực hấp dẫn đẩy nước chảy

qua các đường ống chịu áp Đường ống dẫn nước đến turbine Nước làm tăng dần áp lực khi nó chảy qua đường ống này

-Turbine (Turbine) – Nước hướng về và làm quay các cánh lớn của tuabin, tuabin này gắn liền với máy phát điện ở phía trên nó nhờ một trục Loại phổ biến nhất của turbine dùng cho nhà máy thủy điện là Turbine Francis, trông nó

giống như một đĩa lớn có những cánh cong Một turbine có thể cân nặng khoảng 172 tấn và quay với tốc độ 90 vòng mỗi phút

-Máy phát điện (generator) – Khi các cánh tua-bin quay, một loạt các nam

châm trong các máy phát điện cũng quay theo Những nam châm khổng lồ này quay quanh cuộn dây đồng, sản sinh ra dòng điện xoay chiều (AC)

-Biến áp (Transformer)– Máy biến áp được đặt bên trong nhà máy điện tạo

ra dòng điện xoay chiều AC và chuyển đổi nó thành dòng điện có điện áp cao hơn

-Đường dây điện (Power Lines) – Trong mỗi nhà máy điện có đến bốn dây :

ba dây pha của năng lượng điện được sản xuất đồng thời với một dây trung tính

-Cống xả (Outflow) – Đưa nước chảy qua các đường ống – gọi là kênh , và

chảy vào hạ lưu sông

Phân loại nhà máy thủy điện:

Nhà máy thủy điện kiểu đập: Xây dựng bằng cách xây các đập chắn ngang sông làm cho mức nước trước đập dâng cao tạo ra cột nước có chiều cao

khoảng 30 – 45m cho tới 250 – 300m Nhà máy được bố trí ngay sau đập Đập càng cao thì công suất nhà máy thủy điện càng lớn

Nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn: Thay vì phải xây một đập cao như với nhà máy thủy điện kiểu đập, trong nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn nước sẽ được đưa xuống nhà máy bởi một hệ thống kênh, máng, ống dẫn

Nhà máy thủy điện kiểu hỗn hợp: Với những địa hình thích hợp, bằng việc kết hợp xây dựng đập với kênh dẫn có thể tạo ra nhà máy thủy điện kiểu hỗn hợp có công suất lớn mà kinh phí nhỏ Năng lượng nước được tạo nên nhờ cả đập và kênh dẫn Tận dụng chênh lệch độ cao phía dưới đập có thể nâng công suất lên đáng kể trong khi chỉ cần đầu tư thêm dàn ống dẫn nước từ trên cao xuống thấp Nhà máy kiểu này được dùng cho các đoạn sông mà ở trên sông có

độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nước và hồ chứa, còn ở dưới có độ dốc lớn thì xây dựng đường dẫn

Tùy thuộc vào điều kiện thực tế mà phát triển loại hình thủy điện cho phù hợp

2 Lịch sử hình thành và các bước phát triển của thủy điện:

Trong lịch sử phát triển thủy điện thế giới đã trải qua 6 bước tiến lớn để đạt được một nhà máy thủy điện to lớn nhất hiện nay là đập thủy điện Tam Hiệp ( trên sông Dương Tử của Trung Quốc )

Bước tiến thứ nhất: Tạo ra điện năng Con đập thủy điện đầu tiên là ở Anh vào thế kỉ thứ 19 tại một dòng suối nhỏ ở Northumberland nơi tạo ra năng lượng thủy điện đầu tiên trên thế giới Trong những năm 1800 giữa cuộc cách mạng công nghiệp ở Anh, một nhà phát minh nhà kinh doanh Armstrong người đầu tiên dùng thủy điện để thắp sáng bóng đèn cung cấp ánh sáng cho phòng tranh của mình Ông đã dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do Faraday tìm ra trước đó để tạo ra dòng điện nhưng để tạo ra điện đủ dùng thì ông đã mua turbine Thomson – một loại turbine cần lượng nước lớn để quay turbine Và

ông đã tìm ra giải pháp cho mình bằng cách đắp một bờ đất cao 10m trên con suối để lợi dụng áp lực nước lớn làm quay turbine tạo ra điện năng Và con đập

Debdon (4 KW) này được coi là nền móng cho ngành thủy điện thế giới

( Ảnh minh họa: Đập thủy điện đầu tiên trên thế giới ) Bước tiến thứ hai: chuyển dòng chảy Tại Pháp vào những năm 1914 chiến tranh thế giới thứ nhất làm Pháp rơi vào khủng hoảng phải nhập than duy trì các nhà máy nhiệt điện, sau đó họ đã quyết định dùng thủy điện để làm nguồn năng lượng vào để xây một công trình thủy điện tầm cỡ bấy giờ trên sông Dordogne chảy xiết là cả một bước tiến mới để xây dựng được đập Mareges (128 MW)

họ đã phải chuyển dòng con sông bằng cách các con đập phụ và họ đã thành công

Bước tiến thứ ba: vấn đề bê tông Ở Hoa Kì những năm 1930 bờ tây nước này hầu như không thể phát triển do vấn đề năng lượng và nguồn nước các kĩ sư nước này đã xây dựng nên con đập Hoover (1.345 MW) trên dòng sông

Colorado Do lượng bê tông quá lớn hơn 6 triệu tấn trong quá trình xây dựng thì quá trình đợi bê tông nguội đi mà không gây vết nứt gãy Các kĩ sư đã đổ từng khối bê tông rồi ghép lại đồng thời dẫn dòng nước lạnh vào thân đập làm nguội nhanh bê tông từ 125 năm xuống còn 22 tháng rút ngắn thời gian xây dựng đập Bước tiến thứ tư: vấn đề lũ lụt Tại thị trấn Johnstown, bang Pennsylvania ngày 30 tháng 5 năm 1889 một trận mưa lớn nhất trong lịch sử suốt 24h khiến

con đập vỡ ra hơn 20 triệu tấn nước rút ra trong 45 phút tràn vào thị trấn khiến thị trấn phá hủy hoàn toàn hơn 2200 người chết lí do khiến con đập bị vỡ là do nước tràn xuống nhanh chóng làm yếu và xói mòn nền móng khiến con đập vỡ tan Sau đó các kĩ sư ở Mỹ xây dựng con đập Grand Coulee (2.000 MW) ở dòng sông Columbia và họ đã xây chân đập vòng tròn để triệt tiêu lực khi nước xuống chân đập hạn chế xói mòn Đồng thời sau này các kĩ sư cũng bơm bê tông xuống nền móng chân đập để có nền móng vững trải nhất

( ảnh: sự cố vỡ đập ở Johnstown )

(ảnh: biện pháp chống xói mòn chân đập)

Bước tiến thứ năm: giao thông thuyền bè Những năm 1960 ở Liên Xô muốn xây dựng những con đập mang lại nguồn năng lượng khổng lồ và họ xây con đập Kransnoyarsk (6.000 MW) trên dòng sông Genesee nhưng vấn đề đây lại là con đường thủy quan trọng để đến vùng Siberia và có một giải pháp là xây dựng hệ thống nâng thủy lực để giải quyết các vấn đề giao thông Đó là nên tảng cho các âu tàu sau này tại các con đập thủy điện

Bước tiến thứ sáu: phù sa Trung Quốc cho xây dựng con đập thủy điện lớn nhất thế giới trên dòng sông Dương Tử hùng vĩ, sông Dương Tử là nguồn cung cấp phù sa quan trọng cho các đồng bằng hạ lưu nếu xây đập thì lượng phù sa

sẽ bị giữ lại tại con đập gây nghèo nàn dinh dưỡng cho đất và ảnh hưởng sức chứa của đập Con đập được xây các cửa cống dưới đáy để dòng nước mang phù sa tới hạ lưu và vấn đề phù sa được giải quyết

Qua quá trình phát triển thủy điện đã đạt tới tầm cao của mình

3 Lợi ích và Hạn chế

3.1 Lợi ích:

-So với các nguồn năng lượng khác như nhiệt điện, điện hạt nhân thì thủy điện là nguồn năng lượng tái sinh rẻ tiền,sự dụng nguồn năng lượng vô tận của thiên nhiên, không phải chịu cảnh biến động giá nhiên liệu và là nguồn năng lượng sạch, đồng thời góp phần tích cực vào việc cung cấp điện năng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước

- Giá thành điện năng thấp, chỉ bằng 1/5 – 1/10 nhiệt điện

- Chi phí vận hành thấp, vận hành đơn giản, dễ dàng tự động hóa

- Các nhà máy thủy điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện, một số nhà máy thủy điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 50 đến

100 năm trước

- Các nhà máy thủy điện hồ chứa bằng bơm hiện là công cụ đáng chú ý nhất

để tích trữ năng lượng về tính hữu dụng, cho phép phát điện ở mức thấp vào giờ thấp điểm (điều này xảy ra bởi vì các nhà máy nhiệt điện không thể dừng lại hoàn toàn hàng ngày) để tích nước sau đó cho chảy ra để phát điện vào giờ cao điểm hàng ngày Việc vận hành cách nhà máy thủy điện hồ chứa bằng bơm cải thiện hệ số tải điện của hệ thống phát điện

-Đập thủy điện là hồ chứa dự trữ nước giúp điều tiết nước hạn chế lũ lụt hạn hán phát triển kinh tế địa phương

-Góp phần phát triển cơ sở hạ tầng Ngoài ra, thu nhập nhờ bán điện còn cho

phép tài trợ cho các nhu cầu hạ tầng cơ sở cơ bản khác, cũng như để xoá đói giảm nghèo cho những người dân bị ảnh hưởng bởi việc xây dựng thuỷ điện, và cộng đồng dân cư nói chung

-Sử dụng nước đa mục tiêu Thuỷ điện không tiêu thụ lượng nước mà nó đã dùng để phát điện, mà xả lại nguồn nước quan trọng này để sử dụng vào những việc khác.Hơn nữa, các dự án thuỷ điện còn sử dụng nước đa mục tiêu Trên thực tế, hầu hết các đập và hồ chứa đều có nhiều chức năng như: cung cấp nước cho sản xuất lương thực Hồ chứa còn có thể cải thiện các điều kiện nuôi trông thủy sản và vận tải thủy

3.2 Hạn chế:

- Thời gian xây dựng lâu, vốn đầu tư ban đầu lớn

- Thường ở xa hộ tiêu thụ nên phải xây dựng hệ thống truyền tải tốn kém

- Nguồn nước cung cấp cho NMTĐ từ các dòng chảy tự nhiên thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào khí hậu, thời tiết

- Nhà máy thủy điện lớn có thể phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái xung quanh

- Nước sau khi ra khỏi turbine thường chứa rất ít cặn lơ lửng, có thể gây ra tình trạng xối sạch lòng sông và làm sạt lở bờ sông

- Việc tái định cư dân chúng sống trong vùng hồ chứa Trong nhiều trường hợp không một khoản bồi thường nào có thể bù đắp được sự gắn bó của họ

về tổ tiên và văn hoá gắn liền với địa điểm đó vì chúng có giá trị tinh thần đối với họ Hơn nữa, về mặt lịch sử và văn hoá các địa điểm quan trọng có thể bị biến mất

-Do hoạt động nhờ biến thế năng của nước thành động năng, từ đó chuyển thành điện năng, nên nhà máy thủy điện thường được đặt trên phía thượng nguồn, thuộc vùng đồi núi và phải có hồ chứa nước Những hồ chứa bao la này nhấn chìm rất nhiều diện tích rừng đầu nguồn Đặc điểm sinh thái, cảnh quan thiên nhiên của cả khu vực bị biến đổi theo hướng xấu đi

-Môi trường sống của các loài động thực vật bị phá hủy hoặc thay đổi khiến chúng cũng dần biến mất Yếu tố đa dạng sinh học gần như không còn Các con đập khiến nước không còn được lưu thông một cách tự do từ thượng nguồn xuống hạ lưu, tạo nên các đoạn sông chết trước con đập Thảm thực vật bị phân hủy trong tình trạng ngập nước dưới đáy hồ khiến sản sinh ra khí metan, một loại khí nhà kính nguy hiểm

-Nếu cá không chết bởi những loại khí độc như thế, thì chúng cũng chết khi

đi qua các turbine nước Theo thống kê của Quỹ Hoang dã Quốc tế (WWF), 60% trong số 227 con sông lớn nhất đã bị phân đoạn nặng nề, trong đó các đập nước (gồm có đập thủy điện) được xem là có trách nhiệm lớn nhất

-Từ cách xa công trình hàng trăm kilomet, những người dân vùng hạ lưu cũng trở thành nạn nhân Các con đập đã ngăn chặn mất của họ dòng phù sa màu mỡ và các loài thủy sản Mặc dù có chức năng điều tiết lũ và chống hạn hán, nhưng các nhà máy thủy điện thường tích xả nước trước tiên là vì lợi nhuận và sự an toàn của chính bản thân mình

-Những vụ xả hồ chứa bất ngờ để chống quá tải đập trước một cơn lũ bất ngờ (hoặc do dự báo kém chính xác) gây lũ lụt cho toàn vùng hạ lưu, cuốn trôi nhà cửa, tài sản, hoa màu và cướp đi sinh mạng của nhiều người Đối với người dân vùng hạ lưu, các hồ chứa hàng triệu, trăm triệu, thậm chí hàng tỷ mét khối nước trên thượng nguồn thực sự là những trái bom lơ lửng trên đầu Ngược lại, vào những năm hạn hán, nước đầu nguồn bị tích lại trong các hồ chứa khiến vùng hạ lưu cạn khô nước sinh hoạt và sản xuất, đẩy người dân đối mặt với vô vàn khó khăn

4.Tình hình sử dụng thủy điện

4.1 Thủy điện trên thế giới

Hiện nay nhiều nước trên thế giới đều có sử dụng thủy điện làm nguồn cung cấp năng lượng Theo Hội đồng Năng lượng Quốc tế (WEC), thủy điện đang đóng góp 20% tổng công suất điện năng trên toàn thế giới, tương đương 2.600 TWh/năm Na Uy là nước mà 100% điện năng được sản xuất từ thủy điện Những nước có thủy điện chiếm hơn 50% cũng rất nhiều, như: Icela (83%), Áo (67%) Canada hiện là nước sản xuất thủy điện lớn nhất thế giới, với tổng công suất gần 400 nghìn GWh, đáp ứng hơn 70% nhu cầu nước này Tiềm năng của nguồn điện xanh này còn rất lớn, bởi WEC đã ước tính, trên toàn cầu, công suất thủy điện có thể đạt đến 14.400 TWh/năm

(Đập Tam Hiệp, Trung Quốc - đập thuỷ điện lớn nhất thế giới, bắt đầu xây dựng

năm 1994 Đập Tam Hiệp chặn sông Dương Tử (sông dài nhất châu Á và thứ 3 thế giới) tại Tam Đẩu Bình, Nghi Xương, tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc Đập Tam Hiệp có chiều cao

185 m, chiều dài 2.390m và được xây dựng dưới hình thức là đập trọng lực bằng bê tông (27,2 triệu mét khối bê tông và 463.000 tấn thép, đủ để xây dựng 63 tháp Eiffel).

(Đập Itaipu – Biên giới Brazil và Paraguay: Tổng chiều dài đập 7.235 m Để xây dựng

công trình đồ sộ này, con sông Parana (lớn thứ 7 thế giới) có nghĩa là rộng lớn như biển cả

phải thay đổi dòng chảy với 50 triệu tấn đất đá phải bị di dời )

4.2 Thủy điện tại Việt Nam

Trong các nguồn cung cấp điện chính thì thủy điện vẫn chiếm tỷ trọng cao, đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu Năm 2010 tỷ trọng các nguồn điện từ thủy điện vẫn chiếm mức cao nhất trong các nguồn sản xuất Tuy nhiên trong kế hoạch phát triển nguồn điện theo Quy hoạch điện VI của chính phủ thì tỷ trọng thủy điện sẽ giảm dần trong cơ cấu tổng nguồn điện sản xuất Điều đó được thể hiện khi từ 2006 đến 2010 tỷ trọng các nguồn thủy điện giảm từ 46.63% xuống còn 38%, thay vào đó là sự gia tăng của các nguồn nhiệt điện bao gồm nhiệt điện than và nhiệt điện khí

Tổng công suất thủy điện của Việt Nam trên lý thuyết vào khoảng

35.000MW, trong đó 60% tập trung tại miền Bắc, 27% phân bố ở miền Trung

và 13% thuộc khu vực miền Nam Đến năm 2013, tổng số dự án thủy điện đã đưa vào vận hành là 268, với tổng công suất 14.240,5 MW Năm 2014, thủy điện chiếm khoảng 32% trong tổng sản xuất điện Cho đến nay các dự án thủy điện lớn có công suất trên 100MW hầu như đã được khai thác hết

Hiện thời có 205 dự án với tổng công suất 6.1988,8 MW đang xây dựng và

dự kiến đưa vào vận hành trong giai đoạn 2015-2017 Riêng bốn tỉnh miền Trung cùng hai tỉnh ở Tây nguyên là Kontum và Đắk Nông đã có gần 150 dự án thủy điện lớn nhỏ đã được phê duyệt Là địa phương có số lượng các nhà máy thủy điện lớn nhất, Quảng Nam có đến 62 dự án thủy điện với tổng công suất lên tới 1.601MW

Thủy điện tại Việt Nam gặp nhiều bất cập.vấn đề xây dựng thủy điện tràn lan gây ảnh hưởng tới môi trường cũng như người dân nơi xây dựng đập thủy điện vấn nạn xã lũ không có kế hoạch cũng như không dự báo gây thiệt hại to lớn cho người dân Cuối tháng 9 năm 2009, thuỷ điện A Vương ở Quảng Nam

xả lũ sau bão số 9 gây ngập úng trên diện rộng.Tháng 9 năm 2016, vụ vỡ ống thủy điện Sông Bung 2 làm nhiều người mất tích.Tháng 10 năm 2016 Thủy điện Hố Hô xả lũ gây ra ngập úng diện rộng trên các xã thuộc huyện Hương Khê - Hà Tĩnh và phía Bắc tỉnh Quảng Bình cộng thêm tình hình mưa kéo dài gây thiệt hại nghiêm trọng tương đương trận lũ lịch sử năm 1999.Tháng 12 cùng năm, 12 hồ thủy điện ở Nam Trung Bộ đồng loạt xả lũ, cùng với mưa lớn gây ngập nặng, ít nhất 3 người chết

(Thủy điện Hố Hô xả lũ ngày 16-10)