Lịch sử phát triển Thuỷ điện: I.1 Lịch sử phát triển của Tua bin thuỷ lực: Việc sử dụng năng lượng của nước được thực hiện từ xa xưa, tuy nhiên, các Tua bin thuỷ lực là các mẫu xuất hiệ
Trang 1MỤC LỤC
Trang 2CHƯƠNG I: THUỶ ĐIỆN Ở VIỆT NAM
I Lịch sử phát triển Thuỷ điện:
I.1 Lịch sử phát triển của Tua bin thuỷ lực:
Việc sử dụng năng lượng của nước được thực hiện từ xa xưa, tuy nhiên, các Tua bin thuỷ lực là các mẫu xuất hiện đầu tiên được phát minh sau những năm 1800 Tua bin Francis sử dụng cho hầu hết các cột áp trung bình được phát minh bởi “James Bicheno Francis(1815-1892” ở Mỹ vào năm 1855 và Tua bin Pelton dùng cho cột áp cao được phát minh bởi “Lester Allan Pelton(1829-1908)” ở Mỹ vào năm 1870, và Tua bin Kaplan cho các cột áp thấp được phát minh bởi ”Victor Kaplan (1876-1934)” ở Úc vào năm
1912
(1) Bánh xe nước trọng lực
Năng lượng của nước được sử dụng cho cuộc sống con người trong thời gian dài trên 3000 năm Người ta cho rằng nơi bắt đầu việc sử dụng năng lượng của nước là khu vực dọc theo sông Nile ở Ai cập, sông Euphrates ở vùng Trung đông, hoặc sông Hoàng giang ở Trung quốc Tua bin thuỷ lực đầu tiên là loại dòng nước đẩy ở dưới bánh xe có các cánh làm bằng gỗ được gắn vào vành tròn theo chiều như minh hoạ ở hình 1, và nó được đặt nằm vào bên trong dòng chảy tự nhiên của dòng sông để sử dụng động năng của dòng sông Sau đó, Tua bin thuỷ lực loại dòng nước đẩy ở trên bánh xe được cải tiến từ loại dòng nước đẩy ở dưới bánh xe đã được phát minh như minh hoạ ở hình 2 và nó sử dụng thế năng của dòng nước để làm quay bánh xe Hơn nữa, Tua bin thuỷ lực loại dòng nước đẩy ở giữa bánh xe được cải tiến thêm từ loại dòng nước đẩy ở trên bánh xe đã được phát minh và nó được sử dụng phổ biến ở Anh khoảng 100 năm trong thời gian từ những năm 1780 đến 1870 Hiệu suất của Tua bin thuỷ lực loại dòng nước đẩy ở dưới bánh xe, dòng nước đẩy ở trên bánh xe và dòng nước đẩy ở giữa bánh xe tương ứng là 28
- 32%, 60% và 70% Ngày nay các Tua bin thuỷ lực dùng nguyên lý này được ứng dụng
để tưới tiêu nói chung hoặc dùng cho các công việc riêng
Hình 1 Dòng nước quay Fig.2 Cover shot wheel Fig.3 Breast wheel Hình 1 Dòng nước đẩy
ở dưới bánh xe
Hình 2 Dòng nước đẩy
ở trên bánh xe
Hình 3 Dòng nước đẩy
ở giữa bánh xe
Trang 3(2) Tua bin phản kích
Tua bin thuỷ lực quay bởi phản lực của dòng nước được phát minh vào khoảng năm 1725 và được cải tiến rất khác nhau Vào năm 1841, ống hút đã được phát minh để
sử dụng có hiệu quả cột áp giữa bánh xe công tác và bề mặt thoát nước Hơn nữa, nó tiếp tục được nâng cao hiệu suất bằng việc gắn các cánh hướng vào mặt vỏ bên ngoài của bánh xe công tác vào năm 1844 Năm 1855, J.B Francis đã phát minh Tua bin Francis minh hoạ trong hình 4 được trang bị với một buồng xoắn có các cánh hướng dùng cho việc điều chỉnh lưu lượng xả Kể từ đó Tua bin Francis có hiệu suất rất cao, nó lấn át các loại Tua bin nước khác ngay tức khắc và được sử dụng rất rộng rãi
Mặc dầu Tua bin Francis có thể được ứng dụng cho cả loại cột áp trung bình và cột áp nhỏ song kích thước của Tua bin lớn Xét về ứng dụng cho loại cột áp nhỏ, các Tua bin nước loại mới đã được nghiên cứu liên tiếp Vào đầu thế kỷ 20, Tua bin nước loại dòng chảy hướng trục như minh hoạ trong hình 5 đã được phát minh bởi một nhà nghiên cứu người Mỹ Hơn nữa, vào khoảng năm 1912, V Kaplan đã chuyển đổi cấu trúc bánh xe công tác của Tua bin thành các cánh của bánh xe công tác có thể quay được
và đã thành công trong việc chế tạo Tua bin nước có thể có hiệu suất cao ở công suất bình thường Vì hiệu suất của Tua bin Kaplan rất cao từ công suất nhỏ hơn đến công suất định mức nên Tua bin loại này được sử dụng rộng rãi cho cột áp sử dụng nhỏ
(3) Tua bin xung kích
Tua bin hơi xung kích được phát minh ở Italy vào năm 1629 và tua bin này được
áp dụng cho tua bin thuỷ lực L.A.Pelton đã nhiều lần cải tiến tua bin thuỷ lực này theo các cách khác nhau ở California và đã phát triển thành Tua bin Pelton vào năm 1870 được minh hoạ trong hình 6 Tất cẩ các gáo ở phía trước của các tua bin xung kích là loại một bát nhưng Pelton đã phát minh ra loại gáo có hai bát giống như cấu tạo của chúng hiện nay trong lần đầu tiên và đã thành công trong việc nâng cao hiệu suất của Tua bin
Hình 4 Tua bin Francis Hình 5 Tua bin Kaplan
Trang 4xung kích bằng việc chia vòi phun dòng chảy theo cả hai hướng phải và trái Mặc dầu vậy, rất nhiều cải tiến cũng đã được thực hiện thêm và cũng đã thay đổi các dạng gáo khác nhau Đặc biệt, tua bin nước xung kích được chế tạo bởi Công ty tua bin thuỷ lực Pelton ở San Francisco (Mỹ) có chất lượng rất tốt và sản phẩm của nó được sử dụng rộng rãi
I.2 Lịch sử phát triển của phát điện Thuỷ điện trên thế giới:
Nhà máy điện nơi mà năng lượng của nước được sử dụng để phát điện thuỷ điện lần đầu tiên trên thế giới vào những năm 1870 là ở ngoại ô Paris và các nhà máy thuỷ điện cũng đã xuất hiện ở Mỹ vào những năm 1870 Khi đó công ty Willamette Falls Electric ở Mỹ đã lắp đặt máy phát điện xoay chiều đầu tiên (máy phát một pha 400V, 225kW) được chế tạo bởi công ty Westinghouse Electric Sau đó các nhà máy thuỷ điện
có quy mô lớn đã được xây dựng ở Niagara Falls,
Giới thiệu những nét chính về sự phát triển của các nhà máy thuỷ điện trên thế giới được minh hoạ trong bảng 1
Bảng 1: Lịch sử phát triển của các nhà máy thuỷ điện trên thế giới
Tên NMTĐ Nước Công suất đặt (MW) Năm Ghi chú
là: 1,434 [MW]
Hình 6 Tua bin Pelton
Trang 5Krasnoyarsk Russia 6,000 1968
Tucurui
Công suất ở năm 2000 là: 4,000 [MW]
Trang 6II Phát điện thuỷ điện ở Việt Nam
II.1 Tiềm năng của phát điện thuỷ điện
Việt nam có tiềm năng to lớn về thuỷ điện chạy theo suốt toàn bộ đất nước Nếu khảo sát trên 2200 con sông có chiều dài lớn hơn 10 Km thì tổng tiềm năng về thuỷ điện
ở đất nước ta theo lý thuyết đạt khoảng 300 tỉ kWh/năm và tổng tiềm năng về thuỷ điện
có tính khả thi cũng đạt khoảng 80-100 tỉ kWh/năm với tỉ lệ công suất là 18,000-20,000
MW Tại thời điểm hiện nay, tổng công suất của các nhà máy thuỷ điện đã được khai thác ở nước ta là 4,115 MW (Chiếm 23.2% của tổng công suất có thể khai thác) với sản lượng điện năng trung bình vào khoảng 18 tỉ kWh (Chiếm 22.5% của tổng công suất có thể khai thác)
Hệ thống sông ngòi tiêu biểu ở vùng Bắc Bộ nơi có tiềm năng về thuỷ điện được đại diện bởi Sông Lô, Sông Gâm, Sông Chảy và Sông Đà, các sông đó sau cùng hợp nhất thành Sông Hồng và chảy vào Vịnh Bắc Bộ Các sông ngòi tiêu biểu ở vùng Bắc Trung
Bộ là Sông Mã và Sông Cả Ở vùng ven biển miền Trung, có Sông Vu Gia – Thu Bồn ở Quảng Nam, Sông Trà Khúc ở Quảng Ngãi và Sông Ba ở Phú Yên Có Sông Xê Xan chạy dọc theo biên giới giữa Căm Phu Chia và vùng Trung Bộ Hệ thống sông ngòi tiêu biểu cho vùng Nam Bộ là Sông Đông Nai
Tiềm năng về thuỷ điện có tính khả thi của các sông chính ở nước ta được miêu tả trong bảng II.1
Bảng II.1: Tiềm năng về thuỷ điện có tính khả thi ở Việt Nam
Tên Sông Công suất có tính khả thi
(MW)
Ước tính sản lượng điện
nă ng (TWh)
Tỉ lệ phần trăm
(%)
Sông Vu Gia – Thu Bôn 1,119 4.299 6.3
Tổng cộng của 11 sông ở trên 16,578 70.233 93.7
Tổng cộng trên toàn bộ đất nước 17,700 82.0 100
Trang 7II.2 Tình trạng hiện nay của phát điện Thuỷ điện ở Việt nam
Phát điện Thuỷ điện là một trong những nguồn năng lượng chủ yếu ở Việt Nam
và đến cuối năm 2001 thì tổng công suất đặt của các Nhà máy Thuỷ điện là 4,115 MW và sản lượng điện năng vào khoảng 18 tỉ kWh chiếm gần 51% tính theo kWh, 49% tính theo
kW theo tổng công suất
Các Nhà máy Thuỷ điện hiện có được nêu trong bảng II.2 và sản lượng điện năng trong khoảng thời gian từ năm 1990 đến năm 2001 được nêu trong bảng II.3
Bảng II.2: Các Nhà máy Thuỷ điện hiện có ở Việt Nam (Tính đến năm 2001)
Tên NMTĐ Miền lãnh thổ Công suất đặt Năm đưa vào vận hành Ghi chú
Thác Bà Miền Cắc 120 MW 1971
Hòa Bình Miền Bắc 1920 MW 1988
Yaly Miền Trung 720 MW 2000
Vĩnh Sơn Miền Trung 66 MW 1994
Sông Hinh Miền Trung 70 MW 2000
Trị An Miền Nam 400 MW 1988
Thác Mơ Miền Nam 150 MW 1995
Đa Nhim Miền Nam 160 MW 1964
Hàm Thuận Miền Nam 300 MW 2001
Đa Mi Miền Nam 175 MW 2001
Bảng II.3: Sản lượng điện năng Thuỷ điện
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
Thác bà 386 345 327 405 455 484 483 379 268 345 401 Hòa Bình 3306 4188 4744 5660 6860 7206 7026 6912 8112 8082 8445
Đa Nhim 800 918 958 1033 936 1162 1122 1160 1368 1343 1096 Trị An 1738 1685 1832 1994 1440 1856 1773 1615 2550 2232 2179 Thác Mơ - - - - 511 787 800 601 1041 932 926 Vĩnh Sơn - - - 34 239 338 286 211 414 351 215 Sông Hinh - - - 207 441 Yaly - - - 908 2975 Hàm Thuận - - - 923
Đa Mi - - - 401 Tổng cộng 6230 7136 7861 9126 10441 11833 11490 10878 13753 14400 18003
Trang 8II.3 Đặc điểm chính của các Nhà máy Thuỷ điện ở Việt Nam
Hệ thống điện ở Việt Nam được nối bằng đường dây truyền tải siêu cao áp 500
KV Bắc – Nam và vị trí của các Nhà máy Thuỷ điện cũng được phân thành 03 Miền, đó
là khu vực Miền Bắc, khu vực Miền Trung và khu vực Miền Nam căn cứ vào tình hình nhu cầu sử dụng điện năng trong các vùng chính này
(1) Khu vực Miền Bắc (Thác Bà, Hòa Bình)
- NMTĐ Thác Bà -
Nhà máy Thuỷ điện Thác Bà (120MW, 40MW x 03 tổ máy) được đưa vào vận hành năm 1971 Đó là một trong những Nhà máy Thuỷ điện lâu đời và có truyền thống nhất ở Việt Nam và trước khi xây dựng Nhà máy Thuỷ điện Hoà Bình thì nó đóng vai trò
là Nhà máy Thuỷ điện chủ đạo trong hệ thống lưới điện Quốc gia 110 KV ở khu vực Miền Bắc Nhà máy Thuỷ điện Thác Bà được đặt ở tỉnh Yên Bái Đó là Nhà máy Thuỷ điện loại hồ chứa có lưu lượng xả lớn - cột áp thấp được xây dựng đập trọng lực ở thượng lưu Sông Chảy là một nhánh của Sông Lô Hồ Thác Bà là một hồ lớn có lưu vực
là 6,430 km2 và tổng dung tích chứa là 2,940 triệu m3 Cột áp hiệu dụng bình thường là 33.7 m và lưu lượng xả lớn nhất qua Tua bin là 420 m3/s và Nhà máy có 03 tổ máy loại Tua bin Kaplan được chế tạo ở Liên xô (Cũ)
Vai trò của Nhà máy Thuỷ điện Thác Bà hiện nay đã bị thay đổi nhưng nó vẫn còn đóng một vai trò quan trọng đối với khu vực Miền Bắc Nó cung cấp điện năng cho các tỉnh Yên Bái, Thái Nguyên, Lào Cai, Tuyên Quang, Hà Giang và Phú Thọ qua các đường dây truyền tải 110 KV Nó cũng cung cấp điện năng cho các tỉnh lân cận (Yên Bái, Tuyên Quang, Hà Giang và Phú Thọ) bằng các đường dây 35kV
- NMTĐ Hòa Bình -
NMTĐ Hòa Bình (1,920MW, 240MW x 08 tổ máy) là Nhà máy Thuỷ điện lớn nhất ở Việt Nam Nó được xây dựng nhờ sự giúp đỡ của Liên xô (Cũ) và tổ máy số 1 được đưa vào vận hành đầu tiên vào năm 1988 Sau đó, từng tổ máy một được đưa vào vận hành theo thời gian đã định và tổ máy cuối cùng (Tổ máy số 8) được hoàn thành vào năm 1994 NMTĐ Hòa Bình là Nhà máy Thuỷ điện kiểu hồ chứa được đặt tại tỉnh Hoà Bình Một đập đá được xây dựng ở phía thượng lưu sông Đà Sông Đà bắt nguồn từ nước Trung Quốc và chảy qua các tỉnh Lai Châu và Sơn La, sau khi chảy qua NMTĐ Hòa Bình nó hợp lại với Sông Hồng và chảy vào Vịnh Bắc Bộ qua Thủ đô Hà Nội Hồ Hòa Bình là hồ rất to có tổng dung lượng chứa là 9,450 triệu m3 Cột áp hiệu dụng bình thường là 88 m và lưu lượng xả lớn nhất qua Tua bin là 2400 m3/s và Nhà máy có 08 tổ máy loại Tua bin Francis được chế tạo ở Liên xô (Cũ)
NMTĐ Hòa Bình phát công suất chiếm tỉ lệ trên 30% tổng điện năng ở Việt Nam
và đóng một vai trò quan trọng không chỉ cung cấp điện cho khu vực Miền Bắc qua các
Trang 9đường dây truyền tải lưới điện Quốc gia 220 KV mà còn là một trong những kết nối cơ bản trong đường dây truyền tải lưới điện siêu cao áp 500 KV từ Miền Bắc tới Miền Nam được đưa vào vận hành năm 1994 Hơn nữa, NMTĐ Hòa Bình cũng gánh vác những nhiệm vụ rất quan trọng như nhiệm vụ chống lũ, tưới tiêu, và giao thông đường thuỷ ở Đồng bằng Châu thổ Sông Hồng
(2) Khu vực Miền Nam (Trị An, Thác Mơ, Đa Nhim-Hàm Thuận-Đa Mi)
Các Nhà máy Thuỷ điện nằm ở Khu vực Miền Nam Việt Nam có tuổi, kiểu và hãng sản xuất … không giống nhau thí dụ bắt đầu từ Nhà máy Thuỷ điện Đa Nhim được xây dựng năm 1964 cho đến Nhà máy Thuỷ điện Hàm Thuận – Đa Mi được xây dựng năm 2001 và Nhà máy Thuỷ điện Trị An, Thác Mơ được thiết kế và xây dựng nhờ sự giúp đỡ của Liên xô (Cũ)
- NMTĐ Trị An -
NMTĐ Trị An (400MW, 100MW x 4 tổ máy) được xây dựng trên đoạn giữa của Sông Đồng Nai ở tỉnh Đồng Nai cách Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 65 Km về phía
NMTĐ Thác Bà
Quang cảnh tổng thể về NMTĐ Hòa Bình Gian máy trong NMTĐ Hòa Bình
Trang 10Đông - Bắc Nhà máy được xây dựng nhờ sự giúp đỡ của Liên Bang Nga và hoàn thành năm 1991 Đó là Nhà máy Thuỷ điện kiểu hồ chứa phát điện bằng việc sử dụng nước chứa ở Hồ Trị An, tổng dung lượng chứa của Hồ Trị An là 2,765 triệu m3 và diện tích lưu vực của nó là 350 km2 Cột áp hiệu dụng bình thường là 62 m và lưu lượng xả lớn nhất qua Tua bin là 888 m3/s và nó có 04 tổ máy loại Tua bin Francis NMTĐ Trị An cung cấp điện cho các tỉnh Miền Nam qua lưới điện 220 KV và nó cũng đóng một vai trò quan trọng trong đời sống nhân dân ở khu vực hạ lưu đó là ngăn chặn nước biển tràn vào khu vực hạ lưu trong đó có Thành phố Hồ Chí Minh
- NMTĐ Thác Mơ -
NMTĐ Thác Mơ (150MW, 75MW x 02 tổ máy) được xây dựng ở thượng lưu Sông Bé thuộc tỉnh Bình Phước, cách Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 120 Km về phía Nam Nhà máy được xây dựng nhờ sự giúp đỡ của Ukraine và hoàn thành vào năm 1994
Hồ Thác Mơ có tổng dung lượng chứa vào khoảng 1,750 m3 và có 02 tổ máy loại Tua bin Francis, có cột áp hiệu dụng bình thường là 90 m và lưu lượng xả lớn nhất qua Tua bin là
186 m3/s Lưới điện từ NMTĐ Thác Mơ được nối tới Trạm Phú Lâm và NMTĐ Trị An bằng đường dây truyền tải 110 KV để cung cấp điện cho các tỉnh lân cận và cũng góp phần cung cấp điện cho Khu vực Miền Nam
- “NMTĐ Đa Nhim - Hàm Thuận - Đa Mi” -
NMTĐ Đa Nhim (160MW, 40MW x 04 tổ máy) được xây dựng trên Sông Đa Nhim là nhánh của hệ thống Sông Đồng Nai, cách Đà Lạt khoảng 50 Km về phía Đông Bắc Nhà máy được xây dựng bằng “Tiền bồi thường thiệt hại chiến tranh của Nhật Bản”
và hoàn thành vào năm 1964 Sông Đa Nhim là một trong các nhánh thượng lưu của hệ thống Sông Đồng Nai nhưng NMTĐ Đa Nhim được thiết kế để sử dụng cột áp giữa Sông
Đa Nhim (Hồ Đơn Dương) và đồng bằng của tỉnh Ninh Thuận Khi nước sông của Sông
Đa Nhim chảy ra phía Biển Đông thì công việc gọi là “Sự thay đổi lưu vực” được thực hiện Cột áp hiệu dụng bình thường của NMTĐ Đa Nhim là 748 m, lưu lượng xả lớn nhất qua 04 Tua bin là 26 m3/s và Nhà máy có 04 tổ máy loại Tua bin Pelton được chế tạo bởi Nhật Bản Nhà máy Thuỷ điện này không những cung cấp điện cho khu vực Nam Trung
Bộ bằng lưới truyền tải 220 KV mà còn góp phần tưới tiêu cho các khu vực đất đai rộng lớn ở phía Biển Đông
NMTĐ Hàm Thuận có công suất 300MW (150MW x 02 tổ máy) và NMTĐ Đa
Mi có công suất 176MW (88MW x 02 tổ máy), cả hai NMTĐ này được xây dựng ở thượng lưu của hệ thống Sông Đồng Nai Dự án Hàm Thuận - Đa Mi được thực hiện bởi nguồn vốn ODA của Nhật Bản (JBIC cho vay) và cả hai NMTĐ này được đưa vào vận hành năm 2001 Cả hai NMTĐ được xây dựng ở thượng lưu Sông La Ngà (Sông này chảy vào Hồ Trị An) Kiểu tua bin của cả hai NMTĐ là loại tua bin Francis thẳng đứng, cột áp hiệu dụng bình thường và lưu lượng xả của hai NMTĐ này là 267 m, 134 m3/s ở NMTĐ Hàm Thuận và 147 m, 137 m3/s ở NMTĐ Đa Mi