Chuong 6: Năng lượng thuỷ điện

Chương 6: Năng lượng thuỷ điện Môn Năng lượng tái tạo Thủy điện là nguồn điện từ năng lượng nước hay thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một turbine và chạy máy phát điện Năng lượng này phụ thuộc vào V và áp suất cột nước (chênh cao cột nước vàora)

Vòng tuần hoàn của nước

1 Tổng quan về Thủy điện

 Thủy điện là nguồn điện

từ năng lượng nước hay

thế năng của nước được

tích tại các đập nước làm

quay một turbine và chạy

máy phát điện

 Năng lượng này phụ

thuộc vào V và áp suất

cột nước (chênh cao cột

 Hiện nay thuỷ điện chiếm 20% sản lượng điện của thế giới (Na Uy >90%,Iceland 83%,Áo 67%, Canada > 70% ).

 Thủy điện là dạng năng lượng sạch và tái tạo,do : 

 Không thải khí,hóa chất độc hại,là nguồn năng lượng độc

lập,dồi dào,mức giá điện thấp Nhà máy thủy điện có hiệu suất, tuổi thọ cao (hàng chục-trăm năm)

 Ngoài ra, nó có vai trò quan trong trong việc quản lý nguồn

nước,tưới tiêu,kiểm soát lũ lụt

 Tuy nhiên,mặt bất lợi của các đập thủy điện cũng gây ra các biến đổi về môi trường sinh thái,… (gây ngập ở thượng lưu)

1 Tổng quan về Thủy điện

Tiềm năng thủy điện trên thế giới

Tiềm năng thủy điện ở Việt Nam

2 Phân loại nhà máy thủy điện

 Cột áp: Là độ chênh giữa mực nước của đập và mức nước tại điểm xả ở cửa ra turbine

 Đập thủy điện: có 3 loại

 Đập cao (>= 244m)

 Đập trung bình (31 – 243m)

 Đập thấp (<= 30m)

 Năng lượng nước sinh ra tỉ lệ với cột áp của nước

và lưu lượng nước chảy qua turbine

 Loại lớn: > 100 MW cung cấp cho mạng điện lớn

 Loại trung bình: 15 -100 MW thường cũng cấp lên lưới

 Loại nhỏ: 1 - 15 MW thường cấp lên lưới

 Loại mini :Từ 100 kW -1 MW; có thể cấp điện độc lập

hoặc phát lên lưới

 Loại Micro: Từ 5kW -100 kW ; thường cung cấp cho cộng đồng nhỏ ở vùng xa vùng sâu cách xa lưới điện trung tâm

 Loại Pico: Từ vài trăm W- 5 kW: Cấp cho vùng xa vùng sâu.

2 Phân loại nhà máy thủy điện

 Kiểu đập ngăn dòng (hay còn gọi là thủy điện kiểu truyền thống)

 Kiểu chuyển hướng dòng chảy (sử dụng ống dẫn nước có áp-penstock hay kênh dẫn nước để chuyển hướng dòng chảy vào turbine của máy phát điện)

 Kiểu đập chứa sử dụng bơm:

 Nước được bơm lên bể chứa vào giờ thấp điểm và phát điện vào giờ cao điểm

 Mục đích là để dự trữ năng lượng để cân bằng phụ tải

2 Phân loại nhà máy thủy điện

 Kiểu đập ngăn dòng (kiểu truyền thống)

2 Phân loại nhà máy thủy điện

Kiểu đập ngăn dòng (kiểu truyền thống)

Thủy điện kiểu chuyển hướng dòng chảy

Thủy điện kiểu chuyển hướng dòng chảy

Thủy điện Nậm Ngân (Hà Giang)

Thủy điện micro kiểu chuyển hướng dòng chảy.

Thủy điện kiểu đập chứa dùng bơm

3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC

CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

3.1 Kết cấu chính của nhà máy thủy điện

 Turbine: là bộ phận động lực chính của nhà máy thủy điện có chức năng chuyển đổi năng lượng của dòng nước (thủy năng) thành điện năng

 Tùy vào phương án khai thác hay dự án mà đưa ra lựa chọn loại turbine cho phù hợp,như:

 Turbine tâm trục (Francis): Dùng cho nhà máy có cột nước cao, η=95-98%).Tuy nhiên, CT phức tạp,vòng quay lớn,yêu cầu vật liệu,công nghệ chế tạo cao nên giá thành thường đắt

 Turbine tâm trục (Francis):

Tua bin Francis loại nhỏ và máy phát

Turbine Francis tại đập Grand Coulee

 Turbine hướng trục (Kaplan): cho nhà máy có cột nước thấp, lưu lượng lớn,η<Turbine Francis.Tuy nhiên, CT đơn giản,vòng quay nhỏ,vật liệu,công nghệ chế tạo không cao,dễ bảo dưỡng, sửa chữa thay thế nên giá thành thường rẻ hơn turbine Francis

 Kaplan có 2 loại chính: Cánh cứng không điều chỉnh được góc nghiêng;Cánh cứng điều chỉnh được góc nghiêng

Turbine Kaplan thực tế

 Turbine Pelton (Turbine gáo):Dùng với các nhà máy cột nước cao,lưu

lượng nhỏ Turbine này không có buồng xoắn và các cánh hướng nước Lưu lượng và hướng tác dụng của nước được điều chỉnh thông qua các mũi phun.

 Ưu điểm:Nhỏ gọn, phương án đưa nước vào turbine và tháo ra bể xả đơn giản,chi phí xây dựng công trình,giá thành,thời gian XD giảm.

3.2 Nguyên lý hoat động của nhà máy thủy điện

 Các nhà máy thủy điện từ lớn đến nhỏ đều giống

nhau:

Dưới tác dụng của trọng lực, nước đổ từ trên cao xuống thấp (thế năng) sẽ làm quay các cánh turbine và làm trục dẫn động rotor quay theo (phần cảm của máy phát điện)

Điện năng tạo ra từ các turbine được đưa qua trạm biến

áp và kết nối vào mạng lưới phân phối điện

3.2 Nguyên lý hoat động của nhà máy thủy điện

 Công suất trên trục turbine phụ thuộc vào lưu lượng

nước chảy qua turbine và chiều cao cột nước hiệu dụng

và được xác định PT sau:

1000 .

P = Q H η η

Q: Lưu lượng nước chảy qua turbine,m3/s

H: Chiều cao hiệu dụng của cột nước,m

ηd: Hiệu suất thiết bị dẫn nước vào/ra của turbine (tổn thất cột áp)

ηT: Hiệu suất của turbine thủy lực (0,88-0,94)

3.2 Nguyên lý hoat động của nhà máy thủy điện

 Công suất điện ở đầu ra cực của máy phát được tính theo phương trình:

9,81 102

4 Những tác động trực tiếp của thủy điện

 Mất rừng, môi trường sống của động thực vật

 Sử dụng đất – Sự ngập lụt và di dời dân

 Ảnh hưởng đến môi trường nước tự nhiên

 Tăng lượng hơi nước bốc lên trong vùng

 Ảnh hưởng dòng chảy của sông và chu trình ngập lụt tự nhiên

 Sự lắng đọng phù sa

 Ảnh hưởng đa dạng sinh học:

 Sinh thái nước, Cá, cây, động vật có vú

 Đặc tính hóa học của nước thay đổi

 Vi khuẩn và vi rút mới

 Rủi ro về sự cố đập

4 Những tác động trực tiếp của thủy điện

Ưu nhược điểm của thủy điện

Không phát thải môi trường CO2, NOX,

SOX, hydrocarbons, bụi

Thường xuyên lưu trữ một lượng nước lớn gây ảnh hưởng môi trường sống do sụ ngập lụt

Là nguồn năng lượng tái tạo với hiệu

suất chuyển đổi thành điện cao (80+

%)

Phụ thuộc vào thời tiết

Có thể dự trữ năng lượng với hồ chứa Ảnh hưởng đến dòng chảy của sông,

sinh thái nước, lượng oxy hòa tan trong nước

Có thể sử dụng ở phụ tải cơ sở, tải

đỉnh hoặc hệ thống bơm chứa dự trữ Ảnh hưởng xã hội của việc phải di cư nhiều người Quy mô có thể từ nhỏ đến lớn từ 10

KW to 20,000 MW Ảnh hưởng sức khỏe đối với các nước đang phát triển Chi phí vận hành bảo dưỡng thấp Chi phí đầu tư cao

Tuổi thọ cao Thời gian chuẩn bị và xây dựng lâu đối

với dự án lớn

5 Thủy điện ở Việt Nam

 Việt Nam có 2360 con sông với chiều di từ 10 km trở lên,có

tiềm năng phát triển thủy điện.

 Theo nghiên cứu thuỷ điện ở nước ta cho thấy, tổng trữ năng

lý thuyết của các con sông đựơc đánh giá đạt 300 tỷ

KWh/năm, công suất lắp máy được đánh giá khoảng

Thủy điện ở Việt Nam

 Từ năm 1975 đến nay: Thủy điện Hòa Binh Nlm=1920MW(1994)

 Thủy điện Trị An Nlm=400MW(1989)

 Thủy điện Vĩnh Sơn Nlm=66MW(1994)

 Thủy điện Thác Mơ Nlm=150MW(1994)

 Thủy điện Yaly Nlm=720MW(2001)

 Thủy điện Sê San 3 Nlm=260MW(2007)

 Thủy điện Tuyên Quang Nlm=342MW(2008) v.v.

 Thủy điện Sơn La 2400MW

 Thủy điện Bản Vẽ 320MW

 Thủy điệnSê San 360MW …

Dự báo phát triển năng lượng giai đoạn 2010 - 2025

Dự báo phát triển thủy điện đến 2025

Xin cảm ơn các bạn đã

chú ý lắng nghe