Ứng dụng kỹ thuật điều khiển số trong chế tạo máy điều tốc điện thuỷ lực cho nhà máy thuỷ điện công suất vừa và nhỏ

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội --- luận văn thạc sĩ khoa học ứNG DụNG Kỹ THUậT ĐIềU KHIểN Số TRONG CHế TạO MáY ĐIềU TốC ĐIệN - THủY LựC CHO NHà MáY THủY ĐIệN CÔ

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

-

luận văn thạc sĩ khoa học

ứNG DụNG Kỹ THUậT ĐIềU KHIểN Số TRONG CHế TạO MáY ĐIềU TốC ĐIệN - THủY LựC CHO NHà MáY THủY ĐIệN CÔNG SUấT VừA Và NHỏ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi Các số liệu được trích dẫn đều có nguồn ngốc rõ ràng Kết quả nghiên cứu chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Học viên

Phạm Anh Tuấn

Cơ khí động lực 2006-2008

MỤC LỤC

Trang

TRANG 1

1.1 Cơ sở đặt vấn đề 8

1.2 Xuất xứ và mục đớch của đề tài 40

CHƯƠNG 2 - CHỨC NĂNG VÀ CƠ SỞ Lí THUYẾT MÁY ĐIỀU TỐC 43 2.1 Nhiệm vụ của mỏy điều tốc: 43

2.2.Cơ sở lý thuyết: 43

2.3 Thành phần cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của mỏy điều tốc 49

CHƯƠNG 3 - TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỀU TỐC, TÍCH HỢP MÁY ĐIỀU TỐC ĐA CHỨC NĂNG VÀ XU HƯỚNG NGHIấN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SỐ 52 3.1 Tổng quan hệ thống mỏy điều tốc cho tuabin 52

3.2 Tớch hợp mỏy điều tốc đa năng và xu hướng nghiờn cứu ứng dụng kỹ thuật số 57

CHƯƠNG 4 - MÁY ĐIỀU TỐC ĐIỆN - THỦY LỰC ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SỐ C HO NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN ĐĂKSRễNG 72 4.1 Cỏc thụng số cơ bản của trạm thủy điện 72

4.2.Chọn sơ đồ 75

4.3 Tớnh toỏn thiết kế xy lanh servo của bộ điều tốc 80

4.4 Tớnh toỏn thiết kế trạm nguồn thủy lực : 88

4.5 Hệ điều khiển thủy lực 110

4.5.1 Tính chọn các van phân phối 110

4.5.2 Tính chọn van an toàn 113

4.6 Tớnh toỏn thiết kế hệ thống truyền mụmen 115

CHƯƠNG 5 - HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG DUY TRè ÁP SUẤT NGUỒN THỦY LỰC 118 5.1 Điều khiển tự động 118

5.1.1 Một số phương pháp điều khiển hiện nay 119

5.1.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống bằng PLC 121

5.2 Điền khiển hệ thống duy trì áp suất bình tích năng bằng PLC- LOGO SIMEN 122

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Trữ năng kinh tế - kỹ thuật thuỷ điện Việt nam

Bảng 1.2: Trữ năng kinh tế - kỹ thuật thuỷ điện vừa và nhỏ

Bảng 1.3: Các dự án nguồn điện do Tổng công ty điện lực Việt nam làm chủ đầu tư

Bảng 1.4: Các dự án nguồn điện do Doanh nghiệp ngoài Tổng công ty điện lực Việt nam làm chủ đầu tư

Bảng 1.5: Danh mục các công trình thuỷ điện có công suất vừa và nhỏ có công suất từ 1.0 MW ÷ 50 MW

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ

Hình 1.1: Nhà máy thuỷ điện Eakrông Rou công suất 28 MW/2 tổ máy Tỉnh Khánh Hoà - Thiết bị của Nhà thầu Vatech Ấn Độ

Hình 1.2: Nhà máy thuỷ điện Suối Sập công suất 16 MW/4 tổ máy Tỉnh Sơn

La - Thiết bị của Nhà thầu Ta Ta Ấn Độ

Hình 1.3: Nhà máy thuỷ điện Thác Trắng công suất 6 MW/2 tổ máy Tỉnh Điện Biên - Thiết bị của Nhà thầu Vatech Ấn Độ

Hình 1.4: Máy điều tốc thuỷ điện Nậm Mu công suất 12 MW /3 tổ máy

Tỉnh Hà Giang - Thiết bị của Nhà thầu IMEC Trung Quốc

Hình 1.5: Máy điều tốc thuỷ điện Suối Sập công suất 16 MW / 4 tổ máy

Tỉnh Sơn La - Thiết bị của Nhà thầu Ta Ta Ấn Độ

Hình 1.6: Máy điều tốc thuỷ điện Eakrông Rou công suất 28 MW / 2 tổ máy Tỉnh Khánh Hoà - Thiết bị của Nhà thầu Vatech Ấn Độ

Hình 1.7: Phối cảnh tổng thể Nhà máy thuỷ điện Nà Lơi

Hình 1.8: Phối cảnh tổng thể Nhà máy thuỷ điện Nậm Mu

Hình 1.9: Phối cảnh tổng thể Nhà máy thuỷ điện Eakrông Rou

Hình 2.1: Đường đặc tính điều chỉnh của máy điều tốc

Hình 2.2: Đường đặc tính của máy điều tốc, trường hợp hai tổ máy làm việc song song với hệ số δ khác nhau

Hình 2.3: Đường đặc tính điều chỉnhcủa hai tổ máy làm việc song song

( tổ máy số 1 làm nhiệm vụ điều tần)

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý của máy điều tốc có phản hồi mềm

Hình 3.1: : Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tự động Thủy – Cơ

Hình 3.2: Sơ đồ khối của máy điều tốc sử dụng van tỉ lệ

Hình 3.3: Máy điều tốc điện thủy lực dùng Van servo

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc sử dụng Van Tỷ lệ (Servo)

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc sử dụng kỹ thuật số dung van tỷ lệ hoặc van servo điều khiển bằng động cơ bước

Hình 3.6: Sơ đồ khối máy điểu tốc sử dụng động cơ bước

Hình 3.7 Máy điều tốc điện thủy lực sử dụng động cơ bước

Nhà máy thủy điện Cấm Sơn

Hình 3.8.: Mô hình của một nhà máy thủy điện vừa và nhỏ sử dụng các công nghệ kỹ thuật số tiền tiến

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc sử dụng kỹ thuật số điều khiển bằng động cơ bước – Nhà máy thuỷ điện Sêsan 3

Hình 3.10: Sơ đồ khối của máy điều tốc sử dụng hệ van khả trình

Hình 3.11: Máy điều tốc điện thủy lực điều khiển theo ngưỡng

Hình 3.12: Sơ đồ hệ thống điièu khiển thủy lực bộ điều tốc kỹ thuật số điều khiển theo ngưỡng – Mô hình điiều tốc cho nhà máy thủy điện Đaksrông

Hình 4.1: Sơ đồ khối máy điều tốc điện thủy lực ứng dụng kỹ thuật số

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực Máy điều tốc điện thủy lực ứng dụng kĩ thuật số

Hình 4.3: Bản vẽ lắp Xy lanh servo

Hình 4.4: Bản vẽ lắp Servo Motor

Hình 4.5: Sơ đò thuỷ lực trạm nguồn tự động duy trì áp suất

Hình 4.6: Hệ thống trạm nguồn tự động duy trì áp suất

Hình 4.7: Bình tích năng

Hình 4.8: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Hình 4.9: Các kích thước lắp ghép của Bơm

Hình 5.2: Sơ đồ khối điều khiển áp suất bình tích năng

Hình 5.3: Chương trình phầm mềm điều khiển tự động duy trì áp suất nguồn thủy lực

Ngành máy thủy lực cũng không tự tách mình ra khỏi quy luật phát triển

đó Một mặt, các chuyên gia đầu ngành tập trung nghiên cứu tìm hiểu các công nghệ mới hiện đại để theo kịp thế giới Mặt khác, cũng luôn tìm cách phát triển những cái đã có và hiểu sâu sắc để tự mình có thể tồn tại và phát triển Với ưu điểm lớn của ngành là kết cấu nhỏ gọn, hiệu suất cao, dễ tự động hóa, độ an toàn cao… đặc biệt là thân thiện với môi trường Nên các hệ thống thủy lực ngày càng được sử dụng rộng dãi trong mọi lĩnh vực, công nghiệp cũng như đời sống Đóng góp một phần quan trọng trong tiến trình “CÔNG NGHIỆP HÓA- HIỆN ĐẠI HÓA ĐẤT NƯỚC”

Một trong rất nhiều ứng dụng của ngành thủy lực, phải kể đến ứng dụng thuỷ lực trong ngành Thủy điện

Hiện nay, Việt nam là một trong những nước có nền kinh tế phát triển mạnh nhất trong khu vực Tốc độ phát triển kinh tế trên 9% một năm, nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế là vấn đề được quan tâm hàng đầu Ngoài các nguồn năng lượng hóa thạch như than đá, dầu mỏ thì nguồn năng lượng tái tạo như thủy điện cũng đang được khai thác triệt để Hàng loạt các công trình thủy điện vừa và nhỏ đang được tập trung xây dựng

Mới đây, Thủ tướng Chính phủ cũng đã phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 ÷ 2015 có xét triển vọng đến năm 2025 (Quy hoạch điện 4) yêu cầu nâng tổng công suất các nguồn thủy điện nhỏ năng lượng tái tạo thêm khoảng 1200 MW giai đoạn 2006 ÷ 2010 và 1250

MW giai đoạn 2011 ÷ 2015

Không giống như thủy điện lớn, chi phí đầu tư thiết bị của trạm thủy điện vừa và nhỏ chiếm 40% ÷ 50% tổng vốn đầu tư Điều đó đòi hỏi ngành cơ khí nói chung và ngành thủy lực nói riêng phải làm chủ công nghệ để tự chủ trong cung cấp, vận hành, bảo dưỡng thiết bị cho trạm thủy điện vừa và nhỏ

Xuất phát từ thực tế trên, em nhận thấy hướng nghiên cứu máy điều tốc cho trạm thủy điện có công suất vừa và nhỏ là rất cần thiết Đề tài của em

được giao là “ Ứng dụng kỹ thuật số trong chế tạo máy điều tốc Điện - Thủy lực cho nhà máy thủy điện công suất vừa và nhỏ” Đây cũng là một trong

những nội dung chính của Đề tài cấp Nhà Nước thuộc chương trình đầu tư quy

mô lớn

“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH MÁY ĐIỀU TỐC KIỂU ĐIỆN - THỦY LỰC CHO TỔ MÁY THỦY ĐIỆN CÔNG SUẤT 6 MW CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKSRÔNG 18 MW” Đây là một để tài khó, đòi hỏi phải nghiên cứu các loại điều tốc đã được

sử dụng trên thế giới và từ đó thiết kế máy điều tốc phù hợp với điều kiện kinh

tế, kỹ thuật của Việt Nam

Tuy còn thiếu kinh nghiệm thiết kế nhưng nhờ sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn kĩ thuật hàng không và thủy khí cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn em đã hoàn thành đồ án với thiết kế tổng thể Qua Luận văn này, em đã hiểu thêm về vai trò của thủy điện trong nền kinh tế và hiểu hơn về khoa học và công nghệ của ngành máy và tự đông thủy khí Từ đó

có cái nhìn tổng quát hơn về chuyên ngành mà mình đang theo học, bù đắp những kiến thức còn thiếu sót trong quá trình học tập, có cơ hội cọ sát với công việc thực tế

Em xin cảm ơn sự chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô ở bộ môn Kỹ thuật Hàng không và Thủy Khí, đặc biệt là TS HOÀNG SINH TRƯỜNG đã giúp

em hoàn thành đề tài này

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN THUYẾT MINH ĐỀ TÀI

1.1 Cơ sở đặt vấn đề

1.1.1 Tình hình nguồn năng lượng trong nền kinh tế Việt Nam

Năng lượng đang là vấn đề thời sự toàn cầu Vì vậy các quốc gia đang hướng tới một liên minh toàn cầu, nhằm giải quyết vấn đề năng lượng, đi đôi với việc phát triển bền vững Các nhà kinh tế năng lượng thế giới đã cảnh báo: Nếu không sử dụng hiệu quả các dạng năng lượng truyền thống, không phát hiện thêm các trữ lượng mới và nếu không phát triển các nguồn năng lượng thay thế, loài người sẽ lâm vào cuộc khủng hoảng năng lượng có tính tàn phá

ở cuối thế kỷ này

Ở nước ta, được sự quan tâm của Đảng và Chính phủ, ngành năng lượng

đã có sự phát triển mạnh trong thời gian qua, đã đáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế xã hội của đất nước Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng cho biết, đầu tư phát triển nguồn điện, hệ thống truyền tải điện là một trong những nhiệm vụ trọng tâm hàng đầu của Việt Nam trong 5 năm ÷ 10 năm tới Để đạt mục tiêu phát triển kinh tế (7,5% ÷ 9%) /năm, đến năm 2010 Việt Nam cần

100 tỷ Kwh điện Chính phủ đầu tư tập trung cả Thủy điện, Nhiệt điện than và Nhiệt điện khí

Việt Nam đặt ra ba yêu cầu phát triển thủy điện gồm: Hiệu quả phát điên; Đảm bảo điều kiện cơ bản về môi trường như khả năng chặn lũ, cung cấp nước vào mùa khô; Di dân, tái định cư với tiêu chí người được tái định cư phải

có điều kiện sống tốt hơn Theo chủ trương chính sách đó, hàng loạt các Nhà máy thủy điện, đặc biệt là Thủy điện vừa và nhỏ đã được xây dựng trong giai đoạn 2005 ÷ 2015 Số lượng các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ và sản lượng của nó chiếm tỷ trọng rất cao trong nền kinh tế

Năm 2005 ÷ 2008, có nhiều dự án thủy điện vừa và nhỏ được cấp phép:

Bộ Công nghiệp vừa cấp giấy phép xây dựng một loạt các dự án thủy điện vừa

và nhỏ trên địa bàn các tỉnh Tây Nguyên, Sơn La, Bắc Kạn và Lào Cai Các

dự án này đều được đầu tư theo hình thức: Xây dựng - Sở hữu - Kinh doanh (BTO)

Hiện nay, những ngành năng lượng mới như: Năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sóng và thủy triều, năng lượng sinh học, các nhà máy điện hạt nhân và năng lượng vi sinh cũng đang được nhà nước quan tâm, cấp vốn nghiên cứu và hy vọng nó sẽ là nguồn năng lượng sạch cho tương lai

Có lẽ ai trong ngành điện lực cũng đều hiểu rằng: Quyết định đưa năng lượng hạt nhân vào Việt Nam trong hai thập kỷ đầu của thế kỷ 21 là một quyết định quan trọng, có tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của toàn ngành, đòi hỏi một chương trình phát triển Năng lượng hạt nhân quốc gia to lớn và đồng

bộ, mở ra một thời kỳ mới hoàn toàn về Lượng và Chất Khả năng sản xuất điện to lớn cũng như khả năng tự đông hóa cao, công nghệ sản xuất tiên tiến khiến các nhà máy điện hạt nhân là sự lựa chọn trong tương lai Tuy nhiên, để

có thể làm chủ được công nghệ, chúng ta còn phải tốn kém nhiều tiền của, đào tạo nhiều nhân lực và vấn đề bảo vệ môi trường rất khó khăn…

1.1.2 Vai trò của thủy điện nhỏ trong nền kinh tế

Nước ta có tiềm năng về thủy điện dồi dào, Để đáp ứng tốc độ phát triển kinh tế của đất nước, bên cạnh việc xây dựng các nhà máy thuỷ điện lớn do Nhà nước đầu tư, việc xây dựng các trạm thuỷ điện vừa và nhỏ từ các nguồn vốn khác nhau cũng được Nhà nước đẩy mạnh, được khuyến khích nhằm bổ sung nguồn điện cho lưới điện quốc gia, cung cấp điện tại chỗ cho các vùng sâu, vùng xa chưa có điện lưới

Bên cạnh đó, đối với các trạm thuỷ điện vừa và nhỏ, tỷ trọng giá thành thiết bị chiếm khá cao (40% ÷ 50% trong tổng vốn đầu tư) Do đó nếu ta chủ động được việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thuỷ điện trong nước sẽ góp phần giảm ngoại tệ, chủ động về công nghệ, hạ giá thành thiết bị phù hợp với khả năng vốn đầu tư hiện nay

Mặc dù thuỷ điện vừa và nhỏ đã được trong nước nghiên cứu, chế tạo từ nhiều năm nay, đã sản xuất, lắp đặt hàng trăm tổ máy Tuy nhiên công tác này

vẫn phát triển tự phát tuỳ theo đơn đặt hàng của các địa phương, chất lượng sản phẩm không cao, đạt hiệu suất thấp, độ tin cậy kém, gây lãng phí vốn đầu

tư và nguồn tài nguyên nước quý giá

Vì vậy, Vấn đề phát triển thuỷ điện vừa nhỏ là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay Với trình độ công nghệ chế tạo của ngành cơ khí trong nước hiện tại nếu tập hợp được đội ngũ cán bộ khoa học về thủy điện, với sự khuyến khích đầu tư về lĩnh vực thuỷ điện của Nhà nước thì khả năng nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thuỷ điện vừa và nhỏ trong nước là rất hiện thực Điều này góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng tiềm năng phong phú về thuỷ điện của đất nước vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hoá đất nước Qua

đó cũng tạo điều kiện cho ngành cơ khí phát triển, chủ động sáng tạo trong việc thiết kế, chế tạo các sản phẩm, thiết bị thuỷ điện vừa và nhỏ, đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân lành nghề cung cấp tốt hơn các dịch vụ sau đầu tư, tiến tới chế tạo các thiết bị thuỷ điện lớn ở trong nước

Qua sự phân tích trên ta thấy, các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ đã có những đóng góp đáng kể vào nền kinh tế quốc dân Thêm vào đó, với sự quan tâm của Đảng và Nhà Nước, các dự án nghiên cứu và xây dựng nhà máy thủy điện vừa và nhỏ ngày càng nhiều Vì vậy trong tương lai các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ sẽ còn có nhiều đóng góp to lớn hơn nữa vào sự phát triển KINH TẾ - XÃ HỘI – KHOA HỌC của Nước nhà

Hình 1.1: Nhà máy thuỷ điện Eakrông Rou công suất 28 MW/2 tổ máy

Tỉnh Khánh Hoà - Thiết bị của Nhà thầu Vatech Ấn Độ

Hình1.2: Nhà máy thuỷ điện Suối Sập công suất 16 MW/4 tổ máy

Tỉnh Sơn La - Thiết bị của Nhà thầu Ta Ta Ấn Độ

Hình 1.3: Nhà máy thuỷ điện Thác Trắng công suất 6 MW/2 tổ máy

Tỉnh Điện Biên - Thiết bị của Nhà thầu Vatech Ấn Độ

1.1.3 Tiềm năng của thủy điện vừa và nhỏ ở nước ta

Hiện nay, Việt Nam là một trong những nước có nền kinh tế phát triển nhanh nhất trong khu vực Thế mạnh về năng lượng là một trong những

lí do quan trọng để có được thành tựu đó Không chỉ có nguồn năng lượng hóa thạch phong phú như than đá và dầu mỏ, Việt Nam còn là một quốc gia được thiên nhiên ưu đãi với hệ thống sông ngòi phong phú, đa dạng trải khắp chiều dài đất nước nên rất thuận lợi cho việc phát triển thủy điện Tính tới thời điểm năm 2008, tổng công suất của các nhà máy thủy điện đã xây dựng xấp xỉ 4000

MW và các nhà máy đang xây dựng có tổng công suất gần 6000 MW Tuy nhiên, theo các số liệu thống kê, mới chỉ có khoảng 1/4 tiềm năng thủy điện ở nước ta được khai thác để phục vụ dân sinh

Trong tình hình kinh tế xã hội của nước ta hiện nay thì việc lựa chọn và đầu tư phát triển các nhà máy thủy điện có công suất vừa và nhỏ là phương án khả thi và hợp lý nhất Điều này được khẳng định bởi một số lý do sau:

- Nước ta có hệ thống sông ngòi dày đặc, trải dài từ bắc đến nam, địa hình thuận lợi để phát triển thủy điện (núi cao, tiếp đến là đồng bằng, rồi là biển) Theo ước tính thì tiềm năng thủy điện có thể lên đến 200000 MW Nhìn bản đồ sông ngòi ta thấy, những con sông lớn nằm sen kẽ song nhỏ dầy đặc Trong khi đó các sông lớn đã và đang được khai thác nhiều và ngày càng cạn kiệt Hệ thống sông nhỏ thì chưa được khai thác nhiều Ví dụ : Theo đánh giá của cơ quan chức năng, thì Đăklăk có khoảng 101 vị trí có thể xây dựng các

dự án thủy điện vừa và nhỏ, với tổng công suất lắp đặt lên đến 198 MW Cũng như vậy, Tây Nguyên sẽ trở thành sẽ trở thành một trung tâm thủy điện lớn vào loại nhất nước, với hang trục nhà máy điện vừa và nhỏ có tổng công suất khoảng 5000MW, bằng hơn 1/3 tổng công suất hiện có của hệ thống điện quốc gia

- Đối với vùng sâu vùng xa lưới điện quốc gia khó vươn tới được, vì vậy việc tận dụng nguồn thủy năng vốn có làm thủy điện vừa và nhỏ cũng là

một hướng đi quan trọng để nâng cao đời sống dân cư các bản làng Mặt khác, với công nghệ hiện nay chúng ta có thể xây dựng các nhà máy có công suất vừa ở vùng xâu Nó đủ khả năng cung cấp điện cho khu kinh tế gần đó và một phần hòa vào lưới điện quốc gia, góp phần giải quyết khủng hoảng thiếu năng lượng của nước ta hiện nay

- Vốn đầu tư không quá lớn, thiết bị không quá phức tạp, không phải xây dựng các hồ chứa nước lớn, tiết kiệm được năng lượng truyền thống… Đặc biệt, với việc ứng dụng công nghệ hiện đại, kỹ thuật số vào trong điều khiển, nó cho phép điều khiển các trạm thủy điện từ nơi rất xa trạm và khả năng điều điều khiển tập trung, tự động chỉ với một trung tâm điều khiển đặt ở nơi thuận tiện

- Loại hình thủy điện vừa và nhỏ cũng ít ảnh hưởng tới môi trường Đó không chỉ là “nguồn năng lượng sạch” mà ngay tính “tái tạo” của nó cũng mang “tính bền vững”

Với những điều kiện thuận lợi cũng như nhiều ưu điểm của nhà máy thủy điện vừa và nhỏ, loại hình này đã và đang phát triển rất mạnh trên khắp đất nước Việt Nam Đóng góp một phần đáng kể vào sự phát triển của nền kinh tế Đất Nước

Theo kế hoạch phát triển ngành thủy điện từ nay đến năm 2015, Nước

ta sẽ xây dựng rất nhiều các dự án thủy điện đặc biệt là dự án thủy điện Sơn

La ở phía Tây Bắc với tổng công suất từ 2400 MW; dự án thủy điện Lai Châu với tổng công suất từ 1200 MW Dự kiến đến năm 2010, tổng công suất lắp đặt các nhà máy thủy điện ở nước ta sẽ đạt từ 9000 ÷ 10000 MW và đến năm

2020 sẽ khai thác triệt để lượng công suất thủy điện có thể sử dụng ở nước ta

Trong tình hình khủng hoảng thiếu năng lượng điện hiện nay thì việc cung cấp điện cho sản xuất và sinh hoạt từ nguồn điện của các nhà máy điện lớn càng khó khăn Việc xây dựng thủy điện có công suất vừa và nhỏ không cần vốn đầu tư lớn, có thể tranh thủ huy động vốn từ các xí nghiệp nhỏ hay tư

nhân Bởi vậy, sử dụng các kinh nghiệm của các nước đi trước về việc phát triển thủy điện vừa và nhỏ ở nước ta trở nên cần thiết và đang được nhà nước hết sức quan tâm Chính vì vậy, Bộ Khoa học và Công nghệ đã đầu tư 26 tỷ cho một chương trình quy mô lớn về chế tạo thiết bị cơ khí thuỷ lực cho các Nhà máy thuỷ điện có công suất vừa và nhỏ

Theo số liệu thống kê của đề tài 06.02.06.01 thuộc Viện Năng lượng

Trữ năng Kinh tế - Kỹ thuật các công trình thủy điện đã được tính toán lựa chọn trên cơ sở 81 công trình của 13 con sông lớn, có thể khai thác tới 14 triệu KW với điện lượng khoảng 69,1 tỷ KWh/năm

BẢNG 1.1: TRỮ NĂNG KINH TẾ - KỸ THUẬT THUỶ ĐIỆN VIỆT NAM

trình

Công suất đảm bảo (Mw)

Công suất lắp máy (Mw)

Điện lượng hàng năm (MWh/năm)

11 Đồng nai 9 581,5 1670 8.000

Trữ năng Kinh tế - Kỹ thuật thủy điện vừa và nhỏ được tính toán, lựa

chọn trên cơ sở 355 công trình với tổng điện lượng khoảng 11 tỷ KWh/năm

BẢNG 1.2: TRỮ NĂNG KINH TẾ - KỸ THUẬT THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ

trình

Tổng Công suất (Mw) Điện lượng hàng năm

Qua các Bảng thống kê dưới đây cho thấy sự xây dựng và phát triển rất

nhanh chóng các trạm thủy điện vừa và nhỏ ở Việt Nam ( theo nguồn: Tổng

công ty Xây Dựng Sông Đà và Tổng công ty Cơ Điện - Xây dựng Nông nghiệp và Thủy lợi )

BẢNG 1.3 CÁC DỰ ÁN NGUỒN ĐIỆN DO TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC VIỆT NAM LÀM CHỦ ĐẦU TƯ

I CÁC NGUỒN ĐIỆN VẬN HÀNH GIAI ĐOẠN TRƯỚC NĂM 2005

suất MW

Năm vận hành

II CÁC NGUỒN ĐIỆN VẬN HÀNH GIAI ĐOẠN 2006 – 2015

8 Thủy điện A Vương 1 170 2007

26 Nhiệt điện dầu khí Ô Môn I 600 2006-2007

27 Nhiệt điện than Ninh Bình MR 300 2007

BẢNG 1.4: CÁC DỰ ÁN NGUỒN ĐIỆN DO DOANH NGHIỆP NGOÀI TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC VIỆT NAM LAM CHỦ ĐẦU TƯ

I CÁC NGUỒN ĐIỆN VẬN HÀNH GIAI ĐOẠN TRƯỚC 2005

suất MW

Năm vận hành

6 Thủy điện Nậm Mu 12 2004

II CÁC NGUỒN ĐIỆN VẬN HÀNH GIAI ĐOẠN 2006 – 2015

suất MW

Năm vận hành

7 Thủy điện Nhạn Hạc & Bản Cốc 32 2006

11 Thủy điện Eak Rông Rou 28 2006

30 Thủy điện Hương Điền 54 2010

49 Thủy điện Bản cốc 18 2010

BẢNG 1.5: DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ CÓ CÔNG SUẤT TỪ 1.0 MW ÷ 50 MW

suất KW

Năm vận hành

150 Thượng xanh 2 50000

1.1.4 Xu hướng phát triển của thủy điện vừa và nhỏ

Từ trước đến nay, mỗi Quốc gia muốn phát triển bền vững nền kinh tế đều phải đặt vấn đề năng lượng lên hàng đầu Ngoài các nguồn năng lượng truyền thống như than, dầu mỏ và khí đốt thì thủy điện là một nguồn năng lượng đang được khai thác một cách triệt để nhằm đáp ứng các nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, rất nhiều các công trình thủy điện lớn và nhỏ đã và đang được triển khai xây dựng

Các nhà nghiên cứu thủy điện cho thấy, mặc dù các công trình thủy điện lớn cung cấp điện cho khoảng 20% dân số toàn cầu song nó lại có ảnh hưởng lớn tới thổ nhưỡng, địa chất, nguồn nước, khí hậu … Các hồ chứa của các nhà máy thủy điện ở các vùng nhiệt đới có thể sản sinh ra một lượng lớn khí methane và cacbon dioxide Nguyên nhân của hiện tượng này là do các xác thực vật mới bị

lũ quét và các vùng tái định cư bị lũ tràn ngập nước, mục nát trong một môi trường kỵ khí và tạo thành methane, một khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh Theo báo cáo của Cao ủy thế giới về đập, ở nơi nào đập nước lớn so với công suất phát điện ( ít hơn 1000 W trên mỗi km2 diện tích bề mặt ) và không có việc phá rừng trong vùng được tiến hành trước khi thi công đập nước, khí gas gây hiệu ứng nhà kính phát ra từ đập có thể cao hơn những nhà máy nhiệt điện thông thường Một cái hại nữa của các đập thủy điện lớn là 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 hóa gắn kiền với địa điểm đó vì chúng có giá trị tinh thần rất lớn đối với họ Hơn nữa, về mặt lịch sử và văn hóa các địa điểm quan trọng có thể bị biến mất… Một số dự án thủy điện cũng sử

dụng kênh đào để làm chệch hướng một con sông tới độ dốc ít hơn để tăng cột áp nhà máy Trong một số trường hợp, toàn bộ con sông có thể bị đổi hướng để trơ lại đáy dòng sông Người ta lo ngại rằng, nếu con sông được sử dụng làm thủy điện chảy qua nhiều vùng đất khác nhau thì mức độ ảnh hưởng sẽ gia tăng nghiêm trọng tại các vùng đất rộng lớn, thậm chí ảnh hưởng tới nhiều quốc gia

Vì thế, các nhà nghiên cứu thủy điện đã kêu gọi các chính phủ đổi hướng sang xây dựng các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ, không chỉ cung cấp điện cho vùng sâu, vùng xa lại không gây hao tốn tài nguyên, nhân lực vừa bảo đảm môi trường sống tốt lành

Do tính ưu việt của nó, thủy điện vừa và nhỏ đã được rất nhiều nước trên thế giới quan tâm phất triển Ngoài các ưu điểm như vốn đầu tư không lớn, không đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị thủy điện quá phức tạp, không phải xây dựng các hồ chứa nước lớn, tiết kiệm được nguồn năng lượng truyền thống, thì một ưu điểm nổi trội của loại hình này là thủy điện vừa và nhỏ ít ảnh hưởng tới môi trường xung quanh và khả năng tự cung cấp điện cho các vùng xâu, vùng xa, khu vực ít dân cư

Việt Nam với tiềm năng thủy điện to lớn của mình cũng không nằm ngoài xu hướng đó Tua bin nước là thiết bị động lực được sử dụng để biến đổi năng lượng của dòng chảy ( thủy năng ) thành cơ năng làm quay trục chính của máy phát để phát điện

Tua bin đã qua một thời kỳ phát triển lâu dài mà sự khơi đầu là bánh xe nước do người Trung quốc sáng chế ra từ trước Công nguyên Trong quá trình phát triển tua bin được chọn lọc và những loại tua bin sau được sử dụng rộng rãi trên thế giới:

Hiện nay, ở nước ta sử dụng chủ yếu tua bin hướng trục, tua bin tâm trục, tua bin gáo và tua bin xung kích hai lần do cả trong nước và nước ngoài chế tạo

Ngoài ra trong những năm gần đây với tiềm năng trạm thuỷ điện với cột nước thấp nước ta đang nghiên cứu sử dụng loại tua bin Bóng đèn ( Blub ) dòng ngang Các dự án thuỷ điện Việt nam đáng thiết kế với loại tua bin Bóng đèn như: Trạm thuỷ điện SêSan 4A ( 63MW/3tổ máy ) - Tỉnh Gia lai ; Thuỷ điện Chiêm Hoá ( 45MW/3tổ máy ) ; Thuỷ điện Phương độ ( 24MW/2tổ máy )

- Tỉnh Hà Giang ; Thuỷ điện Xêkaman Xansay ( 32MW/2 tổ máy ) - Lào

Một trong những cách để hoàn thiện các trạm thủy điện vừa và nhỏ là

nghiên cứu, hoàn thiện Máy điều tốc cho tuabin của các trạm Thủy điện

Các kết quả nghiên cứu tại Hoa Kỳ, Nga và Trung Quốc cho thấy tại các nhà máy thủy điện lớn, điều tốc tuabin chỉ là một phần trong hệ thống tự động điều khiển cũng như bảo vệ tổ máy trong quá trình làm việc Trong khi đó đối với các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ, việc lắp đặt riêng các hệ thống điều tốc, điều khiển tự động và bảo vệ tổ máy sẽ rất tốn kém cho đầu tư ban đầu Ở đây phương án tối ưu là tổ hợp các chức năng trên vào cùng một điều tốc tuabin Với xu hướng tiến tới nhà máy thủy điện vừa và nhỏ hoàn toàn tự động, việc ứng dụng những kỹ thuật tiên tiến trong điều khiển với các bộ vi sử

lý mạnh tưởng như làm phức tạp thêm cho các nhà máy thủy điện, nhưng thực

tế lại chứng minh điều ngược lại Với việc ứng dụng kỹ thuật mới, việc vận hành, bảo dưỡng sửa chữa các nhà máy được đơn giản đi nhiều nhờ sử dụng nhiều môdun, linh kiện tiêu chuẩn

Trên thế giới hiện nay, các máy điều tốc dung cho các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ được thiết kế dựa trên hai nguyên tắc cơ bản đó là nguyên lý Thủy-

Cơ và nguyên lý Điện – Thủy lực Loại thứ nhất đã được nghiên cứu ứng dụng cho nhiều nhà máy thủy điện vừa và nhỏ trên thế giới nhờ có độ tin cậy và độ bền cao trong quá trình sử dụng Đã có giai đoạn chúng là sự lựa chọn hàng đầu của các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ trên thế giới Tuy nhiên, trong giai

đoạn phát triển hiện nay, xu hướng điều khiển đồng bộ một hoặc vài nhà máy nhằm tiêu chuẩn hóa chất lượng nguồn điện, loại máy điều tốc Điện - Thủy đã thực sự là sự lựa chọn ưu tiên trong thiết kế và thi công các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ Nhất là khi trong các nhà máy thủy điện, các máy điều tốc tuabin được gắn thêm các chức năng mới như điều khiển tự động và bảo vệ an toàn tổ máy Chính nhờ có ưu điểm vượt trội khi sử dụng kỹ thuật vi sử lý và hệ thống điều khiển SCADA, các máy điều tốc Điện – Thủy lực đã thực sự trở thành sự lựa chọn duy nhất cho các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ ở Nga, Canada, Hoa kỳ…Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ứng dụng kỹ thuật số trong cá hệ thống điều khiển tự động, máy điều tốc Điện - thủy lực chính là sự lựa chọn tối ưu cho các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ trong giai đoạn hiện nay

Ở nước ta, nghiên cứu, chế tạo các máy điều tốc đã có từ những năm 80,

và đã tích lũy được những kinh nghiệm quý báu, cũng như các sản phẩm đã được đưa vào ứng dụng Tuy nhiên những kết quả đạt được mới chỉ dừng lại ở sản phẩm đơn chiếc, chưa có tính công nghiệp

Hưởng ứng chủ trương, chính sách của đảng và nhà nước là đi tắt đón đầu công nghệ mới để theo kịp thế giới, mọi dự án đầu tư vào nhà máy thủy điện

vừa và nhỏ đều tìm cho mình những giải pháp mang tính chiến lược, lâu dài

Về mặt công nghệ, các nhà máy thuỷ điện gần đây được lắp đặt với các thiết bị công nghệ cao Chẳng hạn như: Nhà máy thủy điện Sêsan 3; Nhà máy thủy điện Sêsan 3A; Nhà máy thủy điện Cấm Sơn; Nhà máy thủy điện Eakrông Rou; Nhà máy thủy điện Thác trắng; Nhà máy thủy điện Suối Sập; Nhà máy thủy điện Bình Điền…với máy điều tốc Thủy – Cơ thế hệ mới Hay nhà nhà máy thủy điện Đăksrông dự kiến sẽ lắp đặt bộ điều tốc Điện –Thủy lực với công nghệ kỹ thuật số là đỉnh cao của kỹ thuật điều khiển hiện nay Các bộ điều tốc này được chia thành các môdun, tiêu chuẩn hóa và mang tính công nghiệp cao, dễ dàng cho sửa chữa bảo trì Khả năng tự động điều chỉnh để bảo đảm chất lượng điện, tự động bảo vệ máy khi có sự cố Nâng cao khả năng hòa với lưới điện quốc gia, tự động hóa với ứng dụng hệ số truyền thông tiêu chuẩn cho phép điều hành đồng thời các nhà máy

Hình 1.4: Máy điều tốc thuỷ điện Nậm Mu công suất 12 MW/3 tổ máy

Tỉnh Hà Giang - Thiết bị của Nhà thầu IMEC Trung Quốc

Hình 1.5: Máy điều tốc thuỷ điện Suối Sập công suất 16 MW/4 tổ máy

Tỉnh Sơn La - Thiết bị của Nhà thầu Ta Ta Ấn Độ