BÁO cáo NHẬP môn NGÀNH điện đề tài tìm hiểu về nhà máy thủy điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI —VIỆN ĐIỆN— *** BÁO CÁO NHẬP MƠN NGÀNH ĐIỆN Đề tài: Tìm hiểu nhà máy thủy điện GVHD: TS.Nguyễn Quốc Minh LỚP: EE1 - 02 Nhóm sinh viên thực hiện: Hồ Việt Cường - 20202252 (1 Tình hình phát triển thủy điện ) Đỗ Minh Đức - 20202254 (2 Cấu tạo nhà máy thủy điện ) Vũ Quốc Trung - 20202222 (Nguyên lý hoạt động nhà máy thủy điện ) Lê Việt Bách - 20202249 (Phần mở đầu Tổng kết ) Vũ Thị Hương Giang (Trưởng nhóm) - 20202258 (Tổng hợp chỉnh sửa ) Hà Nội, ngày 13 tháng năm 2021 LỜI NÓI ĐẦU Khi điện phát minh, ứng dụng liên quan đến điện đời Trải qua cách mạng công nghiệp, điện dần trở thành yếu tố quan trọng định thành công kinh tế nước Và đến tại, điện trở thành nguồn lượng khơng thể thiếu tất hoạt động người Con người sử dụng điện lúc, nơi đề phục vụ cho nhu cầu thiết yếu nhu cầu sa sỉ Và đương nhiên nhiều người biết rằng, nguồn sản xuất điện năng lượng nước Từ thuở xưa, người biết dùng nước để quay bánh xe Càng phát triển hơn, người sử dụng nước để chạy máy phát điện sông Theo chiều quay kim đồng hồ lịch sử, người phát minh phát kiến tận dụng tối đa lượng nước Và nhà máy thuỷ điện từ đời Sau đây, nhóm chúng em xin phép nêu ý đề tài giao” Tình hình phát triển, sơ đồ cấu tạo nhà mày thuỷ điện” Trên tìm hiểu chúng em chủ đề giao Mong thầy đọc nhận xét Chúng em xin chân thành cảm ơn !!! MỤC LỤC Tình hình phát triển thủy điện 1.1Tình hình phát triền thủy điện giới Thủy điện nguồn điện có từ lượng nước Đa số lượng thủy điện có từ nước tích đâp nước làm quay tourbin máy phát điện Kiểu biết đến sử dụng lượng động lực nước hay nguồn nước khơng bị tích đâp nước lượng thuỷ triều Từ lâu thủy điện trở thành nguồn lượng tái tạo quan trọng hàng đầu giới, dù quốc gia phát triển hay phát triển Đi với đó, định hướng phát triển, quy hoạch, thiết kế, xây dựng quản lý vân hành thủy điện nước trọng Thủy điện nguồn lượng chiếm vị trí quan trọng tranh tồn cảnh lượng điện toàn cầu Từ kỷ thứ 19 suốt kỷ 20 thời kỳ phát triển số lượng đâp thủy điện hồ chứa nước nhiều lịch sử nhân loại Hầu chưa có hệ thống sông giới chưa người xây dựng đâp thủy điện, khác quy mô lớn nhỏ mà thôi.Năm 1882, nước Mỹ xây dựng trạm thủy điện nhỏ nối lưới giới sông Phosk, thuộc bang Vinconxin với công suất 200 kW nối lưới điện 110 kV dài 1,4 km để phục vụ phụ tải công nghiệp địa phương Đây bước đầu đánh dấu trở lại thủy điện kỷ XIX 8.Hình 1: Thủy điện Niagara Falls- thủy điện giới Bước vào năm đầu kỷ XX, việc xây dựng thủy điện nhỏ phát triển mạnh Bắc Mỹ, Châu Âu Châu Á Vào thời gian đầu kỷ XX, nhà máy thủy điện giới có cơng suất lắp nhỏ 10 MW Đến năm 20 kỷ XX, lượng thủy điện nhỏ đáp ứng gần 40% lượng điện giới 10 Tính tới tại, khơng phải gió hay ánh sáng mà nguồn nước tạo nguồn lượng tái tạo lớn giới Báo cáo trạng thủy điện giới năm 2020 Hiệp hội Thủy điện Quốc tế (IHA), công suất lắp đặt nhà máy thủy điện giới năm 2019 đạt 1.300GW, sản sinh 4.300TWh, qua đóng góp khoảng 15% sản lượng điện thếgiới nhiều đóng góp tất dạng lượng tái tạo khác kết hợp lại Dần đầu mức tăng công suất thủy điện so với năm 2018 khu vực Đông Á Thái Bình Dương với mức tăng 4,17GW, Nam Mỹ, Trung Nam Á, châu Phi, châu Âu 11 Trung Quốc Canada hai nước sản xuất điện từ lượng nước lớn giới, 1.302TWh 398TWh Xét tỉ lệ lượng thủy điện tổng sản lượng điện, Na Uy sản xuất 99% lượng điện sức nước, thủy điện Iceland đáp ứng tới 83% nhu cầu điện người dân Con số Canada 70%, Áo sản xuất 67% lượng điện nước từ thủy điện Uruguay đạt đến mức gần 100% lượng tái tạo, phần lớn nhờ vào thủy điện 12 Mỹ nước sở hữu nhiều đập sông thứ hai giới, sau Trung Quốc, với khoảng 79.000 đập, có 2.500 đập thủy điện Từ Tổng thống Mỹ Theodore Roosevelt kêu gọi khai thác triệt để dòng chảy, xứ sở cờ hoa biến kỷ 20 trở thành kỷ nguyên vàng ngành xây đập thủy điện Thời kỳ cho đời đập thủy điện tầm cỡ vần nguồn thủy điện lớn Mỹ đập Hoover sông Colorado hoàn thành năm 1936 đập Grand Coulee sơng Columbia hồn thành năm 1942 Dù vậy, thủy điện chiếm 7% cấu lượng quyền Washington, giảm nhiều so với số 40% vào năm 1930 13 Ân Độ quốc gia có tiềm thủy điện lớn với tổng công suất lắp đặt khoảng 148.700MW Để khai thác hiệu tiềm này, New Delhi xây dựng thành công phiên phần mềm DHARMA (Dam Healthand Rehabilitation Monitoring Application) với nguyên tắc an toàn bao gồm: Thiết lập mối quan hệ hợp tác phát triển bên liên quan (chủ sở hữu đập, nhà điều hành, tư vấn, nhà thầu nhà cung cấp vật tư, thiết bị); đảm bảo thông tin đập thu thập đầy đủ với độ xác cao kèm theo đánh giá định kỳ độ an toàn đập nhằm quản lý liệu hoàn chỉnh Thời gian qua, Ân Độ tập trung khôi phục cải tạo, nâng cấp khoảng 250 đập thủy điện tồn quốc 14 Tính đến có nhiều nhà máy thủy điện lớn giới hoạt động trình xây dựng Lớn số phải kể đến nhà máy như: 15 + Đập Tam Hiệp - Hồ Bắc, Trung Quốc: Công suất 22.500MW 16 + Đập Itaipu - Brazil & Paraguay: 14.000MW 17 + Đập Xiluodu - Vân Nam, Trung Quốc: 13.860MW 18 + Đập Guri - Venezuela: 10.300MW 19 + Đập Tucurui - Brazil: 8.370MW 20 Như vậy, thủy điện nguồn lượng tái tạo chiếm vị trí quan trọng, sở tiền đề lượng cho ngành cơng nghiệp tồn giới 1.2Tình hình phát triển thủy điện Việt Nam 1.2.1 Giới thiệu chung 21 Việt Nam quốc gia có nguồn tài nguyên nước phong phú với 2.732 sơng có chiều dài 10 km, cộng với nhiều phụ lưu, suối lạch, hồ đầm Việt Nam có nguồn nước ngầm diện tương đối khắp có vùng bờ biển dài rộng Những sơng lớn nhỏ nước góp phầntạo vùng văn hoá riêng biệt, phong cách sống sinh kế đa dạng Nguồn tài nguyên sông nước biến Việt Nam thành quốc gia có tiềm thủy điện phong phú Ở vùng thượng nguồn, đặc thù ghềnh thác tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng cơng trình thủy điện Trong vùng đồng châu thổ rộng lớn lại nơi thuận lợi để phát triển công trình thủy lợi phục vụ tưới tiêu Từ nhiều kỷ qua, dịng sơng bồi đắp phù sa nơi cung cấp nguồn tài nguyên thủy sản cho cộng đồng dân cư sống ven sông, phục vụ giao thông đường thủy Ở khu vực vùng cao, người dân dựa vào nguồn nước phụ lưu cho việc canh tác sinh hoạt 1.2.2 22 Giai đoạn 1975 - 2000 Giai đoạn trước năm 1975, điều kiện chiến tranh, đất nước bị chia cắt làm hai miền Nam Bắc, việc quản lý nguồn nước phát triển thủy điện dù có quan tâm không coi ưu tiên hàng đầu hai miền Trong thời gian 1959 - 1963, với giúp đỡ Liên Xô (cũ), Nhà máy Thủy điện Bàn Thạch Thanh Hố xây dựng với cơng suất 960 kW, xem nhà máy thủy điện miền Bắc Sau năm 1964, với giúp đỡ Liên Xô, thủy điện Thác Bà bắt đầu xây dựng dịng sơng Chảy, thuộc địa bàn huyện Yên Bình - tỉnh Yên Bái Đây nhà máy thủy điện có quy mơ lớn thời miền Bắc, với công suất thiêt kế 108 MW, xây dựng hoàn cảnh chiến tranh ác liệt nhiều khó khăn thách thức Sau nhiều lần gián đoạn chiến tranh, thủy điện Thác Bà thức đóng máy phát điện vào năm 1971 (đến năm 1985, Nhà máy Thủy điện Thác Bà nâng công suất phát điện lên 120 MW) Nhà máy Thủy điện Đa Nhim, khởi công xây dựng vào tháng năm 1962, gồm đập hồ chứa Đà Lạt đường ống dẫn xuống nhà máy phát điện tỉnh Ninh Thuận, với công suất thiết kế 160 MW Đây dự án xây dựng đền bù sau chiến tranh từ phía Nhật Bản 1.2.3 Giai đoạn 1975 - 2000 45 Về đặc điểm kết cấu ba loại trên, nhà máy thuỷ điện cịn có nhiều dạng kết cấu đặc biệt khác nhà máy kết hợp xả lũ đáy thânđập tràn, trụ pin, nhà máy thuỷ điện ngang đập với turbin capxul, nhà máy thuỷ điện thuỷ triều Các loại nhà máy tạm xếp chung vào loại nhà máy đặc biệt 46 2.2Cấu tạo nhà máy thủy điện 47 Một nhà máy thủy điện thơng thường có thành phần sau: - Đập (Dam): Hầu hết nhà máy thủy điện dựa vào đập chứa nước lại, tạo hồ chứa lớn - Ống dẫn nước (Penstock)- Cửa đập mở lực hấp dẫn đẩy nước chảy qua đường ống chịu áp Đường ống dẫn nước đến tuabin Nước làm tăng dần áp lực chảy qua đường ống - Tua bin (Turbine) - Nước hướng làm quay cánh lớn tuabin, tuabin gắn liền với máy phát điện phía nhờ trục Loại phổ biến tua bin dùng cho nhà máy thủy điện Turbine Francis, trơng giống đĩa lớn có cánh cong Một tua bin cân nặng khoảng 172 quay với tốc độ 90 vòng phút - Máy phát điện (generator) - Khi cánh tua-bin quay, loạt nam châm máy phát điện quay theo Những nam châm khổng lồ quay quanh cuộn dây đồng, sản sinh dòng điện xoay chiều (AC) - Biến áp (Transíormer)- Máy biến áp đặt bên nhà máy điện tạo dịng điện xoay chiều AC chuyển đổi thành dịng điện có điện áp cao - Đường dây điện (Power Lines) - Trong nhà máy điện có đến bốn dây : ba dây pha lượng điện sản xuất đồng thời với dây trung 48 tính 49 - Cống xả (Outflow) - Đưa nước chảy qua đường ống - gọi kênh , 50 chảy vào hạ lưu sông 51 52 53 54 Hình 7: Sơ đồ cấu tạo nhà máy thủy điện Ngồi cịn số thành phần khác ứng với kiểu nhà máy khác 2.3Sơ đồ nhà máy thủy điện ngang đập( lịng sơng): 55 - Sơ đồ I nhà máy thuỷ điện bố trí đập bê tơng trọng lực, để dẫn nước vào tuốc bin thuận dòng, đoạn ống áp lực nối với buồng xoắn đặt nằm ngang nằm nghiêng, khoảng trống đập nhà máy bố trí máy biến Toàn phần điện nhà máy bố trí phía thượng lưu nhà máy, phía hạ lưu bố trí hệ thống dẫn, nước khí Khi cơng trình xây dựng đá cứng, cho phép tăng ứng suất đập, nhà máy bố trí gần tim đập ( sơ đồ II) Với sơ đồ kích thước ống hút phải kéo dài, lợi dụng khoảng trống tầng ống hút bố trí phịng phụ nhà máy, tầng bố trí máybiến áp Với sơ đồ toàn phần điện nhà máy bố trí phía hạ lưu, phía thượng lưu bố trí hệ thống dẫn khí, nước vv 56 - Sơ đồ III, nhà máy thuỷ điện bố trí sau đập vòm Trước thường đặt nhà máy cách xa đập vòm dùng đường ống dẫn nước áp lực vòng qua bờ đá Nhưng ngày với kỹ thuật tính tốn đập vịm hồn chỉnh, kết hợp với làm việc đá cho phép đặt nhà máy sau đập vòm với đường dẫn nước qua thân đập Để giảm khoảng cách đập nhà máy, số trường hợp nhà máy phải tạo thành dạng cong bình đồ Mặc dù bố trí tăng thêm tính phức tạp, song với tuyến hẹp cho phép tăng chiều dài nhà máy 57 58 Hình 8: Sơ đồ cấu tạo nhà máy thủy điện ngang đập - Với kết cấu sơ đồ IV, cơng trình xả lũ có áp bố trí buồng xoắn Loại sơ đồ áp dụng với cột nước khác Nhược điểm sơ đồ cửa lấy nước turbin đặt sâu, tải trọng cửa van lớn, thao tác không thuận tiện, trục tổ máy dài, kết cấu phần nước tăng Trong thiết kế vận hành trạm thuỷ điện loại lớn người ta thấy áp dụng sơ đồ V bố trí cơng trình xả lũ có áp buồng xoắn tốt nhất,vì loại trừ tất nhược điểm sơ đồ Với sơ đồ này, để giảm độ sâu móng nhà máy thường áp dụng buồng xoắn bê tông đối xứng có mặt cắt hướng lên phía tăng chiều cao ống hút, giảm kích thước phần nước nhà máy - Kinh nghiệm thiết kế cho thấy rằng, áp dụng sơ đồ IV V để bố trí tràn xả lũ, để bảo đảm làm việc ổn định đường tràn, giảm dịng chảy phân bố khơng hạ lưu xuất mạch động nên phải bố trí tổ máy đối xứng Để bảo đảm hiệu phun xiết lớn chiều dài đoạn tổ máy phải tăng từ 5-10% so với chiều dài đoạn tổ máy nhà máy thuỷ điện không kết hợp Như vậy, lưu lượng qua đường hầm xả tràn gấp 1.5^2 lần lưu lượng qua tuốc bin đạt hiệu phun xiết lớn dẫn đến tăng công suất tổ máy Nếu tăng chiều cao ống hút chiều cao tương đối đoạn hình chóp cụt tăng mặt cắt đường hầm xả lũ Bố trí tổ máy đối xứng đoạn góc bao buồng xoắn giảm xuống cịn 135 độ-160 độ , đồng thời mặt mở rộng với góc b =180 độ (Xem mặt tầng buồng xoắn A- A,B-B sơ đồ IV V) 2.4Sơ đồ nhà máy thủy điện sau đập đường dẫn: - Những nhà máy thuỷ điện sau đập đường dẫn xây dựng giai đoạn thiết kế thường dùng sơ đồ sau để bố trí - Sơ đồ I nhà máy thuỷ điện bố trí đập bê tơng trọng lực, để dẫn nước vào tuốc bin thuận dòng, đoạn ống áp lực nối với buồng xoắn đặt nằmngang nằm nghiêng, khoảng trống đập nhà máy bố trí máy biến Tồn phần điện nhà máy bố trí phía thượng lưu nhà máy, phía hạ lưu bố trí hệ thống dẫn, nước khí Khi cơng trình xây dựng đá cứng, cho phép tăng ứng suất đập, nhà máy bố trí gần tim đập ( sơ đồ II) Với sơ đồ kích thước ống hút phải kéo dài, lợi dụng khoảng trống tầng ống hút bố trí phịng phụ nhà máy, tầng bố trí máy biến áp Với sơ đồ toàn phần điện nhà máy bố trí phía hạ lưu, phía thượng lưu bố trí hệ thống dẫn khí, nước vv 59 - Sơ đồ III, nhà máy thuỷ điện bố trí sau đập vòm Trước thường đặt nhà máy cách xa đập vòm dùng đường ống dẫn nước áp lực vòng qua bờ đá Nhưng ngày với kỹ thuật tính tốn đập vịm hồn chỉnh, kết hợp với làm việc đá cho phép đặt nhà máy sau đập vòm với đường dẫn nước qua thân đập Để giảm khoảng cách đập nhà máy, số trường hợp nhà máy phải tạo thành dạng cong bình đồ Mặc dù bố trí tăng thêm tính phức tạp, song với tuyến hẹp cho phép tăng chiều dài nhà máy 60 62 61 Hình 9: Sơ đồ nhà máy thủy điện sau đập - Nhà máy thuỷ điện sau đập trụ chống (sơ đồ IV) tuỳ theo kích thước đập, khoảng cách trụ chiều dày mà đề phương án bố trí nhà máy Với khoảng cách trụ khơng lớn bố trí tổ máy với cầu trục gian lắp ráp riêng cho tổ máy (phương án 1), với sàn lắp ráp chung cho tồn nhà máy cho phép đục thơng trụ chống (phương án 2) Khi khoảng cách hai trụ nhỏ, người ta đưa hẳn nhà máy sau trụ, nhà máy có kết cấu nhà máy sau đập (phương án 3) Hoặc khoảng cách trụ chống đập có kích thước lớn nghiên cứu bố trí tồn nhà máy khoang - Khi kích thước đập bê tơng đủ lớn chiều cao chiều ngang bố trí nhà máy thân đập (sơ đồ V) Nhà máy thân đập giảm đượckhối lượng bê tông thân đập phần bê tông nhà máy, có lợi khơng phải mở rộng mặt cắt ngang đập chiều cao đoạn tổ máy Bên cạnh nhà máy thân đập bê tơng trọng lực có nhược điểm định làm yếu mặt cắt ngang đập, gây ứng suất tập trung hạ lưu ứng suất cục phức tạp khó tính tốn cách xác - Khi tuyến đập nằm địa hình hẹp, cơng trình xả lũ khơng bố trí hai bên bờ được, trường hợp phải nghiên cứu đến phương án bố trí tràn mái (sơ đồ VI) Do dòng phun tạo nên độ ẩm lớn khơng khí, phải bố trí thiết bị điện cao buồng kín địa điểm cách xa nhà máy Thường mùa lũ, mực nước hạ lưu dâng cao, có vượt qua cao trình sàn máy, trường hợp tường nhà máy phía hạ lưu phải xây bê tơng cốt thép đủ độ dày có biện pháp chống thấm - Sơ đồ VII VIII nhà máy thuỷ điện đường dẫn, đặc điểm nhà máy giống nhà máy thuỷ điện sau đập, khác phần kích thước nước đơn giản chủ yếu kích thước bánh xe cơng tác D1 nhỏ trạm thuỷ điện lắp tuốc bin gáo trạm thuỷ điện đường dẫn cột nước cao, lắp tuốc bin tâm trục áp dụng ống hút hình chóp cụt ống hút loe, kết cấu phần nước đơn giản nhiều Nước sau khỏi ống hút chảy hạ lưu kênh dẫn Nguyên lý hoạt động nhà máy thủy điện: 63 3.1 Quá trình vận hành nhà máy thủy điện gồm có bốn giai đoạn chính: Dịng nước với áp lực lớn chảy qua ống thép lớn gọi ống dẫn nước có áp tạo cột nước khổng lồ với áp lực lớn vào bên nhà máy Nước chảy mạnh làm quay tuabin máy phát điện, lượng học chuyển hóa thành điện Điện tạo máy biến áp để tạo dòng điện cao Dòng điện cao kết nối vào mạng lưới phân phối điện truyền thành phố 64 Ngoài ra, lượng điện tạo xác định nhiều yếu tố Hai số yếu tố khối lượng dòng chảy áp suất thủy lực Áp suất có liên quan đến khoảng cách mặt nước tua bin phụ thuộc vào lượng nước hồ chứa 65 67 66 Làm quay tua bin nước 68 Hình 10: Ngun lí vận hành nhà máy thủy điện Tổng kết: 69 Sự phát triển thủy điện Việt Nam mang lại nhiều lợi ích Đầu tiên, thủy điện giúp phát triển kinh tế, tạo nguồn lượng rẻ dồi dào, giúp phát triển ngành công nghiệp, nông nghiệp dịch vụ toàn đất nước Tiếp thiên nhiên, khơng làm biến đổi đặc tính nước sau chảy qua tua bin Thủy điện nguồn lượng linh hoạt hiệu huy động đến công suất tối đa, giúp đáp ứng phụ tải cách nhanh chóng Ngồi theo, sử dụng thủy điện giúp bảo tồn hệ sinh thái thủy điện sử dụng lượng dịng nước để phát điện, mà không làm cạn kiệt nguồn tài ngun cịn nguồn lượng sạch, góp phần vào phát triển bền vững, giúp giảm phát thải mơi trường, khiến trường bị chịu ảnh hưởng 70 Ngồi lợi ích mang lại, thủy điện gây số tác động không nhỏ Theo chuyên gia, để tạo 1MW công suất thủy điện, phải từ 10 - 30 rừng, để có 1.000 hồ chứa nước cần san phẳng, giải phóng từ 1.000 - 2.000 đất phía thượng nguồn Điều trực tiếp ảnh hưởng đến rừng đầu nguồn, thứ coi là phổi xanh điều tiết khí hậu Hơn nữa, thủy điện cịn làm thay đổi dịng chảy, chí làm cho dịng chảy cạn kiệt Ngồi cịn số tác động không nhỏ đến môi trường xung quanh mà thủy điện tác nhân 71 Tóm lại, thủy điện nguồn lượng tái tạo có vai trị lớn phát triển tồn nhân loại Đó tiền đề để phát triển nguồn lực xã hội, đem lại văn minh cho nhân loại Tuy nhiên có mặt hạn chế thủy điện, chủ yếu vấn đề liên quan đến mơi trường Vì cần có biện pháp nhằm khai thác hiệu nguồn lượng thủy điện, tránh lãng phí tạo nguồn lượng phục vụ cho xã hội ... thuỷ điện phân Hình 6: Nhà máy thủy điện đường dẫn lắp đặt tourbin gáo loại theo vị trí tương đối thân nhà máy bố trí tổng thể: Nhà máy thuỷ điện mặt đất (nhà máy thông thường); nhà máy thuỷ điện. .. nước thành phần cấu tạo nhà máy Do vị trí nhà máy nằm long song nên nhà máy gọi thủy điện lịng sơng 33 35 34 Hình 4: Nhà máy thủy điện ngang đập 36.+ Nhà máy thuỷ điện sau đập bố trí sau đập... ngang đập với turbin capxul, nhà máy thuỷ điện thuỷ triều Các loại nhà máy tạm xếp chung vào loại nhà máy đặc biệt 46 2.2Cấu tạo nhà máy thủy điện 47 Một nhà máy thủy điện thơng thường có thành phần