năng lượng thủy điện và thủy triều

 Trong turbin nước, động năng của dòng chảy được biến đổi thành chuyển động quay cơ năng và được xác định bằng chiều cao của cột nước và lưu lượng dòng chảy.. Turbine xung kích 2 lần

Nhà máy thủy điện

(Hydropower)

Sinh viên thực hiện: Đỗ Mai Loan

Nguyễn Văn Chính Đinh Xuân Hiệp

Phần mở đầu

 Thủy điện là gì?

 Ưu nhược điểm của thủy điện

 Hình ảnh về một vài công trình thủy điện nổi tiếng

Cơ cấu sản xuất năng lượng:

dầu chiếm tỷ trọng 49%; than

- Tỷ trọng thủy điện

trong cơ cấu sản xuất

năng lượng nước ta

Thủy điện là gì?

 Năng lượng nước có thể lấy từ các con sông (nhà máy thủy điện) hoặc từ đại dương (năng lượng thủy triều, năng lượng sóng…)

 Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hoá cao và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường.

 Không phát sinh khí thải gây ô nhiễm môi trường.

Những hồ chứa được xây dựng cùng với các nhà máythuỷ điện thường là những

địa điểm thư giãn tuyệt vời thu hút nhiều khách du lịch.

Nhược điểm

 Sản lượng điện phụ thuộc vào thời tiết, mùa trong năm

 Việc sử dụng nước tích trữ cần tính toán khá phức tạp dể phục vụ nhu cầu tưới tiêu và chống lũ

 Chi phí đầu tư ban đầu lớn, phải xây dựng trong thời gian nhiều năm

 Có thể gây mất cân bằng sinh thái môi trường xung quanh nhà máy

Công trình thủy điện Sử Pán 2 đang được thi công tại bản Hồ, Sapa khiến cung đường xuống bản bị cày nát

Công trình thủy điện nổi tiếng

Thủy điện HÒA BÌNH

 Các chỉ tiêu, thông số của nhà máy:

• Chiều dài đập : 734 m

• Chiều cao đập : 128 m

• Mực nước dâng tối đa : 120 m

• Dung tích hồ chứa nước : 9 tỷ m3

• Số tổ máy : 8

• Công suất thiết kế : 1920 MW

• Thời gian thi công : 15 năm liên tục

• Đổ bê tông : 1.899.000 m3

• Năm 2003, s n lả ượng đi n c a nhà máy đ t 8,58 t ệ ủ ạ ỷkWh

Thủy điện Tam Hiệp

 Các chỉ tiêu, thông số của nhà máy:

 Chiều dài đập : 2309 m

 Chiều cao đập : 185 m

 Dung tích hồ chứa nước : 40 tỷ m3

 Số tổ máy : 26

 Công suất thiết kế : 18200 MW

 Thời gian thi công : 17 năm

 Đổ bê tông : 28 triệu m3

 Các chỉ tiêu, thông số của nhà máy thủy điện THÁC BÀ:

• Chiều dài đập : Khoảng 600 m

Chiều cao đập : Khoảng 45 m

• Mực nước dâng tối đa : 36 m

• Dung tích hồ chứa nước : hơn 2 tỷ m3

Nhà máy thủy điện (Hydropower)

Nguyên lí hoạt động

 Nguồn năng lượng

 Thế năng: độ cao, khối lượng

 Động năng: tốc độ, lưu lượng

 Chuyển đổi cơ điện

 Bộ phận chính: Tuốc bin thủy điện

Cấu tạo chung

Phân loại theo công suất

Đập nhân tạo

Đập thủy điện Hoover

• Đập tạo độ cao nhân tạo.

• Xây dựng ở thung lũng sông, lợi dụng địa hình trũng.

Đập Tam Hiệp

• Ổn định được công suất

– Hồ chứa tích lũy nước vào mùa khô – Xả tràn vào mùa mưa

Cổng xả tràn nhìn từ hạ lưu

(thủy điện Hòa Bình)

Hồ thủy điện mùa khô

 Không cần đập

 Dùng ống để dẫn nước từ thượng nguồn

Dòng chảy

 Điều tiết được công suất

 Hiệu quả cao hơn các hệ

tích điện

Dòng chảy

 Trong turbin nước, động năng của dòng chảy được

biến đổi thành chuyển động quay (cơ năng) và được xác định bằng chiều cao của cột nước và lưu lượng dòng chảy Đối với thuỷ điện nhỏ có thể dùng công thức đơn giản sau đây để tính công suất:

Turbine xung (impluse turbine)

Cấu tạo và hoạt động

 Chủ yếu khai thác động năng của dòng nước

 Hiệu quả cao với dò chảy dốc, lưu luợng nhỏ

 Nguyên tắc hoạt động:

 Tạo dòng có động năng lớn bằng vòi phun

 Dòng chảy làm quay rô-to và phát điện

Turbine Pelton

 Loại turbin này thường dùng cho các trạm thuỷ điện có cột nước cao trên 40m

turbin Pelton với cột nước 800m

 Một số trạm thuỷ điện có cột nước trên

100m cũng được đặt loại turbin Pelton này (trạm thuỷ điện Bạch Mã ở Thừa Thiên - Huế)

Turbine xung kích 2 lần

 Đặc điểm chính : dòng nước được phun thẳng góc với tiết diện của các cánh gắn trên phần quay hai lần: lần thứ nhất nước vào cánh rồi đi vào trung tâm, sau đó nước lại đập vào cánh ở phía đối diện rồi thoát ra ngoài, nhờ vậy việc biến đổi năng lượng được thực hiện hai lần

 Loại turbin này có thể dùng ở cột nước từ

2 – 100m, chế tạo đơn giản hơn so với

các loại trên nên được dùng phổ biến ở nước ta và các nước đang phát triển

Turbine phản lực

 Sử dụng chủ yếu thế năng của dòng nước

 Nguyên tắc hoạt động:

 Cánh turbine làm thay đổi áp suất dòng nước đi vào

 Sự chênh lệch áp suất ở phần trước và phần sau turbine làm quay turbine

Click to edit Master text styles

 Đối với trường hợp cột nước rất thấp và lưu lượng lớn, turbin đặt ngay ở đập ngăn sông thì người ta thường dùng turbin

Kaplan +

chỉnh dòng nước sao cho thích hợp với

lưu lượng và phụ tải Dòng nước vào làm quay bộ phận quay có gắn các cánh chân vịt, sau đó nước thoát ra ở bên dưới

Tuốc – bin phản lực Francis

 Đa số trường hợp cột nước lớn hoặc nhỏ người ta đều dùng turbin này.

 Cấu tạo của turbin Francit gồm có: Buồng xoắn bao quanh, ở chu vi bên trong của buồng xoắn có gắn các cánh hướng dòng nước theo hướng chảy tối ưu đi vào các cánh cong gắn trên bộ phận quay làm turbin quay, sau đó nước thoát ra ở trung tâm turbin

 Các cánh hướng dòng nước được điều chỉnh sao cho thích hợp với hướng biến đổi của lưu lượng nước và phụ tải của turbin

 Do thay đổi khi thiết kế, loại turbin này có thể dùng ở phạm vi cột nước từ 30 – 700m và hiện nay được đặt nhiều ở các trạm thuỷ điện nhỏ ở nước ta có

ký hiệu là F10 và F30

T l phân b ỷ ệ ố đi n n ệ ăng Vi t Nam ệ

 Phân bố các Dự án thuỷ điện nhỏ tại Việt Nam với tổng công suất theo

kích cỡ Dự án

T l phân b ỷ ệ ố đi n n ệ ăng Vi t Nam ệ

Sản xuất điện bằng các nguồn Ảnh

www.evn.com.vn(Lấy ngày 01 tháng 9 năm 2008) ( hình bên phải, tách thành 2 slide

cho 2 hình này)

Nguồn Evn.com.vn(01/09/2008)

Tiềm năng phát triển của thủy điện Việt Nam

 Đặc điểm hình thái và khí tượng thủy văn:

 Việt Nam có 2360 con sông với chiều dài trên 10km, trong

đó có 9 hệ thống sông có diện tích lưu vực từ 10.000km trở lên

 Hệ thống sông ngòi có mật độ cao

 Việt Nam nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mưa nhiều, nóng và ẩm

 Lượng mưa trung bình hằng năm: 2000 mm

 Lượng nước chuyển ra biển : 870 tỉ m3 /năm Tương ứng với lưu lượng bình quân khoảng: 37.500 m3/s

Ti m năng th y đi n ề ủ ệ

 Tiềm năng lý thuyết được xác đình khoảng 300 tyrKWh( cho những sông dài hơn 10km) và tiềm năng kỹ thuật là 123 tỷ KWh

Tổng tiềm năng kỹ thuật của thuỷ điện nhỏ tại Việt Nam nằm trong

khoảng từ 1.600 MW – 2.000MW với quy mô đa dạng:

+ Công suất 100 – 10.000 kW mỗi trạm : 500 trạm thuỷ điện nhỏ với

tổng công suất là 1,400-1,800MW, chiếm 82% -97% tổng các trạm thuỷ

điện nhỏ;

+ Công suất 5-100kW mỗi trạm: 2,500 trạm thuỷ điện nhỏ với tổng

công suất là 100-150MW, chiếm 5-7.5 % tổng các trạm thuỷ điện nhỏ;

và + Công suất 0.1 to 5 kW mỗi trạm (cũng được gọi là Thuỷ điện siêu

nhỏ): tổng công suất là 50–100 MW, chiếm 2.5–5% tổng công suất các

trạm thuỷ điện nhỏ (Pham Khanh Toan , 2010).

( nguồn http://www.windenergy.org.vn/vietnam/thuy-dien-nho / )

Ti m năng ề

 Chiến lược phát triển của Việt Nam ngành điện trong giai đoạn năm

2006 - 2015 định hướng đến năm 2025 cũng ưu tiên cho sự phát triển của thủy điện và khuyến khích đầu tư trong các nhà máy thủy điện quy

Tỷ lệ phân bố điện năng ở Việt Nam

1/1/2008

Năm 2005:

Thủy điện : 4198MW chiếm: 36,5%

Năm 2008:

Thủy điện: 10211 MW chiếm: 37,09%

Năm 2015(dự tính):

Thủy điện : 19874 MW chiếm 33%

chiếm: 33%

Mô hình thủy điện tích năng

Thủy Điện Sơn LaNhà máy thủy điện tích năng đầu tiên của Việt Nam

Nhà máy thủy điện nhỏ

 Ảnh hưởng môi trường,

có thể làm thay đổi dòng chảy của sông.

Năng Lượng thủy triều

(Tidal Energy)

Nội dung

• Thủy triều và năng lượng thủy triều.

• Ứng dụng năng lượng thủy triều trên thế giới.

• Ứng dụng năng lượng thủy triều vào Việt Nam.

Nguyên nhân

 Thủy triều sinh ra do sức hút của mặt trăng, mặt trời lên trái đất, trong đó ảnh hưởng của mặt trăng tới thủy triều lớn hơn.

 Ta có công thức tính lực của thủy triều:

Tidal force = 2.m.m1.a/R3

m: khối lượng trái đất

m1 : khối lượng mặt trăng

a: bán kính trái đất

R: khoảng cách từ trái đất và mặt trăng.

Thủy triều cực đại

 Triều cường – khi ảnh hưởng của lực hấp dẫn lớn nhất – lúc đó mặt trăng, mặt trời và trái đất giống như thẳng hàng

 Xảy ra khi trăng tròn và trăng non

 Có sự chênh lệch lớn giữa độ cao nước dâng và nước hạ

Thủy triều kiệt

 Khi ảnh hưởng của sức hút thấp nhất – đường thẳng nối trái đất với mặt trăng vuông góc với đường thẳng nối trái đất với mặt trời

Thủy triều

 Nước triều cường và triều kiệt xảy ra theo chu kỳ 14 ngày

 Có 2 loại thủy triều:

 Nhật triều: Trong một ngày (24h52p)

có 1 lần triều lên và triều xuống

 Bán nhật triều: Trong 1 ngày có

2 lần triều lên và triều xuống

 Hiện tượng thủy triều từ lâu đã có nhiều ứng dụng : sản suất muối, đánh bắt hải sản, quân sự (chiến thắng Bạch Đằng) …

 Khối lượng nước trên các đại dương rất lớn, do đó hiện tượn thủy triều dự trữ một nguồn năng lượng khổng lồ, cần tìm cách

sử dụng

Cánh đồng muối

Ứng dụng của năng lượng thủy triều trên thế giới

 Trước tình hình giá nhiên liệu tăng cao, đảm bảo an ninh năng lượng đang trở thành mối quan tâm mang tính toàn cầu, việc kiếm các nguồn năng lượng thay thế đang trở thành mục tiêu

và giải pháp chung của nhiều nước

 Với những ưu điểm như giá thành thấp, không gây hại cho môi trường, các nguồn năng lượng xanh như năng lượng mặt trời, gió, đặc biệt là sản xuất điện từ năng lượng thủy triều được

xem là nguồn năng lượng thay thế hữu ích

Chế ngự nguồn năng lượng thủy triều

 Thế kỉ 18, nhà máy năng lượng nước vận hành nhờ sự chuyển động lên xuống thủy triều được xây dựng ở New England

 1580 – bơm nước sử dụng năng lượng thủy triều dưới cầu

London

 1880 - bơm nước cống rãnh dùng năng lượng thủy triều ở

Hamburg, Đức …

 Phát điện khi triều xuống

 Phát điện khi triều lên

 Phát điện cả hai chiều

Phát điện khi triều xuống

 Khi thủy triều dâng lên, người ta mở các của kênh dẫn cho nước chảy vào hồ chứa Đến khi mức thủy triều đạt giá trị cao nhất

người ta đóng các cửa kênh dẫn để giữ lại nước trong hồ Mức

nước trong hồ được giữ cho đến khi thủy triều đã rút xuống tạo ra một cột nước có độ cao xác định, người ta bắt đầu mở cửa kênh cho nước qua turbine để phát điện Khi đó sự chênh lệch giữa

nước trong hồ và bên ngoài giảm xuống Người ta cho turbine phát điện cho đến khi mức nước chênh lệch chỉ còn khoảng một nửa so với mức chênh lệch ban đầu

Phát điện khi triều xuống

Phát điện khi triều lên

 Khi thủy triều ở mức thấp nhất người ta cho nước trong hồ chảy

ra hết theo các kênh dẫn Sau đó đóng các kênh lại Khi thủy triều lên, mức nước phía ngoài cửa kênh và mức nước trong hồ ngày càng chênh lệch tạo ra cột nước giữa hai mức nước Đến khi thủy triều ở mức cao nhất thì cột nước này cùng có giá trị cực đại Khi

đó người ta mở các cửa kênh cho nước xả qua các turbine vào hồ Các turbine phát điện cho đến khi cột nước chênh lệch còn một nửa thì dừng lại

Phát điện cả khi triều lên và xuống

 Phát điện cả hai chiều: Đây là hình thức kết hợp cả hai phương thức phát điện triều lên và triều xuống Cuối giai đoạn phát điện thủy triều xuống, các cửa kênh được mở ra để làm cho mức nước trong hồ hạ thấp xuống Đến thời điểm mức nước trong hồ đã ở mức thấp nhất, người ta lập tức chuẩn bị cho giai đoạn phát điện khi triều lên Đến cuối giai đoạn phát điện khi triều lên, người ta

mở các kênh ngay lập tức để làm hồ đầy nước trước lúc chuyển sang giai đoạn phát điện khi triều xuống

Bulb turbine

 Bulb turbine đặt máy phát

điện ở trong dòng chảy

 Nhược điểm của bulb turbine

là do nước chảy xung quanh máy phát làm cho việc bảo trì trở nên khó khăn

Bulb turbine

Rim turbine

 Rim turbine cho phép đặt máy phát điện vào trong đập

 Nhược điểm của rim turbine là rất khó để điều chỉnh hoạt động của các turbine

Tubular turbine

 Các cánh turbine được gắn với một trục định hướng, cho phép turbine đặt ở phía trên đâp

Nhà máy điện thủy triều La Rance

 Được xây dựng ở Pháp, nơi sông Rance đổ ra Đại Tây

Dương trên vùng biển

Brittany

 Xây dựng xong vào năm

1967, với 24 turbine

 Nhà máy xây dựng mất 617 triệu francs (năm 1967)

 Có công suất 240MW

 Basin có chiều dài 750 m và sâu 13 m, mực triều dâng cao nhất là 27.6 feet ( 8.28 m)

 Turbine dùng trong nhà máy là loại bulb turbine

 Các cánh của turbine có thể thay đổi hướng tùy thuộc vào dòng chảy hiện tại

 Hiện tại, nhà máy chưa có một tác động xấu nào đến môi

trường xung quanh

 Trở thành cầu nối giao thông, giúp tiết kiệm đoạn đường dài

18 dặm

 Nhà máy cũng là 1 địa điểm du lịch lý tưởng Hàng năm, nhà máy thu hút khoảng 300,000 lượt khách du lịch

 Basin có chiều dài 750 m và sâu 13 m, mực triều dâng cao nhất là 27.6 feet ( 8.28 m)

 Turbine dùng trong nhà máy là loại bulb turbine

 Các cánh của turbine có thể thay đổi hướng tùy thuộc vào dòng chảy hiện tại

 Hiện tại, nhà máy chưa có một tác động xấu nào đến môi

trường xung quanh

 Trở thành cầu nối giao thông, giúp tiết kiệm đoạn đường dài

Hệ thống sử dụng dòng chảy thủy triều

 Sau 24h52p, phuơng của lực thủy triều lại quay một vòng so với trái đất Do đó cột nước thủy triều cũng di chuyển theo tạo thành các dòng thủy triều

Hàng rào thủy triều

 Gồm các bức tường bê tông rỗng có gắn các turbine khổng lồ, chắn ngang một eo biển, buộc dòng nước phải chảy qua chúng

 Được sử dụng trong các lưu vực không giới hạn, như eo biển giữa đất liền và một hòn đảo gần kề hoặc giữa hai hòn đảo

Turbine thủy triều

 Giống như turbine gió, turbine thủy triều có nhiều lợi thế hơn so với hệ thống đập chắn và hàng rào thủy triều, đặc biệt là giảm tác động về môi trường

 Turbine thủy triều sử dụng các dòng thủy triều đang di chuyển với tốc độ 2-3 m/s

 Các dòng thủy triều di chuyển nhanh ( > 3 m/s) gây ứng suất quá mức với cánh quạt quay, gây hỏng turbine

 Các dòng thủy triều có tốc độ thấp lại không đạt giá trị kinh tế như mong muốn

Hệ thống TidalStream

• Có thể lắp đặt ở những vị trí sâu nhất, nơi có dòng chảy mạnh nhất, bảo dưỡng an

toàn, không cần đến cần cẩu, thợ lặn

 Mỗi cấu trúc gồm 4 -6 turbine được gắn vào một phao hình ống Nước được đổ đầy vào phao để cho nó chìm xuống, chỉ

để đầu phao nhô lên, kéo các turbine vào vị trí hoạt động

 Một cánh tay dài nối phao với một đế nặng nằm trên đáy biển Cánh tay này được thiết kế để có thể di chuyển lên xuống, trái phải, cho phép các turbine nằm ở các vị trí dòng thủy triều

chảy mạnh nhất

Hệ thống trong thực tế

Turbine thủy triều lớn nhất

Ưu điểm của năng lượng thủy triều

 Không tạo ra khí thải có hại tới môi trường

 Là năng lượng sạch, và gần như vô tận Hiện tại, trên thế giới năng lượng thủy triều đóng góp khoảng 1016 kW/năm

 Giúp cải thiện giao thông (các đập chắn có thể làm cầu nối qua sông)

 Bảo vệ đường bờ biển khỏi những mối nguy hiểm từ bão

 Giá thành sản xuất rẻ, theo tính toán, giá của điện từ thủy triều tương đương giá điện tạo ra từ các nhà máy vận hành bằng

than đá hay khí đốt

Nhược điểm của năng lượng thủy triều

 Xây dựng các đập chắn thủy triều tại của sông làm thay đổi mực thủy triều ở lưu vực sông

 Đập chắn làm ảnh hưởng tới sự di chuyển của các sinh vật dưới nước, nhiều loại sinh vật sống dưới sâu có thể bị chết bởi các cánh turbine

 Có thế phá hủy nơi sinh sống của các động thực vật ở gần đập

 Giá thành xây dựng các nhà máy sản xuất điện từ năng lượng thủy triều còn khá cao

Ứng dụng của năng lượng thủy triều vào Việt Nam

 Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng thủy triều, với

đường bờ biển dài 3500km, có nhiều cửa sông lớn

 Tuy nhiên, do giá thành cao và chưa có đủ công nghệ việc ứng dụng điện thủy triều gặp nhiều khó khăn