Microsoft Word 6904 doc Bé c«ng nghiÖp viÖn nghiªn cøu c¬ khÝ b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ cÊp bé n¨m 2007 Tªn ®Ò tµi “ThiÕt kÕ, chÕ t¹o tæ m¸y thuû ®iÖn cùc nhá cét n−íc thÊp[.]
Bộ công nghiệp viện nghiên cứu khí báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp năm 2007 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo tổ máy thuỷ điện cực nhỏ cột nớc thấp phù hợp với điều kiện làm việc môi trờng nớc biển để khai thác nguồn lợng thuỷ triều phát điện phục vụ dân sinh vùng hải đảo Quảng Ninh” Ký hiƯu: 102- 07 RD/H§ - KHCN Cơ quan ch qun : B Cụng Thng Cơ quan chủ trì đề tài : Viện Nghiên cứu Cơ khí Chủ nhiệm ®Ị tµi : Th.s Ngun ChÝ C−êng 6904 18/6/2008 Hµ Nội, năm 2008 Đề tài 102-07RD/HĐ-KHCN MC LC Chng I Khảo sát, đánh giá khả ứng dụng điện thủy triều 1.1 Tổng quan vấn đề lượng Việt Nam 1.2 Các giải pháp cung cấp điện 1.3 Khảo sát giải pháp xây dựng công trình 1.4 Kết luận 19 Chương II.Tính tốn thiết kế tua bin nước ứng dụng trạm điện thủy triều 2.1 Giíi thiƯu chung 20 2.2 C¬ së lý thut tÝnh to¸n thiÕt kÕ tua bin cét n−íc thÊp 20 2.3 Thiết kế tua bin thuỷ điện công suất kW, cét n−íc tÝnh to¸n H = 1,5m 40 Chương III Kết khảo nghiệm ứng dụng thực tế đề tài 3.1 Kết cấu chung tổ máy thuỷ điện cực nhỏ 58 3.2 Mơ hình sử dụng điện 59 3.3 Nội dung kết khảo nghiệm 63 3.4 Kết luận 69 Chương IV Kết luận kiến nghị 4.1 Đánh giá tiềm thủy điện thủy triều Quảng Ninh 71 4.2 Khả khai thác điện thủy triều 71 4.3 Một số kiến nghị 72 Ti liu tham kho 73 Đề tài 102-07RD/HĐ-KHCN CHNG I KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐIỆN THUỶ TRIỀU 1.1 Tổng quan vấn đề lượng Việt Nam Hiện nay, Việt Nam, điện lưới phủ khoảng 80% tồn quốc, 20% cịn lại hải đảo, vùng sâu, vùng xa Thế việc phủ kín lưới điện đến nơi ước tính cần phải khoảng 10 năm với nhiều chi phí tốn kém, chưa kể việc xây dựng trạm tải vùng kéo theo nhiều tổn hao truyền tải điện chi phí đầu tư xây dựng nhà trạm Trong đó, tốc độ tăng trưởng kinh tế cao kéo theo nhu cầu sử dụng điện nước tăng nhanh Theo số Ban soạn thảo Bản quy hoạch phát triển điện lực giai đoạn 2006 ÷ 2015 (có xét đến năm 2025 - Quy hoạch điện 6), nhu cầu phát triển phụ tải giai đoạn 2006 ÷ 2010 vào khoảng 17,1%/năm nhu cầu điện sản xuất 16,9%/năm Trong năm 2010 ÷ 2015, tốc độ tăng trưởng phụ tải vào khoảng 11%/năm khoảng 9%/năm giai đoạn đến 2020 Hình 1.1 Điện sản xuất hàng năm theo kịch thấp Chính phủ phê duyệt ngày 15/10/ 2004 (Nguồn: báo cáo giáo sư Phạm Duy Hiến hội thảo “Phát triển lượng bền vững Việt Nam”) Theo cân đối nhu cầu lượng cho thấy từ sau năm 2010 (nếu đột biến lớn khả khai thác) khả cung cấp lượng từ nguồn tài nguyên truyền thống nước đáp ứng nhu cầu, dự tính đến năm 2015 lượng thiếu hụt nhiên liệu cho sản xuất điện vào khoảng tỷ kWh Tương tự, năm 2020 thiếu hụt khoảng 35 ÷ 64 tỷ kWh Dài hạn hơn, đến năm 2030 khả thiếu hụt tăng lên từ 59 đến 192 tỷ kWh Thậm chí năm sau khả thiếu hụt cịn trầm trọng §Ị tµi 102-07RD/H§-KHCN Để tránh nguy thiếu hụt lượng , chiến lược phát triển lượng dài hơi, khai thác hiệu nguồn tài ngun sẵn có, kết hợp yếu tố mơi trường bền vững trở nên cấp thiết hết 1.2 Các giải pháp cung cấp điện Để giải toán thiếu hụt lượng, nước giới hướng tới giải pháp sau: • Giảm tổn thất điện • Tăng hiệu sử dụng điện • Tìm kiếm, phát triển nguồn lượng • Kết hợp phát triển lượng với bảo vệ mơi trường • Phát triển thị trường điện cạnh tranh Nguồn lượng điện nước ta chưa sử dụng hiệu quả, tổn thất lãng phí nhiều Mức độ tổn thất đến 15,8%, nhiều nước giới mức tổn thất vào khoảng ÷ 9% Tổn thất điện truyền tải phân phối nước ta khoảng 12%, số nước khu vực khoảng 7% Mức độ tổn thất điện nhiều đến mức ước tính năm tới, giảm bớt tổn thất điện 1%, Việt Nam tiết kiệm 3,4 GWh, tương đương với sản lượng nhà máy cơng suất 500 ÷ 600 MW Hệ việc đầu tư máy móc thiết bị công nghệ trước khiến cho ngành cơng nghiệp Việt Nam nằm nhóm đứng cuối giới hiệu sử dụng lượng Hiện tại, ngành công nghiệp - chiếm khoảng 40% nhu cầu lượng thương mại Việt Nam, tương đương khoảng 19 triệu dầu quy đổi/năm - chưa có tiến đáng kể việc tăng hiệu sử dụng lượng Đợt khảo sát gần số nhà máy sản xuất thép, xi măng, sành sứ, hàng tiêu dùng cho thấy, tiềm tiết kiệm lượng đạt đến 20%, tức giảm bớt chi phí cho sử dụng lượng ngành công nghiệp khoảng 10.000 tỷ đồng năm Theo ông Phạm khánh Toàn - Viện Năng lượng - Bộ Công nghiệp (cũ), nguyên nhân khiến cho đại đa số sở công nghiệp Việt Nam đạt mức hiệu suất sử dụng lượng thấp, thứ thiếu khuôn khổ pháp lý để thúc đẩy hoạt động tiết kiệm lượng công nghiệp Thứ hai thiếu thông tin tiềm nâng cao tit Đề tài 102-07RD/HĐ-KHCN kim nng lng, chi phớ lợi ích thiết bị tiết kiệm lượng, tiềm giải pháp tiết kiệm lượng chi phí thấp, ứng dụng cơng nghệ Theo báo cáo Viện Năng lượng, Việt Nam khai thác 25% nguồn lượng tái tạo, phần lớn thuỷ điện, lại 75% chưa khai thác • Năng lượng mặt trời nguồn lượng sạch, khơng gây khí thải hiệu ứng nhà kính, huyện đảo có số nắng tương đối lớn, trung bình khoảng 2000 ÷ 2500 h/năm với tổng lượng xạ mặt trời trung bình khoảng 150 kCal/cm2/năm Tuy nhiên thiết bị có giá thành cao (khoảng 20000 USD cho hệ thống điện có cơng suất kW), thu nhập dân cư huyện đảo thấp Mặt khác, pin mặt trời không phát huy hiệu ngày mưa hay trời âm u • Năng lượng gió nguồn lượng sạch, thân thiện với mơi trường Nhìn giới, lượng gió cịn Đức sau Tây Ban Nha, Hoa Kỳ Đan Mạch quốc gia sử dụng lượng gió nhiều nhất, quốc gia cịn lại có cơng suất lắp đặt 100 MW Tiềm lượng gió Việt Nam đánh giá cao, giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm, ứng dụng vào thực tế chưa nhiều Mặt khác, tần suất gió nhiều huyện đảo không ổn định, phụ thuộc vào thời tiết, chiều gió thay đổi hay theo khí hậu, địa hình, tốc độ gió khơng đều, nên ứng dụng lượng gió cung cấp điện cho huyện đảo khơng khả thi • Trong hàng loạt giải pháp phát triển nguồn điện nhập điện, phát triển thủy điện, điện hạt nhân, , dường nước ta bỏ quên nguồn điện thuỷ triều, nguồn điện giá thành rẻ lại thân thiện với môi trường Nghiên cứu ứng dụng lượng điện thuỷ triều quan tâm nghiên cứu từ sau khủng hoảng lượng đầu năm 1970, mở triển vọng lượng thuỷ triều nguồn lượng vô tận, không gây ô nhiễm môi trường Trong nỗ lực xây dựng thị trường điện cạnh tranh, Thủ tướng Chính phủ Quyết định số 26/2006/QĐ-TTg ngày 26/1/2006 lộ trình hình thành phát triển thị trường điện lực Việt Nam gồm ba cấp độ: cấp độ (từ 2005 ÷ 2014) l th trng phỏt in cnh Đề tài 102-07RD/HĐ-KHCN tranh, cp (t 2015 ữ 2022) l thị trường bán buôn điện cạnh tranh cấp độ (từ sau 2022) thị trường bán lẻ điện cạnh tranh Hiện EVN trực tiếp ký hợp đồng với cơng ty phát điện thuộc ngồi EVN, bước tạo thị trường phát điện cạnh tranh a Tình hình nghiên cứu, ứng dụng lượng đại dương giới Đứng trước tình trạng cạn kiệt nguồn lượng hoá thạch truyền thống ô nhiễm môi trường ngày nghiêm trọng, nhiều quốc gia giới xúc tiến cho xây dựng nhà máy điện nguyên tử công suất lớn để bù đắp tình trạng thiếu hụt lượng tương lai gần Năng lượng hạt nhân coi nguồn lượng sạch, thân thiện không làm ô nhiễm môi trường Nhưng nguồn lượng gây nhiều tranh cãi, sau thảm hoạ Chernobyl Ukraina, Liên Xô (cũ), gây lên tâm lý lo ngại tính an tồn nhà máy hạt nhân Mặt khác, nguồn uranni trở nên cạn kiệt, lại khơng phải quốc gia có khả tiếp cận kỹ thuật nhà máy điện hạt nhân Vậy nên xu hướng có ba dạng lượng tái tạo giới quan tâm lượng mặt trời, lượng gió lượng đại dương Hiện giới nhiều nước đầu tư nghiên cứu lượng đại dương theo phương án: điện thủy triều (tận dụng độ chênh lệch mực nước thủy triều); điện sóng biển (tận thu lượng sóng biển để phát điện); điện dịng chảy (dòng thủy triều dòng hải lưu) Mỗi dạng lại có kiểu tua bin khác Năm 1960 người Pháp xây nhà máy điện thủy triều sông Ranxơ Phương pháp ứng dụng lượng thuỷ triều truyền thống xây dựng đập giữ nước cửa sông, nhà máy điện thuỷ triều La Rance gần St Malo, với công suất 240 MWgồm 24 tổ máy, sản lượng điện hàng năm đến 544.106 kWh Vốn xây dựng nhà máy cao gấp hai lần so với điện truyền thống Các nhà máy điện thuỷ triều kiểu gây nhiều tranh cãi tác động tới mơi trường tự nhiên Tại Nga có nhiều dự án xây dựng nhà máy điện thủy triều lớn nhà máy vịnh Lumbôvxki với công suất 5,2 MW/tổ (64 tổ), có độ lớn triều trung bình 4,2 m; Menzinxki có độ lớn triều trung bình đạt 5,37m lắp đặt tổ mỏy cú cụng sut n 20MW Đề tài 102-07RD/HĐ-KHCN Vào tháng năm 2003 phía bắc bờ biển Devon, kỹ sư người Anh thử nghiệm thành cơng trạm điện thuỷ triều kiểu dịng chảy Tua bin có hai cánh quạt dài 11 m, cơng suất thiết kế 300 kW, turbine phát điện đặt trực tiếp dịng thuỷ triều liên tục cung cấp điện Tua bin phát điện chạy dịng thuỷ triều khơng gây tiếng ồn, có hiệu suất cao, không phá vỡ cảnh quan thiên nhiên, không phương hại tới lồi động vật biển cánh quạt quay với vận tốc 20 vịng/phút Hình 1.2 Tua bin kiểu dòng chảy Tại khu vực châu Á, Trung Quốc nước xây dựng trạm điện thủy triều, Trung Quốc bắt đầu xây dựng trạm năm 1980, đưa vào hoạt động 1984, công suất tổ máy 600 kW/tổ (buld tua bin) Mới tháng năm 2006 tỉnh Zhejiang phía đơng Trung Quốc trạm điện thuỷ triều công suất 40 kW vào hoạt động với chi phí 23.000 USD §Ị tài 102-07RD/HĐ-KHCN Hỡnh 1.3 Tua bin buld Trong bi cnh nguồn nhiên liệu nhà máy phát điện sử dụng lượng hoá thạch ngày cạn kiệt cơng nghệ sản xuất điện từ nguồn lượng tái sinh thuỷ năng, phong lượng mặt trời có triển vọng b Tình hình ứng dụng nước Trong năm gần hoạt động nghiên cứu ứng dụng lượng mới, lượng tái tạo nước ta ngày phát triển có kết ứng dụng đáng kể, việc ứng dụng nguồn lượng mặt trời, lượng gió, thủy điện, lượng sinh khối, lượng địa nhiệt, lượng sóng… Việt Nam víi bờ biển dài 3000 km, diện tích triệu km2 có nhiều tiềm phát triển điện thủy triều Các kết đo đạc cho thấy độ chênh mực nước thủy triều ven biển nước ta tương đối lớn, trung bình khoảng 1,5 m, lớn đến 4,7 m Chế độ thuỷ triều tương đối đa dạng, từ nhật chiều đều, đến bán nhật chiều chiều hỗn hợp Nhiều vùng đánh giá có tiềm khai thác điện thuỷ chiều, lưu vực hệ thống sông Cửu Long, bờ biển vịnh Bắc Bộ Qua khảo sát, phần lớn đảo điện lới quốc gia, điện mặt trời giá thành cao nên ngời dân tự đầu t trang bị Hơn nữa, mùa đông ngày ma, xạ mặt trời thấp dẫn tới giảm công suất điện sản sinh ra, không đáp ứng đợc yêu cầu lợng nh ngày nắng Về lợng gió, vận tốc gió thấp không thờng xuyên, công nghệ lại phức tạp, giá thành cao nên ngời dân điều kiện sử dụng Năng lợng thuỷ điện nhỏ đảo, dòng sông, suối có lu vực đủ rộng nên sử dụng lợng thuỷ triều Hiện dân huyện đảo chủ yếu sử dụng điện diezen, giá điện cao, khoảng 6000 ữ 10000 đ/kWh sử dụng vào khoảng ữ tiếng buổi tối Đề tài 102-07RD/H§-KHCN Hiện nay, việc nghiên cứu ứng dụng thủy triều để phát điện Việt Nam bước đầu tiên, đề cập thời gian gần qui mơ thí nghiệm Các hướng nghiên cứu chủ yếu tập chung theo dạng thủy điện thủy triều có đập, thủy triều dịng chảy… Dạng ứng dụng dịng chảy thuỷ triều nước có cơng trình nghiên cứu đề cập Đề tài có mã số I119 "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm trạm phát điện dùng dòng chảy thuỷ triều cơng suất nhỏ từ 0,5 ÷1 kW", Viện Năng Lượng thuộc Tổng công ty Điện lực Việt Nam chủ trì Dạng tua bin Sovonius mà đề tài đưa có hiệu suất thấp (ηT=0,23), khả ứng dụng khai thác lượng đại dương không cao Phương pháp điện thủy triều có đập chắn có đặc điểm tương tự thủy điện truyền thống, nhiên điện thủy triều có đặc điểm cột nước thấp, phải tính tốn, lựa chọn loại tua bin phù hợp phát huy hiệu sử dụng 1.3 Khảo sát giải pháp xây dựng cơng trình a Một số khái niệm thuỷ triều Để nghiên cứu tượng thuỷ triều, người ta đề cập đến số khái niệm liên quan biên độ triều, thời gian chiều dâng, thời gian chiều rút, chu kỳ thuỷ triều • Chiều dâng: dao động mực nước biển lên cao dần đạt tới vị trí cao nhất, dâng cao mực nước từ lúc nước rịng đến lúc nước lớn • Chiều rút: dao động mực nước biển xuống dần đạt tới vị trí thấp nhất, hạ thấp mực nước biển từ lúc nước lớn đến lúc nước dịng • Nước lớn: vị trí cao nước biển chu kỳ dao động • Nước rịng: vị trí thấp nước biển chu kỳ dao động • Biên độ chiều: khoảng cách theo chiều thẳng đứng mực nước lớn mực nước ròng hay khoảng cách mực nước rịng mực nước lớn • Độ cao chiều: vị trí mực nước vào lúc nước lớn mức quy ước mực số • Thời gian chiều dâng: khoảng thời gian thời điểm xuất nước ròng v nc ln k tip Đề tài 102-07RD/HĐ-KHCN ã Thời gian chiều rút: khoảng thời gian thời điểm xuất nước lớn nước ròng • Chu kỳ thuỷ triều: khoảng thời gian hai lần nước lớn liên tiếp, hai khoảng nước rịng liên tiếp Chu kỳ bán nhật chiều trung bình khoảng 12 25 phút Vì ngày mặt trăng (là khoảng thời gian hai lần mặt trăng liên tiếp cao qua kinh tuyến) 24 50 phút, đặn hai lần nước lớn hai lần nước ròng Các thời gian chiều dâng thời gian chiều rút nhau, độ cao nước lớn nước dòng nhau biến thiên theo quy luật tháng Người ta cịn gọi thuỷ triều có tính chất đặc điểm bán nhật chiều đều, bán nhật chiều Bán nhật chiều có thời gian chiều dâng chênh lệch nhiều với thời gian chiều rút gọi triều nước nơng loại chiều thường quan trắc thấy vùng nước nông, chủ yếu vùng cửa sông Chu kỳ nhật chiều dài gấp đôi chu kỳ bán nhật chiều Trong ngày mặt trăng quan trắc thấy lần nước lớn lần nước dòng Trong thực tế cịn có loại thuỷ triều thay đổi theo chu kỳ, có gần giống nhật triều, có lại gần giống bán nhật triều Người ta gọi triều hỗn hợp hay tạp triều Triều hỗn hợp chia làm hai loại: bán nhật triều không nhật triều khơng tuỳ theo giống nhật triều hay giống bán nhật triều b Thuỷ triều ven biển Việt Nam Thuỷ triều tượng tự nhiên, gây nên dao động mực nước biển mà nguyên nhân sâu xa tác động tương hỗ mặt trăng, mặt trời trái đất Hiện tượng dao động mực nước biển bị chi phối lớn yếu tố địa hình, địa lý khu vực Nước ta có bờ biển dài 3000 km, chiếm phần lớn bờ phía Tây biển Đơng với địa hình phức tạp kéo dài 14 vĩ độ, nên chế độ triều nước ta đa dạng phức tạp Có vùng nhật triều ven biển Vịnh Bắc Bộ, lại có vùng bán nhật triều bán nhật triều không vùng biển Trung Nam Bộ Vịnh Thái Lan, biên độ triều từ 0,5 ÷ m Thuỷ triều ven biển nước ta thể đầy đủ dạng dao động Có nơi ngày đêm thuỷ triều có lần đạt trị số lớn nhất, lần đạt trị số nhỏ Cũng 10