Giáo trình nhà máy thủy điện

L∙ V¨n ót, ®Æng quèc thèng ng« v¨n d−ìng Nhµ m¸y thñy ®iÖn Hµ néi 12 2005 Më ®Çu I. . C«ng nghÖ n¨ng l−îng vµ vai trß cña thñy n¨ng §iÖn n¨ng cÇn ®−îc t¹o ra tõ çc d¹ng n¨ng l−îng kh¸c tiÒm tμng trong tù nhiªn nhê c«ng nghÖ biÕn ®æi n¨ng l−îng. Ch¼ng h¹n, nhiÖt n¨ng tiÒm tμng trong çc d¹ng nhiªn liÖu (than ®¸, dÇu má, khÝ ®èt ...) ®−îc gi¶i phãng qua ph¶n øng ch¸y, biÕn ®æi thμnh c¬ n¨ng vμ cuèi cïng thμnh ®iÖn n¨ng ë çc nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn. C¬ n¨ng cña dßng n−íc (s«ng, suèi, thñy triÒu ...) ®−îc biÕn thμnh ®iÖn n¨ng ë çc nhµ m¸y thñy ®iÖn. T¹i çc nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö, n¨ng l−îng gi¶i phãng tõ ph¶n øng h¹t nh©n (cña çc nguyªn tè cã nguyªn tö l−îng lín U235) còng ®−îc biÕn thμnh ®iÖn n¨ng qua çc qu¸ tr×nh biÕn ®æi nhiÖt → c¬ → ®iÖn tõ. Ngoμi çc c«ng nghÖ quan träng nãi trªn nh÷ng c«ng nghÖ n¨ng l−îng míi còng ®ang ®−îc nghiªn cøu ¸p dông nh−: n¨ng l−îng mÆt trêi, n¨ng l−îng ®Þa nhiÖt, n¨ng l−îng giã, n¨ng l−îng sinh khèi, sinh khÝ ... LÞch sö ph¸t triÓn cho thÊy tØ lÖ çc d¹ng n¨ng l−îng tù nhiªn ®−îc biÕn ®æi khai th¸c kh«ng gièng nhau vμ cã sù biÕn ®éng m¹nh theo thêi gian (h×nh 1). Vμo nh÷ng n¨m 50 cña thÕ kû tr−íc, tuyÖt ®¹i ®a sè ®iÖn n¨ng ®−îc s¶n suÊt ra lμ ë çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn (trªn 90%). Tuy nhiªn theo thêi gian tØ lÖ ®iÖn n¨ng do çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn ph¸t ra cã xu h−íng gi¶m dÇn, thuû ®iÖn t¨ng dÇn vμ cã sù ph¸t triÓn nhanh cña phÇn ®iÖn n¨ng do çc nhμ m¸y ®iÖn nguyªn tö s¶n xuÊt. §iÒu nμy cã thÓ gi¶i thÝch ®−îc bëi sù c¹n dÇn cña çc lo¹i nhiªn liÖu vμ nhu cÇu øng dông nã vμo çc lÜnh vùc kinh tÕ kh¸c ngμy cμng cã gi¸ trÞ h¬n. (VÝ dô sö dông than ®¸, dÇu má, khÝ ®èt nh− lμ nguyªn liÖu s¶n xuÊt chÊt dÎo, t¬ nh©n t¹o, vËt liÖu míi ...). Trong khi ®ã kü thuËt x©y dùng vμ khai th¸c thuû n¨ng l¹i cã nh÷ng b−íc thay ®æi v−ît bËc, cho phÐp l¾p ®Æt nh÷ng tæ m¸y c«ng suÊt lín, ®¾p ®Ëp ng¨n s«ng x©y dùng nh÷ng NMT§ khæng lå ( NMT§ Tam HiÖp, x©y dùng trªn s«ng D−¬ng Tö (TQ) víi tæng c«ng suÊt 26 x 700 MW = 18200 MW lμ mét vÝ dô) lμm cho gi¸ thμnh x©y dùng (tÝnh trªn mét ®¬n vÞ c«ng suÊt l¾p m¸y) ngμy cμng gi¶m. TÝnh chung trªn thÕ giíi, s¶n l−îng ®iÖn cña çc NMT§ s¶n suÊt ra hiÖn ®ang cung cÊp cho trªn 13 tæng s¶n l−îng ®iÖn tiªu thô. Mét sè n−íc cã tØ lÖ thuû ®iÖn lín nh−: Cana®a (93%), PhÇn Lan (91%), Nauy (99%), Thuþ Sü (99,5%). ViÖt Nam, theo con sè thèng kª n¨m 1997 tØ lÖ thuû ®iÖn chiÓm 65% tæng s¶n l−îng ®iÖn n¨ng s¶n xu©t vμ tiªu thô toμn quèc. II. Vµi nÐt vÒ ph¸t triÓn thuû ®iÖn ë ViÖt Nam TÝnh ®Õn n¨m 1954 (sau kh¸ng chiÕn chèng Ph¸p) s¶n l−îng ®iÖn n¨ng ViÖt nam nãi chung vμ thuû ®iÖn nãi riªng hÇu nh− ch−a cã g×. Tuy nhiªn, miÒn B¾c ®· cã çc NMT§ Tμ Sa, Na NgÇn, Bμn Th¹ch; miÒn Nam cã NMT§ §a Nhim (c«ng suÊt 4 x 40 = 160 MW). N¨m 1971 do LX cò gióp x©y dùng ®· kh¸nh thμnh NMT§ Th¸c Bμ víi c«ng suÊt 3 x 36 = 108 MW. Lóc nμy tæng c«ng suÊt cña çc NMN§ miÒn B¾c vÉn ch−a v−ît qu¸ 100 MW, nghÜa lμ thuû n¨ng ®· gi÷ tØ lÖ quan träng trong HT§ ViÖt Nam tõ nh÷ng ngμy ®Çu x©y dùng. N¨m 1992 NMT§ Hoμ B×nh ®· x©y dùng vμ l¾p ®Æt xong ®Õn tæ m¸y cuèi cïng víi tæng c«ng suÊt lªn tíi 1920 MW (8 x 240 MW). Vμo thêi ®iÓm nμy tæng c«ng suÊt tiªu thô cña HT§ miÒn B¾c lóc cùc ®¹i chØ vμo kho¶ng 1100 MW, do ®ã ®−êng d©y siªu cao ¸p 500 KV ®−îc x©y dùng gÊp rót ®Ó t¶i ®iÖn n¨ng thõa cña NMT§ Hoμ B×nh vμo miÒn Nam (nhiÖt ®iÖn ë miÒn B¾c lóc nμy cßn cã çc nhμ m¸y Ph¶ L¹i 440 MW, Ninh B×nh 100 MW). TiÕp sau NMT§ Hoμ B×nh, ®Ó ®¸p øng nhu cÇu t¨ng tr−ëng nhanh cña phô t¶i ®iÖn, lÇn l−ît nhiÒu NMT§ lín ®−îc x©y dùng vμ ®−a vμo vËn hμnh. Cã thÓ nhËn thÊy r»ng (xem b¶ng) HT§ ViÖt Nam cã mét tiÒm n¨ng thuû ®iÖn kh¸ lín. TØ lÖ thuû n¨ng chiÕm cao trong tæng s¶n l−îng ®iÖn n¨ng toμn quèc. Thuû ®iÖn, cã thÓ ph¸t triÓn kh¾p c¶ 3 miÒn. MiÒn B¾c cã thÓ x©y dùng nh÷ng NMT§ lín do nh÷ng dßng s«ng lín, ®é dèc cao. MiÒn Trung cã nhiÒu thuû ®iÖn nhá (s«ng cã ®é dèc lín, nh−ng l−u l−îng l¹i bÐ), miÒn Nam cã kh¶ n¨ng x©y dùng mét sè NMT§ c«ng suÊt trung b×nh (®é dèc çc dßng s«ng th−êng kh«ng lín). Qu¸ khø (cho ®Õn hiÖn t¹i) thuû ®iÖn ViÖt Nam ®· cã mét lÞch sö ph¸t triÓn m¹nh mÏ, tiÒm n¨ng thuû ®iÖn Viªt Nam cßn rÊt dåi dμo, t−¬ng lai thuû ®iÖn ViÖt Nam sÏ cßn ph¸t triÓn vμ chiÕm vÞ trÝ quan träng trong HT§ ViÖt Nam. B¶ng 1. Çc NMT§ ®ang vËn hµnh Sản lượng điện năng hàng năm (GWh) Nhà máy thủy điện Tỉnh Công suất đặt (MW) Chiều cao đập (m) Chiều cao cột nước (m) Năm đưa vào vận hành thiết kế thực tế Nước hợp tác xây dựng Giá xây dựng (106 USD) Da Nhim Lam Dong Ninh Thuan 4 x 40 38 741 1964 1 055 809 Japon 50 Thac Ba Yen Bai 3 x 36 45 30 1972 416 450 URSS 110 Hoa Binh Hoa Binh 8 x 240 128 88 1984 8 100 7 200 URSS 1 500 Tri An Dong Nai 4 x 100 40 50 1988 1 760 1 400 URSS 400 Vinh Son Binh Dinh 2 x 33 37 + 40 612 1994 228 252 France 70 Thac Mo Binh Phuoc 2 x 75 46 90 1995 640 600 Ukraine 150 Song Hinh Phu Yen 2 x 75 43 148 1999 378 320 Suède 100 Ham Thuan Lam Dong Binh Thuan 2 x 150 93,5 250 2001 1 017 800 Japon 300 Dami Lam Dong Binh Thuan 2 x 87,5 72 143 2001 590 500 Japon 180 Yali Gia Lai Kontum 4 x 180 7 190 2001 3 650 3 300 Ukraine Russie 700 B¶ng 2. Çc NMT§ ®ang x©y dùng Giai ®o¹n 2002 2005 NMT§ C«ng suÊt ®Æt Khëi c«ng Vμo vËn hμnh Ghi chó 1 Se San 3 300 2002 2005 2 Th¸c M¬ 50 2005 më réng 3 CÇn §¬n 72 2005 BOT Giai ®o¹n 2006 2010 4 Tuyªn Quang 342 2002 20062007 5 §¹i Ninh 300 2003 20062007 6 Rμo Qu¸n 70 2003 2007 7 A V−¬ng I 170 2003 2007 8 Pleikrong 110 2003 2007 9 Ban La 300 2004 20082009 10 §ång Nai 34 510 2005 20092010 11 Bu«n Ku¬p 280 2003 20082009 12 S«ng Ba H¹ 250 2005 20092010 13 S«ng Tranh 2 135 2005 20092010 14 KonTum Th−îng 220 2006 2010 15 S«ng Con 2 69 2006 20092010 16 B¶n ChacHuéi Qu¶ng 740 2006 20092011 17 §¾c Rinh 97 2006 20092010 18 Ea Krong 65 2004 20082009 B¶ng 3. Çc NMT§ lín trªn thÕ giíi Itaipú BrazilParaguay 198419912003 14000 MW 93.4 TWhours Guri Venezuela 1986 10200 MW 46 TWhours Grand Coulee hoa Kỳ 19421980 6809 MW 22.6 TWhours Sayano Shushenskaya Nga 1983 6721 MW 23.6 TWhours RobertBourassa Canada 1981 5616 MW Thác Churchill Canada 1971 5429 MW 35 TWhours Yaciretá ArgentinaParaguay 1998 4050 MW 19.1 TWhours Iron Gates RumaniSerbia 1970 2280 MW 11.3 TWhours Aswan Ai Cập 1970 2100 MW • Đập Tam Hiệp, Trung Quốc. Phát điện lần đầu tháng Bảy 2003, dự kiến hoàn thành 2009, 18200 MW Các nước có công suất thuỷ điện lớn nhất • Canada, 341312 GWh (66954 MW đã lắp đặt) • Hoa Kỳ, 319484 GWh (79511 MW đã lắp đặt) • Brazil, 285603 GWh (57517 MW đã lắp đặt) • Trung Quốc, 204300 GWh (65000 MW đã lắp đặt) • Nga, 169700 GWh (46100 MW đã lắp đặt) (2005) • Na Uy, 121824 GWh (27528 MW đã lắp đặt) Ch−¬ng I Kh¸i niÖm vÒ sö dông n¨ng l−îng dßng n−íc vμ nhμ m¸y thuû ®iÖn 1.1 N¨ng l−îng cña dßng n−íc vµ kh¶ n¨ng sö dông Mét dßng ch¶y tù nhiªn cã s¬ ®å mÆt c¾t däc nh− trªn h×nh vÏ (h×nh 1.1), trªn ®ã xÐt 2 mÆt c¾t ngang II vμ IIII (ë çc vÞ trÝ bÊt kú). T¹i mÆt c¾t II, gäi chiÒu cao møc n−íc lμ z1 , vËn tèc trung b×nh cña dßng ch¶y lμ v1 , ¸p suÊt trong lßng n−íc lμ p1 . Ký hiÖu t−¬ng tù çc th«ng sè cho mÆt c¾t IIII. XÐt mét khèi n−íc W ®ang chuyÓn ®éng t¹i II. Theo lý thuyÕt ®éng lùc häc chÊt láng, n¨ng l−îng chøa trong khèi n−íc W nμy cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau: w kgm g p v E z , 2 2 1 11 1 1 γ α γ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = + + Trong ®ã: z1 ®é cao cña mÆt c¾t II; γ träng l−îng riªng cña n−íc (1000 kgm3 ); H×nh 1.1 S¬ ®å tÝnh to¸n tiÒm n¨ng cña dßng s«ng H ΔH I I II II z1, v1, p1 z2, v2, p2 W ▼0 v1 , p1 vËn tèc vμ ¸p suÊt trung b×nh cña dßng ch¶y t¹i mÆt c¾t II; g = 9,81 msec2 gia tèc r¬i tù do bëi träng tr−êng. α1 hÖ sè hiÖu chØnh kÓ ®Õn sù ph©n bè kh«ng ®Òu cña dßng ch¶y trªn mÆt c¾t. NÕu vËn tèc nh− nhau trªn toμn bé diÖn tÝch mÆt c¾t th× α1 = 1. Ng−îc l¹i, cÇn lÊy gi¸ trÞ kh¸c ®i, tÝnh theo c«ng thøc: , 3 3 ω ω α ω v u d ∫∫ = víi : ω diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña dßng ch¶y, u lμ vËn tèc t¹i vi ph©n diÖn tÝch dω, v lμ vËn tèc trung b×nh. Th«ng th−êng cã thÓ coi gÇn ®óng ω ≈ 1. ThÓ tÝch n−íc W tÝnh b»ng m3 . Trong lý thuyÕt thuû khÝ ®éng häc, thμnh phÇn trong ngoÆc ®−îc gäi lμ cét ¸p, cã thø nguyªn lμ m. Nã bao gåm thμnh phÇn cét ¸p thuû tÜnh (z +pγ) vμ cét ¸p thuû ®éng v2 2g. VÒ trÞ sè, cét ¸p b»ng n¨ng l−îng chøa trong mét ®¬n vÞ träng l−îng n−íc d−íi d¹ng thÕ n¨ng (t−¬ng øng víi cét ¸p thuû tÜnh) vμ ®éng n¨ng (cét ¸p thuû ®éng). Víi dßng ch¶y lý t−ëng, kh«ng tæn hao vμ chØ chÞu t¸c dông lùc träng tr−êng th× cét ¸p t¹i mäi vÞ trÝ mÆt c¾t ®Òu b»ng nhau vμ n¨ng l−îng chøa trong khèi n−íc W sÏ kh«ng ®æi khi chuyÓn ®éng. §èi víi dßng ch¶y cña çc dßng s«ng n¨ng l−îng lu«n lu«n bÞ tæn thÊt (do cã mét phÇn biÕn thμnh c«ng bμo mßn ®Êt ®¸, vËn chuyÓn phï sa ...). V× thÕ khi chuyÓn ®éng ®Õn mÆt c¾t IIII, n¨ng l−îng chøa trong khèi n−íc W chØ cßn l¹i lμ : 1 2 2 22 2 2 2 w E g p v E z < ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = + + γ α γ . PhÇn n¨ng l−îng mÊt m¸t ®Ó sinh c«ng cã thÓ tÝnh ®−îc : , ( ) 2 2 22 2 1 2 11 1 2 1 2 w kgm g p p v v E E E z z γ α α γ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − + − Δ = − = − + . Th«ng th−êng víi çc dßng ch¶y tù nhiªn p vμ v Ýt thay ®æi (nÕu coi tiÕt diÖn mÆt c¾t ngang ®ång ®Òu vμ ¸p suÊt khÝ quyÓn trªn mÆt tho¸ng nh− nhau t¹i mäi n¬i), khi ®ã c«ng do khèi n−íc W sinh ra khi chuyÓn ®éng tõ II ®Õn IIII cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc gÇn ®óng: ΔE ≈ ( ) z1 − z2 γ W = ΔH γ .. W . (11) B©y giê nÕu xÐt khèi n−íc W cã thÓ tÝch b»ng tæng l−îng n−íc cña dßng s«ng ch¶y qua mÆt c¾t trong thêi gian 1 sec (nghÜa lμ ®óng b»ng trÞ sè l−u l−îng n−íc Q cña dßng ch¶y), ®ång thêi xÐt kho¶ng çch tõ II ®Õn IIII lμ toμn bé chiÒu dμi cña dßng s«ng th× ΔE lμ sÏ c«ng cña c¶ dßng s«ng sinh ra trong 1 gi©y ( hay còng chÝnh lμ c«ng suÊt cña nã, ký hiÖu lμ N), ta cã thÓ viÕt l¹i : N (z z ) Q H .. Q , kgms 1 2 = − γ = γ . NÕu ®æi sang tÝnh b»ng kW (1kW = 102 kgms) th× c«ng thøc trë thμnh: N = 9,81.H.Q , kW . (12) C«ng thøc trªn th−êng ®−îc dïng ®Ó ®¸nh gi¸ tr÷ l−îng thuû n¨ng cña dßng s«ng. TrÞ sè tÝnh ®−îc chÝnh lμ c«ng suÊt tæng céng mμ dßng s«ng cã thÓ sinh ra ®−îc (cßn ®−îc gäi lμ tiÒm n¨ng cña dßng s«ng). DÔ thÊy, trÞ sè nμy kh¸c rÊt xa víi tiÒm n¨ng thuû ®iÖn, bëi con ng−êi chØ cã thÓ tËn dông ®−îc mét phÇn n¨ng l−îng ë nh÷ng ®o¹n nhá ΔH cña dßng s«ng. Còng tõ çc c«ng thøc tÝnh n¨ng l−îng cña dßng ch¶y nh− ®· nªu trªn (c«ng thøc 11) ta cßn nhËn thÊy r»ng n¨ng, l−îng tiÒm tμng trong mçi dßng s«ng ®−îc ph©n bè tr¶i kh¾p theo chiÒu dμi dßng ch¶y. Mét ®o¹n ng¾n bÊt kú cña dßng s«ng ®Òu cã chøa mét n¨ng l−îng, tÝnh ®−îc theo (11). Tuy nhiªn mËt ®é ph©n bè kh«ng ®Òu, ®o¹n cã ®é dèc cμng lín th× mËt ®é n¨ng l−îng tËp trung cμng cao (do ΔH lín). §ã còng chÝnh lμ nh÷ng vÞ trÝ thuËn lîi ®Ó x©y dùng NMT§. Ngoμi ra, dùa theo (11) vμ (12) ta còng cã thÓ trùc tiÕp ®−a ra c«ng thøc tÝnh c«ng suÊt cho nhμ m¸y thuû ®iÖn: NT§ = 9,81. η.Q.H0 (kW). (13) Trong ®ã: H0 chªnh lÖch møc n−íc ë phÝa tr−íc vμ phÝa sau NMT§, cßn gäi lμ cét n−íc h×nh häc cña nhμ m¸y; Q l−u l−îng n−íc ch¶y qua NMT§ ; η hiÖu suÊt chung cña NMT§; Víi viÖc xÐt ®Õn hiÖu suÊt biÕn ®æi n¨ng l−îng η nªu trªn, c«ng suÊt tÝnh theo (13) cho NMT§ chÝnh lμ c«ng suÊt ®iÖn ph¸t ra cña çc m¸y ph¸t. Cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng hiÖu suÈt : η = ηT.ηF ; ë ®©y ηT lμ hiÖu suÊt cña tua bin n−íc kÓ c¶ ®Õn tæn thÊt n¨ng l−îng ®−êng èng; ηF hiÖu suÊt cña m¸y ph¸t; Víi ηT = (0,88 0,91), ηF = (0.95 0.98), khi thiÕt kÕ tÝnh gÇn ®óng cã thÓ lÊy η ≈ 0,86. Khi ®ã thay vμo (13) ta cã : NT§ ≈ 8,3.Q.H0 (kW). (14) C«ng thøc trªn th−êng ®−îc dïng ®Ó ®¸nh gi¸ s¬ bé c«ng suÊt cña NMT§ khi thiÕt kÕ. Thùc ra khi x¸c ®Þnh c«ng suÊt NMT§ theo (13) hoÆc (14) ta ®· bá qua c¶ chªnh lÖch ¸p suÊt vμ vËn tèc dßng ch¶y ë tr−íc vμ sau NMT§ (tÝnh ë cöa vμo vμ ra cña thiÕt bÞ thuû n¨ng), bëi H0 míi chØ xÐt ®Õn chªnh lÖch cét ¸p thuû tÜnh. Khi xÐt ®Çy ®ñ çc tæn thÊt cét n−íc cña NMT§ cÇn tÝnh theo c«ng thøc: g p p v v H z z 2 2 22 2 1 2 11 1 2 α α γ − + − = − + , cßn c«ng suÊt NMT§ khi ®ã lμ: N = 9,81.η.Q.H (kW) sÏ phô thuéc phøc t¹p vμo nhiÒu yÕu tè h¬n (H kh«ng cßn lμ h»ng sè). 1.2 Çc lo¹i nhµ m¸y thuû ®iÖn Tõ c«ng thøc tÝnh c«ng suÊt cña NMT§ cã thÓ thÊy r»ng viÖc t¹o ra chªnh lÖch møc n−íc H0 lμ ®iÒu kiÖn tiªn quyÕt cho viÖc x©y dùng NMT§. ChÝnh v× thÕ çc ph−¬ng ¸n kh¸c nhau t¹o ra chªnh lÖch møc n−íc còng ®ång thêi lμ ®iÒu kiÖn ph©n lo¹i çc nhμ m¸y thuû ®iÖn. 1. Nhµ m¸y thuû ®iÖn kiÓu ®Ëp B»ng çch x©y dùng çc ®Ëp ch¾n ngang s«ng cã thÓ lμm cho møc n−íc ë tr−íc ®Ëp d©ng cao t¹o ra cét n−íc H0 ®Ó x©y dùng NMT§. Khi ®ã ta cã NMT§ kiÓu ®Ëp. §Ëp cμng cao th× c«ng suÊt cña NMT§ cã thÓ nhËn ®−îc cμng lín. Tuy nhiªn chiÒu cao ®Ëp cÇn ph¶i ®−îc lùa chän kü l−ìng theo çc ®iÒu kiÖn kinh tÕ kü thuËt vμ hμng lo¹t nh÷ng yÕu tè an toμn kh¸c (liªn quan ®Õn m«i tr−êng, di d©n, quèc phßng...). MÆt kh¸c khi x©y dùng ®Ëp cao n−íc d©ng lªn cã thÓ lμm ngËp nh÷ng khu vùc quan träng (®«ng d©n, thÞ trÊn cæ, hÇm má ch−a khai th¸c...). NhiÒu tr−êng hîp, ®©y l¹i lμ yÕu tè chÝnh h¹n chÕ chiÒu cao cña ®Ëp. Nãi chung NMT§ kiÓu ®Ëp th−êng cã thÓ x©y dùng thuËn lîi ë nh÷ng n¬i dßng ch¶y cã ®é dèc lín, ch¶y ngang qua thung lòng cña nh÷ng qu¶ ®åi. Trong tr−êng hîp nμy, vïng ngËp n−íc dÔ h¹n chÕ ®−îc trong khu vùc thung lòng, trong khi chØ cÇn x©y dùng çc ®Ëp ng¾n nèi gi÷a çc qu¶ ®åi ®Ó ch¾n dßng s«ng. Nhμ m¸y thuû ®iÖn kiÓu ®Ëp cã çc −u ®iÓm sau: Cã thÓ t¹o ra nh÷ng NMT§ c«ng suÊt rÊt lín, do cã kh¶ n¨ng tËn dông ®−îc toμn bé l−u l−îng cña dßng s«ng; Ho Hå chøa ®Ëp NM Vïng ngËp n−íc ®Ëp Nói ®åi S«ng cò NM H×nh 1.2. S¬ ®å NMT§ kiÓu ®Ëp I I II II ΔH Cã hå chøa n−íc, mμ hå chøa lμ mét c«ng cô hÕt hiÖu qu¶ ®Ó ®iÒu tiÕt n−íc vμ vËn hμnh tèi −u NMT§, ®iÒu tiÕt lò, phôc vô t−íi tiªu vμ nhiÒu lîi Ých kh¸c. Çc nh−îc ®iÓm chÝnh cña NMT§ kiÓu ®Ëp: Vèn ®Çu t− lín, thêi gian x©y dùng l©u; Vïng ngËp n−íc cã thÓ ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn sinh th¸i m«i tr−êng (di d©n, thay ®æi khÝ hËu). Nhμ m¸y thuû ®iÖn kiÓu ®Ëp lμ lo¹i phæ biÕn nhÊt ®· x©y dùng trong thùc tÕ (trªn thÕ giíi còng nh− trong n−íc). ë n−íc ta çc NMT§ kiÓu ®Ëp còng lμ lo¹i chñ yÕu: Hoμ B×nh, Th¸c Bμ, TrÞ An, Th¸c M¬, ... CÇn nãi thªm lμ, cã thÓ x©y dùng nèi tiÕp rÊt nhiÒu NMT§ kiÓu ®Ëp trªn cïng mét dßng s«ng. Trong tr−êng hîp nh− vËy hiÖu qu¶ ®iÒu tiÕt vËn hμnh phèi hîp cña çc NMT§ sÏ tèt h¬n khi chØ cã mét NMT§ (xem ch−¬ng 4). 2. Nhµ m¸y thuû ®iÖn kiÓu kªnh dÉn Cét n−íc cña NMT§ cßn cã thÓ t¹o ra ®−îc b»ng viÖc sö dông çc kªnh dÉn. Tr−êng hîp chung nhÊt kªnh bao gåm 2 phÇn: phÇn ®Çu ®−îc x©y dùng d−íi d¹ng çc kªnh dÉn hë (cßn gäi lμ kªnh dÉn kh«ng ¸p). PhÇn nμy cã nhiÖm vô dÉn n−íc tõ n¬i mμ dßng chμy cã møc n−íc cao ®Õn n¬i mμ dßng ch¶y cã møc n−íc thÊp (vÞ trÝ x©y dùng NMT§) nh−ng gi÷ nguyªn møc n−íc (kªnh cã ®é dèc rÊt nhá). PhÇn cuèi lμ çc èng dÉn kÝn (cßn ®−îc gäi lμ kªnh dÉn cã ¸p). PhÇn nμy cã nhiÖm vô ®−a n−íc tõ trªn cao xuèng thÊp ®Ó ch¹y tuabin. Do dßng ch¶y trong èng kÝn b¶o toμn ®−îc cét ¸p thñy tÜnh nªn cét n−íc cña NMT§ cã thÓ ®−îc tÝnh nh− tõ møc n−íc cuèi kªnh dÉn hë (phÝa trªn èng dÉn kÝn) ®Õn møc n−íc phÝa sau NMT§. DÔ thÊy, cét n−íc cña NMT§ kiÓu kªnh dÉn cã thÓ rÊt lín nÕu nguån n−íc lÊy ®−îc xuÊt ph¸t tõ vÞ trÝ cao. Còng cÇn nãi thªm lμ s¬ ®å cÊu tróc cña NMT§ kiÓu kªnh dÉn nªu trªn nh»m minh häa nguyªn lý chung (trong ®ã kªnh gåm 2 phÇn). Thùc tÕ kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i cã phÇn kªnh dÉn hë. PhÇn nμy chØ ®−îc t¹o ra khi cã thÓ (víi ®Þa h×nh cho phÐp) vμ ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ (cã vèn ®Çu t− nhá h¬n èng dÉn kÝn). Cã tr−êng hîp phÇn kªnh dÉn hë ®−îc thay thÕ b»ng hÇm dÉn n−íc (h×nh 1.4). ¸p lùc n−íc trong hÇm cã thÓ lín h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn (do cã ®é dèc), nh−ng th−êng kh«ng lín. DÔ thÊy, −u ®iÓm næi bËt cña NMT§ kªnh dÉn lμ vèn ®Çu t− nhá, c«ng suÊt æn ®Þnh (Ýt phô thuéc vμo møc n−íc). §Þa h×nh thÝch hîp cho NMT§ kªnh dÉn lμ vïng nói ®åi, n¬i cã çc dßng s«ng (suèi) dèc ch¶y tõ trªn cao xuèng. Còng cã khi lμ n¬i cã 2 con s«ng ch¶y c¹nh nhau víi møc n−íc chªnh lÖch lín. Trong tr−êng hîp nμy kªnh ®−îc x©y dùng dÉn n−íc tõ dßng s«ng cã møc n−íc cao sang dßng s«ng cã Ho ΔH Kªnh dÉn èng dÉn kÝn BÓ ®iÒu tiÕt NM S«ng c¹n §Ëp thÊp §Ëp thÊp Kªnh dÉn BÓ ®iÒu tiÕt NM S«ng c¹n H×nh 1.3. S¬ ®å NMT§ kªnh dÉn møc n−íc thÊp. Nhμ m¸y ®−îc x©y dùng gÇn bê s«ng cã møc n−íc thÊp vμ x¶ n−íc vμo dßng s«ng nμy. Nh−îc ®iÓm chÝnh cña NMT§ kiÓu kªnh dÉn lμ kh«ng cã hå chøa n−íc, do ®ã kh«ng cã kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt n−íc vμ ®iÒu chØnh c«ng suÊt. Kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nμy trong nhiÒu tr−êng hîp, víi ®Þa h×nh cho phÐp, ng−êi ta x©y dùng çc hå nh©n t¹o ë çc vÞ trÝ cao (cuèi cña çc kªnh dÉn hë). Tuy nhiªn khi ®ã vèn ®Çu t− tæng céng cña c«ng tr×nh l¹i t¨ng lªn. H0 NM Th¸p ®iÒu ¸p HÇm dÉn n−íc Cöa nhËn n−íc èng dÉn kÝn H×nh 1.4. S¬ ®å NMT§ kªnh dÉn (cã hÇm dÉn n−íc) NM HÇm dÉn n−íc S«ng c¹n §Ëp thÊp Th¸p ®iÒu ¸p Cöa nhËn n−íc Mét vÝ dô ®iÓn h×nh cho NMT§ kªnh dÉn ë ViÖt Nam lμ thñy ®iÖn §a Nhim. Nhμ m¸y nμy ®−îc x©y dùng tõ nh÷ng n¨m 60 (cña thÕ kû tr−íc). Kªnh gåm 2 èng kÝn dμi gÇn 3 km dÉn n−íc tõ thung lòng trªn ®Ønh cao nguyªn §μ L¹t (hå §a Nhim) xuèng vïng ®Êt thÊp t¹o ra cét n−íc tíi 1020 m. Nhê cét n−íc rÊt lín nªn chØ víi l−u l−îng nhá c«ng suÊt nhμ m¸y ®· rÊt ®¸ng kÓ. 3. Nhµ m¸y thñy ®iÖn kiÓu hçn hîp vµ nguyªn t¾c chung n©ng cao c«ng suÊt cho çc nhµ m¸y thñy ®iÖn Víi nh÷ng ®Þa h×nh thÝch hîp, b»ng viÖc kÕt hîp x©y dùng dËp víi kªnh dÉn, cã thÓ t¹o ra NMT§ cã c«ng suÊt lín, vèn ®Çu t− l¹i nhá. S¬ ®å ®iÓn h×nh cña NMT§ kiÓu hçn hîp nh− trªn h×nh (1.5). Hå x©y dùng ®−îc ë vÞ trÝ cao trong khi cã vÞ trÝ thÊp h¬n ®Ó bè trÝ nhμ m¸y (n¬i ®Æt tuabin n−íc vμ m¸y ph¸t). TËn dông chªnh §Ëp NM H0 H0 èng dÉn kÝn Hå chøa H×nh 1.5. Nhμ m¸y thñy ®iÖn kiÓu hçn hîp lÖch ®é cao phÝa d−íi ®Ëp cã thÓ n©ng c«ng suÊt nhμ m¸y lªn ®¸ng kÓ trong khi chØ cÇn ®Çu t− thªm dμn èng dÉn n−íc tõ trªn cao xuèng thÊp. èng dÉn kÝn b¶o toμn cét ¸p nªn cét n−íc vÉn ®−îc tÝnh tõ mÆt tho¸ng cña hå (trªn cao) ®Õn møc n−íc h¹ l−u phÝa sau nhμ m¸y. Ngoμi −u ®iÓm vÒ kinh tÕ, nhμ m¸y cßn tæ hîp ®−îc çc −u ®iÓm cña NMT§ kiÓu ®Ëp vμ kiÓu kªnh dÉn nh−: cã cét n−íc cao, c«ng suÊt æn ®Þnh, cã kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt nhê hå chøa. Nhμ m¸y thñy ®iÖn Yaly vμ nhμ m¸y thñy ®iÖn Huéi Qu¶ng (ch−a x©y dùng) lμ nh÷ng vÝ dô rÊt ®iÓn h×nh cña NMT§ kiÓu hçn hîp ë ViÖt Nam. Hå chøa n−íc cña NMT§ Yaly cã ®é cao 515 m (so víi møc n−íc biÓn). Ng−êi ta x©y dùng mét ®−êng hÇm dÉn n−íc tõ hå xuèng vÞ trÝ thÊp (305 m) dμi tíi h¬n 4km ®Ó cung cÊp n−íc cho nhμ m¸y (n¬i l¾p ®Æt çc tuabin vμ m¸y ph¸t). §Ëp vμ hå t¹o ra cét n−íc kh«ng lín (15m) nh−ng cã ý nghÜa tËp trung l−u l−îng n−íc. HÇm kÝn tÝch lòy cét n−íc rÊt lín (thªm gÇn 200m), nhê thÕ c«ng suÊt cña NMT§ ®−îc n©ng lªn rÊt cao (720 MW). Tõ cÊu tróc cña çc NMT§ ®· nªu (gÆp phæ biÕn nhÊt trong thùc tÕ) dÔ thÊy ®−îc nguyªn t¾c chung n©ng cao c«ng suÊt cho çc NMT§: ®ã lμ çc biÖn ph¸p tËp trung l−u l−îng vμ tËp trung ®é dèc (cét n−íc). Hå chøa cho phÐp tËp trung l−u l−îng (cã thÓ cña nhiÒu dßng ch¶y) cßn ®Ëp vμ kªnh dÉn tËp trung cét n−íc. Thùc chÊt lμ tËp trung çc l−îng n−íc vÒ vÞ trÝ cao so víi n¬i cã thÓ x©y dùng nhμ m¸y (cμng thÊp cμng tèt). Trong ph−¬ng ¸n NMT§ kiÓu ®Ëp (h×nh 1.1) n¨ng l−îng lóc ®Çu cña khóc s«ng tõ II ®Õn IIII ph©n bè gÇn nh− ®ång ®Òu theo chiÒu dμi (®é dèc lßng s«ng gÇn nh− nhau). Nhê cã ®Ëp d©ng n−íc lªn cao, ®é dèc dßng ch¶y tr−íc ®Ëp gi¶m nhiÒu (chØ cßn l¹i b»ng ΔH), ®éng n¨ng dßng ch¶y còng gi¶m nhiÒu do tiÕt diÖn hå më réng (biÕn thμnh thÕ n¨ng). Khi vËn tèc n−íc ch¶y trong hå ®ñ nhá th× ΔH còng nhá, khi ®ã gÇn nh− toμn bé ®é dèc cña dßng ch¶y tËp trung vÒ phÇn cuèi (tõ tr−íc ®Ëp cho ®Õn mÆt c¾t IIII), nãi kh¸c ®i, n¨ng l−îng dßng ch¶y ®−îc tËp trung ®Õn phÝa tr−íc ®Ëp. Víi ph−¬ng ¸n sö dông kªnh dÉn, ®é dèc cña kªnh lμm thay ®æi mËt ®é ph©n bè n¨ng l−îng cña dßng ch¶y. PhÇn ®Çu cña kªnh cã ®é dèc rÊt nhá ®Ó n¨ng l−îng tËp trung vμo cuèi. Còng cÇn nãi thªm lμ, do èng kÝn b¶o toμn ®−îc cét ¸p nªn chØ cÇn tËp trung n¨ng l−îng dßng ch¶y ®Õn tr−íc çc èng dÉn kÝn, toμn bé n¨ng l−îng sÏ ®−îc nhËn ë ®Çu ra. Lîi dông ®Æc ®iÓm nμy ng−êi ta cã thÓ chän çc vÞ trÝ thuËn lîi ®Ó tËp trung n¨ng l−îng, vÝ dô çc hå chøa, bÓ chøa n−íc trªn cao. §Ó tËp trung l−u l−îng, cã thÓ sö dông çc ®Ëp thÊp ®Ó chÆn vμ ®æi h−íng dßng ch¶y, còng cã thÓ dïng b¬m. H×nh (1.6) minh häa ph−¬ng ¸n tËp trung cét n−íc b»ng b¬m. Thùc chÊt ph−¬ng ¸n nμy lμ tËp trung l−u l−îng n−íc cã cét n−íc H1 vμo vÞ trÝ cã cét n−íc H2 so víi nhμ m¸y. B¬m cÇn sö dông n¨ng l−îng ®iÖn ®Ó n©ng cao cét n−íc tr−íc khi tËp trung vμo hå chøa, nh−ng bï l¹i cã thÓ tËn dông ®−îc nguån n¨ng l−îng cña çc dßng ch¶y n»m trªn ®Þa h×nh kh«ng thuËn lîi dÉn n−íc ®Õn nhμ m¸y. 4. Mét vµi nhµ m¸y thñy ®iÖn d¹ng kh¸c a. Nhµ m¸y thñy ®iÖn thñy triÒu T¹i nh÷ng vïng bê biÓn cã møc n−íc thñy triÒu lªn xuèng chªnh lÖch lín ( >7m ), lîi dông dßng n−íc ch¶y vμo vμ ch¶y ra ë çc cöa vÞnh (tù nhiªn hoÆc nh©n t¹o), ng−êi ta x©y dùng çc nhμ m¸y thñy ®iÖn (NM§ thñy triÒu). VÒ b¶n chÊt, thñy H1 H2 BÓ chøa n−íc NM Tr¹m b¬m H×nh 1.6. TËp trung n−íc b»ng b¬m triÒu lμ hiÖn t−îng n−íc biÓn d©ng lªn h¹ xuèng theo lùc hÊp dÉn cña mÆt tr¨ng. Theo chu kú th¸ng (©m lÞch), t¹i nh÷ng khu vùc mÆt tr¨ng ®i ngang qua møc n−íc biÓn ë ®ã d©ng lªn, h¹ xuèng mét lÇn. Cã nh÷ng vïng bê biÓn møc n−íc thñy triÒu lªn xuèng chªnh lÖch rÊt lín nh− vïng Fandi (Cana®a) 19m, T©y B¾c Mü 10m, Arcgentina 11m, mét sè vïng biÓn ë Anh, Ph¸p tíi 14m . T¹i mét sè khu vùc bê biÓn thuéc LX cò còng cã møc thñy triÒu chªnh lÖch lín nh− vÞnh Pengin (13,4m), Tugur vμ Megen (10m) ... cã thÓ x©y dùng ®−îc nh÷ng NM§ thñy triÒu c«ng suÊt rÊt lín. ë ViÖt Nam thñy triÒu (68)m xuÊt hiÖn ë çc khu vùc biÓn Mãng Çi, Hμ Tiªn. TiÒm n¨ng lý thuyÕt cña n¨ng l−îng thñy triÒu trªn tr¸i ®Êt rÊt lín (2,5 lÇn tiÒm n¨ng cña tæng çc dßng s«ng). V× thÕ NM§ thñy triÒu lμ ®èi t−îng nghiªn cøu vμ x©y dùng ë rÊt nhiÒu n¬i. H×nh (1.7) m« t¶ cÊu tróc vμ ho¹t ®éng cña NM§ thñy triÒu ch¹y ®¬n. C«ng tr×nh chÝnh cña nhμ m¸y vÉn lμ ®Ëp ng¨n n−íc t¹i cöa vÞnh. Cã hÖ thèng cèng ®Ó ®iÒu khiÓn cét n−íc. HÖ thèng dÉn n−íc vμo tuabin cña cña NM§ thñy triÒu th−êng cã Hmin Hmin Hmin Hmin Z m P MW t t H×nh 1.7. Nhμ m¸y thñy ®iÖn thñy triÒu a) b) Møc n−íc biÓn Møc n−íc vÞnh t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 H0 VÞnh VÞnh BiÓn BiÓn Cèng NM çc van mét chiÒu ®¶m b¶o cho n−íc ch¶y qua tuabin theo mét chiÒu duy nhÊt trong khi n−íc vμo ra tõ biÓn ®Õn vÞnh ®æi chiÒu theo chu kú. §iÒu khiÓn cét n−íc b»ng hÖ thèng cèng theo thêi gian lªn xuèng cña thñy triÒu (t−¬ng øng víi ngμy ©m lÞch) lμ ph−¬ng thøc vËn hμnh c¬ b¶n cña NM§ thñy triÒu. CÇn lùa chän ®óng thêi ®iÓm chuyÓn ®æi ph−¬ng thøc vËn hμnh (h×nh 1.7,b): t1 §ãng cèng, kh«ng ch¹y m¸y (chê ®Õn cét n−íc Hmin) ; t2 §ãng cèng, ch¹y m¸y (ph¸t c«ng suÊt thiÕt kÕ) ; t3 Më cèng, ngõng m¸y (n−íc vÞnh h¹ xuèng b»ng møc n−íc biÓn); t4 §ãng cèng, kh«ng ch¹y m¸y (chê ®Õn cét n−íc Hmin) ; t5 §ãng cèng, ch¹y m¸y (ph¸t c«ng suÊt thiÕt kÕ); t6 Më c«ng, ngõng m¸y (n−íc vÞnh d©ng lªn b»ng møc n−íc biÓn); t7 LÆp l¹i nh− giai ®o¹n t1 . Do ph¶i cã çc thêi gian chê cét n−íc ®¹t ®Õn quy ®Þnh vËn hμnh nªn c«ng suÊt cña NM§ thñy triÒu ph¸t kh«ng liªn tôc vμ nhμ m¸y cÇn ®−îc nèi lμm viÖc víi hÖ thèng. Ngoμi ra, tuabin cña NM§ thñy triÒu cßn cÇn ®−îc chÕ t¹o ®Æc biÖt ®Ó thÝch hîp lμm viÖc víi cét n−íc thÊp, nhê thÕ kho¶ng thêi gian lμm viÖc trong chu kú (øng víi H ≥ Hmin ) cã thÓ kÐo dμi. VÞnh th−êng cã thÓ tÝch rÊt lín, ®ñ n−íc cung cÇp cho nhiÒu tæ m¸y ®ång thêi vËn hμnh. V× thÕ c«ng suÊt tæng cña çc NM§ thñy triÒu cã thÓ rÊt lín, hμng n¨m cung cÊp cho hÖ thèng mét l−îng ®iÖn n¨ng ®¸ng kÓ. §Ó cã ®iÖn n¨ng ph¸t liªn tôc, ng−êi ta còng t¹o ra NM§ thñy triÒu lμm viÖc theo nhiÒu phÇn kh¸c nhau cña hå (vÞnh). Tuy nhiªn khi ®ã ®iÖn n¨ng tæng nhËn ®−îc lu«n thÊp h¬n cña nhμ m¸y lμm viÖc theo chu kú ®¬n. Trªn thÕ giíi nhiÒu NM§ thñy triÒu ®−îc x©y dùng víi c«ng suÊt rÊt lín. NM§ thñy triÒu Rance (Ph¸p) víi c«ng suÊt 400MW, hμng n¨m cung cÊp tíi 500.000 kWh ®iÖn n¨ng. ë LX cò, sau khi x©y dùng thö nghiÖm NM§ thñy triÒu ®Çu tiªn 400kW vμo n¨m 1968 (ë vïng biÓn Baenxova) ®· x©y dùng hμng lo¹t NM§ thñy triÒu c«ng suÊt lín vμo nh÷ng n¨m 19811985. §iÓn h×nh lμ çc NM§ thñy triÒu Lumb 300 MW, Mezen vμ Tugur (10.000MW), Pengin 30.000 MW. Vïng vÞnh Fandi cña Canada cã çc nhμ m¸y Kamberland 1000MW, Kouwid 4000MW. ë Anh cã nhμ m¸y ®iÖn thñy triÒu Severn 4000MW. b. Nhµ m¸y thñy ®iÖn tÝch n¨ng §©y lμ kiÓu NMT§ kh«ng sö dông n¨ng l−îng cña dßng s«ng mμ nhiÖm vô cña nã chØ lμ biÕn ®æi 2 chiÒu: ®iÖn n¨ng cña HT§ thμnh c¬ n¨ng cña n−íc vμ ng−îc l¹i. V× kh«ng sö dông n¨ng l−îng cña dßng s«ng nªn vÞ trÝ x©y dùng NMT§ tÝch n¨ng th−êng ®−îc chän ë nh÷ng n¬i cã vÞ trÝ cao thuËn lîi x©y dùng ®−îc hå, bªn c¹nh khu vùc thÊp lu«n cã n−íc (dßng s«ng, ®Çm n−íc hoÆc bê biÓn) ®Ó cã thÓ b¬m n−íc lªn hå vμ tho¸t n−íc cho nhμm m¸y. −u tiªn çc vÞ trÝ gÇn çc trung t©m phô t¶i ®Ó gi¶m tæn thÊt cho l−íi. §«i khi cã thÓ kÕt hîp x©y dùng víi NMT§ th−êng (kiÓu hçn hîp) ë nh÷ng dßng s«ng nhá nh−ng l¹i cã hå cao, dung tÝch rÊt lín ®Ó ph¸t triÓn thªm çc tæ m¸y lμm viÖc theo kiÓu tÝch n¨ng. H×nh (1.8) m« t¶ NMT§ tÝch n¨ng cã s¬ ®å gièng nh− NMT§ kiÓu hçn hîp. Sù kh¸c biÖt chñ yÕu ë ®©y lμ trong nhμ m¸y võa cã tuabin n−íc võa cã b¬m. Tuabin ®Ó quay m¸y ph¸t ®iÖn khi cÇn ph¸t ®iÖn n¨ng vμo HT§, cßn b¬m sö dông ®iÖn H0 H×nh 1.8. Nhμ m¸y thñy ®iÖn tÝch n¨ng NM Hå chøa n−íc Th¸p ®iÒu ¸p l−íi ®Ó b¬m n−íc lªn hå. Ng−êi ta còng chÕ t¹o kiÓu tuabin n−íc ®Æc biÖt, cã thÓ lμm viÖc c¶ ë chÕ ®é b¬m (m¸y ph¸t còng lμm viÖc ®−îc ë chÕ ®é ®éng c¬ ®ång bé). VÒ chÕ ®é lμm viÖc, NMT§ tÝch n¨ng ho¹t ®éng theo giê trong ngμy. Vμo nh÷ng giê cao ®iÓm cña phô t¶i hÖ thèng, NMT§ tÝch n¨ng sö dông n−íc cña hå ch¹y tuabin, quay m¸y ph¸t ®iÖn ®Ó ph¸t ®iÖn vμo hÖ thèng cßn vμo nh÷ng giê thÊp ®iÓm cña phô t¶i nhμ m¸y sö dông ®iÖn l−íi ch¹y b¬m ®Ó ®−a n−íc lªn hå. HiÖu qu¶ ho¹t ®éng cña NMT§ tÝch n¨ng rÊt lín. Nhê kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh c«ng suÊt nhanh trong ph¹m vi réng (tõ ©m sang d−¬ng) mμ HT§ lμm viÖc kinh tÕ h¬n: çc NMN§ ®−îc lμm viÖc æn ®Þnh trong ph¹m vÞ c«ng suÊt cã hiÖu suÊt cao, kh«ng ph¶i ®ãng c¾t lß (do ®ã kh«ng mÊt chi phÝ khëi ®éng), tæn thÊt ®iÖn n¨ng trªn l−íi còng gi¶m (theo chÕ ®é vËn hμnh tèi −u). Nãi chung çc hiÖu qu¶ trªn (tÝnh b»ng tiÒn) th−êng lín h¬n rÊt nhiÒu lÇn so víi chi phÝ tæn thÊt n¨ng l−îng (do 2 lÇn biÕn ®æi) ë chÝnh b¶n th©n NMT§ tÝch n¨ng. Cã thÓ hiÓu ®¬n gi¶n hiÖu qu¶ cña NMT§ tÝch n¨ng nh− lμ kh¶ n¨ng c¾t ®Ønh vμ bï ®¸y biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng. Nhê thÕ khi vËn hμnh tèi −u, chi phÝ vËn hμnh chung cña toμn hÖ thèng gi¶m nhiÒu, ®Æc biÖt trong tr−êng hîp cã mét tØ lÖ lín çc NMN§ lμm viÖc víi hiÖu suÊt thay ®æi (khi ®iÒu chØnh c«ng suÊt). Khi trong HT§ cã nhiÒu NM§ kh«ng mong muèn ®iÒu chØnh c«ng suÊt vμ kh«ng cã kh¶ n¨ng gi¶m thÊp c«ng suÊt (N§ than, NM§ nguyªn tö) th× vai trß cña çc NMT§ tÝch n¨ng cμng quan träng h¬n. Mét ®iÓm ®¸ng chó ý lμ tæn thÊt n¨ng l−îng qua 2 lÇn biÕn ®æi ë NMT§ tÝch n¨ng kh¸ lín (tíi gÇn 30%) vμ phô thuéc nhiÒu vμo cét n−íc. Cét n−íc cμng cao th× tØ lÖ tæn thÊt cμng Ýt (hiÖu suÊt biÕn ®æi l¬n h¬n), do ®ã vÞ trÝ cã hå cao sÏ thuËn lîi cho viÖc lùa chän x©y dùng NMT§ tÝch n¨ng. Trªn thÕ giíi ®ang cã mét sè l−îng lín çc NMT§ tÝch n¨ng vËn hμnh. HÇu nh− çc HT§ lín cã tØ lÖ ®¸ng kÓ çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn vμ ®iÖn nguyªn tö ®Òu ®−îc nghiªn cøu x©y dùng NMT§ tÝch n¨ng. ë çc HT§ thuéc LX cò nhiÒu NMT§ tÝch n¨ng ®−îc x©y dùng ngay ngo¹i « çc thμnh phè lín (cung cÊp th¼ng ®Õn trung t©m phô t¶i) nh− Kiev (285 MW), Matxc¬va 1200 MW, Litva 1600 MW, Leningrad (1300 MW), Trung ¸ (2000 MW), §nhep (2200 MW), Kanhep (3600 MW). ë Ph¸p hμng chôc NMT§ tÝch n¨ng ®−îc ph¸t triÓn ®ång thêi víi qu¸ tr×nh x©y dùng çc NM§ nguyªn tö nh»m ®¶m b¶o nhu cÇu ®iÒu chØnh c«ng suÊt vμ tÝch lòy ®iÖn n¨ng. T¹i ViÖt Nam çc dù ¸n x©y dùng NMT§ tÝch n¨ng ®· b¾t ®Çu ®−îc nghiªn cøu. Khã kh¨n chñ yÕu lμ ph¶i lùa chän ®−îc çc vÞ trÝ thÝch hîp (míi ®¶m b¶o tÝnh kinh tÕ vμ hiÖu suÊt lμm viÖc). 1.3. çc c«ng tr×nh vµ thiÕt bÞ chÝnh cña nhµ m¸y thñy ®iÖn Tuy cã çc ph−¬ng ¸n kh¸c nhau x©y dùng NMT§, nh−ng nãi chung trong mçi c«ng tr×nh thñy ®iÖn ®Òu cã çc thμnh phÇn chÝnh sau: 1) C«ng tr×nh cét n−íc (®Ëp, kªnh dÉn, b¬m ...); 2) C«ng tr×nh ®iÒu tiÕt n−íc (hå chøa, bÓ ®iÒu tiÕt, cèng...); 3) ThiÕt bÞ biÕn ®æi n¨ng l−îng (tuabin, m¸y ph¸t, ®éng c¬, b¬m); 4) ThiÕt bÞ ph©n phèi ®iÖn (m¸y biÕn ¸p, m¸y c¾t ®iÖn, dao çch ly, thanh dÉn, thanh gãp ...); 5) Çc c«ng tr×nh phô (èng dÉn n−íc vμo tuabin, thiÕt bÞ ch¾n r¸c, c«ng tr×nh x¶ lò, ®Ëp trμn, c«ng tr×nh x¶ çt, ...). Ngoμi ra cßn cã thÓ cã çc c«ng tr×nh khai th¸c lîi Ých tæng hîp nguån n−íc: ©u tÇu, ®−êng ç ®i, cèng lÊy n−íc ... C¨n cø vμo ®Þa h×nh cô thÓ, cÇn ph¶i nghiªn cøu nh÷ng çch bè trÝ hîp lý cho çc c«ng tr×nh trªn. §iÒu kiÖn tù nhiªn th−êng mu«n h×nh mu«n vÎ, çch bè trÝ kh¸c nhau cßn tïy thuéc nhiÒu vμo chiÒu cao cét n−íc còng nh− kÕt cÊu cña ®Ëp (®Ëp ®Êt, ®Ëp bª t«ng, ®Ëp ®¸ ®æ...). Trªn h×nh 1.9 thÓ hiÖn çch bè trÝ cña mét sè NMT§ kiÓu ®Ëp. Khi ®Ëp thÊp (d−íi 25m), cã kÕt cÊu bª t«ng ng−êi ta th−êng bè trÝ tßa nhμ NMT§ (n¬i ®Æt tuabin, m¸y ph¸t ®iÖn) liÒn víi ®Ëp, phÝa h¹ l−u (sau ®Ëp). Trong tr−êng hîp nμy, t−êng cña nhμ m¸y còng ®ång thêi chÞu lùc nh− mét phÇn cña ®Ëp. N−íc ®−îc ®−a trùc tiÕp vμo tuabin theo hÖ thèng ®−êng dÉn xuyªn qua thμnh ®Ëp (h×nh 19,a). Còng víi kÕt cÊu bª t«ng nh−ng cét n−íc cao h¬n (trªn 25m) th× cÇn ph¶i bè trÝ riªng tßa nhμ NMT§ t¸ch rêi khái ®Ëp, ë vÞ trÝ thÊp phÝa h¹ l−u. Çch bè trÝ nh− vËy sÏ thuËn lîi cho viÖc t¨ng c−êng ®é bÒn cña ®Ëp b»ng çch thay ®æi h×nh d¹ng 2 m¸ bªn cña nã (h×nh 1.9,b). Trong tr−êng hîp nμy ®Ó ®−a n−íc vμo tuabin cÇn x©y dùng thªm hÖ thèng èng dÉn víi cöa nhËn vμ th¸p ®iÒu ¸p (khi cét n−íc lín, èng dÉn n−íc ®i xa). Víi ®Ëp cã kÕt cÊu lâi ®Êt hoÆc ®¸ ®æ th× vÞ trÝ tßa nhμ NMT§ lu«n ®−îc bè trÝ ë phÝa sau. §ã lμ v× h×nh d¹ng ®Ëp trong tr−êng hîp nμy th−êng 2 5 b) 6 3 4 1 2 3 a) 3 4 6 7 8 9 c) 5 d) 10 11 4 5 7 9 3 H×nh 1.9. Bè trÝ c«ng tr×nh NMT§ kiÓu ®Ëp 1 ¢u tÇu; 2§Ëp trμn; 3NMT§; 4Cöa lÊy n−íc 5§Ëp bª t«ng; 6èng dÉn n−íc vμo tuabin; 7§Ëp ®Êt hoÆc ®¸ ®æ; 8 Lèi x¶ trμn; 9Th¸p ®iÒu ¸p; 10Th¸p lÊy n−íc x¶; 11®−êng hÇm x¶ n−íc. ®−îc më réng vÒ 2 phÝa, èng dÉn n−íc kÐo dμi, cã cöa nhËn n−íc vμ giÕng ®iÒu ¸p ®Æt riªng (h×nh 1.9,c,d). Çc tr−êng hîp cét n−íc rÊt cao th−êng thuéc vÒ NMT§ kiÓu kªnh dÉn. Bè trÝ çc c«ng tr×nh trªn mÆt b»ng th−êng nh− h×nh 1.3 vμ h×nh 1.4. Nãi chung, do ®Þa h×nh thùc tÕ t¹i çc khu vùc x©y dùng NMT§ mu«n h×nh mu«n vÎ nªn çch bè trÝ rÊt ®a d¹ng. Çc vÝ dô trªn chØ minh häa mét sè nguyªn t¾c chung. Kh«ng bao giê gÆp 2 NMT§ cã bè trÝ hoμn toμn nh− nhau. H×nh 1.10 lμ vÝ dô cô thÓ bè trÝ mÆt b»ng cña NMT§ TrÞ An. §Ó t¹o nªn hå chøa cÇn x©y dùng mét sè c«ng tr×nh ®Ëp vμ ®ª ng¨n n−íc. §Ëp trÇn ®−îc x©y dùng t¸ch rêi h¼n víi ®Ëp chÝnh. TËn dông çc vïng n−íc s©u lμm hå chøa ng−êi ta t¹o ra 2 khu vùc hå chÝnh, hå phô th«ng víi nhau bëi kªnh dÉn (nh»m ng¨n båi l¾ng lßng hå). H×nh 1.10. Bè trÝ ®Ëp NMT§ TrÞ An 1 NMT§; 2 Cöa nhËn n−íc; 3 Kªnh dÉn ra 4 §Ëp Suèi Rép; 5 §Ëp lßng s«ng; 6 §Ëp trμn; 7 Kªnh nèi hå chÝnh vμ hå phô; 8,9 §ª ch¾n . 1 S«ng §. Nai 2 3 4 5 6 7 8 9 1.4. vÊn ®Ò sö dông tæng hîp çc lîi Ých cña nguån n−íc Khi x©y dùng mét c«ng tr×nh thñy ®iÖn ngoμi lîi Ých vÒ ®iÖn n¨ng cßn rÊt cÇn ph¶i chó ý ®Õn çc lîi Ých tæng hîp kh¸c cña nguån n−íc ®Ó cã thÓ phèi hîp khai th¸c tèi ®a hiÖu qu¶ theo nhiÒu môc ®Ých: phôc vô t−íi tiªu, chèng lò lôt, cung cÊp n−íc ngät, ph¸t triÓn thñy s¶n, du lÞch ... §ång thêi còng ph¶i hÕt søc quan t©m ®Õn çc t¸c ®éng g©y ¶nh h−ëng xÊu tíi m«i tr−êng (tù nhiªn, x· héi), ¸p dông çc biÖn ph¸p cÇn thiÕt gi¶m thiÓu t¸c h¹i xuèng ®Õn møc an toμn. Tr−íc hÕt, lîi dông mùc n−íc ®−îc d©ng cao trong hå, cã thÓ x©y dùng hÖ thèng n«ng giang phôc vô t−íi tiªu (nÕu xung quanh nhμ m¸y cã khu vùc h¹n h¸n, kh«ng ph¸t triÓn ®−îc n«ng nghiÖp). NhiÒu tr−êng hîp thùc tÕ ®· gÆp, lîi Ých nμy cã ý nghÜa kinh tÕ lín. Mét vÝ dô ®iÎn h×nh th−êng nªu cho NMT§ x©y dùng ë Ai CËp (víi ®Ëp Aswan ng¨n s«ng Nin). Nhê x©y dùng nhμ m¸y nμy mμ mét diÖn tÝch lín ®Êt ®ai kh« c»n ë Ai CËp vμ Xu®¨ng ®−îc t−íi n−íc. NÒn n«ng nghiÖp ph¸t triÓn dμi l©u ®· nhanh chãng thu håi vèn ®Çu t− cho c¶ nhμ m¸y. Mét lîi Ých kh¸c, lu«n ®−îc coi lμ g¾n liÒn víi viÖc x©y dùng çc NMT§ kiÓu ®Ëp ®ã lμ kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕu lò b»ng hå. Vμo mïa lò, n−íc dån nhiÒu xuèng h¹ l−u, nÕu m−a lò kÐo dμi th× nguy c¬ ngËp lôt rÊt lín. Khi ®ã viÖc gi÷ n−íc l¹i trong hå phÝa th−îng nguån lμ biÖn ph¸p h÷u hiÖu tr¸nh ®−îc sù cè (vì ®ª) g©y ngËp lôt phÝa h¹ l−u. Ngμy nay ng−êi ta cßn rÊt nhÊn m¹nh ®Õn nhu cÇu cung cÊp n−îc ngät: n−íc lμ tμi nguyªn quý cña mçi quèc gia, do d©n sè vμ nhu cÇu ph¸t triÓn n«ng nghiÖp t¨ng lªn nhiÒu. Hå chøa cña çc NMT§ cßn lμ çc kho dù tr÷ n−íc, tõ ®ã cã thÓ truyÒn dÉn vμ ph©n phèi tiÕt kiÖm cho mäi nhu cÇu (gi¶m mÊt m¸t do ch¶y ngÊm, bèc h¬i), ®Æc biÖt nh»m cung cÊp ®ñ n−íc s¹ch cho çc thμnh phè lín. Ngoμi çc lîi Ých trªn, viÖc x©y dùng çc NMT§ cßn t¹o ®iÒu kiÖn cho ph¸t triÓn du lÞch, nu«i trång thñy s¶n, ph¸t triÓn v¨n hãa x· héi çc khu vùc miÒn nói ... Tr¸i ng−îc víi çc lîi Ých, mét néi dung quan träng kh¸c còng cÇn ®−îc quan t©m liªn quan ®Õn viÖc x©y dùng NMT§ ®ã lμ çc t¸c ®éng ®èi víi m«i tr−êng. Vïng ngËp n−íc cña hå cã thÓ chiÕm diÖn tÝch lín, trªn ®ã cã ®Êt ®ai n«ng nghiÖp, khu d©n c−, çc c«ng tr×nh v¨n hãa cã ý nghÜa lÞch sö ... dÉn ®Õn çc mÊt m¸t vμ mét l−îng vèn ®Çu t− lín cÇn phô thªm ®èi víi c«ng tr×nh thñy ®iÖn (cho ®Òn bï di d©n, b¶o tån çc di tÝch ...). Ngoμi ra t¸c ®éng nμy cßn ¶nh h−ëng ®Õn m«i tr−êng x· héi, ®Õn cuéc sèng b×nh th−êng cña hμng chôc ngμn d©n. Trong nh÷ng møc ®é kh¸c nhau, x©y dùng NMT§ cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn m«i tr−êng tù nhiªn, khÝ hËu (tïy theo ®Þa h×nh cô thÓ). Ch¼ng h¹n, vËn tèc dßng ch¶y thay ®æi cã thÓ g©y båi l¾ng phÝa h¹ l−u, cöa s«ng. Møc n−íc thay ®æi lμm ¶nh h−ëng ®Õn ®é Èm vμ khÝ hËu çc khu vùc ven s«ng. Nh÷ng ph−¬ng ¸n chÆn n−íc, ®æi dßng, nh»m tËp trung l−u l−îng vμ n©ng cao cét n−íc (h×nh 1.11) ®«i khi g©y ra h¹n h¸n kh« c»n cho c¶ nh÷ng khu vùc réng lín. Trong nh÷ng tr−êng hîp nh− vËy, th−êng çch kh¾c phôc lμ ph¶i thay ®æi l¹i toμn bé ph−¬ng ¸n nhμ m¸y (gi¶m c«ng suÊt hoÆc ngõng h¼n) ®Ó tr¶ l¹i ®iÒu kiÖn tù nhiªn ban ®Çu cho dßng s«ng. Tuy nhiªn, khi lËp dù ¸n còng nh− thiÕt kÕ nÕu qu¸ thËn träng ®Ò phßng, sî x¶y ra çc t×nh huèng t−¬ng tù còng cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng thiÖt h¹i ®¸ng tiÕc. VÝ dô còng ph−¬ng ¸n trªn nh−ng dßng s«ng bÞ chÆn chØ ch¶y qua vïng nói ®åi (kh«ng d©n c−) th× viÖc ¸p dông ph−¬ng ¸n tËp trung n−íc sÏ ®em l¹i hiÖu qu¶ lín mμ kh«ng cã hËu qu¶ nμo vÒ m«i tr−êng. NÕu bá qua ph−¬ng ¸n nμy c«ng suÊt cña NMT§ bÞ gi¶m ®i ®¸ng kÓ. Thùc hiÖn tÝnh to¸n tØ mØ çc t¸c ®éng m«i tr−êng, ®¸nh gi¸ ®óng S«ng c¹n Kªnh dÉn Vïng ®Êt kh« Hå tËp trung n−íc NMT§ §Ëp ng¨n BiÓn H×nh 1.11 møc çc ¶nh h−ëng bÊt lîi, ¸p dông mäi biÖn ph¸p gi¶m thiÓu t¸c h¹i xuèng ®Õn møc an toμn, trong khi chó ý ®Õn çc ph−¬ng ¸n khai th¸c tèi ®a lîi Ých ®iÖn n¨ng lμ hÕt søc cÇn thiÕt. Trong mét sè tr−êng hîp cßn ph¶i chó ý c¶ ®Õn çc ¶nh h−ëng gi¸n tiÕp ®èi víi nh÷ng c«ng tr×nh cã s½n xung quanh NMT§. Ch¼ng h¹n, ¶nh h−ëng lμm t¨ng cÊp ®éng ®Êt côc bé (cßn gäi lμ ®éng ®Êt thø cÊp) do x©y dùng NMT§. HiÖn t−îng nμy th−êng x¶y ra ®èi víi çc NMT§ lín, kiÓu ®Ëp. Khèi n−íc cña hå ®Ì nÆng trªn mÆt ®Êt, khi b¾t ®Çu tÝch n−íc ®−a nhμ m¸y vμo vËn hμnh, cã thÓ lμm t¨ng cÊp ®éng ®Êt (l©u dμi sau ®ã hoÆc trong mét thêi gian). HiÖn t−îng nμy rÊt cÇn ®−îc quan t©m ®èi víi khu vùc th−êng xuyªn cã ®éng ®Êt vμ cã nh÷ng c«ng tr×nh lín ®· ®−îc x©y dùng tr−íc khi cã NMT§. 1.5. Çc ®Æc ®iÓm cña nhµ m¸y thñy ®iÖn So víi nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn, NMT§ cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng ®¸ng chó ý nh− sau: 1. Nhµ m¸y thñy ®iÖn sö dông nguån n¨ng l−îng v« tËn cña thiªn nhiªn. Nh− ®· biÕt, NMT§ sö dông n¨ng l−îng cña çc dßng n−íc tù nhiªn ®Ó biÕn ®æi thμnh ®iÖn n¨ng (trõ thñy ®iÖn tÝch n¨ng), ®ã lμ nguån n¨ng l−îng v« tËn, g¾n liÒn víi sù tån t¹i vÜnh viÔn cña çc dßng s«ng, dßng suèi, thñy triÒu ... NÕu kh«ng x©y dùng NMT§, hoÆc x©y dùng chËm th× n¨ng l−îng cña dßng s«ng còng liªn tôc mÊt ®i, biÕn thμnh çc d¹ng n¨ng l−îng v« Ých kh¸c (biÕn thμnh c«ng bμo mßn ®Êt ®¸, vËn chuyÓn phï xa, biÕn thμnh nhiÖt n¨ng táa vμo m«i tr−êng ...). Nh− vËy −u tiªn ph¸t triÓn thñy ®iÖn còng ®ång nghÜa víi tËn dông n¨ng l−îng tù nhiªn, tiÕt kiÖm ®−îc çc d¹ng nhiªn liÖu cã thÓ phôc vô cho nhiÒu môc ®Ých. Trªn mét khÝa c¹nh kh¸c, ®Æc ®iÓm nμy cßn thÓ hiÖn −u thÕ v−ît tréi cÇn ®−îc kÓ thªm cho çc dù ¸n thñy ®iÖn khi nghiªn cøu, so s¸nh çc ph−¬ng ¸n quy ho¹ch ph¸t triÓn nguån. Ch¼ng h¹n, sau (20 25) n¨m (lμ thêi gian tÝnh to¸n cho çc dù ¸n) çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn nãi chung kh«ng cßn sö dông ®−îc n÷a (c¹n kiÖt nguån nhiªn liÖu t¹i chç, kh«ng cßn phï hîp vÞ trÝ cho nguån nhiªn liÖu míi v.v...) vμ dù ¸n kÕt thóc. §èi víi NMT§ sau thêi gian trªn sÏ vÉn cßn lμ mét nhμ m¸y lμm viÖc b×nh th−êng do lu«n ®−îc duy tu, söa ch÷a lín vμ hiÖn ®¹i hãa tæ m¸y. Çc dßng s«ng vÉn tiÕp tôc cung cÊp ®Òu n¨ng l−îng cho nhμ m¸y ho¹t ®éng. Çc c«ng tr×nh bª t«ng, ®Êt ®¸ cã tuæi thä kÐo dμi h¬n rÊt nhiÒu so víi thêi h¹n tÝnh to¸n. Còng v× ®Æc ®iÓm nμy, cÇn ph¶i chó ý nhiÒu h¬n ®Õn çc lîi Ých dμi l©u cña dù ¸n thñy ®iÖn. Mét vÞ trÝ cã nhiÒu tiÒm n¨ng thñy ®iÖn mμ x©y dùng c«ng tr×nh víi quy m« nhá (do thiÕu vèn ®Çu t− ch¼ng h¹n) sÏ kh«ng cßn kh¶ n¨ng ph¸t triÓn thªm sau nμy. 2. Nhµ m¸y thñy ®iÖn cã chi phÝ vËn hµnh thÊp, vËn hµnh ®¬n gi¶n, dÔ dµng thùc hiÖn tù ®éng hãa. Nhiªn liÖu cÇn sö dông ë çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn th−êng chiÕm phÇn tØ lÖ lín trong chi phÝ vËn hμnh. Kh«ng cã phÇn chi phÝ nμy lμm cho NMT§ cã gi¸ thμnh ®iÖn n¨ng s¶n xuÊt (gi¸ ®iÖn n¨ng néi bé) rÊt thÊp. So víi nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn, NMT§ kh«ng cã phÇn lß, gia c«ng nhiªn liÖu, gi¶m nhiÒu ®−îc c«ng søc vËn hμnh. Lß h¬i lμ bé phËn vËn hμnh phøc t¹p trong nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn, tuabin h¬i lμm viÖc víi ¸p suÊt h¬i lín, nhiÖt ®é cao, tèc ®é quay nhanh, g©y c¨ng th¼ng cho ng−êi phôc vô. VËn hμnh NMT§ cßn nhÑ nhμnh h¬n do ®iÒu kiÖn m«i tr−êng tèt, thùc hiÖn tù ®éng hãa ®−îc ë hÇu hÕt çc bé phËn ... Sè ng−êi phôc vô ë NMT§ th−êng Ýt h¬n kho¶ng 810 lÇn so víi nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn. NMT§ Bratxkaia 4500MW (LX cò) chØ biªn chÕ 320 ng−êi, nhμ m¸y Kratxnoiaxkaia 5000 MW còng chØ cã 350 ng−êi phôc vô. Trong khi ®ã çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn cïng c«ng suÊt (ë Nga) cÇn biªn chÕ ®Õn 8000 ng−êi. Nhμ m¸y thñy ®iÖn Th¸c Bμ theo biªn chÕ lóc ®Çu chØ cá 72 ng−êi (kÓ c¶ 13 ng−êi lμm c«ng t¸c hμnh chÝnh). 3. NMT§ cã vèn ®Çu t− lín thêi gian x©y dùng l©u. Bï l¹i víi −u ®iÓm vÒ chi phÝ vËn hμnh thÊp, NMT§ l¹i cã nh−îc ®iÓm lín ®ã lμ vèn ®Çu t− cao, thêi gian x©y xùng kÐo dμi. Th−êng vèn ®Çu t− cao tËp trung vμo çc c«ng tr×nh cét n−íc vμ ®iÒu tiÕt (x©y dùng ®Ëp, hå chøa, kªnh, èng dÉn kÝn ...). Nh÷ng c«ng tr×nh nμy th−êng ®ßi hái mét khèi l−îng lín bªt«ng, s¾t thÐp. ViÖc san lÊp mÆt b»ng, kh¬i s©u lßng hå tr−íc khi x©y dùng ®Ëp ®ßi hái rÊt nhiÒu thêi gian c«ng søc cha kÓ ®Õn nh÷ng c«ng tr×nh ph¶i x©y dùng liªn quan tr−íc ®ã nh− ®−êng giao th«ng, di d©n, x©y dùng khu ë cho ng−êi lao ®éng,... SuÊt vèn ®Çu t− cho NMT§ (tÝnh cho 1 ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Æt) th−êng gÊp tõ 5 ®Õn 10 lÇn cña nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn (trõ nh÷ng NMT§ cã ®Þa h×nh x©y dùng hÕt søc thuËn lîi). Thêi gian x©y dùng th−êng kÐo dμi tõ 5 ®Õn 10 n¨m. Nh÷ng NMT§ lín cã thÓ ph¶i x©y dùng kÐo dμi hμng vμi chôc n¨m. NMT§ Hßa B×nh khëi ®−îc c«ng x©y dùng n¨m 1979, sau 9 n¨m míi ®−a vμo vËn hμnh tæ m¸y ®Çu tiªn (1988), vμ kh¸nh thμnh víi ®Çy ®ñ 8 tæ m¸y n¨m 1994. Víi kü thuËt hiÖn ®¹i NMT§ Tam HiÖp cña Trung Quèc (18200 MW) b¾t ®Çu ®−îc x©y dùng 1994, dù kiÕn kh¸nh thμnh n¨m 2009. Nhμ m¸y thñy ®iÖn S¬n La cña ViÖt Nam ®−îc khëi c«ng x©y dùng ngμy 2 th¸ng 12 n¨m 2005, dù kiÕn ph¸t ®iÖn tæ m¸y ®Çu tiÖn vμo n¨m 2012. Vèn ®Çu t− lín thêi gian x©y dùng l¹i l©u (chËm hoμn vèn) lμ mét ®Æc ®iÓm lμm khã kh¨n ph¸t triÓn thñy ®iÖn ®èi víi çc n−íc cã vèn ®Çu t− h¹n hÑp. 4. X©y dùng NMT§ cã thÓ ®em l¹i nhiÒu lîi Ých tæng hîp cña nguån n−íc nh−ng ®ång thêi còng cã thÓ cã nh÷ng ¶nh h−ëng bÊt lîi vÒ sinh th¸i m«i tr−êng (xem môc 1.4). 5. Nguån n−íc cung cÊp cho çc NMT§ (tõ çc dßng ch¶y tù nhiªn) thay ®æi theo thêi gian (phô thuéc khÝ hËu, thêi tiÕt). §©y còng lμ mét ®Æc ®iÓm kh¸c biÖt so víi nhiÖt ®iÖn, rÊt cÇn ®−îc quan t©m khi thiÕt kÕ vËn hμnh NMT§. L−îng n−íc ch¶y vÒ NMT§ trong mïa kh« (mïa c¹n) th−êng nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi mïa m−a (mïa lò). L−îng n−íc tæng hμng n¨m ch¶y qua NMT§ còng kh«ng gièng nhau (cã tÝnh ngÉu nhiªn). TËn dông thÓ tÝch hå chøa nh»m lμm t¨ng kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt cho NMT§ (tÝch n−íc mïa lò ®Ó sö dông trong mïa c¹n) lμ mét trong nh÷ng môc tiªu c¬ b¶n khi v¹ch çc ph−¬ng ¸n thñy ®iÖn (nh−ng ®ång thêi ph¶i chó ý ®Õn ¶nh h−ëng m«i tr−êng). MÆt kh¸c, do ®Æc ®iÓm nμy trong quy ho¹ch ph¸t triÓn nguån ®iÖn cÇn ph¶i tÝnh ®Ðn giíi h¹n vÒ l−îng n−íc theo mïa cña çc NMT§. Trong HT§ cã tØ lÖ c«ng suÊt thñy ®iÖn cμng lín th× dù phßng ph¶i cμng cao míi ®¶m b¶o ®−îc an ninh n¨ng l−îng. Trong vËn hμnh (khi c«ng suÊt NMT§ vμ dung tÝch hå chøa ®· x¸c ®Þnh) viÖc lËp ra çc ph−¬ng ¸n ®iÒu tiÕt tèi −u dßng ch¶y (dμi h¹n, ng¾n h¹n) cã ý nghÜa rÊt quan träng trong viÖc n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ cho NMT§ nãi riªng vμ toμn hÖ thèng nãi chung. Ch−¬ng 2 Çc ®Æc tr−ng cña dßng ch¶y tù nhiªn 2.1. biÓu ®å thñy v¨n Sè liÖu thñy v¨n ®Æc tr−ng nhÊt cña çc dßng ch¶y tù nhiªn (dßng s«ng, dßng suèi) ®ã lμ chuçi çc sè liÖu quan s¸t vμ thèng kª l−u l−îng n−íc. Çc tr¹m quan tr¾c thñy v¨n ®Æt trªn nh÷ng vÞ trÝ kh¸c nhau cña dßng s«ng cã thÓ ghi trÞ sè l−u l−îng n−íc ®o hμng ngμy trong nhiÒu n¨m liªn tôc (ghi theo thø tù thêi gian). Dùa trªn c¬ së chuçi sè liÖu thñy v¨n nμy ng−êi ta thiÕt lËp çc lo¹i sè liÖu ®Æc tr−ng kh¸c nhau cho dßng s«ng. §Ó cã ®−îc çc ®Æc tr−ng tin cËy çc sè liÖu ph¶i ®−îc quan s¸t liªn tôc tõ 50 n¨m trë lªn. Chuçi sè liÖu thñy v¨n th−êng ®−îc ghi l¹i d−íi d¹ng b¶ng sè hoÆc ®å thÞ. DÔ thÊy ®Æc tr−ng chu kú cña chuçi sè liÖu thñy v¨n bëi çc dßng ch¶y tù nhiªn phô thuéc thêi tiÕt, khÝ hËu. Theo vßng quay cña tr¸i ®Êt xung quanh mÆt trêi, khÝ hËu thêi tiÕt cã tÝnh chu kú n¨m. Ngoμi ra do ¶nh h−ëng phøc t¹p cña ®Þa h×nh, lùc hÊp dÉn cña mÆt tr¨ng chuçi thñy v¨n ®«i khi cßn cã tÝnh chu kú nhiÒu n¨m. 1.BiÓu ®å thñy v¨n. BiÓu ®å thñy v¨n biÓu thÞ diÔn biÕn cña l−u l−îng n−íc trªn s«ng theo chu kú n¨m. BiÓu ®å ®−îc x©y dùng trªn c¬ së chuçi sè liÖu thñy v¨n theo çc ph−¬ng ph¸p x¸c xuÊt thèng kª, d¹ng ®iÓn h×nh nh− trªn h×nh 2.2. Çc sè liÖu x©y dùng biÓu ®å (khi Q m3 s t n¨m 1 2 3 4 5 H×nh 2.1. Chuçi sè liÖu thñy v¨n cho d−íi d¹ng b¶ng sè) cã thÓ ®−îc tÝnh lμ l−u l−îng n−íc trung b×nh ngμy, trung b×nh 5 ngμy, trung b×nh tuÇn, cã khi lμ trung b×nh th¸ng. Mçi dßng s«ng cã thÓ x©y dùng mét biÓu ®å thñy v¨n ®iÓn h×nh (khi dßng ch¶y t−¬ng ®èi ®ång ®Òu), mét vμi biÓu ®å(cho çc n¨m n−íc to, n¨m n−îc trung b×nh, n¨m n−íc nhá) hoÆc cho mét vμi n¨m cô thÓ. DÔ thÊy, biÓu ®å thñy v¨n trong mét chõng mùc nμo ®ã thÓ hiÖn tÝnh quy luËt cña dßng ch¶y. TÝnh chu kú vμ æn ®Þnh cña dßng ch¶y cho phÐp x©y dùng çc biÓu ®å thñy v¨n ®iÓn h×nh cho dßng s«ng. BiÓu ®å thñy v¨n v× thÕ cã ý nghÜa øng dông lín trong çc tÝnh to¸n thiÕt kÕ vμ vËn hμnh NMT§. Tuy nhiªn, do ®Æc tÝnh thay ®æi ngÉu nhien cña dßng ch¶y çc sè liÖu ®−îc tÝnh theo biÓu ®å thñy v¨n chØ cã ý nghÜa trung b×nh x¸c suÊt. Gi¸ trÞ thùc tÕ l−u l−îng n−íc cña dßng s«ng ë thêi ®iÓm tÝnh to¸n cô thÓ nμo ®ã cã thÓ kh¸c so víi gi¸ trÞ ®· x¸c ®Þnh ®−îc. Còng chÝnh v× thÕ çc tÝnh to¸n vÒ thñy n¨ng lu«n ph¶i chó ý ®Õn çc ph−¬ng ¸n dù phßng, nh»m ®¶m b¶o ®é tin cËy cung cÊp ®iÖn ®èi víi hÖ thèng. 2. 2. Çc ®¹i l−îng trung b×nh BiÓu ®å thñy v¨n lμ sè liÖu ®Çy ®ñ nhÊt ®Æc tr−ng cho mçi dßng s«ng, tuy nhiªn ng−êi ta cßn ®−a ra çc nh÷ng ®¹i l−îng cã ý nghÜa trung b×nh. Chóng ®−îc sö dông trong çc tr−êng hîp kh¸c nhau rÊt thuËn tiÖn. 1. L−u l−îng n−íc trung b×nh n¨m. H×nh 2.2. BiÓu ®å thñy v¨n cña dßng s«ng Q m3 s th¸ng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII , 1 3 m s T Q Q T i i tb nam ∑= = trong ®ã: Qi trÞ sè l−u l−îng n−íc trung b×nh cña ngμy thø i; T Thêi gian trong n¨m tÝnh b»ng ngμy (T=365 hoÆc 366). 2. L−îng n−íc trung b×nh n¨m: W = Qtb n¨m . 31,54.106 m3 . ë ®©y, 31,54 106 chÝnh lμ thêi gian cña mét n¨m tÝnh b»ng sec. Cã thÓ hiÓu W chÝnh lμ tæng l−îng n−íc cña dßng s«ng ch¶y qua nhμ m¸y thñy ®iÖn tõ ®Çu n¨m ®Õn cuèi n¨m. ë çc NMT§ ng−êi ta cßn hay gäi lμ l−îng n−íc vÒ trong n¨m. N¨m n−íc vÒ nhiÒu th× NMT§ ®−îc mïa, ng−îc l¹i lμ mÊt mïa thñy ®iÖn. 3. L−îng n−íc trung b×nh nhiÒu n¨m: ; ... 1 2 3 0 m n W W W W + + + n = Trong ®ã : n sè n¨m thèng kª sè liÖu; Wi l−îng n−íc trung b×nh cña n¨m thø i. 4. L−u l−îng n−íc trung b×nh nhiÒu n¨m: , 10.54,31 3 6 1 0 0 m s W n Q Q n i tb inam = = ∑= §Ó cã ý nghÜa tin cËy cho Q0 vμ W0 , sè n¨m tÝnh to¸n n ph¶i ®ñ lín (n ≥ 50n¨m). 5. HÖ sè lÖch dßng: HÖ sè lÖch dßng cña n¨m thø i: . 0 Q0 Q W W k i tb inam i = = DÔ thÊy, ki > 1 n¨m i lμ n¨m n−íc to; ki < 1 n¨m i lμ n¨m n−íc nhá; ki = 1 n¨m i lμ n¨m n−íc trung b×nh; 6. §é æn ®Þnh dßng: §Æc trùng biÕn déng cña dßng ch¶y trªn s«ng ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng ®é æn ®Þnh dßng tÝnh theo c«ng thøc sau: , 1 ( )1 1 2 − − = ∑= n k C n i i v cßn ®é kh«ng ®èi xøng: . ( )(1 )2 ( )1 3 1 3 v n i i s n n C n k C − − − = ∑= Khi dßng s«ng æn ®Þnh tuyÖt ®èi (ki = 1) th× Cv =0. Khi ki > 1 hoÆc ki Q0 : ®−êng th¼ng dèc lªn; + nÕu Q < Q0 : ®−êng th¼ng dèc xuèng; + nÕu Q = Q0 : ®−êng th¼ng n»m ngang . Trong tr−êng hîp chung l−u l−îng n−íc Q(t) thay ®æi, ta vÉn cã nh÷ng tÝnh chÊt t−¬ng tù. Ch¼ng h¹n, xÐt ®é nghiªng cña tiÕp tuyÕn víi ®−êng cong lòy tÝch t¹i thêi ®iÓm t, ta cã: + nÕu Q(t) > Q0 : tiÕp tuyÕn dèc lªn; + nÕu Q(t) < Q0 : tiÕp tuyÕn dèc xuèng; + nÕu Q(t) = Q0 : tiÕp tuyÕn n»m ngang ; + nÕu Q(t) = 0 : tiÕp tuyÕn song song víi trôc hoμnh xiªn gãc. §ã lμ v× ®é nghiªng cña tiÕp tuyÕn t¹i ®iÓm t bÊt kú tØ lÖ víi ®¹o hμm cña hμm sè biÓu diÔn ®−êng cong (trong hÖ täa ®é vu«ng gãc): { } 0 0 0 )( . )( )( Q t dt Q t Q t Q dt d dt dW t tg t = = − = − α ∫ . H×nh 2.6 Q m3 s Q(t1 ) Q(t2 )=Q0 Q(t3 ) 0 Q=0 0 β α W m3 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t Q0 .t α 0 β Dùa vμo ®é nghiªng cña tiÕp tuyÕn cã thÓ thÊy ngay tõ h×nh 2.6, l−u l−îng n−íc t¹i çc thêi ®iÓm : Q(t1 ) > Q0 , Q(t2 ) = Q0 , Q(t3 ) < Q0 . Giai ®o¹n tõ 0 ®Õn t2 vμ tõ t4 ®Õn t5 lμ mïa n−íc to cßn çc giai ®o¹n tõ t2 ®Õn t4 vμ t5 ®Õn t6 lμ mïa n−íc nhá (Q(t)0 đợc coi l khả thi, đa vo so sánh tiếp Trong bớc tính toán tiếp theo, công suất đặt đợc xem xét đến điều kiện hệ thống v chọn công suất đặt cuối (tạm gọi l tối u) cho phơng án mức nớc Tính hợp lý (hay tối u công suất đặt) cho phơng án mức nớc phụ thuộc vo điều kiện hoạt động v chế độ lm việc Các NMTĐ hồ chứa nớc mong muốn phát điện theo chế độ dòng chảy tự nhiên: phát phẳng theo biểu đồ ngắn hạn v thay đổi sản lợng điện cung cấp theo mùa Trong phụ thuộc vo hợp đồng mua bán điện hay nhu cầu hệ thống biểu đồ phát bị giới hạn, theo dạng định sẵn Các NMTĐ cã hå chøa n−íc cã thĨ tham gia ®iỊu tiÕt (từ điều tiết ngy trở lên) chủ yếu bị giới hạn khả cung cấp điện theo mùa Phía hệ thống giới hạn phần công suất tham gia phủ đỉnh nh máy, tùy thuộc vo biểu đồ phụ tải tổng v nhu cầu công suất dự phòng sửa chữa Các yếu tố ảnh hởng đến định lựa chọn trị số công suất đặt cuối Trong giới hạn quy định, NMTĐ lựa chọn công suất đặt thêm (vợt lên trị số công suất đảm bảo) cho có lợi đầu t kinh tế Nói chung, trị số công suất đảm bảo l trị số công suất tối thiểu cho công suất đặt tổ máy luôn đủ nớc (trừ bị giới hạn điều kiện phi kinh tế) Có nên đặt thêm tổ máy lm việc theo mùa hay không phụ thuộc giới hạn cho phép (từ phía hệ thống hay hợp đồng) v lợng nớc d theo mùa Do cng có nhiều tổ máy đặt thêm thời gian d nớc theo mùa cng ngắn (tơng ứng với đờng cong thời gian đảm bảo nớc), hiệu đặt thêm công suất cng giảm, nên nguyên tắc chung việc lựa chọn công suất đặt l tăng dần bớc trị số công suất hiệu kinh tế không nh mong muốn Khi nhận đợc trị số công suất đặt cuối Có thể áp dụng phơng pháp khác đánh giá hiệu lợng công suất đặt thêm tùy thuộc điều kiện tính toán Với dự án thủy điện nhỏ thờng có hợp đồng mua bán điện (quy định giá điện v giới hạn biểu đồ) Đôi bị giới hạn khả truyền tải lới Trong trờng hợp ny tính toán đơn gian theo thời gian thu hồi vốn đầu t tổ máy đặt thêm Giá bán điện v đặc trng lợng nớc dòng chảy l yếu tố định Với dự án xây dựng NMTĐ lớn, việc lựa chọn công suất đặt thờng phải xuất phát từ đặc trng hệ thống Phơng pháp phổ biến l so sánh hiệu với đối tợng nhiệt điện thay phơng diện: tham gia cân công suất cho phụ tải, phục vụ dự phòng sửa chữa, giảm giá thnh điện Đối tợng nhiệt điện thay l dự án xây dựng NMNĐ có tính khả thi cao, hiệu thời gian luận chứng xây dựng NMTĐ Ngời ta thờng hay chọn NMNĐ kiểu ngng lm đối tợng thay Hiệu kinh tế đặt thêm đơn vị công suất đối tợng nhiƯt ®iƯn thay thÕ th−êng Ýt thay ®ỉi, với NMTĐ - vợt trội lúc đầu, sau giảm nhanh theo chiều tăng công suất Công suất đặt cuối NMTĐ đợc lựa chọn trớc tính vợt trội kinh tế không Tính hợp lý phơng pháp giải thích nh sau - Dự án xây dựng NMTĐ đợc lập nên xuất phát từ nhu cầu phát triển công suất hệ thống Nếu không xây dựng NMTĐ, chắn phải có dự án khác tăng thêm nguồn phát - Chọn hiệu tơng đơng phát triển công suất thủy điện v nhiệt điện lm cho tỉ lệ công suất phát hệ thống ngy cng hợp lý Chỉ tiêu vợt trội hiệu kinh tếcủa NMTĐ so với đối tợng thay Giả thiết tăng thêm công suất đặt NMTĐ lợng công suất l Nđ lợng điện phát tăng đợc l ET Tuy nhiên để có thêm lợng công suất ny NMTĐ cần tăng thêm lợng vốn đầu t l VT, chi phí vận hng năm tăng thêm trị số l CT Theo ký hiệu đÃ dùng ta có: VTĐ = ap Nđ CTĐ = cp Nđ Giả thiết việc tăng công suất đặt NMTĐ trị số Nđ cho phép giảm đợc công suất đối tợng nhiệt điện thay l Nth , đồng thời giảm đợc lợng điện l EN Khi đó, tơng ứng vốn đầu t v chi phí vận hnh đối tợng nhiệt điện thay giảm đợc: Vth = aN ΔNN + aN1 ΔEN ΔCth = cN ΔNN + sN1 EN Suất vốn đầu t aN ký hiệu tính cho phần vốn đầu t công trình thuộc phạm vi nh máy Tiêu chuẩn vợt trội hiệu công suất đặt thêm NMTĐ tơng ứng với điều kiện sau: T= VT Vth ≤ Ttc ΔCth − ΔCTĐ Víi çc dù ¸n NMTĐ thờng lấy thời gian thu hồi vốn đầu t tiêu chuẩn Tđm = 10 năm Sử dụng hệ số hiệu đầu t định mức: r = 1/Tđm có thĨ viÕt l¹i thμnh: r.ΔVTĐ + ΔCTĐ ≤ r.ΔVth + ΔCth Thay çc biĨu thøc tÝnh thĨ cđa VTĐ , CTĐ , Vth , Cth vo bất đẳng thức trên, sau chia vế cho Nđ ta cã: cp + r.ap ≤ φ (cN + r.aN) + (sN1+r.aN1).Tmax TĐ , với hệ số đợc ®Ỉt : ϕ= ΔN N - hƯ sè thay thÕ c«ng st ; ΔN đ ψ= ΔE N - hƯ số thay điện ET Ta đặt thêm çc ký hiƯu: p zTĐ = c p + r.a p - suÊt chi phÝ tÝnh to¸n tÝnh cho mét đơn vị công suất đặt thêm NMTĐ; z thp = c N + r.a N - suÊt chi phÝ tính toán tính cho đơn vị công suất đặt thêm đối tợng nhiệt điện thay thế; z thE = s N + r.a N - suÊt chi phí tính toán cho tiêu hao nhiên liệu đối tợng nhiệt điện thay sản xuất đơn vị điện năng; Khi viết gọn tiêu chuẩn vợt trội dạng: p zT z thp + ψ z thE Tmax TĐ (6.1) Cần ý l, biến đổi biểu thức ta đặt: ETĐ = N Tmax TĐ , cần hiểu Tmax TĐ l thời gian lm việc cực đại lợng công suất đặt thêm Nđ , thời gian đủ nớc tm cho lợng công suất N (hình 6.4,b) Tiêu chuẩn (6.1) đợc dùng để kiểm tra tính vợt trội NMTĐ bớc tăng công suất đặt cần lựa chọn ý nghĩa hệ số thay Ta đÃ giả thiết lợng công suất N , NN v điện ETĐ , Eth thay đợc tơng đơng cho hệ thống (mặc dù trị số chúng khác theo hệ số φ vμ ψ) a HƯ sè thay thÕ c«ng st Theo định nghĩa ta có: = N N suy ΔNN = φ.ΔNđ BiÓu thøc cho thÊy hệ số N đặc trng cho hiệu công suất NMTĐ thay cho công suất ®èi t−ỵng nhiƯt ®iƯn tay thÕ HƯ sè φ cμng lớn hiệu công suất NMTĐ hƯ thèng cμng cao φ > - c«ng st NMTĐ thay đợc cho lợng công suất lớn nhiệt điện thay thế, < hiệu thay hơn, = công suất có hiệu tơng đơng HÃy xét kỹ yếu tố ảnh hởng đến giá trị hệ số Với lợng công suất đặt thêm nh NMTĐ v NMNĐ thay thế, đủ nớc khả đáp ứng công suất cho nhu cầu phụ tải hệ thống NMTĐ cao Đó l công suất tự dùng NMTĐ nhỏ đáng kể Tổn thất truyền công suất lới từ NMTĐ đến phụ tải lớn đôi chút so với NMNĐ nhng tổng thể cho giá trị > Xét theo đờng cong tần suất đảm bảo nớc, dễ thấy giới hạn để có hệ số công suất nằm trên, gần với lu lợng nớc đảm bảo (hình 6.4,a) Q N Q N φ=0 φ=0 b 0 - điện phát từ NMTĐ thay đợc cho lợng điện nhiều từ nhiệt điện thay thế, < hiệu thay hơn, = điện có hiệu tơng đơng Dễ thấy điện đÃ phát đợc từ NMTĐ không phụ thuộc lợng nớc Hiệu cung cấp cho nhu cầu tiêu thụ phụ thuộc vo lợng hao hụt tự dùng v mát truyền tải NMTĐ có điện tự dùng nhỏ nhng thờng xa phụ tải nên tổn thất truyền tải nhiều Tổng thĨ, bï trõ lμm cho hƯ sè ψ cã trÞ số gần với Chính xác nằm phạm vi = (1,0 - 1,06) Khi tính gần lấy ψ = LÊy lín h¬n tỉn thÊt trun tải nh Tính toán lựa chọn công suất đặt theo trờng hợp khác a Trờng hợp > (công suất đảm bảo) Đây l trờng hợp tính toán cho bớc ban đầu trình tăng công suất, tiêu chuẩn vợt trội đợc đánh giá theo (6.1) Do tính với lợng công suất p p thờng nhỏ so zT đặt thêm, nên suất chi phí tính toán tính cho NMTĐ zT NMNĐ (do ap