1、 Tổng quan về sản xuất thủy điện
Phát điện thủy điện là chuyển đổi năng lượng nước của các con sông tự nhiên thành năng lượng điện để con người sử dụng. Các nguồn năng lượng mà các nhà máy điện sử dụng rất đa dạng, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, năng lượng nước của các con sông và năng lượng gió do luồng không khí tạo ra. Chi phí phát điện thủy điện bằng thủy điện rẻ và việc xây dựng các nhà máy thủy điện cũng có thể kết hợp với các dự án thủy lợi khác. Trung Quốc giàu tài nguyên nước và có điều kiện tuyệt vời. Thủy điện đóng vai trò quan trọng trong xây dựng kinh tế quốc gia.
Mực nước thượng nguồn của một con sông cao hơn mực nước hạ lưu. Do sự chênh lệch giữa mực nước của con sông, năng lượng nước được tạo ra. Năng lượng này được gọi là năng lượng tiềm năng hoặc năng lượng tiềm tàng. Sự chênh lệch giữa độ cao của mặt nước sông được gọi là giọt, còn được gọi là chênh lệch mực nước hoặc đầu nước. Giọt này là một điều kiện cơ bản cho thủy lực. Ngoài ra, kích thước của thủy lực cũng phụ thuộc vào kích thước của dòng nước trong sông, đây là một điều kiện cơ bản khác quan trọng như giọt. Cả giọt và lưu lượng đều ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước của thủy lực; Thác nước càng lớn, thủy lực càng lớn; Nếu giọt và thể tích nước tương đối nhỏ, sản lượng của nhà máy thủy điện sẽ nhỏ hơn.
Độ rơi thường được biểu thị bằng mét. Độ dốc mặt nước là tỷ lệ giữa độ rơi và khoảng cách, có thể biểu thị mức độ tập trung của độ rơi. Nếu độ rơi tương đối tập trung, việc sử dụng năng lượng nước sẽ thuận tiện hơn. Độ rơi mà nhà máy thủy điện sử dụng là sự khác biệt giữa mặt nước thượng lưu của nhà máy thủy điện và mặt nước hạ lưu sau khi đi qua tua bin thủy lực.
Lưu lượng là lượng nước chảy qua một con sông trong một đơn vị thời gian, được biểu thị bằng mét khối trên giây. Một mét khối nước bằng một tấn. Lưu lượng của một con sông thay đổi ở bất kỳ thời điểm nào và bất kỳ nơi nào, vì vậy khi chúng ta nói về lưu lượng, chúng ta phải giải thích thời gian của địa điểm cụ thể mà nó chảy qua. Lưu lượng thay đổi đáng kể theo thời gian. Nhìn chung, các con sông ở Trung Quốc có lưu lượng lớn vào mùa hè, mùa thu và mùa mưa, nhưng lưu lượng nhỏ vào mùa đông và mùa xuân. Lưu lượng thay đổi theo tháng và ngày, và lượng nước thay đổi theo năm. Lưu lượng của các con sông nói chung tương đối nhỏ ở thượng nguồn; Khi các nhánh sông hội tụ, lưu lượng hạ lưu tăng dần. Do đó, mặc dù giọt nước thượng nguồn tập trung, lưu lượng nhỏ; mặc dù lưu lượng hạ lưu lớn, giọt nước tương đối phân tán. Do đó, thường sử dụng sức nước ở giữa sông là kinh tế nhất.
Biết được lượng nước rơi và lưu lượng mà một nhà máy thủy điện sử dụng, sản lượng của nhà máy có thể được tính theo công thức sau:
N = GQH
Trong công thức, N – công suất đầu ra, đơn vị: kW, còn gọi là công suất;
Q — lưu lượng, tính bằng mét khối trên giây;
H — Giọt, tính bằng mét;
G=9,8, là gia tốc trọng trường, tính bằng Newton/kg
Công suất lý thuyết được tính theo công thức trên, không trừ đi tổn thất. Trên thực tế, trong quá trình sản xuất thủy điện, tua bin nước, thiết bị truyền tải, máy phát điện, v.v. đều có tổn thất điện năng không thể tránh khỏi. Do đó, công suất lý thuyết nên được khấu trừ, tức là công suất thực tế chúng ta có thể sử dụng nên được nhân với hệ số hiệu suất (ký hiệu: K).
Công suất thiết kế của máy phát điện trong nhà máy thủy điện được gọi là công suất định mức, công suất thực tế được gọi là công suất thực tế. Trong quá trình chuyển đổi năng lượng, không thể tránh khỏi việc mất một số năng lượng. Trong quá trình sản xuất thủy điện, chủ yếu là tổn thất của tua bin thủy lực và máy phát điện (bao gồm cả tổn thất đường ống). Ở các nhà máy thủy điện nhỏ ở nông thôn, các loại tổn thất chiếm 40 ~ 50% tổng công suất lý thuyết, do đó sản lượng của các nhà máy thủy điện chỉ có thể sử dụng 50 ~ 60% công suất lý thuyết, tức là hiệu suất khoảng 0,5 ~ 0,60 (bao gồm hiệu suất tua bin 0,70 ~ 0,85, hiệu suất máy phát 0,85 ~ 0,90 và hiệu suất của đường ống và thiết bị truyền tải 0,80 ~ 0,85). Do đó, công suất thực tế (đầu ra) của nhà máy thủy điện có thể được tính như sau:
K – hiệu suất của nhà máy thủy điện, (0,5~0,6) được áp dụng để tính toán sơ bộ nhà máy thủy điện nhỏ; Công thức trên có thể được đơn giản hóa như sau:
N=(0,5 ～ 0,6) Công suất thực tế của QHG=hiệu suất × lưu lượng × giọt × chín phẩy tám
Việc sử dụng thủy điện là sử dụng nước để dẫn động một loại máy móc, được gọi là tua bin nước. Ví dụ, bánh xe nước cổ đại ở Trung Quốc là một tua bin nước rất đơn giản. Các tua bin thủy lực khác nhau được sử dụng hiện nay được điều chỉnh theo các điều kiện thủy lực cụ thể khác nhau, để chúng có thể quay hiệu quả hơn và biến năng lượng nước thành năng lượng cơ học. Một máy khác, máy phát điện, được kết nối với tua bin nước để làm cho rôto của máy phát điện quay cùng với tua bin nước, sau đó có thể tạo ra điện. Máy phát điện có thể được chia thành hai phần: phần quay cùng với tua bin thủy lực và phần cố định của máy phát điện. Phần quay cùng với tua bin thủy lực được gọi là rôto của máy phát điện và có nhiều cực từ xung quanh rôto; Một vòng tròn xung quanh rôto là phần cố định của máy phát điện, được gọi là stato của máy phát điện. Stato được quấn bằng nhiều cuộn dây đồng. Khi nhiều cực từ của rôto quay ở giữa cuộn dây đồng của stato, dòng điện sẽ được tạo ra trên dây đồng và máy phát điện có chức năng chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện.
Điện năng do nhà máy điện tạo ra được chuyển hóa từ các thiết bị điện khác nhau thành năng lượng cơ học (động cơ hoặc motor), năng lượng ánh sáng (đèn điện), năng lượng nhiệt (lò điện), v.v.
2、 Cấu tạo của nhà máy thủy điện
Nhà máy thủy điện bao gồm các công trình thủy lợi, thiết bị cơ khí và thiết bị điện.
（1） Cấu trúc thủy lực
Nó bao gồm đập tràn, cửa lấy nước, kênh (hoặc đường hầm), hồ chứa nước (hoặc bể điều tiết), đường ống áp lực, nhà máy điện và đường ống xả, v.v.
Xây đập tràn (đập) trên sông để chặn dòng sông, nâng cao mặt nước và tạo thành hồ chứa. Theo cách này, một giọt nước tập trung được hình thành từ mặt nước của hồ chứa trên đập tràn (đập) đến mặt nước của sông bên dưới đập, sau đó nước được đưa vào nhà máy thủy điện thông qua đường ống nước hoặc đường hầm. Trong kênh sông dốc, việc sử dụng các kênh dẫn nước cũng có thể tạo thành một giọt nước. Ví dụ, giọt nước của một con sông tự nhiên là 10 mét trên một km. Nếu một kênh được mở ở đầu trên của đoạn sông này để đưa nước vào, kênh sẽ được đào dọc theo sông và độ dốc của kênh sẽ bằng phẳng. Nếu giọt nước trong kênh chỉ là 1 mét trên một km, nước sẽ chảy 5 km trong kênh và nước sẽ chỉ rơi 5 mét, trong khi nước sẽ rơi 50 mét sau khi đi bộ 5 km trong sông tự nhiên. Lúc này, nước trong kênh được dẫn trở lại nhà máy điện bằng đường ống hoặc đường hầm dẫn nước từ sông, và có một dòng nước tập trung dài 45m có thể được sử dụng để phát điện.
Nhà máy thủy điện sử dụng kênh dẫn nước, đường hầm hoặc đường ống dẫn nước (như ống nhựa, ống thép, ống bê tông, v.v.) để tạo thành giọt nước tập trung được gọi là nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn nước, đây là kiểu bố trí điển hình của các nhà máy thủy điện.
（2） Thiết bị cơ khí và điện
Ngoài các công trình thủy lợi nêu trên (đập, kênh, đập dâng, đường ống áp lực và nhà máy thủy điện), nhà máy thủy điện còn cần các thiết bị sau:
(1) Thiết bị cơ khí
Có tua bin thủy lực, bộ điều tốc, van cửa, thiết bị truyền động và thiết bị không phát điện.
(2) Thiết bị điện
Có máy phát điện, tủ điều khiển phân phối, máy biến áp, đường dây truyền tải, v.v.
Tuy nhiên, không phải tất cả các nhà máy thủy điện nhỏ đều có các kết cấu thủy lực và thiết bị cơ điện nêu trên. Nếu nhà máy thủy điện đầu nước thấp có đầu nước dưới 6 mét thường áp dụng phương pháp kênh dẫn dòng và khoang dẫn dòng kênh hở, sẽ không có đập tràn và đường ống dẫn nước. Nhà máy điện có phạm vi cung cấp điện nhỏ và khoảng cách truyền tải ngắn áp dụng truyền tải trực tiếp không cần máy biến áp. Nhà máy thủy điện có hồ chứa không cần xây đập. Áp dụng cửa vào nước sâu và đường ống bên trong (hoặc đường hầm) và tràn của đập không cần sử dụng các kết cấu thủy lực như đập tràn, cửa lấy nước, kênh và đập tràn.
Để xây dựng một nhà máy thủy điện, trước tiên phải tiến hành khảo sát và thiết kế cẩn thận. Có ba giai đoạn thiết kế trong thiết kế: thiết kế sơ bộ, thiết kế kỹ thuật và chi tiết thi công. Để làm tốt công việc thiết kế, trước tiên chúng ta phải tiến hành khảo sát kỹ lưỡng, tức là hiểu đầy đủ các điều kiện tự nhiên và kinh tế của địa phương — tức là địa hình, địa chất, thủy văn, vốn, v.v. Tính chính xác và độ tin cậy của thiết kế chỉ có thể được đảm bảo sau khi nắm vững các điều kiện này và phân tích chúng.
Các thành phần của nhà máy thủy điện nhỏ có nhiều hình dạng khác nhau tùy theo từng loại nhà máy thủy điện.
3、 Khảo sát địa hình
Chất lượng khảo sát địa hình có ảnh hưởng lớn đến bố trí dự án và ước tính khối lượng.
Khảo sát địa chất (hiểu biết về điều kiện địa chất) không chỉ đòi hỏi hiểu biết và nghiên cứu chung về địa chất lưu vực và địa chất ven sông, mà còn phải hiểu được nền móng phòng máy có vững chắc hay không, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn của chính nhà máy điện. Một khi đập chứa một lượng hồ chứa nhất định bị phá hủy, nó không chỉ gây thiệt hại cho chính nhà máy thủy điện mà còn gây ra tổn thất lớn về người và tài sản ở hạ lưu. Do đó, việc lựa chọn địa chất của hồ chứa trước thường được đặt lên hàng đầu.
4、 Thủy văn
Đối với các nhà máy thủy điện, dữ liệu thủy văn quan trọng nhất là hồ sơ về mực nước sông, lưu lượng, nồng độ phù sa, đóng băng, dữ liệu khí tượng và dữ liệu khảo sát lũ lụt. Quy mô dòng chảy của sông ảnh hưởng đến bố trí tràn xả lũ của nhà máy thủy điện, và mức độ nghiêm trọng của lũ lụt bị đánh giá thấp, điều này sẽ dẫn đến sự phá hủy đập; phù sa do sông mang theo có thể nhanh chóng lấp đầy hồ chứa trong trường hợp xấu nhất. Ví dụ, dòng chảy vào kênh sẽ gây ra sự bồi lắng kênh và phù sa thô sẽ đi qua tua bin thủy lực và gây ra sự mài mòn của tua bin thủy lực. Do đó, việc xây dựng các nhà máy thủy điện phải có đủ dữ liệu thủy văn.
Do đó, trước khi quyết định xây dựng nhà máy thủy điện, cần phải điều tra, nghiên cứu hướng phát triển kinh tế và nhu cầu điện trong tương lai của khu vực cung cấp điện. Đồng thời, ước tính tình hình các nguồn điện khác trong khu vực phát triển. Chỉ sau khi nghiên cứu và phân tích các điều kiện trên, chúng ta mới có thể quyết định có cần xây dựng nhà máy thủy điện hay không và quy mô xây dựng nên lớn đến mức nào.
Nhìn chung, mục đích của khảo sát thủy điện là cung cấp dữ liệu cơ bản chính xác và đáng tin cậy cần thiết cho việc thiết kế và xây dựng các nhà máy thủy điện.
5、 Điều kiện chung của địa điểm trạm được chọn
Điều kiện chung để lựa chọn vị trí đặt trạm có thể được mô tả theo bốn khía cạnh sau:
（1） Địa điểm trạm được lựa chọn phải có khả năng sử dụng năng lượng nước tiết kiệm nhất và tuân thủ nguyên tắc tiết kiệm chi phí, tức là sau khi hoàn thành nhà máy điện, chi phí bỏ ra là ít nhất và công suất phát ra là lớn nhất. Nhìn chung, có thể đo lường bằng cách ước tính doanh thu hàng năm từ việc phát điện và đầu tư xây dựng trạm để xem vốn đầu tư có thể thu hồi được trong bao lâu. Tuy nhiên, do điều kiện thủy văn và địa hình khác nhau và nhu cầu điện khác nhau nên chi phí và đầu tư không nên bị giới hạn bởi một số giá trị nhất định.
（2） Địa điểm xây dựng trạm được lựa chọn phải có điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn tốt, có thể thiết kế và thi công được. Việc xây dựng các trạm thủy điện nhỏ phải tuân thủ nguyên tắc “vật liệu địa phương” trong phạm vi có thể về vật liệu xây dựng.
（3） Vị trí trạm được chọn phải càng gần khu vực cung cấp điện và xử lý càng tốt để giảm đầu tư vào thiết bị truyền tải và tổn thất điện năng.
（4） Khi lựa chọn vị trí trạm, cần tận dụng tối đa các công trình thủy lợi hiện có. Ví dụ, có thể sử dụng giọt nước để xây dựng các trạm thủy điện trong các kênh tưới, hoặc có thể xây dựng các trạm thủy điện gần các hồ chứa thủy lợi để phát điện bằng dòng nước tưới, v.v. Vì các trạm thủy điện này có thể tuân thủ nguyên tắc phát điện khi có nước nên ý nghĩa kinh tế của chúng rõ ràng hơn.
Thời gian đăng: 25-10-2022
