Trong các dòng sông tự nhiên, nước chảy từ thượng nguồn xuống hạ nguồn, lẫn với phù sa, và thường cuốn trôi lòng sông và sườn bờ, cho thấy có một lượng năng lượng tiềm ẩn trong nước. Trong điều kiện tự nhiên, năng lượng tiềm năng này được tiêu hao để xói mòn, đẩy phù sa và khắc phục sức cản ma sát. Nếu ta xây dựng một số công trình và lắp đặt một số thiết bị cần thiết để tạo ra dòng nước chảy ổn định qua tuabin nước, tuabin nước sẽ được dòng nước vận hành, giống như cối xay gió, có thể quay liên tục, và năng lượng của nước sẽ được chuyển hóa thành năng lượng cơ học. Khi tuabin nước dẫn động máy phát điện quay cùng nhau, nó có thể tạo ra điện, và năng lượng của nước được chuyển hóa thành năng lượng điện. Đây là nguyên lý cơ bản của việc phát điện thủy điện. Tuabin nước và máy phát điện là những thiết bị cơ bản nhất để phát điện thủy điện. Hãy để tôi giới thiệu sơ lược một vài kiến thức về phát điện thủy điện.
1. Thủy điện và năng lượng dòng chảy
Trong thiết kế nhà máy thủy điện, để xác định quy mô của nhà máy, cần phải biết công suất phát điện của nhà máy. Theo các nguyên tắc cơ bản của phát điện thủy điện, không khó để thấy rằng công suất phát điện của một nhà máy được xác định bởi lượng công mà dòng điện có thể thực hiện. Ta gọi tổng công mà nước có thể thực hiện trong một khoảng thời gian nhất định là năng lượng nước, và công có thể thực hiện trong một đơn vị thời gian (giây) được gọi là công suất dòng điện. Rõ ràng, công suất dòng nước càng lớn thì công suất phát điện của nhà máy càng lớn. Do đó, để biết công suất phát điện của nhà máy, trước tiên ta phải tính toán công suất dòng nước. Công suất dòng nước trong sông có thể được tính như sau, giả sử độ chênh lệch mực nước trong một đoạn sông nhất định là H (mét), và thể tích nước H chảy qua mặt cắt ngang của sông trong một đơn vị thời gian (giây) là Q (mét khối/giây), thì công suất dòng chảy trong mặt cắt bằng tích của khối lượng nước và độ chênh lệch mực nước. Rõ ràng, giọt nước càng cao thì lưu lượng càng lớn, và sức mạnh của dòng nước càng lớn.
2. Sản lượng của các nhà máy thủy điện
Dưới một cột nước và lưu lượng nhất định, lượng điện mà một nhà máy thủy điện có thể tạo ra được gọi là sản lượng thủy điện. Rõ ràng, công suất đầu ra phụ thuộc vào công suất của dòng nước chảy qua tuabin. Trong quá trình chuyển đổi năng lượng nước thành năng lượng điện, nước phải vượt qua sức cản của lòng sông hoặc các công trình xây dựng dọc theo đường đi từ thượng nguồn đến hạ nguồn. Các tuabin nước, máy phát điện và thiết bị truyền tải cũng phải vượt qua nhiều sức cản trong quá trình hoạt động. Để vượt qua sức cản, công suất phải được tạo ra, và công suất dòng nước sẽ bị tiêu hao, điều này là không thể tránh khỏi. Do đó, công suất dòng nước có thể được sử dụng để tạo ra điện nhỏ hơn giá trị thu được bằng công thức, nghĩa là, sản lượng của nhà máy thủy điện phải bằng công suất dòng nước nhân với một hệ số nhỏ hơn 1. Hệ số này cũng được gọi là hiệu suất của nhà máy thủy điện.
Giá trị cụ thể của hiệu suất nhà máy thủy điện liên quan đến lượng năng lượng bị tổn thất khi nước chảy qua nhà máy và tuabin nước, thiết bị truyền tải, máy phát điện, v.v., tổn thất càng lớn thì hiệu suất càng thấp. Trong một nhà máy thủy điện nhỏ, tổng các tổn thất này chiếm khoảng 25-40% công suất của dòng nước. Điều đó có nghĩa là, dòng nước có thể tạo ra 100 kilowatt điện đi vào nhà máy thủy điện, nhưng máy phát điện chỉ có thể tạo ra từ 60 đến 75 kilowatt điện, do đó hiệu suất của nhà máy thủy điện tương đương với 60-75%.
Như đã trình bày ở phần trước, khi lưu lượng nước và chênh lệch mực nước của nhà máy thủy điện không đổi, công suất đầu ra của nhà máy phụ thuộc vào hiệu suất. Thực tiễn đã chứng minh rằng, ngoài hiệu suất của tuabin thủy lực, máy phát điện và thiết bị truyền tải, các yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất của nhà máy thủy điện, chẳng hạn như chất lượng xây dựng và lắp đặt thiết bị, chất lượng vận hành và quản lý, và liệu thiết kế nhà máy thủy điện có đúng hay không, đều là những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của nhà máy thủy điện. Tất nhiên, một số yếu tố ảnh hưởng này là yếu tố chính và một số là yếu tố phụ, và trong những điều kiện nhất định, các yếu tố chính và phụ cũng có thể chuyển hóa lẫn nhau.
Tuy nhiên, bất kể yếu tố nào, yếu tố quyết định là con người không phải là đồ vật, máy móc do con người điều khiển, và công nghệ được chi phối bởi tư duy. Do đó, trong thiết kế, xây dựng và lựa chọn thiết bị của các nhà máy thủy điện, cần phát huy tối đa vai trò chủ quan của con người, và phấn đấu đạt được sự hoàn hảo về công nghệ để giảm thiểu tối đa tổn thất năng lượng do dòng chảy của nước. Điều này đặc biệt quan trọng đối với một số nhà máy thủy điện có độ chênh lệch mực nước tương đối thấp. Đồng thời, cần tăng cường hiệu quả vận hành và quản lý các nhà máy thủy điện, nhằm nâng cao hiệu suất của các nhà máy điện, tận dụng tối đa nguồn nước và giúp các nhà máy thủy điện nhỏ phát huy vai trò lớn hơn.
Thời gian đăng bài: 09/06/2021
