Sản xuất điện thủy điện, với tư cách là nguồn năng lượng tái tạo, không gây ô nhiễm và sạch, từ lâu đã được con người coi trọng. Hiện nay, các nhà máy thủy điện quy mô lớn và trung bình được sử dụng rộng rãi và là công nghệ năng lượng tái tạo tương đối hoàn thiện trên toàn thế giới. Ví dụ, nhà máy thủy điện Tam Hiệp ở Trung Quốc là nhà máy thủy điện lớn nhất thế giới. Tuy nhiên, các nhà máy thủy điện quy mô lớn và trung bình có nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, chẳng hạn như đập ngăn cản dòng chảy tự nhiên của sông, cản trở việc xả trầm tích và làm thay đổi môi trường sinh thái; việc xây dựng các nhà máy thủy điện cũng đòi hỏi phải ngập lụt diện tích đất rộng lớn, dẫn đến một lượng lớn người di cư.
Là một nguồn năng lượng mới, thủy điện nhỏ có tác động đến môi trường sinh thái ít hơn nhiều, và do đó ngày càng được người dân đánh giá cao. Các nhà máy thủy điện nhỏ, giống như các nhà máy thủy điện lớn và vừa, đều là các nhà máy điện thủy lực. Thuật ngữ “thủy điện nhỏ” thường được dùng để chỉ các nhà máy thủy điện hoặc các hệ thống điện thủy lực có công suất lắp đặt rất nhỏ, và công suất lắp đặt của chúng thay đổi tùy thuộc vào điều kiện quốc gia của mỗi nước.
Tại Trung Quốc, “thủy điện nhỏ” dùng để chỉ các nhà máy thủy điện và lưới điện địa phương hỗ trợ có công suất lắp đặt từ 25MW trở xuống, được tài trợ và vận hành bởi các thực thể địa phương, tập thể hoặc cá nhân. Thủy điện nhỏ thuộc loại năng lượng sạch không phát thải carbon, không gây cạn kiệt tài nguyên và không gây ô nhiễm môi trường. Đây là một thành phần không thể thiếu trong việc thực hiện chiến lược phát triển bền vững của Trung Quốc.
Phát triển năng lượng tái tạo như thủy điện nhỏ phù hợp với điều kiện địa phương và chuyển đổi nguồn tài nguyên thủy điện thành điện năng chất lượng cao đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo phát triển kinh tế - xã hội quốc gia, nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân, giải quyết vấn đề tiêu thụ điện ở những khu vực không có điện và thiếu điện, thúc đẩy quản lý sông ngòi, cải thiện sinh thái, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội địa phương.
Trung Quốc sở hữu nguồn tài nguyên thủy điện nhỏ dồi dào, với trữ lượng ước tính lý thuyết là 150 triệu kW và công suất lắp đặt tiềm năng hơn 70.000 MW để phát triển. Việc phát triển mạnh mẽ thủy điện nhỏ là lựa chọn tất yếu để cải thiện cơ cấu năng lượng trong bối cảnh bảo vệ môi trường carbon thấp, tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải, cũng như phát triển bền vững. Theo kế hoạch của Bộ Tài nguyên nước, đến năm 2020, Trung Quốc sẽ xây dựng 10 tỉnh thủy điện nhỏ với công suất lắp đặt trên 5 triệu kW, 100 cơ sở thủy điện nhỏ quy mô lớn với công suất lắp đặt trên 200.000 kW và 300 huyện thủy điện nhỏ với công suất lắp đặt trên 100.000 kW. Đến năm 2023, theo kế hoạch của Bộ Tài nguyên nước, sản lượng thủy điện nhỏ không chỉ đạt được mục tiêu năm 2020 mà còn phát triển mạnh mẽ hơn nữa.
Nhà máy thủy điện là hệ thống phát điện chuyển đổi năng lượng nước thành điện năng thông qua tuabin nước, và tổ máy phát điện tuabin nước là thiết bị cốt lõi để thực hiện chuyển đổi năng lượng trong các hệ thống thủy điện nhỏ. Quá trình chuyển đổi năng lượng của tổ máy phát điện thủy điện được chia thành hai giai đoạn.
Giai đoạn đầu tiên chuyển đổi thế năng của nước thành năng lượng cơ học của tuabin nước. Dòng nước có thế năng khác nhau ở các độ cao và địa hình khác nhau. Khi dòng nước từ vị trí cao hơn tác động vào tuabin ở vị trí thấp hơn, thế năng sinh ra do sự thay đổi mực nước được chuyển hóa thành năng lượng cơ học của tuabin.
Ở giai đoạn thứ hai, năng lượng cơ học của tuabin nước trước tiên được chuyển đổi thành năng lượng điện, sau đó được truyền đến thiết bị điện thông qua đường dây truyền tải của lưới điện. Sau khi chịu tác động của dòng nước, tuabin nước làm quay máy phát điện mắc đồng trục. Rôto máy phát điện quay tạo ra từ trường kích thích, và cuộn dây stato của máy phát điện cắt các đường sức từ kích thích để tạo ra sức điện động cảm ứng. Một mặt, nó tạo ra năng lượng điện, mặt khác, nó tạo ra mômen hãm điện từ ngược chiều quay trên rôto. Dòng nước liên tục tác động lên thiết bị tuabin nước, và mômen quay mà tuabin nước thu được từ dòng nước sẽ thắng mômen hãm điện từ được tạo ra trong rôto máy phát điện. Khi hai yếu tố này đạt trạng thái cân bằng, tổ máy tuabin nước sẽ hoạt động ở tốc độ không đổi để tạo ra điện năng ổn định và hoàn thành quá trình chuyển đổi năng lượng.
Máy phát điện thủy điện là thiết bị chuyển đổi năng lượng quan trọng, có chức năng chuyển hóa thế năng của nước thành năng lượng điện. Nó thường bao gồm tuabin nước, máy phát điện, bộ điều khiển tốc độ, hệ thống kích thích, hệ thống làm mát và thiết bị điều khiển nhà máy điện. Sau đây là giới thiệu ngắn gọn về các loại và chức năng của các thiết bị chính trong một máy phát điện thủy điện điển hình:
1) Tuabin nước. Có hai loại tuabin nước thường được sử dụng: tuabin xung lực và tuabin phản lực.
2) Máy phát điện. Hầu hết các máy phát điện sử dụng máy phát điện đồng bộ kích thích bằng điện.
3) Hệ thống kích thích. Do máy phát điện thường là máy phát điện đồng bộ kích thích điện, nên cần điều khiển hệ thống kích thích DC để đạt được sự điều chỉnh điện áp, điều chỉnh công suất tác dụng và phản kháng của năng lượng điện, nhằm nâng cao chất lượng năng lượng điện đầu ra.
4) Thiết bị điều chỉnh và điều khiển tốc độ (bao gồm bộ điều chỉnh tốc độ và thiết bị áp suất dầu). Bộ điều chỉnh tốc độ được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của tuabin nước, sao cho tần số của năng lượng điện đầu ra đáp ứng yêu cầu cung cấp điện.
5) Hệ thống làm mát. Các máy phát điện thủy điện nhỏ chủ yếu sử dụng làm mát bằng không khí, sử dụng hệ thống thông gió để giúp tản nhiệt và làm mát bề mặt stato, rôto và lõi sắt của máy phát điện.
6) Thiết bị phanh. Máy phát điện thủy lực có công suất định mức vượt quá một giá trị nhất định được trang bị thiết bị phanh.
7) Thiết bị điều khiển nhà máy điện. Hầu hết các thiết bị điều khiển nhà máy điện đều sử dụng điều khiển số bằng máy tính để thực hiện các chức năng như kết nối lưới điện, điều chỉnh tần số, điều chỉnh điện áp, điều chỉnh hệ số công suất, bảo vệ và liên lạc của hệ thống phát điện thủy điện.
Thủy điện nhỏ có thể được chia thành loại tích nước, loại đập và loại hỗn hợp dựa trên phương pháp tập trung cột nước. Hầu hết các nhà máy thủy điện nhỏ ở Trung Quốc là các nhà máy thủy điện nhỏ loại tích nước tương đối hiệu quả về mặt kinh tế.
Đặc điểm của thủy điện nhỏ là quy mô xây dựng nhà máy nhỏ, kỹ thuật đơn giản, dễ dàng mua sắm thiết bị và về cơ bản là tự sử dụng, không cần truyền tải điện đến những nơi xa nhà máy; lưới điện thủy điện nhỏ có công suất nhỏ, và công suất phát điện cũng nhỏ. Sự suy giảm hiệu suất của thủy điện nhỏ mang tính cục bộ và quy mô lớn.
Là một nguồn năng lượng sạch, thủy điện nhỏ đã góp phần vào việc xây dựng các làng năng lượng mới xã hội chủ nghĩa ở Trung Quốc. Chúng tôi tin rằng sự kết hợp giữa thủy điện nhỏ và công nghệ lưu trữ năng lượng sẽ làm cho sự phát triển của thủy điện nhỏ trở nên nổi bật hơn trong tương lai!
Thời gian đăng bài: 11/12/2023
