(TIỂU LUẬN) báo cáo NHẬP môn NGÀNH điện đề tài tìm hiểu về nhà máy thủy điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----VIỆN ĐIỆN---***

BÁO CÁO NHẬP MƠN NGÀNH ĐIỆN
Đề tài :

Tìm hiểu về nhà máy thủy điện

GVHD: TS.Nguyễn Quốc Minh
LỚP: EE1 – 02
Nhóm sinh viên thực hiện:
1.Hồ Việt Cường – 20202252 (1. Tình hình phát triển thủy điện )
2.Đỗ Minh Đức – 20202254 (2. Cấu tạo của nhà máy thủy điện )
3.Vũ Quốc Trung – 20202222 (Nguyên lý hoạt động nhà máy thủy điện )
4.
Lê Việt Bách – 20202249 (Phần mở đầu và Tổng kết )
5.Vũ Thị Hương Giang (Trưởng nhóm) – 20202258 (Tổng hợp và chỉnh sửa )
Hà Nội, ngày 13 tháng 3 năm 2021


LỜI NÓI ĐẦU
Khi điện được phát minh, dần dần những ứng dụng liên quan đến điện năng
cũng lần lượt ra đời. Trải qua các cuộc cách mạng công nghiệp, điện năng đã dần
trở thành yếu tố quan trọng quyết định sự thành công của nền kinh tế các nước.
Và đến hiện tại, điện năng đã trở thành nguồn năng lượng chính khơng thể thiếu
trong hầu như tất cả những hoạt động của con người. Con người sử dụng điện mọi
lúc, mọi nơi đề phục vụ cho những nhu cầu thiết yếu nhất cho đến những nhu cầu
sa sỉ nhất. Và đương nhiên cũng rất nhiều người biết rằng, một trong những nguồn
sản xuất ra điện năng đầu tiên chính là năng lượng của nước. Từ thuở xưa, con
người đã biết dùng nước để quay các bánh xe. Càng phát triển hơn, con người đã
sử dụng nước để có thể chạy những chiếc máy phát điện đầu tiên của mình trên

những con sông. Theo chiều quay của chiếc kim đồng hồ lịch sử, con người đã
phát minh ra những phát kiến có thể tận dụng tối đa nhất năng lượng nước. Và
các nhà máy thuỷ điện từ đó lần lượt ra đời.
Sau đây, nhóm chúng em xin phép được nêu ra những ý chính của đề tài
được giao” Tình hình phát triển, sơ đồ cấu tạo nhà mày thuỷ điện”. Trên đây là
những tìm hiểu của chúng em về chủ đề được giao. Mong thầy có thể đọc và
nhận xét.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !!!


MỤC LỤC

1. Tình hình phát triền thủy điện :.......................................

1.1 Tình hình phát triền thủy điện trên

1.2 Tình hình phát triển thủy điện tại V
1.2.1

Giới thiệu chu

1.2.2

Giai đoạn 197

1.2.3

Giai đoạn 197

1.2.4

Giai đoạn 200

2. Cấu tạo của nhà máy thủy điện......................................

2.1 Phân loại các nhà máy thủy điện:..

2.2 Cấu tạo của nhà máy thủy điện......

2.3 Sơ đồ nhà máy thủy điện ngang đậ

2.4 Sơ đồ nhà máy thủy điện sau đập v

3. Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện:...............
3.1 Quá trình vận hành nhà máy thủy điện gồm có bốn giai
đoạn chính:.............................................................................
4. Tổng kết:..............................................................................


1. Tình hình phát triển thủy điện
1.1 Tình hình phát triền thủy điện trên thế giới

Thủy điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước. Đa số năng
lượng thủy điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm
quay một tourbin và máy phát điện. Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng
lượng động lực của nước hay các nguồn nước không bị tích bằng các đập nước
như năng lượng thuỷ triều.

Từ lâu thủy điện đã trở thành nguồn năng lượng tái tạo quan trọng hàng

đầu trên thế giới, dù là quốc gia phát triển hay đang phát triển. Đi cùng với đó,
định hướng phát triển, quy hoạch, thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành thủy
điện luôn được các nước chú trọng.
Thủy điện là nguồn năng lượng chiếm vị trí quan trọng trong bức tranh
toàn cảnh về năng lượng điện toàn cầu. Từ giữa thế kỷ thứ 19 và suốt thế kỷ 20
là thời kỳ phát triển số lượng đập thủy điện và hồ chứa nước nhiều nhất trong
lịch sử nhân loại. Hầu như chưa có hệ thống sơng nào trên thế giới chưa được
con người xây dựng đập thủy điện, khác nhau chỉ ở quy mô lớn nhỏ mà thôi.


Năm 1882, nước Mỹ đã xây dựng trạm thủy điện nhỏ nối lưới đầu tiên trên thế
giới trên sông Phosk, thuộc bang Vinconxin với công suất 200 kW nối lưới
điện 110 kV dài 1,4 km để phục vụ phụ tải cơng nghiệp địa phương. Đây chính
là bước đầu đánh dấu sự trở lại của thủy điện trong thế kỷ XIX.

Hình 1: Thủy điện Niagara Falls- thủy điện đầu tiên trên thế giới

Bước vào những năm đầu của thế kỷ XX, việc xây dựng thủy điện nhỏ
phát triển mạnh ở Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Á. Vào thời gian đầu của thế kỷ
XX, các nhà máy thủy điện trên thế giới đều có cơng suất lắp nhỏ hơn 10 MW.
Đến giữa những năm 20 của thế kỷ XX, năng lượng thủy điện nhỏ đã đáp ứng
được gần 40% năng lượng điện thế giới.
Tính tới hiện tại, khơng phải gió hay ánh sáng mà chính nguồn nước mới
tạo ra nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất thế giới. Báo cáo về hiện trạng thủy điện
thế giới năm 2020 của Hiệp hội Thủy điện Quốc tế (IHA), công suất lắp đặt của
các nhà máy thủy điện trên thế giới năm 2019 đã đạt trên 1.300GW, sản sinh hơn
4.300TWh, qua đó đóng góp khoảng 15% sản lượng điện của thế


giới và nhiều hơn sự đóng góp của tất cả các dạng năng lượng tái tạo khác kết

hợp lại. Dẫn đầu về mức tăng công suất thủy điện so với năm 2018 là khu vực
Đơng Á và Thái Bình Dương với mức tăng 4,17GW, tiếp theo là Nam Mỹ,
Trung và Nam Á, châu Phi, châu Âu.
Trung Quốc và Canada là hai nước sản xuất điện từ năng lượng nước
lớn nhất thế giới, lần lượt là 1.302TWh và 398TWh. Xét về tỉ lệ năng lượng
thủy điện trên tổng sản lượng điện, Na Uy sản xuất 99% lượng điện của mình
bằng sức nước, trong khi thủy điện ở Iceland đáp ứng tới 83% nhu cầu về điện
của người dân. Con số này ở Canada là trên 70%, còn Áo sản xuất 67% lượng
điện cả nước từ thủy điện. Uruguay đã đạt đến mức gần 100% là năng lượng tái
tạo, phần lớn nhờ vào thủy điện.
Mỹ là nước sở hữu nhiều đập trên sông thứ hai trên thế giới, chỉ sau
Trung Quốc, với khoảng 79.000 đập, trong đó có 2.500 đập thủy điện. Từ khi
Tổng thống Mỹ Theodore Roosevelt kêu gọi khai thác triệt để mọi dòng chảy,
xứ sở cờ hoa đã biến thế kỷ 20 trở thành kỷ nguyên vàng của ngành xây đập
thủy điện. Thời kỳ này đã cho ra đời 2 đập thủy điện tầm cỡ nhất và hiện vẫn là
nguồn thủy điện lớn nhất ở Mỹ là đập Hoover trên sơng Colorado hồn thành
năm 1936 và đập Grand Coulee trên sơng Columbia hồn thành năm 1942. Dù
vậy, thủy điện hiện chỉ chiếm 7% trong cơ cấu năng lượng của chính quyền
Washington, giảm rất nhiều so với con số 40% vào những năm 1930.

Ấn Độ cũng là quốc gia có tiềm năng thủy điện rất lớn với tổng công
suất lắp đặt khoảng 148.700MW. Để khai thác hiệu quả tiềm năng này, New
Delhi đã xây dựng thành công phiên bản phần mềm DHARMA (Dam Health


and Rehabilitation Monitoring Application) với các nguyên tắc an toàn bao
gồm: Thiết lập mối quan hệ hợp tác cùng phát triển giữa các bên liên quan (chủ
sở hữu đập, nhà điều hành, tư vấn, nhà thầu và nhà cung cấp vật tư, thiết bị);
đảm bảo thông tin về đập được thu thập đầy đủ với độ chính xác cao kèm theo
những đánh giá định kỳ về độ an toàn đập nhằm quản lý dữ liệu hoàn chỉnh.

Thời gian qua, Ấn Độ đã tập trung khôi phục và cải tạo, nâng cấp khoảng 250
đập thủy điện trên tồn quốc.
Tính đến hiện tại đã có rất nhiều nhà máy thủy điện lớn trên thế giới
đang hoạt động và trong quá trình xây dựng. Lớn nhất trong số đó phải kể đến
các nhà máy như:
+

Đập Tam Hiệp – Hồ Bắc, Trung Quốc: Công suất 22.500MW

+

Đập Itaipu – Brazil & Paraguay: 14.000MW

+

Đập Xiluodu – Vân Nam, Trung Quốc: 13.860MW

+

Đập Guri – Venezuela: 10.300MW

+

Đập Tucurui – Brazil: 8.370MW

Như vậy, thủy điện là một nguồn năng lượng tái tạo chiếm vị trí quan
trọng, là cơ sở và tiền đề năng lượng cho các ngành công nghiệp trên tồn
thế giới.
1.2 Tình hình phát triển thủy điện tại Việt Nam
1.2.1 Giới thiệu chung

Việt Nam là một quốc gia có nguồn tài ngun nước phong phú với 2.732 con
sơng có chiều dài hơn 10 km, cộng với khá nhiều phụ lưu, suối lạch, hồ đầm.
Việt Nam cũng có nguồn nước ngầm hiện diện tương đối đều khắp và có một
vùng bờ biển dài và rộng. Những con sông lớn nhỏ trên cả nước góp phần


tạo ra những vùng văn hoá riêng biệt, phong cách sống và sinh kế đa dạng.
Nguồn tài nguyên sông nước đó cũng biến Việt Nam thành quốc gia có tiềm
năng thủy điện phong phú. Ở vùng thượng nguồn, đặc thù ghềnh thác đã tạo
điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng các cơng trình thủy điện. . Trong khi đó
vùng đồng bằng châu thổ rộng lớn lại là nơi thuận lợi để phát triển các cơng
trình thủy lợi phục vụ tưới tiêu. Từ nhiều thế kỷ qua, các dịng sơng bồi đắp
phù sa và là nơi cung cấp nguồn tài nguyên thủy sản cho cộng đồng dân cư
sống ven sông, cũng như phục vụ giao thông đường thủy. Ở các khu vực vùng
cao, người dân cũng dựa vào nguồn nước của các phụ lưu cho việc canh tác
và sinh hoạt.
1.2.2 Giai đoạn 1975 – 2000
Giai đoạn trước năm 1975, do điều kiện chiến tranh, đất nước bị chia cắt làm
hai miền Nam Bắc, việc quản lý nguồn nước và phát triển thủy điện dù có được sự
quan tâm nhưng khơng được coi là một trong những ưu tiên hàng đầu ở cả hai
miền. Trong thời gian 1959 - 1963, với sự giúp đỡ của Liên Xô (cũ), Nhà máy
Thủy điện Bàn Thạch ở Thanh Hố được xây dựng với cơng suất 960 kW, được
xem là nhà máy thủy điện đầu tiên ở miền Bắc. Sau đó năm 1964, cũng với sự giúp
đỡ của Liên Xô, thủy điện Thác Bà được bắt đầu xây dựng trên dịng sơng Chảy,
thuộc địa bàn huyện Yên Bình - tỉnh Yên Bái. Đây là nhà máy thủy điện có quy mơ
khá lớn thời bấy giờ của miền Bắc, với công suất thiêt kế 108 MW, được xây dựng
trong hoàn cảnh chiến tranh ác liệt và nhiều khó khăn thách thức. Sau nhiều lần
gián đoạn do chiến tranh, thủy điện Thác Bà đã chính thức đóng máy phát điện vào
năm 1971 (đến năm 1985, Nhà máy Thủy điện Thác Bà được nâng công suất phát
điện lên 120 MW). Nhà máy Thủy điện Đa Nhim, được khởi cơng xây dựng vào

tháng 1 năm 1962, gồm đập chính và hồ chứa tại Đà Lạt và đường ống dẫn xuống
nhà máy phát điện ở tỉnh Ninh Thuận, với công suất thiết kế là 160 MW. Đây là dự
án được xây dựng do đền bù sau chiến tranh từ phía Nhật Bản
1.2.3 Giai đoạn 1975 – 2000


- Sau năm 1975, với sự trợ giúp về tài chính và kỹ thuật của Liên Xơ (cũ),
Việt Nam tiến hành xây dựng Nhà máy Thủy điện Hồ Bình, với công suất
lắp máy 1.920 MW. Đây là nhà máy thủy điện lớn nhất Việt Nam và Đông
Nam Á vào thời điểm đó. Q trình xây dựng kéo dài từ 1979 - 1994. Mặc
dù cơng trình bắt đầu khởi cơng vào năm 1979, ý tưởng về cơng trình này đã
được chuẩn bị từ lâu. Cụ thể, ngày 29-5-1971, Bơ Chính tri đã ra nghi qut
vê xây dưng cơng trình thuy điên Hồ Bình, xem như một cơng trình của thế
kỷ XX, trong đó chi rõ: "Vơi tác dung phịng chơng lu lut, cơng trình đam
bao mơt phân quan trong an tồn cho nhân dân, đông thơi tao ra nhưng kha
năng lơn cho phát triên kinh tê quôc dân. Đây là công trình xây dưng cơ ban
lơn nhât cua miên Băc, có vi trí ưu tiên sơ 1".Nhà máy được chính thức đưa
vào vận hành tháng 12 năm 1964. Tuy nhiên, do thời kỳ chiến tranh điện sản
xuất ra chỉ chủ yếu cung cấp cho khu vực miền Trung mà không tải được tới
các trung tâm cơng nghiêp lớn của Sài Gịn và Biên Hoà. Song song với việc
bắt tay vào xây dựng Nhà máy Thủy điện Hồ Bình, ý tưởng khai thác điện
năng trên các dịng sơng lớn tại khu vực miền Nam, Tây Nguyên cũng được
thúc đẩy. Ngày 22/2/1982, công trình thủy điện Trị An trên sơng Đồng Nai,
đã được khởi cơng. Cơng trình thủy điện Trị An được xây dựng trong 7 năm
và hoàn thành vào năm 1991 với 4 tổ máy có tổng cơng suất lắp máy 400
MW. Cơng trình được sự hỗ trợ kỹ thuật rất lớn từ các chun gia Liên Xơ
(cũ). Cơng trình thủy điện Trị An bảo đảm cung cấp điện cho các tỉnh thành
phía Nam và cung cấp nước canh tác chủ yếu cho các tỉnh Đồng Nai, tỉnh
Bình Dương. Ngày 24/9/1982 luận chứng kinh tế - kỹ thuật cho dự án thủy
điện Yaly do trên sông Se San (nhà máy nằm giáp ranh giữa 2 huyện Chư

Păh (Tỉnh Gia Lai) và huyện Sa Thầy (Tỉnh Kon Tum) đã được Hội đồng Bộ
trưởng (Nay là Chính phủ) chính thức phê duyệt bằng quyết định số 346/CT.
Cơng trình thủy điện Yaly do Cơng ty Tư vấn - Khảo sát - Thiết kế xây dựng


Điện 1 - thuộc Tổng công ty Điện lực Việt Nam khảo sát và thiết kế sau 11
năm nghiên cứu. Vào thời điểm xây dựng năm 1993,


với công suất 720 MW, Yaly là nhà máy thủy điện lớn thứ hai ở Việt Nam. Thủy
điện Yaly với nhà máy chính đặt tại xã Ia Ly, huyện Chư Păh, tỉnh Gia Lai, trong
khi lòng hồ thủy điện phần lớn nằm trên địa phận huyện Sa Thầy, tỉnh Kon Tum,
thuộc lưu vực sơng Pơ Kơ và Đăk Bla.

Hình 2: Thủy điện Hịa Bình

-

Vào những năm 1990, lượng điện sản xuất ra không đáp ứng được nhu cầu và

điện năng trở nên khan hiếm, nhất là khu vực miền Nam. Cơng trình xây dựng
đường dây tải điện 500 kV nhanh chóng được thực hiện và hồn tất năm 1994 nhằm
tải điện từ miền Bắc vào Nam. Đồng thời, quy hoạch tổng thể (Master Plans) cho
các lưu vực sông lớn được thực hiện bởi các công ty tư vấn của Na Uy và Thuỵ
Điển (SEI, 2009; Thin et al., 2001). Tính tới đầu những năm 2000, quy hoạch tổng
thể điện năng cho 10 lưu vực sơng chính trên cả nước đã được hồn tất. Việt Nam
bước vào giai đoạn “nóng” của công cuộc phát triển thủy điện.


Hình 3: Sơ đồ phát triển của thủy điện Việt nam

1.2.4
-

Giai đoạn 2000 đến nay:

Nếu như trong những thập kỷ cuối của thế kỷ XX, dù quá trình ra quyết định

liên quan đến phát triển thủy điện vẫn là từ trên xuống (top-down), việc chuẩn bị cho
xây dựng một nhà máy thủy điện lớn mất rất nhiều công sức với hàng chục năm
nghiên cứu xây dựng đề án kinh tế - kỹ thuật, sau đó là nghiên cứu tiền khả thi và
nghiên cứu khả thi, thì đến những năm đầu của thế kỷ XXI, việc nghiên cứu


đã bị thu gọn và đơn giản hoá rất nhiều, tạo tiền đề cho giai đoạn phát triển
thủy điện “nóng” gây nhiều hệ luỵ về môi trường và xã hội.
-

Theo báo cáo của Bộ Cơng Thương (2012), tính đến năm 2012 có tới

1.097 dự án thủy điện đã được quy hoạch có quy mơ lớn nhỏ khác nhau với tổng
cơng suất trên 24.000 MW đã được phê duyệt. Quy hoạch nhằm mục tiêu “góp
phần chống lũ trong mùa mưa, cấp nước trong mùa khô phục vụ cho sản xuất
nông nghiệp, cho sinh hoạt và sản xuất điện đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội”. Trên các hệ thống sông lớn, hầu hết các dự án đã và đang được triển
khai xây dựng với 32 dự án có công suất từ 64 MW (Quảng Trị) đến 2.400 MW
(Sơn La) do Tập đoàn Điện lực (EVN) là chủ đầu tư.
-

Các dự án thủy điện nhỏ, công suất lắp máy dưới 30 MW, không sử dụng

nguồn vốn ngân sách được đầu tư thơng qua hình thức Xây dựng - Vận hành chuyển giao (BOT) và hình thức Xây dựng - Sở hữu - Vận hành (BOO) hoặc hình
thức khác, chủ yếu do các đơn vị ngoài EVN làm chủ đầu tư, thực hiện trong
danh mục quy hoạch thủy điện nhỏ trên địa bàn tỉnh do Uỷ ban nhân dân các tỉnh
phê duyệt sau khi có thoả thuận của Bộ Cơng Thương.
-

Tuy nhiên, cũng chính do nhu cầu phát triển thủy điện quá cao, hàng loạt dự án

đã được cấp phép trong một thời gian ngắn, thậm chí trước khi chính quyền địa
phương và người dân nhận ra các tác động tiêu cực có thể xảy ra với cuộc sống và
sinh kế của họ. Các chính sách đưa ra trong thời kỳ đầu những năm 2000 cũng nhằm
hỗ trợ thúc đẩy việc phát triển thủy điện nhanh hơn. Cụ thể như, Công văn số
797/CP-CN ban hành ngày 17 tháng 6 năm 2003 cho phép áp dụng hình thức Tổng
thầu xây lắp cho các dự án thủy điện khởi công trong năm 2003 và 2004. Việc này
cho phép rút ngắn thời gian xây dựng và tạo điệu kiện thuận lợi cho nhiều dự án
thủy điện phát triển. Thậm chí trong nhiều trường hợp, các cơ quan nhà nước chỉ
nắm bắt được hồ sơ thiết kế cơ sở. Những khâu còn lại trong q trình thi cơng xây
dựng cơng trình đều do chủ đầu tư quyết định và tự chịu trách


nhiệm. Thực tế cho thấy khi chủ đầu tư có nhiều quyền hơn và thủy điện được
phát triển một cách ồ ạt thì các hệ lụy như chất lượng cơng trình, chi phí lợi ích
và các vấn đề liên quan đến tái định cư sẽ không được đảm bảo. Cũng chính vì
vậy, đã có rất nhiều chất vấn về vấn đề phát triển thủy điện “nóng” tại kỳ họp thứ
4, Quốc Hội khóa XIII. Trên cơ sở Nghị Quyết số 40/2012/QH13 của Quốc hội
và chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ, Bộ Công Thương đã phối hợp với Bộ Tài
Nguyên và Môi trường và các Bộ, ngành liên quan tổ chức thành lập các đồn
cơng tác nhằm rà sốt lại tình hình phát triển thủy điện trên cả nước
-

Kết quả là hơn 400 dự án thủy điện đã bị đề nghị tạm dừng, trong đó có cả

2 dự án lớn là Đồng Nai 6 và 6A.
-

Tóm lại, trải qua nhiều giai đoạn lịch sử khác nhau, về cơ bản phát triển

thủy điện ở Việt Nam vẫn là quyết định từ trên xuống (top - down), khơng có sự
tham gia của người bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi sinh thái cảnh quan nguồn nước
này. Trong giai đoạn đầu và phần nửa đầu giai đoạn thứ hai của quá trình phát
triển thủy điện, đánh giá tác động môi trường không được tính đến. Thời kỳ này,
mối quan tâm chỉ dành cho việc xây dựng cơng trình, các biện pháp giảm thiểu tác
động tới sinh thái và môi trường tự nhiên không được đề cập; tái định cư phục hồi
sinh kế không được coi là một hợp phần quan trọng của dự án. Tới giai đoạn sau,
mặc dù tái định cư trở thành một hợp phần bắt buộc của dự án và đánh giá tác
động môi trường hoặc đánh giá môi trường chiến lược là tiêu trí để xét duyệt một
dự án thủy điện, phát triển thủy điện ở Việt Nam hoàn tồn khơng dựa trên cơ sở
phát triển bền vững. Khi phát triển thủy điện được đưa ra với nhiều mục đích tốt
đẹp và cao cả như “cho sự phát triển của đất nước” “cho sự phồn vinh của dân
tộc”... thì việc hi sinh những giá trị môi trường và xã hội được coi là sự đánh đổi
không thể tránh khỏi. Điều đáng nói hơn nữa là trên thực tế chi phí và lợi ích của
việc xây đập thủy điện có các mức độ tỷ lệ khác nhau với lợi ích ở tầm quốc gia
và các chi phí ở cấp độ địa phương/cộng đồng. Bằng cách dồn lợi ích cho quốc


gia, chi phí dường như khơng được tính đến hoặc được coi là khơng đáng kể. Nói
cách khác, bên cạnh những lợi ích nhất định như phát điện và cấp nước, thủy
điện cũng gây ra những hệ luỵ không nhỏ tới biến đổi sinh thái cảnh quan nguồn
nước, đặc biệt ở những vùng quanh khu vực đập và dưới hạ lưu như các tác giả
trong cuốn sách này đề cập.

2. Cấu tạo của nhà máy thủy điện
2.1 Phân loại các nhà máy thủy điện:
-

Định nghĩa: Nhà máy thủy điện là cơng trình trong đó các thiết bị động

lực( tourbin, máy phát) và các hệ thống thiết bị phục vụ cho sự làm việc bình
thường của các thiết bị chính nhằm sản suất điện năng cung cấp cho các hộ dung
điện. Có thể nói đây là một xưởng sản xuất điện năng của các cơng trình thủy
điện. Loại và kết cấu nhà máy phải đảm bảo làm việc an toàn của các thiết bị và
thuận lợi trong vận hành.
+

Nhà máy thủy điện được chia thành ba loại cơ bản sau:

Nhà máy thuỷ điện ngang đập được xây dựng trong các sơ đồ khai thác thuỷ

năng kiểu đập với cột nước không quá 35 - 40 m. Bản thân nhà máy là một
thành phần cơng trình dâng nước, nó thay thế cho một phần đập dâng. Cửa lấy
nước cũng là một thành phần cấu tạo của nhà máy. Do vị trí nhà máy nằm ở long
song nên nhà máy còn được gọi là thủy điện lịng sơng.


Hình 4: Nhà máy thủy điện ngang đập.

+

Nhà máy thuỷ điện sau đập được bố trí ngay sau đập dâng nước. Khi cột

nước cao hơn 30-45 m thì bản thân nhà máy vì lý do ổn định cơng trình khơng
thể là một thành phần của cơng trình dâng nước ngay cả trong các trường hợp tổ
máy công suất lớn. Nếu đập dâng nước là đập bê tơng trọng lực thì cửa lấy nước
và đường ống dẫn nước turbin được bố trí trong thân đập bê tơng, đơi khi đường
ống dẫn nước turbin được bố trí trên mái hạ lưu của đập


Hình 5: nhà máy thủy điện sau đập.

+

Nhà máy thuỷ điện đường dẫn trong sơ đồ khai thác thuỷ năng kiểu đường

dẫn hoặc kết hợp, nhà máy thuỷ điện đứng riêng biệt tách khỏi cơng trình đầu
mối. Cửa lấy nước đặt cách xa nhà máy. Trong trường hợp cơng trình dẫn nước là
khơng áp thì cửa lấy nước nằm trong thành phần của bể áp lực; trong trường hợp
cơng trình dẫn nước là đường hầm có áp thì cửa lấy nước bố trí ở đầu đường hầm
và là một cơng trình độc lập. Đường dẫn nước vào nhà máy thường là đường ống
áp lực nhưng trong trường hợp trạm thuỷ điện đường dẫn cột nước thấp với
đường dẫn là kênh dẫn thì có thể bố trí nhà máy thuỷ điện kiểu ngang đập.


Hình 6: Nhà máy thủy điện đường dẫn lắp đặt tourbin gáo.

Ngoài cách phân loại cơ bản trên nhà máy thuỷ điện cịn được phân loại theo vị
trí tương đối của bản thân nhà máy trong bố trí tổng thể: Nhà máy thuỷ điện trên
mặt đất (nhà máy thông thường); nhà máy thuỷ điện ngầm được bố trí tồn bộ
trong lòng đất, nhà máy thuỷ điện nửa ngầm với phần chủ yếu của nhà máy bố trí
ngầm trong lịng đất, phần mái che có thể bố trí hở trên mặt đất; nhà máy thuỷ
điện trong thân đập được bố trí trong thân đập bê tông, trong thân đập đất, giữa

các trụ chống của đập trụ chống...
Về đặc điểm kết cấu của ba loại cơ bản trên, nhà máy thuỷ điện cịn có nhiều
dạng kết cấu đặc biệt khác như nhà máy kết hợp xả lũ dưới đáy hoặc trong thân


đập tràn, trong trụ pin, nhà máy thuỷ điện ngang đập với turbin capxul, nhà máy
thuỷ điện thuỷ triều... Các loại nhà máy này tạm xếp chung vào loại nhà máy
đặc biệt.

2.2 Cấu tạo của nhà máy thủy điện
Một nhà máy thủy điện thơng thường có những thành phần cơ bản sau:
- Đập (Dam): Hầu hết các nhà máy thủy điện dựa vào một con đập chứa
nước lại, tạo ra một hồ chứa lớn
- Ống dẫn nước (Penstock)– Cửa trên đập mở và lực hấp dẫn đẩy nước chảy
qua các đường ống chịu áp. Đường ống dẫn nước đến tuabin. Nước làm tăng
dần áp lực khi nó chảy qua đường ống này.
- Tua bin (Turbine) – Nước hướng về và làm quay các cánh lớn của tuabin,
tuabin này gắn liền với máy phát điện ở phía trên nó nhờ một trục. Loại phổ
biến nhất của tua bin dùng cho nhà máy thủy điện là Turbine Francis, trơng nó
giống như một đĩa lớn có những cánh cong. Một tua bin có thể cân nặng
khoảng 172 tấn và quay với tốc độ 90 vòng mỗi phút.
- Máy phát điện (generator) – Khi các cánh tua-bin quay, một loạt các nam
châm trong các máy phát điện cũng quay theo. Những nam châm khổng lồ này
quay quanh cuộn dây đồng, sản sinh ra dòng điện xoay chiều (AC).
- Biến áp (Transformer)– Máy biến áp được đặt bên trong nhà máy điện tạo
ra dòng điện xoay chiều AC và chuyển đổi nó thành dịng điện có điện áp cao
hơn.
- Đường dây điện (Power Lines) – Trong mỗi nhà máy điện có đến bốn dây :
ba dây pha của năng lượng điện được sản xuất đồng thời với một dây trung
tính.

- Cống xả (Outflow) – Đưa nước chảy qua các đường ống – gọi là kênh ,
và chảy vào hạ lưu sơng .

Hình 7: Sơ đồ cấu tạo nhà máy thủy điện

Ngồi ra cịn một số các thành phần khác ứng với các kiểu nhà máy khác
nhau.
2.3 Sơ đồ nhà máy thủy điện ngang đập( lịng sơng):
- Sơ đồ I nhà máy thuỷ điện bố trí trong đập bê tơng trọng lực, để dẫn nước vào
tuốc bin được thuận dòng, đoạn ống áp lực nối với buồng xoắn đặt nằm ngang
hoặc nằm nghiêng, khoảng trống giữa đập và nhà máy bố trí máy biến thế. Tồn
bộ phần điện của nhà máy bố trí phía thượng lưu nhà máy, phía hạ lưu bố trí các
hệ thống dẫn, nước khí. Khi cơng trình xây dựng trên nền đá cứng, cho phép
tăng ứng suất dưới đập, thì nhà máy bố trí gần tim đập ( sơ đồ II). Với sơ đồ này
kích thước ống hút phải kéo dài, lợi dụng khoảng trống các tầng trên ống hút bố
trí các phịng phụ của nhà máy, tầng trên cũng bố trí máy


biến áp. Với sơ đồ này toàn bộ phần điện của nhà máy bố trí phía hạ lưu, phía
thượng lưu bố trí các hệ thống dẫn khí, nước vv...
- Sơ đồ III, nhà máy thuỷ điện bố trí sau đập vòm. Trước đây thường đặt nhà
máy cách xa đập vòm và dùng đường ống dẫn nước áp lực đi vòng qua bờ đá.
Nhưng ngày nay với kỹ thuật tính tốn đập vịm hồn chỉnh, kết hợp với sự
làm việc của nền đá cho phép đặt nhà máy ngay sau đập vòm với đường dẫn
nước đi qua thân đập. Để giảm khoảng cách giữa đập và nhà máy, trong một số
trường hợp nhà máy phải tạo thành dạng cong trong bình đồ. Mặc dù bố trí
như vậy tăng thêm tính phức tạp, song với những tuyến hẹp cho phép tăng
chiều dài nhà máy.

Hình 8: Sơ đồ cấu tạo nhà máy thủy điện ngang đập.

- Với kết cấu như sơ đồ IV, công trình xả lũ có áp bố trí trên buồng xoắn. Loại sơ
đồ này có thể áp dụng với các cột nước khác nhau. Nhược điểm của sơ đồ này là
cửa lấy nước turbin đặt sâu, tải trọng cửa van lớn, thao tác không thuận tiện, trục
tổ máy dài, kết cấu phần dưới nước tăng. Trong thiết kế và vận hành ở các trạm
thuỷ điện loại lớn người ta thấy rằng áp dụng sơ đồ V bố trí cơng trình xả lũ có áp
dưới buồng xoắn là tốt nhất,vì nó loại trừ tất cả các nhược điểm của sơ đồ trên.
Với sơ đồ này, để giảm độ sâu dưới móng nhà máy thường áp dụng buồng xoắn bê
tơng đối xứng có mặt cắt hướng lên phía trên và tăng chiều cao ống hút, như vậy
có thể giảm được kích thước phần dưới nước của nhà máy.

- Kinh nghiệm thiết kế cho thấy rằng, khi áp dụng sơ đồ IV và V để bố trí tràn
xả lũ, vì để bảo đảm sự làm việc ổn định của đường tràn, giảm dòng chảy phân
bố không đều ở hạ lưu và sự xuất hiện mạch động nên phải bố trí tổ máy đối
xứng. Để bảo đảm hiệu quả phun xiết lớn thì chiều dài đoạn tổ máy phải tăng từ
5-10% so với chiều dài đoạn tổ máy của nhà máy thuỷ điện không kết hợp.
Như vậy, lưu lượng qua đường hầm xả tràn gấp 1.5¸2 lần lưu lượng qua tuốc
bin và đạt hiệu quả phun xiết rất lớn dẫn đến tăng công suất tổ máy. Nếu tăng
chiều cao ống hút hoặc chiều cao tương đối của nó bắt đầu từ đoạn hình chóp
cụt thì có thể tăng mặt cắt đường hầm xả lũ. Bố trí tổ máy đối xứng trong đoạn
thì góc bao của buồng xoắn giảm xuống còn 135 độ-160 độ , đồng thời trên mặt
bằng được mở rộng với góc b =180 độ (Xem mặt bằng tầng buồng xoắn AA,B-B sơ đồ IV và V)
2.4 Sơ đồ nhà máy thủy điện sau đập và đường dẫn:
- Những nhà máy thuỷ điện sau đập và đường dẫn đã được xây dựng hoặc
trong giai đoạn thiết kế thường dùng các sơ đồ sau đây để bố trí.
- Sơ đồ I nhà máy thuỷ điện bố trí trong đập bê tơng trọng lực, để dẫn nước
vào tuốc bin được thuận dòng, đoạn ống áp lực nối với buồng xoắn đặt nằm

ngang hoặc nằm nghiêng, khoảng trống giữa đập và nhà máy bố trí máy biến
thế. Tồn bộ phần điện của nhà máy bố trí phía thượng lưu nhà máy, phía hạ
lưu bố trí các hệ thống dẫn, nước khí. Khi cơng trình xây dựng trên nền đá
cứng, cho phép tăng ứng suất dưới đập, thì nhà máy bố trí gần tim đập ( sơ đồ
II). Với sơ đồ này kích thước ống hút phải kéo dài, lợi dụng khoảng trống các
tầng trên ống hút bố trí các phịng phụ của nhà máy, tầng trên cũng bố trí máy
biến áp. Với sơ đồ này toàn bộ phần điện của nhà máy bố trí phía hạ lưu, phía
thượng lưu bố trí các hệ thống dẫn khí, nước vv...
- Sơ đồ III, nhà máy thuỷ điện bố trí sau đập vịm. Trước đây thường đặt nhà
máy cách xa đập vòm và dùng đường ống dẫn nước áp lực đi vòng qua bờ đá.
Nhưng ngày nay với kỹ thuật tính tốn đập vịm hồn chỉnh, kết hợp với sự làm
việc của nền đá cho phép đặt nhà máy ngay sau đập vòm với đường dẫn nước
đi qua thân đập. Để giảm khoảng cách giữa đập và nhà máy, trong một số
trường hợp nhà máy phải tạo thành dạng cong trong bình đồ. Mặc dù bố trí như
vậy tăng thêm tính phức tạp, song với những tuyến hẹp cho phép tăng chiều dài
nhà máy.


Hình 9: Sơ đồ nhà máy thủy điện sau đập.

-

Nhà máy thuỷ điện sau đập trụ chống (sơ đồ IV) tuỳ theo kích thước

của đập, khoảng cách giữa các trụ và chiều dày của nó mà đề ra các phương án
bố trí nhà máy. Với khoảng cách giữa các trụ khơng lớn thì bố trí một tổ máy
cùng với cầu trục và gian lắp ráp riêng cho từng tổ máy (phương án 1), hoặc với
sàn lắp ráp chung cho toàn nhà máy nếu cho phép đục thông các trụ chống

(phương án 2). Khi khoảng cách giữa hai trụ nhỏ, người ta đưa hẳn nhà máy ra
sau các trụ, khi đó nhà máy có kết cấu như nhà máy sau đập (phương án 3).
Hoặc khoảng cách giữa các trụ chống của đập có kích thước lớn thì có thể
nghiên cứu bố trí tồn bộ nhà máy trong một khoang.
-

Khi kích thước đập bê tông đủ lớn cả chiều cao và chiều ngang có thể

bố trí nhà máy trong thân đập (sơ đồ V). Nhà máy trong thân đập giảm được


khối lượng bê tông trong thân đập và phần bê tơng nhà máy, nhưng chỉ có lợi
khi khơng phải mở rộng mặt cắt ngang đập và chiều cao đoạn tổ máy. Bên cạnh
đó nhà máy trong thân đập bê tơng trọng lực có những nhược điểm nhất định
như làm yếu mặt cắt ngang đập, gây ứng suất tập trung ở hạ lưu và ứng suất cục
bộ rất phức tạp khó tính tốn một cách chính xác.
-

Khi tuyến đập nằm trong địa hình hẹp, cơng trình xả lũ khơng bố trí

hai bên bờ được, trong trường hợp đó phải nghiên cứu đến phương án bố trí tràn
mái (sơ đồ VI). Do dịng phun tạo nên độ ẩm lớn trong khơng khí, vì vậy phải
bố trí các thiết bị điện cao thế trong buồng kín hoặc một địa điểm cách xa nhà
máy. Thường về mùa lũ, mực nước hạ lưu dâng cao, có khi vượt qua cao trình
sàn máy, trong trường hợp đó tường nhà máy về phía hạ lưu phải xây bằng bê
tơng cốt thép đủ độ dày và có biện pháp chống thấm.
-

Sơ đồ VII và VIII là nhà máy thuỷ điện đường dẫn, đặc điểm của nhà

máy này cơ bản giống nhà máy thuỷ điện sau đập, chỉ khác nhau là phần kích
thước dưới nước đơn giản hơn chủ yếu do kích thước bánh xe cơng tác D1 nhỏ
hoặc trạm thuỷ điện lắp tuốc bin gáo. ở những trạm thuỷ điện đường dẫn cột
nước cao, lắp tuốc bin tâm trục có thể áp dụng ống hút hình chóp cụt hoặc ống
hút loe, như vậy kết cấu phần dưới nước sẽ đơn giản hơn nhiều. Nước sau khi ra
khỏi ống hút chảy về hạ lưu bằng kênh dẫn

3.

Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện:

3.1 Quá trình vận hành nhà máy thủy điện gồm có bốn giai đoạn chính:
1.

Dịng nước với áp lực lớn chảy qua các ống thép lớn được gọi là

ống dẫn nước có áp tạo ra các cột nước khổng lồ với áp lực lớn đi vào bên
trong nhà máy.