Báo Cáo Tiểu Luận Môn Các Nguồn Năng Lượng Tái Tạo Đề Tài Tìm Hiểu Cấu Tạo Nhà Mày Thủy Điện Nhỏ.pdf

Bài trình bày nhóm 9:Tìm hiểu cấu

tạo nhà mày thủy điện nhỏ
Học phần : Các nguồn năng lượng tái tạo
Giáo viên hướng dẫn : Ts.Lê Thị Minh Châu


Tìm hiểu cấu tạo nhà mày thủy điện nhỏ
II.

Tổng quan về thủy điện nhỏ
Phân loại thủy điện nhỏ

III.

Nguyên tắc và cấu tạo nhà máy thủy điện nhỏ

I.

1


I.

Tổng quan về thủy điện nhỏ

1.Khái niệm thủy điện nhỏ:


Không có một khái niệm thống nhất giữa các nước
về thủy điện nhỏ. Một số nước cho rằng công suất

giới hạn của thủy điện nhỏ là 10MW. Nước Ý cố
định công suất thủy điện nhỏ là 3MW, và ở Bỉ là
1.5MW, nước Pháp giới hạn ở mức 12MW, nước
Anh thì 20MW vẫn được chấp nhận là thủy điện
nhỏ…



Ở Việt Nam, thủy điện có cơng suất nhỏ hơn 30
MW được coi là thủy điện nhỏ.



Để đưa ra một khái niệm chung nhất, tiện cho
việc nghiên cứu, thiết kế và phát triển thì Liên
Hợp Quốc đã đưa ra khái niệm thủy điện nhỏ là
loại thủy điện có cơng suất đặt nhỏ hơn hoặc bằng
10MW.
2


2.Tổng quan và sự phát triển thủy điện nhỏ ở Việt Nam
Bảng 1: Tiềm năng và hiện trạng phát triển TĐN của ASEAN
Tên nước

Tiềm năng (MW)

Hiện có (MW)

Tỷ trọng (%)

Campuchia

300

1

-

Indonesia

770

229

10

Lào

2.200

12

0,4

Malaysia

500

18

0,6

Myanmar

197

34

1,4

Philippines

1.975

101

4,5

Thái lan

700

108

4,6

Việt nam

7.200

1.836

78,5

Tổng cộng

13.842

2.339

100
3


Sở hữu hệ thống sông suối dày đặc, Việt Nam có tiềm năng rất lớn trong việc phát triển thủy điện
nhỏ, ước tính lên tới 7200 MW.

4


Thủy điện nhỏ trở thành nguồn năng lượng tái tạo chính của đất nước. Trong hơn một thập kỷ, số
lượng cơng trình thủy điện nhỏ tăng vượt bậc, phần lớn là do các nhà đầu tư tư nhân.
5


Số dự án SHP bị hủy vào tháng 4 năm 2013
Lý do

Số dự án

Công suất lắp đặt

Thiếu dự án phát triển

206

391,9

Giá trị kinh tế thấp

31

100,7

Môi trường và vấn đề mua lại đất
đai

16

83,3

Bảo tồn thiên nhiên

8

34,1

Kết nối lưới khó khăn

10

24,8

Tác động xi dịng

7

26,2

Khác

17

75,0

Đã hủy trước năm 2013

41

234,9

6


Những rào cản cho sự phát triển thủy điện nhỏ ở Việt
Nam:


Thiếu sự nghiêm khắc trong những quy định và

thể chế



Hạn chế về đội ngũ kỹ thuật;



Độ rủi ro cho mơi trường và xã hội cao



Tốc độ hồn vốn chậm;

7


II. Phân loại thủy điện nhỏ
1.Phân loại theo công suất:


Pico-plants: P < 5 kW



Micro-plants: P < 100 kW



Mini-plants: P < 1.000 kW



Small-plants: P < 10.000 kW

2.Phân loại theo thiết kế và cách thức vận hành:
Gồm hai loại:


Thủy điện nhỏ dạng khơng có khả năng tích trữ (Run of the river)



Thủy điện nhỏ dạng hồ chứa (Reservoir)

8


III. Nguyên tắc và thiết kế nhà máy
thủy điện nhỏ

9


1. Ngun tắc
Năng lượng của dịng chảy được chuyển hóa
và biến đổi như sau:


Mức nước của dòng chảy dâng cao do

dòng chảy bị chặn bởi đập (weir [1])



Dòng chảy rẽ nhánh ở điểm rẽ (intake [2])
và được truyền qua một kênh dẫn
(channel [3]).



Đập tràn (spillway [4]) sẽ bảo vệ hệ thống
khỏi bị phá hủy khi dòng chảy quá lớn



Lưu lượng dịng chảy giảm xuống và
được tích tụ ở khu vực chứa nước
(forebay [5]), từ đây nước sẽ chảy vào
đường ống (penstock [7]), áp lực trong
ống truyền nước tới ngôi nhà năng lượng
(power house [6]), ở đây nơi tuabin
chuyển hóa năng lượng và thiết bị phát
điện được lắp đặt.



Nước được xả qua ống xả (draft tube[8])
10

❖ Chọn giải pháp để dẫn dịng chảy tới ngơi nhà năng lượng.
+ Độ cao dòng chảy lớn: dùng trực tiếp
ống dẫn ngắn.

+ Độ cao dòng chảy nhỏ: sử dụng
kênh dẫn dài.

11


+ Độ cao dòng chảy từ mức bỉnh thường tới mức lớn: sử dụng ống dẫn ngắn và
kênh dẫn dài hoặc ống dẫn dài, kênh dẫn ngắn (có thể khơng kênh dẫn).

12


2.Thiết kế đập ngăn, kênh dẫn, đập tràn, bể chứa và
ống dẫn
2.1. Đập ngăn (weir)
•

Nước chảy trong kênh phải được điều tiết trong
điều kiện dịng sơng cao và dịng chảy thấp nên
đập nước có thể được sử dụng để tăng mực nước
và đảm bảo cung cấp liên tục cho đầu vào.

•

Đơi khi có thể tránh xây dựng đập bằng cách sử
dụng các đặc điểm tự nhiên của dịng sơng. Một hồ

bơi cố định trên sơng cũng có thể hoạt động như
một đập nước.

13


2.2. Kênh dẫn (channel)
• Dùng để truyền nước từ nguồn vào
đến bể chứa
• Thường được làm bằng bê tơng,
nhưng đơi khi nó được làm bằng đất
và hoặc ống

• Độ dài của một kênh phụ thuộc vào
địa hình của khu vực và khoảng cách
của nhà máy điện

14


2.3. Đập tràn (spillway)
• Các đập tràn dọc theo kênh được thiết kế để
cho phép tràn tại các điểm nhất định dọc theo
kênh
• Đập tràn hoạt động như một bộ điều chỉnh lưu
lượng cho kênh

• Đập tràn phải được thiết kế sao cho dòng chảy
dư thừa được đưa trở lại mà khơng làm hỏng
nền móng của kênh.

15


2.4. Bể chứa (forebay)
• Bể chứa phục vụ mục đích dự trữ nước, cung
cấp dòng chảy ổn định và liên tục vào tua-bin
thơng qua các ống dẫn
• Chức năng như một bể lắng cuối cùng cho các
vật liệu lơ lửng trong nước

• Một bể chứa có một đập tràn kết nối

16


2.5. Ống dẫn (Penstock)
• Ống để truyền nước từ forebay đến tua bin.

• Xếp hạng áp suất của ống dẫn là rất quan
trọng vì thành ống phải đủ dày để chịu
được áp lực nước tối đa; nếu khơng sẽ có
nguy cơ bùng nổ
+ Ống thép trong trường hợp áp suất cao
+ Ống nhựa vinyl clorua cứng hoặc ống
FRP (fiber reinforced plastic) trong trường
hợp áp suất thấp

17

2.6. Nhà máy năng lượng
• Một ngơi nhà chứa các thiết bị cơ điện
(tuabin, máy phát, máy đo,…)

• Có đủ không gian để tháo dỡ thiết bị
trong các hoạt động sửa chữa và bảo trì

18


3. Turbine dùng trong thủy điện nhỏ:
Gồm 2 loại

Tuabin xung lực
Tuabin phản lực

3.1. tuabin xung lực:

Các tuabin kiểu này thay đổi chiều của luồng chất lưu vận tốc lớn hoặc luồng khí
phun.Kết quả là xung làm quay tuabin và để lại luồng chất lưu với động năng giảm.
Khơng có thay đổi áp suất của chất lỏng hay khí trong các cánh roto tuabin (các cánh
chuyển động).Trước khi tới được tuabin, áp suất ban đầu của chất lưu bị thay đổi
thành động năng banđầu bằng cách đẩy luồng lưu chất vào một miệng phun. Các
tuabin xung lực không yêu cầu một khung cửa sổ áp suất xung quanh roto một khi
tia chất lưu phun ra từ miệng phun trước khi đến cánh tuabin trên roto

19

3.1.1 PELTON TURBINE ( tua bin gáo )


Do kỹ sư người Mỹ Pelton sáng tạo ra năm 1880



Cấu tạo: ống áp lực, vịi phun, bánh xe cơng tác, gáo,
vỏ



Ngun lý hoạt động

+ nước từ thượng lưu qua ống áp lực chảy vào vịi
phun rồi phóng vào gáo làm cho bánh xe công tác của tua
bin quay. Sau khi ra khỏi bánh xe công tác nước được
tháo xuống kênh xả hạ lưu.

+ tua bin quay chủ yếu nhận năng lượng phần lớn từ
động năng của nước.


Loại tua bin này thích hợp với nơi có cột nước cao,
loại nhỏ 40-250m, loại lớn 200-2000m

20


3.1.2 Crossflow Turbine (tuabin chéo dòng chảy):



Do kỹ sư người Úc Anthony Michell sáng tạo ra năm 1903



Ngyên lý hoạt động:

Tua bin dòng chảy lấy tên của chúng từ cách nước chảy
qua, hay chính xác hơn là "xun qua" rơto như trong hình (do
đó qua dịng chảy hoặc dịng chảy ngang). Nước chảy qua
cánh dẫn hướng vào, điều khiển dòng chảy để đảm bảo nước
chạm vào rơto ở góc chính xác để đạt hiệu quả tối đa. Sau đó,
nước chảy qua các cánh quạt phía trên, tạo ra một mơ-men
xoắn trên cánh quạt, sau đó qua trung tâm của cánh quạt và
quay trở lại qua các cánh quạt thấp tạo ra nhiều mô-men xoắn
hơn trên cánh quạt. Hầu hết năng lượng được trích xuất bởi
các lưỡi trên (khoảng 75%) và 25% còn lại bởi các lưỡi.


Tuabin này hoạt động trên các cột nước từ chỉ 1,75 mét
cho đến 200 mét nhưng phù hợp hơn với cột nước cao trên
40m.Chúng sẽ hoạt động với lưu lượng trung bình hàng
năm thấp tới 40 lít / giây lên đến 5 m3 / giây

Sơ đồ của tuabin dịng chảy
1 - van thơng gió
2 - cánh dẫn hướng vào
3 - vỏ tuabin (tất cả màu xám dày)
4 - runner

5 - vỏ phía sau có thể tháo rời
6 - cánh quạt
7 - dòng nước
8 - trục

21


3.2 tuabin phản lực
Các tuabin khai thác mô-men quay do phản lực với áp suất hoặc
khối lượng của khí hoặc chất lưu. Áp suất của khí hoặc chất lưu thay
đổi khi nó đi qua các cánh rototuabin. Một khung cửa sổ áp suất là
cần thiết để chứa chất lưu chuyển động khi nó tác động trong các
tầng tuabin hoặc tuabin phải hồn tồn nhúng chìm trong dịng chất
lưu (như với các tuabin gió). Vỏ bọc chứa và định hướng chất lưu
làm việc và đối với tuabin nước là duy trì sức hút do ống hút truyền.

22


3.2.1 Tua-bin Francis


Do kỹ sư người Anh James B.Francis sáng tạo ra.



Ngun lý hoạt động:

•

Dịng nước tác động vào bánh xe cơng tác (tua bin)
theo hướng kính rồi chảy theo hướng trục ra ngồi
nên mới gọi là tuabin tâm trục

•

Điều chỉnh tốc độ quay bánh xe cơng tác bằng độ
đóng mở cánh hướng (tăng giảm lưu lượng nước)



Thông thường dùng cho các nhà máy cột nước vừa
và cao. Tua bin Francis có hiệu suất cao, thơng
thường lên đến 95-98%

23


3.2.2 Tuabin Kaplan


Được phát triển vào năm 1913 bởi giáo sư người
Áo gốc Tiệp Viktor Kaplan.



Nguyên lý hoạt động:Tua bin Kaplan là một tuabin
phản ứng dịng chảy vào trong, có nghĩa là chất
lỏng làm việc thay đổi áp suất khi nó di chuyển qua

tuabin và từ bỏ năng lượng của nó. Thiết kế kết
hợp các tính năng xun tâm và hướng trục. Đầu
vào là một ống hình cuộn cuộn quanh cổng wicket
của tuabin. Nước được dẫn trực tiếp qua cổng
wicket và xoắn vào runner hình cánh quạt, khiến nó
quay trịn.



Loại tua bin này thích hợp với nơi có cột nước
thấp. Cột nước khoảng từ 10-70 mét và công suất
từ 5 đến 120 MW

24