Nghiên cứu giải pháp kết cấu và hình dạng tối ưu của tháp điều áp phù hợp_unprotected

LỜI CAM ĐOAN
Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên. Các kết
quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ
một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận văn

Nguyễn Viết Quỳnh

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Phan
Trần Hồng Long và PGS. TS Lê Xuân Khâm cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo
trong trường Đại học Thủy Lợi luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu giải pháp kết
cấu và hình dạng tối ưu của tháp điều áp phù hợp với điều kiện địa hình địa chất
để nâng cao hiệu quả sử dụng cho trạm thủy điện có đường dẫn áp lực dài”đã
được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu trong
đề cương được phê duyệt.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo TS. Phan Trần Hồng Long và
PGS. TS. Lê Xuân Khâm đã tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin
khoa học cần thiết cho luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học và Sau đại học, khoa
Công trình, khoa Năng Lượng - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng dạy và
giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện luận văn này.

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người
đi trước đã chỉ bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình và tạo điều kiện, giúp đỡ
cho tác giả về mọi mặt trong quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn.

Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế nên
luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót và tồn tại, tác giả mong nhận

được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, anh chị em
và các bạn đồng nghiệp.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ..........................ix
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài: .............................................................................................1
2. Mục đích của đề tài: ....................................................................................................1
3. Cách tiếp cận, nội dung và phương pháp nghiên cứu. ................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................3
1.1. Tổng quan về công trình thủy điện ...........................................................................3
1.1.1. Tiềm năng thủy điện ở Việt Nam .........................................................................6
1.1.2. Trữ năng lý thuyết .................................................................................................6
1.1.3. Trữ năng kỹ thuật ..................................................................................................6
1.1.4. Trữ năng kinh tế ( hay gọi là kinh tế - kỹ thuật ) ..................................................6
1.1.5. Các nghiên cứu đánh giá tiềm năng thủy điện trước đây ......................................7
1.1.6. Quy hoạch phát triển điện......................................................................................9
1.1.7. Một số nhà máy thủy điện có sử dụng tháp điều áp ............................................13
1.2. Công trình tháp điều áp trong trạm thủy điện đường dẫn dài ................................14

1.2.1. Công dụng............................................................................................................15
1.2.2. Nguyên lý làm việc của tháp điều áp...................................................................16
1.2.2.1.Trường hợp giảm tải ..........................................................................................16
1.2.2.2 Trường hợp tăng tải ...........................................................................................17
1.3. Một số vấn đề đã được nghiên cứu .........................................................................17
1.3.1. Tháp điều áp kiểu viên trụ ...................................................................................17
1.3.2. Tháp điều áp kiểu viên trụ có màng cản ..............................................................18
1.3.3. Tháp điều áp kiểu hai ngăn ( có ngăn trên và ngăn dưới ) ..................................18
iii


1.3.4. Tháp điều áp kiểu có máng tràn .......................................................................... 18
1.3.5. Tháp điều áp kiểu có lõi trong (còn gọi là kiểu kép hay kiểu sai phân) ............. 18
1.3.6. Tháp điều áp kiểu nén khí ................................................................................... 19
1.4. Những vấn đề tồn tại và hướng nghiên cứu của luận văn ...................................... 19
1.4.1. Những tồn tại trong quá trình xây dựng thủy điện ở Việt Nam .......................... 19
1.4.2. Hướng nghiên cứu của luận văn .......................................................................... 20
1.5. Kết luận .................................................................................................................. 20
CHƯƠNG 2- NGHIÊN CỨU CÁC HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC HỢP LÝ CỦA
THÁP ĐIỀU ÁP ............................................................................................................ 21
2.1. Sự làm việc của tháp điều áp trong các quá trình chuyển tiếp của trạm thủy điện 21
2.1.1.Quá trình khởi động ............................................................................................. 21
2.1.2. Quá trình dừng máy............................................................................................. 22
2.1.3. Quá trình điều chỉnh công suất ............................................................................ 23
2.1.4. Quá trình cắt tải ................................................................................................... 23
2.1.5. Quá trình quay lồng của tổ máy .......................................................................... 24
2.2. Các tiêu chí lựa chọn tháp điều áp ......................................................................... 25
2.2.1. Địa hình và địa chất ............................................................................................. 25
2.2.1.1. Địa hình ............................................................................................................ 25
2.2.1.2. Địa chất............................................................................................................. 27

2.2.1.3. Nhận xét ........................................................................................................... 29
2.2.2. Các tiêu chí ảnh hưởng tới hình dạng, kích thước .............................................. 29
2.2.3. Điều kiện xây dựng tháp điều áp ......................................................................... 31
2.3. Cơ sở lý thuyết phương pháp tính toán .................................................................. 31
2.3.1. Phương trình vi phân cơ bản của tháp điều áp .................................................... 31
2.3.1.1. Phương trình động lực học ............................................................................... 31
2.3.1.2. Phương trình liên tục ........................................................................................ 33
2.3.2. Tính toán thủy lực tháp điều áp bằng giải tích .................................................... 34
2.3.2.1. Yêu cầu tính toán.............................................................................................. 34
2.3.2.2. Tháp điều áp hình trụ khi không xét tới sức cản thủy lực ................................ 35
2.3.2.3. Tháp điều áp hình trụ khi xét tới sức cản thủy lực ........................................... 36
2.3.2.4.Tháp điều áp có màng cản ................................................................................. 39
iv


2.3.2.5. Tháp điều áp kiểu có máng tràn .......................................................................41
2.3.3. Phương pháp sai phân hữu hạn và ứng dụng tin học giải các bài toán chế độ
không ổn định trong tháp điều áp ..................................................................................41
2.3.3.1. Các phương trình cơ bản ..................................................................................41
2.3.3.2. Phương pháp sai phân hữu hạn Ơle ..................................................................43
2.3.3.3. Phương pháp sai phân hữu hạn Ơle - Côsi .......................................................44
2.4. Kết luận chương 2 ..................................................................................................44
CHƯƠNG 3 - ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ ..............45
3.1. Giới thiệu công trình thủy điện Khe Thơi ..............................................................45
3.1.1. Vị trí công trình ...................................................................................................45
3.1.2. Cấp công trình .....................................................................................................46
3.1.3. Cấp động đất tính toán .........................................................................................47
3.1.4. Tần suất thiết kế...................................................................................................47
3.2. Nhiệm vụ và các thông số ......................................................................................47
3.2.1. Nhiệm vụ .............................................................................................................47

3.2.2. Các thông số của công trình ................................................................................48
3.2.3. Bố trí công trình...................................................................................................52
3.2.3.1. Đập tràn ............................................................................................................52
3.2.3.2. Đập dâng ...........................................................................................................52
3.2.3.3. Cống xả cát .......................................................................................................53
3.2.3.4. Đường ống xả môi trường ................................................................................53
3.2.3.5.Cửa lấy nước......................................................................................................54
3.2.3.6. Hầm dẫn nước...................................................................................................54
3.2.3.7. Tháp điều áp .....................................................................................................55
3.2.3.8. Nhà máy thủy điện và kênh xả .........................................................................56
3.2.3.9. Trạm phân phối điện .........................................................................................56
3.3. Các yêu cầu vận hành .............................................................................................57
3.4. Lựa chọn và tính toán cho tháp điều áp có kết cấu bổ sung mới ...........................57
3.4.1. Điều kiện xây dựng tháp......................................................................................58
3.4.2. Tính toán ..............................................................................................................59
3.5. Phân tích kết quả tính toán .....................................................................................73
v


3.6. Kết luận chương 3 .................................................................................................. 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ...................................................................................... 75
1. Các kết quả đạt được của luận văn ............................................................................ 75
2. Một số vấn đề tồn tại ................................................................................................. 75
3. Các kiến nghị ............................................................................................................. 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 76

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình1-1. Phương thức khai thác thủy năng kiểu đường dẫn .........................................15
Hình 1-2. Sơ đồ đặt tháp điều áp ...................................................................................16
Hình 1-3. Sơ đồ dao động mực nước trong tháp điều áp ..............................................17
Hình 1-4. Tháp điều áp kiểu viên trụ .............................................................................19
Hình 1-5. Tháp điều áp kiểu viên trụ có màng cản .......................................................19
Hình 1-6. Tháp điều áp kiểu hai ngăn ...........................................................................19
Hình 1-7. Tháp điều áp kiểu có máng tràn ....................................................................19
Hình 1-8. Tháp điều áp kiểu có lõi trong.......................................................................19
Hình 1-9. Tháp điều áp kiểu nén khí .............................................................................19
Hình 2-1. Quá trình khởi động ......................................................................................22
Hình 2-2. Quá trình dừng máy ......................................................................................23
Hình 2-3. Quá trình tăng tải ...........................................................................................23
Hình 2-4. Quá trình cắt tải .............................................................................................24

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tiềm năng lý thuyết của các sông lớn ............................................................ 7
Bảng 1.2. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật các lưu vực sông chính ....................................... 8
Bảng 1.3. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật của các sông lớn ................................................. 9
Bảng 1.4. Danh mục các dự án nguồn điện vào vận hành giai đoạn 2011-2020 .......... 10
Bảng 1.5. Danh mục các dự án thủy điện vừa và nhỏ ................................................... 12
Bảng 1.6. Tổng hợp một số công trình thủy điện đã và đang xây dựng có sử dụng tháp
điều áp. .......................................................................................................................... 14
Bảng 1.7. Thống kê các hình dạng tháp điều áp ........................................................... 19
Bảng 3.1. Cấp công trình ............................................................................................... 46
Bảng 3.2. Tần suất dòng chảy lớn nhất và nhỏ nhất thiết kế công trình chính ............. 47
Bảng 3.3. Bảng các thông số chính của thủy điện Khe Thơi ........................................ 48
Bảng 3.4. Mực nước tăng lên lớn nhất khi cắt tải cả hai tổ máy................................... 61

Bảng 3.5. Tính toán mực nước thấp nhất trong tháp điều áp khi tăng tải tổ máy số 2 . 67

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
BNNPTNT

Bộ nông nghiệp phát triển và nông thôn

BTCT

Bê tông cốt thép

BTTL

Bê tông trọng lực

CVC

Bê tông đầm rung

MNLTK

Mực nước lũ thiết kế

MNTL

Mực nước thượng lưu

MNTĐA

Mực nước tháp điều áp

MNDBT

Mực nước dâng bình thường

MNC

Mực nước chết

MSK

Medvedev-Sponheuer-Karnik (Thang động đất)

QĐ - TTg

Quyết định Thủ tướng

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCXDVN

Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

TĐ

Thủy điện

TTĐ

Trạm thủy điện

TT

Thứ tự

ix



PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang trong giai đoạn phát triển mạnh, nhu cầu về năng
lượng ngày càng lớn. Việc khai thác, xây dựng các công trình thủy điện của nước ta
vẫn đang tiếp tục phát triển, nhiều ứng dụng mới và công nghệ mới được áp dụng.
Trong việc xây dựng, vận hành trạm thủy điện, các quá trình chuyển tiếp chế độ làm
việc tổ máy phát điện (đóng, mở, tăng, giảm, cắt tải) đều gây ra hiện tượng nước va và
có khi trị số áp lực nước va rất lớn. Việc nghiên cứu giảm tác hại của nước va bằng
tháp điều áp cho thủy điện đường dẫn dài vẫn liên tục được nghiên cứu, tính toán, cải
tiến, áp dụng đối với cả các trạm đã xây dựng cũng như đang và sẽ xây dựng. Hiện
nay, trong việc tính toán tháp điều áp, các công ty tư vấn hoặc thiết kế thường sử dụng
các công thức kinh nghiệm hoặc phần mềm tính toán. Tuy nhiên, kết quả tính toán có
khi cho chiều cao tháp quá cao, chưa tận dụng hết điều kiện địa hình, địa chất để chọn
loại tháp, kích thước tháp hợp lý hơn, hoặc khó cải tiến hình dạng phù hợp vì trong
phần mềm không có mẫu sẵn, cần phải có công thức, mô hình hoặc công trình kiểm
chứng...

2. Mục đích của đề tài:
- Nghiên cứu tổng kết các dạng tháp điều áp thường dùng.
- Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích đánh giá và tính toán, đề xuất lựa chọn hình dạng,
kích thước tối ưu cho tháp điều áp tương ứng với từng điều kiện cụ thể của trạm thủy
điện.
- Tính toán áp dụng cho một trạm thủy điện thực tế đã xây dựng để đối chứng.
3. Cách tiếp cận, nội dung và phương pháp nghiên cứu.
Cách tiếp cận:
- Từ thực tế: Quá trình vận hành, sự cố, tác dụng của các tháp điều áp trạm thủy điện,
thu thập hồ sơ thiết kế tháp điều áp các trạm thủy điện đã xây dựng.
1


- Tiếp cận từ các điều kiện kỹ thuật: Tính toán ảnh hưởng nước va, dao động mực
nước trong tháp điều áp, đề xuất một số hình dạng, kích thước, kết cấu để phù hợp với
điều kiện địa hình, địa chất và nâng cao hiệu quả của tháp điều áp.
- Tiếp cận từ các điều kiện kinh tế: Giảm khối lượng xây dựng, giảm ảnh hưởng nước
va, đảm bảo khả năng vận hành của trạm thủy điện
Nội dung nghiên cứu:
- Thu thập các tài liệu đã nghiên cứu liên quan đến đề tài
- Nghiên cứu về các chế độ chuyển tiếp của trạm thủy điện
- Nghiên cứu về một số hình dạng, kích thước, kiểu loại tháp thưởng dùng
- Ví dụ tính toán với các chế độ chuyển tiếp của trạm thủy điện.
- Ứng dụng, tính toán, đề xuất hình dạng kết cấu bổ sung mới hoặc thay thế khác cho
tháp điều áp.
- Phân tích và đánh giá kết quả tính toán.
- Thu thập tài liệu và ứng dụng cho một vài công trình thủy điện thực tế có xây dựng
tháp điều áp.
Phương pháp nghiên cứu:
- Điều tra, thống kê và tổng hợp

- Nghiên cứu từ cơ sở lý thuyết đến các ứng dụng tính toán cho một số hình dạng tháp
thường dùng.
- Tổng kết một số dạng địa hình địa chất thường gặp
- Đề xuất lựa chọn hình dạng và kích thước tối ưu cho tháp điều áp tương ứng với từng
điều kiện cụ thể của trạm thủy điện.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về công trình thủy điện
Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới, có lượng mưa trung bình hàng năm cao, khoảng
1.800 - 2.000mm. Với địa hình miền Bắc và biên giới miền Tây đồi núi cao, phía
Đông là bờ biển dài trên 3.400km nên nước ta có hệ thống sông ngòi khá dày đặc với
hơn 3.450 sông. Và với điều kiện tự nhiên thuận lợi như vậy nên tiềm năng thuỷ điện
của nước ta tương đối lớn. Theo tính toán lý thuyết, tổng công suất thủy điện của nước
ta vào khoảng 35.000MW, trong đó 60% tập trung tại miền Bắc, 27% phân bố ở miền
Trung và 13% thuộc khu vực miền Nam. Tiềm năng kỹ thuật (tiềm năng có thể khai
thác khả thi) vào khoảng 26.000MW, tương ứng với gần 970 dự án được quy hoạch,
hàng năm có thể sản xuất hơn 100 tỷ kWh, trong đó nói riêng thuỷ điện nhỏ có tới 800
dự án, với tổng điện năng khoảng 15 - 20 tỉ kWh/năm.
Đến năm 2013, tổng số dự án thủy điện đã đưa vào vận hành là 268, với tổng công
suất 14.240,5 MW. Hiện có 205 dự án với tổng công suất 6.1988,8 MW đang xây
dựng và dự kiến đưa vào vận hành trong giai đoạn 2015-2017. Như vậy, theo kế
hoạch, đến năm 2017, có 473 dự án sẽ đưa vào khai thác vận hành, với tổng công suất
là 21.229,3 MW, chiếm gần 82% tổng công suất tiềm năng kỹ thuật của thủy điện.
Năm 2012, các nhà máy thủy điện đóng góp 48,26% (13.000 MW) và 43,9% (tương
ứng 53 tỷ kWh) điện năng cho ngành điện.
Có thể nói, cho đến nay các dự án thủy điện lớn có công suất trên 100MW hầu như đã
được khai thác hết. Các dự án có vị trí thuận lợi, có chi phí đầu tư thấp cũng đã được

triển khai thi công. Còn lại trong tương lai gần, các dự án thủy điện công suất nhỏ sẽ
được đầu tư khai thác.
Hiện nay, ngoài các dự án lớn do EVN đầu tư, có nguồn vốn và kế hoạch thực hiện
đúng tiến độ, thì các dự án vừa và nhỏ do chủ đầu tư ngoài ngành điện thường chậm
tiến độ hoặc bị dừng. Lý do của tình trạng các dự án chậm tiến độ hoặc bị dừng là do;
- Nền kinh tế nước ta trong thời gian qua gặp khó khăn.
- Các dự án không hiệu quả, không đủ công suất như trong quy hoạch và nghiên cứu
khả thi, hoặc chi phí đầu tư quá cao, khó khăn trong việc hoàn vốn.
3


- Các dự án chủ đầu tư không đủ năng lực tài chính, hoặc chủ đầu tư không có kinh
nghiệm quản lý dự án, tự thi công dẫn đến chất lượng công trình kém và thời gian kéo
dài.
- Một số dự án gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái, chặt phá rừng
trên diện rộng, ảnh hưởng đến hạ du... bị thu hồi, tạm loại ra khỏi quy hoạch.
Ở nước ta, thủy điện chiếm một tỷ trọng cao trong cơ cấu sản xuất điện. Hiện nay, mặc
dù ngành điện đã phát triển đa dạng hóa nguồn điện, nhưng thủy điện vẫn đang chiếm
một tỷ trọng đáng kể. Năm 2014, thủy điện chiếm khoảng 32% trong tổng sản xuất
điện. Theo dự báo của Qui hoạch phát triển điện đến năm 2020 với tầm nhìn 2030 tỷ
trọng thủy điện vẫn còn khá cao, tương ứng là 23%.
Ngoài mục tiêu phát điện, các nhà máy thủy điện còn có nhiệm vụ cắt và chống lũ cho
hạ du trong mùa mưa bão, đồng thời cung cấp nước phục vụ sản xuất và nhu cầu dân
sinh trong mùa khô.
Theo phân cấp của Việt Nam, các nguồn thủy điện có công suất đến 30MW thì được
phân loại là thủy điện nhỏ. Các nguồn thủy điện có công suất lớn hơn gọi là thủy điện
lớn.
Tuy nhiên, theo Tổ chức thủy điện của Liên hiệp quốc (Small Hydropower UNIDO),
thì các nguồn thủy điện có công suất từ 200 kW - 10 MW gọi là thủy điện nhỏ, còn các
nhà máy có công suất từ 10 MW - 100 MW là thủy điện vừa. Như vậy, theo phân loại

của Việt Nam thì thủy điện nhỏ (công suất lắp máy ≤ 30MW) đã bao gồm các thủy
điện loại vừa của thế giới. Điều này có nghĩa là đối với các dự án thủy điện nhỏ có
công suất trên 15MW cũng cần phải chú ý thẩm định nghiêm túc về qui hoạch, thiết
kế, xây dựng và về các tác động môi trường và xã hội.
Khác với thủy điện lớn, thủy điện nhỏ có qui mô nhỏ, các tác động về môi trường và
xã hội thường không lớn nên nó được xếp vào các nguồn năng lượng tái tạo. Ở các
công trình thủy điện nhỏ, quy mô công trình thường là đập thấp, đường dẫn nhỏ, khối
lượng xây dựng không lớn, diện tích chiếm đất không nhiều và vì vậy mà diện tích
rừng bị chặt phá phục vụ công trình cũng không lớn. Mỗi trạm thủy điện nhỏ thường
chỉ có 2-3 tổ máy, máy biến áp, trạm phân phối điện và đường dây tải điện 35 kV hoặc
110 kV. Các nhà máy thủy điện nhỏ nếu có hồ chứa thì dung tích cũng bé hoặc không
4


có hồ chứa. Nhiều nhà máy chạy bằng lưu lượng cơ bản của sông suối thông qua xây
dựng đập dâng. Vì lý do đó nên thủy điện nhỏ không làm được nhiệm vụ chống lũ cho
hạ lưu.
Theo đánh giá, tiềm năng thủy điện nhỏ của Việt Nam vào khoảng 4.000MW, trong đó
loại nguồn có công suất từ 100kW-30MW chiếm 93 - 95%, còn loại nguồn có công
suất dưới 100kW chỉ chiếm 5 - 7%, với tổng công suất trên 200MW.
Theo phân cấp hiện nay, việc cấp phép đầu tư các dự án thủy điện nhỏ thuộc thẩm
quyền của Ủy ban nhân dân các tỉnh. Và cũng do qui mô nhỏ nên trong nhiều năm qua,
nhiều địa phương đã buông lỏng quản lý, dẫn đến việc quy hoạch, thiết kế, thẩm định
và vận hành không phù hợp nên nhiều dự án thủy điện đã gây ra các tác động tiêu cực
về môi trường xã hội không nhỏ cho người dân xung quanh các dự án.
Sự cân nhắc tính toán này phải được thực hiện đầy đủ và khoa học, trên cơ sở quyền
lợi chung của cộng đồng, quốc gia và sử dụng các phương pháp phân tích tiên tiến
nhất. Xây dựng đập trên một con sông cũng giống như xây một xa lộ qua một vùng
hoang dã, nó sẽ chia cắt môi trường thiên nhiên thành hai không gian khác nhau.
Trong trường hợp đập có hồ chứa để điều hòa dòng nước thì dòng chảy tự nhiên của

con sông sẽ thay đổi. Sự thay đổi sẽ nhiều hay ít tùy theo hồ chứa được vận hành như
thế nào. Khi dòng chảy tự nhiên của một con sông thay đổi, thì hệ sinh thái trong lưu
vực con sông đó cũng bị ảnh hưởng và có thể mất một thời gian khá lâu mới tìm được
sự cân bằng mới, hoặc thậm chí không tìm lại được lại cân bằng ban đầu.
Các dự án thủy điện thường nằm ở những vùng rừng núi nên khi xây dựng cần phải
khai quang một diện tích lớn để xây các công trình như: đường sá, đập, nhà máy,
đường dây dẫn điện... Phần lòng hồ sẽ bị ngập nước cũng phải được khai quang, và
dân cư trong vùng phải được dời đi chỗ khác. Những hoạt động này sẽ ảnh hưởng lên
môi trường thiên nhiên đã có sẵn trước đó và tác động lên hệ sinh thái của khu vực.
Đời sống của dân cư trong vùng cũng như các giá trị văn hóa lịch sử của khu vực dự
án cũng sẽ bị thay đổi hoặc biến mất hoàn toàn. Để có thể đánh giá đúng đắn lợi ích
của một dự án thủy điện, tất cả các yếu tố nêu trên cần được phân tích đầy đủ, kể cả
những thiệt hại hay lợi ích không thể hoặc rất khó định lượng theo các chỉ tiêu giá trị.

5


1.1.1. Tiềm năng thủy điện ở Việt Nam
Theo quy ước, trong quy hoạch thủy điện, phải xác định nguồn trữ năng lý thuyết, trữ
năng kỹ thuật và nhất là trữ năng kinh tế.
1.1.2. Trữ năng lý thuyết
Trữ năng lý thuyết là nguồn năng lượng tiềm tàng của dòng nước chảy từ thượng
nguồn đến cửa sông được đánh giá trung bình cho hàng năm. Ta gọi năng lượng đó là
E 0 (đơn vị kWh/năm) và có thể thay đổi theo mức độ chính xác của tài liệu cơ bản chủ
yếu là thủy văn, địa hình và một phần do mức độ chi tiết của phương pháp tính toán.
Tài liệu cơ bản được sử dụng trong nghiên cứu trữ năng lý thuyết là bản đồ tỷ lệ
1/50.000; tài liệu thủy văn sử dụng bản đồ đẳng trị mô phỏng số dòng chảy kết hợp với
các tài liệu thực đo, mức độ tính toán. Toàn bộ các dòng chính và dòng nhánh có chiều
dài sông (suối) từ 10 km trở lên.
1.1.3. Trữ năng kỹ thuật

Trữ năng kỹ thuật là nguồn năng lượng mà trình độ kỹ thuật hiện nay cho phép khai
thác được tại các vị trí lựa chọn. Kinh nghiệm một số nước cho thấy trữ năng kỹ thuật
khoảng bằng 40 – 50% của trữ năng lý thuyết.
1.1.4. Trữ năng kinh tế ( hay gọi là kinh tế - kỹ thuật )
Trữ năng kinh tế kỹ thuật là nguồn năng lượng thủy điện hợp lý có thể khai thác một
cách chắc chắn và kinh tế trong giai đoạn hiện tại. Qua nghiên cứu một số nước cho
thấy trữ năng kinh tế thường bằng khoảng 60 – 70% của nguồn trữ năng kỹ thuật.
Tính toán thủy năng cho các công trình dựa theo các nguyên tắc cơ bản sau đây:
Công thức tính toán cơ bản
N = 9,81 x Q x H x η (kW)
Trong đó:
N: Công suất trạm thủy điện, (kW)
Q: Lưu lượng dòng chảy qua turbin, (m3/s)
H: Chiều cao cột nước tính toán, (m)
6


η: Hiệu suất trạm thủy điện.
Trong giai đoạn tính toán sơ bộ có thể dùng công thức: N = k x Q x H
k = 9,81 x η tb x η mf
Nước ta có tiềm năng thủy điện dồi dào và phân bố trên hầu khắp các vùng lãnh thổ.
Với trên 2200 sông suối lớn nhỏ có chiều dài từ 10 km trở lên, tổng tiềm năng lý
thuyết nguồn thủy điện nước ta khoảng trên 300 tỷ kWh/năm, nhưng hiện nay ta mới
chỉ sử dụng một phần tiềm năng thủy điện này.
1.1.5. Các nghiên cứu đánh giá tiềm năng thủy điện trước đây
Theo đánh giá của trung tâm nghiên cứu và thiết kế thủy điện
Năm 1980, Trung tâm này đã nghiên cứu tính toán cho 2.171 sông suối đã xác định
được trữ năng lý thuyết và kinh tế của các lưu vực ghi trong bảng 1.1 và bảng 1.2
Bảng 1.1. Tiềm năng lý thuyết của các sông lớn
STT

Tên sông, khu vực
Toàn quốc

Diện tích lưu
vực (km2)
263.229

Công suất
106kw

Điện năng
106kw

1

Đông Bắc

14.644

771,1

6.760

2

Sông Đà

26.800

8.100

70.982,80

3

Sông Hồng, Thái Bình

57.059

9.099

79.689

4

Hệ thống sông Mã, sông Cả

40.834

2.717,60

23.814,70

5

Miền trung

26.124

3.177

28.283,20

6

Nghĩa Bình, Phú Khánh

33.726

3.394

25.434

7

Tây Nguyên

29.569

4.018

35.298,70

3.396,40

29.782,40

Sông Đồng Nai
34.473

8
Nguồn : Trung tâm nghiên cứu và thiết kế thủy điện 1980

Trung tâm nghiên cứu và thiết kế thủy điện, thông qua việc nghiên cứu 80 công trình
thủy điện đã và đang dự kiến xây dựng, xác định được khoảng 14.000MW ( bảng 1.2),
điện lượng khoảng 68,917 tỉ KWh. Ngoài đánh giá trên, Trung tâm còn xác định thêm
tiềm năng kinh tế của 67 công trình thủy điện loại vừa, hàng năm cho điện lượng
11,579 tỉ KWh và 108 công trình thủy điện nhỏ, điện lượng khoảng 2 tỉ KWh, tổng trữ

7


năng thủy điện vừa và nhỏ khoảng 14,411 tỉ KWh. Như vậy nếu kể cả thủy điện vừa
và nhỏ thì tổng trữ năng kinh tế nước ta có thể lên tới 80,466 tỉ KWh.
Bảng 1.2. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật các lưu vực sông chính
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Lưu vực sông

Diện tích lưu
vực (km2)

Công suất lắp
máy (MW)

22.600
12.000
26.800
17.000
17.700
9.700
3.125
11.369
13.974
18.200
26.568
179.726

1068
177
6.118
320
560
945
360
1.485
242
469
2160

13.904

Sông Lô
Sông Thao
Sông Đà
Sông Mã - Chu
Sông Cả
Sông Vũ Gia - Thu Bồn
Sông Trà Khúc
Sông Sê San
Sông Ba
Sông Sêrepok
Sông Đồng Nai
Tổng Cộng

Điện năng TB
năm (106
kWh)
4752
757
31.175
1.256
2.556
4.575
1.688
7.948
1.239
2.636
10.335
68.917

Nguồn: Trung tâm nghiên cứu và thiết kế thủy điện 1980

Đánh giá của Viện Quy hoạch kinh tế điện và Công ty khảo sát thiết kế Điện I
Tiềm năng lý thuyết 300 tỉ KWh/năm, trong đó miền Bắc là 181 tỉ KWh, miền Trung
là 89 tỉ KWh, miền Nam là 30 tỉ KWh.
Tiềm năng kinh tế kỹ thuật (bảng 1.3). Trong đó miền Bắc có 51 tỉ KWh, miền Trung
có 18,5 tỉ KWh, miền Nam có 10,6 tỉ KWh. Tổng số các vị trí nhà máy thủy điện (theo
quy hoạch thủy điện có công suất lắp máy N>10MW/trạm) là 154 nhà máy. Trong đó:
Loại có công suất lắp đặt > 500MW là 8 nhà máy
Loại có công suất lắp đặt 200 - 500MW có 13 nhà máy
Loại có công suất lắp đặt 50 - 200MW có 56 nhà máy
Loại có công suất lắp đặt 10 - 50MW có 81 nhà máy
Tiềm năng thủy điện nhỏ khoảng 1.600 - 2.000MW (tính với các trạm có công suất lắp
đặt N<10MW/ nhà máy), với khoảng 500 nhà máy.

8


Bảng 1.3. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật của các sông lớn

1
2

Số
TTĐ
154
96
29
21

3

21

4
5

4
4

Toàn quốc
Miền Bắc
Sông Đà
Sông Thao
Sông Lô + Gâm +
Chảy
Sông Kỳ Cùng
Sông miền trung du

6
7

7
8

Hệ thông sông Mã
Hệ thống sông Cả

TT

8

6

9
10
11
12
13
14

3
12
5
6
6
6

15

13

Tên sông

Miền Trung
Các sông ở Quảng
Bình, Quảng Trị
Sông Hương
Sông Thu Bồn

Sông Trà Khúc
Sông Sê San
Sông Sê Rêpok
Sông Ba
Miền Nam (Sông
Đồng Nai)

Ndb
Mdb Mld
Nlm
E tb
E tb
6
Mw
%
Mw
% 10 kwh %
6.293
100 17.438 100 79.657 100
4.226,9 67,2 11.663 66,88 50.132 62,9
2.880 45,8 7.821 44,9 33.813 42,5
289
4,59
741
4,09
3.168
3,9
542

8,62

1.578

9,04

7.328

9,2

37
21,4

0,6
0,31

111
63

0,64
0,36

408
247

0,5
0,31

229,5
228

3,64
3,63

738
638

4,22
3,65

2.432
2.736

3,05
3,44

3.972

22,77

20.292

25,5

1.432,1 22,75
61,7

1,0

203

1,1

740

1,0

22,4
229
107
485
205
111

0,36
4,75
1,7
7,7
3,26
1,77

68
874
217
1.420
623
279

0,30
5,01
1,24

8,14
3,57
1,59

340
4.152
1.149
7.370
3.269
1.448

0,43
5,66
1,44
9,27
4,1
1,81

626

10,0

1.793

10,3

9.182

11,6

Nguồn: Viện Quy hoạch kinh tế điện và công ty khảo sát thiết kế Điện I - 1994

1.1.6. Quy hoạch phát triển điện
Theo quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 2020 thì mục tiêu về dự báo phụ tải là đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của
cả nước. Đảm bảo thực hiện tiến độ xây dựng các nhà máy thủy điện có các lợi ích
tổng hợp như: chống lũ, cấp nước, sản xuất điện, phát triển hợp lý có hiệu quả các
nguồn nhiệt điện khí, đẩy mạnh xây dựng nhiệt điện than, phát triển thủy điện nhỏ,
năng lượng mới và tái tạo cho các vùng sâu, vùng xa, miền núi, biên giới, hải đảo, chủ
động trao đổi điện năng có hiệu quả với các nước trong khu vực, đảm bảo an ninh
năng lượng quốc gia và phát triển bền vững.
Theo đó danh mục các dự án nguồn điện vào vận hành giai đoạn 2011-2020 theo
Quyết định số 1208/QĐ-TTg ngày 21 tháng 07 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ.
9


Bảng 1.4. Danh mục các dự án nguồn điện vào vận hành giai đoạn 2011-2020
TT

Tên nhà máy

Công suất đặt
(MW)

Chủ đầu tư

1
2
3
4

Công trình vào vận hành
năm 2011
TĐ Hà Giang #2.3.4
TĐ Nậm Chiến #1
TĐ Na Le (Bắc Hà) #1.2
TĐ Ngòi Phát

1200
100
90
72

5

TĐ A Lưới #1.2

170

6
7

TĐ Sông Tranh 2 #2
TĐ An Khê – Kanak

95
173

8

TĐ Sê San 4A

63

9
10
11
12
13

190
250
144
90
170

800
170
100
220
180
110
100
80
70
75

EVN
EVN
Tập đoàn Sông Đà
EVN

Công ty cổ phần TĐ Hủa Na
Công ty cổ phần Bitexco
Công ty cổ phần điện lực
IPP
IPP
IPP

1
2

TĐ Đăk My 4
TĐ Xekaman 3 (Lào)
TĐ Đăk Rtih
TĐ Đồng Nai 3 #2
TĐ Đồng Nai 4 #1
Công trình vào vận hành
năm 2012
TĐ Hà Giang #5.6
TĐ Đồng Nai 4 #2
TĐ Nậm Chiến #2
TĐ Bản Chát #1.2
TĐ Hùa Na #1.2
TĐ Nho Quế 3 #1.2
TĐ Khe Bố #1.2
TĐ Bá Thước 2 #1.2
TĐ Đồng Nai 2
TĐ Đam Bri
Công trình vào vận hành
năm 2013
TĐ Nậm Na 2

TĐ Đăk Rinh #1.2

EVN
Tập đoàn Sông Đà
LICOGI
IPP
Công ty cổ phần Điện Miền
Bắc
EVN
EVN
Công ty cổ phần TĐ Sê San
4A
IDICO
Công ty cổ phần Việt Lào
Tổng công ty XD số 1
EVN
EVN

66
125

3

TĐ Srê Pok 4A

64

IPP
PVN
Công ty cổ phần TĐ Buôn

Đôn

1

Công trình vào vận hành
năm 2014
TĐ Nậm Na 3

84

2

TĐ Yên Sơn

70

3

TĐ Thượng Kon Tum #1.2

220

1
2
3
4
5
6
7
8

9
10

10

IPP
Công ty cổ phần XD&DL
Bình Minh
Công ty CTĐ Vĩnh Sơn –


4

TĐ Đăk Re

60

5

TĐ Nậm Mô (Lào)
Công trình vào vận hành
năm 2015
TĐ Huổi Quảng #1.2
TĐ Đồng Nai 5
TĐ Đồng Nai 6
TĐ Xe Ka Man 1 (Lào)
Công trình vào vận hành
năm 2016
TĐ Lai Châu #1
TĐ Bắc Sơn #1.2

TĐ Sông Bung 4
TĐ Sông Bung 2
TĐ Đăk My 2
TĐ Đồng Nai 6A
TĐ Hồi Xuân
TĐ Xekaman 4 (Lào)
TĐ Hạ Sê San 2 (Cam Pu
Chia 50%)
Công trình vào vận hành
năm 2017
TĐ Lai Châu #2.3
TĐ Sê Kông 3A. 3B
Công trình vào vận hành
năm 2018
TĐ Bảo Lâm
TĐ Nậm Sum 1 (Lào)
TĐ Sê Kông (Lào)
Công trình vào vận hành
năm 2019
TĐ tích năng Bắc Ái #1
TĐ tích năng Đông Phù Yên
#1
TĐ Nậm Sum 3 (Lào)
TĐ Vĩnh Sơn 2
Công trình vào vận hành
năm 2020
TĐ tích năng Đông Phù Yên
#2.3
TĐ Tích năng Bắc Ái #2.3
TĐ Nậm Mô 1 (Nam Kan –

Lào)

95

1
2
3
4

1
2
3
4
5
6
7
8
9

1
2

1
2
3

1
2
3
4

1
2
3

S.Hinh
Công ty cổ phần TĐ Thiên
Tân

520
145
135
290

EVN
TKV
Công ty Đức Long Gia Lai
Công ty cổ phần Việt Lào

400
260
156
100
98
106
102
64

EVN
EVN

EVN
EVN
IPP
Công ty Đức Long Gia Lai
IPP
BOT

200

Evn - BOT

800
105+100

EVN
Tập đoàn Sông Đà

120
90
192

Tập đoàn Sông Đà
Sai Gon Invest
EVN – BOT

300

EVN

300

Công ty Xuân Thiện

196
80

Sai Gon Invest
IPP

600

Công ty Xuân Thiện

600

EVN

72

EVNI

11


Danh mục các dự án thủy điện vừa và nhỏ theo Quyết định số 1208/QĐ-TTg ngày 21
tháng 07 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ.
Bảng 1.5. Danh mục các dự án thủy điện vừa và nhỏ
Công suất đặt
(MW)

TT

Tên nhà máy

1
2

Công trình vào vận hành năm
2011
TĐ Mường Hum
TĐ Sử Pán 2

3

TĐ Hương Điền #3

27

4
5

TĐ Hương Giang 2
TĐ nhỏ
Công trình vào vận hành năm
2012
TĐ Tà Thàng
TĐ Nậm Phàng
TĐ Nậm Toóng
TĐ Ngòi Hút 2
TĐ Nậm Mức

TĐ Văn Chấn
TĐ Sông Bung 4A
TĐ Sông Tranh 3
Thủy điện Nho Quế 1
TĐ Chiêm Hóa
TĐ Sông Bung 5
TĐ nhỏ
Công trình vào vận hành năm
2013
TĐ Bá Thước 1
TĐ Nậm Pàn 5
TĐ Nậm Củn
TĐ Sông Bạc
TĐ Nhạn Hạc
TĐ nhỏ
Công trình vào vận hành năm
2014
TĐ Nho Quế 2
TĐ Lông Tạo
TĐ Bắc Mê
TĐ Chỉ Khê
TĐ Sông Nam – Sông Bắc
TĐ Sông Lô 2

37
150

1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12

1
2
3
4
5
6

1
2
3
4
5
6

32
34.5

12

Chủ đầu tư

Công ty Sơn Vũ
IPP
Công ty cổ phần đầu tư
HD
IPP

60
36
34
48
44
57
49
62
32
48
49
138

IPP
IPP
IPP
IPP
IPP
IPP
IPP
IPP
IPP
IPP

IPP

60
34.5
40
42
45
180

IPP
IPP
IPP
IPP
IPP

48
42
45
41
49
36

IPP
IPP
IPP
IPP
IPP
IPP

7

TĐ Sông Tranh 4

48

8

TĐ La Ngâu

46

9

TĐ nhỏ
Công trình vào vận hành năm
2015
TĐ Sông Lô 6
TĐ Sông Tranh 5
TĐ Thanh Sơn
TĐ Phú Tân 2
TĐ nhỏ
Công trình vào vận hành năm
2016
TĐ Thành Sơn
TĐ Bản Mồng
TĐ A Lin
TĐ Đăk My 3
TĐ nhỏ
Công trình vào vận hành năm

2017
TĐ Đăk My 1
TĐ nhỏ

300

1
2
3
4
5

1
2
3
4
5

1
2

IPP
Công ty cổ phần TĐ La
Ngâu

44
40
40
60
200

IPP
IPP
IPP
IPP

37
60
63
45
150

IPP
IPP
IPP
IPP

54
300

IPP

1.1.7. Một số nhà máy thủy điện có sử dụng tháp điều áp
Công trình dẫn nước của trạm thủy điện có thể có một phần là công trình không áp
(lấy nước từ hồ chứa bằng kênh dẫn hoặc đường hầm không áp) hoặc hoàn toàn là có
áp (từ cửa lấy nước từ hồ chứa được dẫn vào đường hầm có áp, đường ống áp lực).
Đối với loại đường dẫn có áp hoàn toàn thì trần công trình lấy nước (cửa lấy nước) có
áp được bố trí ở cao trình sâu hơn MNC khi mực nước thay đổi nhiều. Sử dụng loại
công trình này cho phép tăng độ sâu công tác của hồ chứa và do đó tăng được dung
tích hiệu dụng của hồ. Những công trình sử dụng tuyến dẫn nước có áp thường bố trí

tháp điều áp để giảm áp lực nước va do đó chi phí cho tuyến năng lượng khá tốn kém.
Chính vì vậy cần phải có giải pháp công trình hợp lý chọn tháp điều áp thích hợp cho
tuyến năng lượng để giảm thiểu chi phí đầu tư cho công trình cũng như làm tăng hiệu
quả kinh tế cho dự án.

13


Bảng 1.6. Tổng hợp một số công trình thủy điện đã và đang xây dựng có sử dụng tháp
điều áp.
TT

Tên công trình

Công suất
Nlm (MW)

Chiều dài
Đ.Hầm L
(m)

Đường kính
tháp D (m)

1

TĐ Huội Quảng

520

4.000

18

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

Séo Chong Hô
TĐ Nậm Toóng
TĐ Sử Pán
TĐ Tà Thàng
TĐ Nậm Chim
TĐ Hủa Na
TĐ Bản Cốc

TĐ Hương Sơn
TĐ Rào Quán
TĐ Sông Bung 4
TĐ Za Hưng
TĐ Sông Côn
TĐ Sông Tranh 2
TĐ Đasiat
TĐ IALY
TĐ An Khê
TĐ Khe Thơi
TĐ Nậm Chiến

22
30
28
56
15
180
18
30
64
156
30
63
190
13,5
720
160
12
200

2.300
4.247,5
7.160
4.585
1.239,5
3.403,2
2.061
521,7
5.330
2.420
1.265,8
4.324
1.545,4
2.187
3.798
3.075
2.021,6
9.900

5
6
5
12
5
24
4
6
4
15

9
8
25
6,5
7
9,5
9
12

Địa điểm
Sơn La – Lai
Châu
Sa Pa – Lào Cai
Sa Pa – Lào Cai
Lào Cai
Lào Cai
Sơn La
Nghệ An
Nghệ An
Hà Tĩnh
Quảng Trị
Quảng Nam
Quảng Nam
Quảng Nam
Quảng Nam
Lâm Đồng
Gia Lai
Gia Lai
Nghệ An
Sơn La

1.2. Công trình tháp điều áp trong trạm thủy điện đường dẫn dài
Đối với công trình thủy điện khai thác thủy năng kiểu đường dẫn, tức là lợi dụng điều
kiện địa hình địa chất để tạo ra cột nước phát điện lớn hơn thì cột nước được tạo ra do
cả đường dẫn và đập. Đường dẫn có thể là đường dẫn không áp như kênh, đường hầm
không áp… hay đường dẫn có áp như đường hầm có áp, đường ống áp lực…

14


Hình1-1. Phương thức khai thác thủy năng kiểu đường dẫn
1-sông tự nhiên; 2-đập; 3-cửa lấy nước; 4-đường hầm dẫn nước; 5-tháp điều áp; 6-nhà
van; 7-đường ống áp lực; 8-mố cố định; 9-nhà máy thủy điện; 10-đường dây điện
Nhà máy thủy điện là công trình thủy công bên trong đó bố trí các thiết bị động lực
(turbin, máy phát điện) và các thiết bị phụ trợ nhằm phục vụ công tác sản xuất điện.
1.2.1. Công dụng
Trong nhà máy thủy điện thì đường ống dẫn nước vào turbin ngoài phải chịu áp lực
nước thông thường, còn phải chịu thêm áp lực nước va khi đóng mở turbin. Nếu tạo ra
một mặt thoáng ở một vị trí nào đó trên đường ống, thì ở đó áp lực nước va được giải
phóng và từ vị trí này trở lên thượng lưu đường ống sẽ không chịu áp lực nước va nữa.
Tháp điều áp chính là một bộ phận công trình trên tuyến năng lượng có tác dụng tạo ra
mặt thoáng để giảm áp lực nước va (hình 1-2). Do đó nó có tác dụng giữ cho đường
hầm dẫn nước phía trước tháp khỏi bị áp lực nước va quá lớn và nó còn làm giảm nhỏ
áp lực nước va ở phần đường ống dẫn nước từ tháp vào turbin.

15