Nghiên cứu sử dụng nguồn năng lượng nước để sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm

..

`

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRỊNH VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG NƯỚC ĐỂ
SẢN XUẤT ĐÁ VIÊN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2018


`

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRỊNH VĂN HÙNG
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG NƯỚC ĐỂ
SẢN XUẤT ĐÁ VIÊN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM
Chuyên nghành: Kỹ thuật nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. VŨ HUY KHUÊ

Hà Nội - 2018


`

LỜI CẢM ƠN
Bản luận văn này được thực hiện trong thời gian từ tháng 10/2016 đến tháng
03/2018, dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Vũ Huy Khuê, giảng viên Viện khoa học
và công nghệ nhiệt lạnh trường ĐHBK Hà Nội.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Huy Khuê đã giúp đỡ em hồn thành bản
ḷn văn này. Đờng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo
trong trường đã quan tâm giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại
trường.
Tác giả luận văn

Trịnh Văn Hùng

iv


`

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu của tơi.
Nội dung ḷn văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng
tải trên các tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.
Tác giả luận văn

Trịnh Văn Hùng

v


`

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Quan hệ giữa cơng suất thác nước với độ cao và lưu lượng .....................17
Hình 2.2. Tua bin xung kích gáo ...............................................................................20
Hình 2.3. Tua bin xng kích 2 lần ...............................................................................20
Hình 2.4. Tua bin xung kích phun xiên.....................................................................21
Hình 2.5. Tua bin phản kích tâm trục .......................................................................22
Hình 2.6. Mơ men của tua bin thủy lực.....................................................................25
Hình 3.1. Máy đá viên ...............................................................................................38
Hình 3.2. Sơ đồ mặt bằng kho lạnh ...........................................................................39
Hình 3.3. Nền móng kho lạnh ...................................................................................41
Hình 3.4. Cấu tạo của panel lắp kho lạnh .................................................................45
Hình 3.5. Biểu diễn chu trình làm việc máy lạnh trên đồ thị ....................................57
Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh ..................................................................72
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị .............................................................73

vi


`

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Trữ năng (trữ năng thủy năng) trên thế giới theo b.xlebinger ...... ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED.

bảng 4.1. Thông số của vật liệu cách nhiệt, cách ẩm cho máy làm đá .....................42
bảng 4.2. Thông số các lớp vật liệu của panel ..........................................................45
bảng 4.3. Các thông số của chu trình lạnh ................................................................57
bảng 4.4. Quan hệ qo = f(n) của máy nén lạnh ..........................................................59
bảng 4.5. Bảng quan hệ giữa lưu lượng và cột áp của tua bin ..................................62
bảng 4.6. Thông số dàn lạnh buồng bảo quản cá ......................................................66
bảng 4.7. Thông số dàn lạnh buồng bảo quản đá ......................................................66
bảng 5.1. Bảng thiết bị và giá thành hệ thống lạnh máy đá viên .................. ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED.
bảng 5.2. Bảng thiết bị và giá thành hệ thống kho lạnh bảo quản ................ ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED.
bảng 5.3. Bảng chi phí vận hành hệ thống lạnh ........ ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.

vii


`

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... V
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................. VI
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... VII
MỤC LỤC .............................................................................................................. VIII
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................................1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI .....................................................................................3
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI .........................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................4

1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG NƯỚC ........................................4
1.2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG NƯỚC TRÊN THẾ
GIỚI VÀ VIỆT NAM .................................................................................................9
1.2.3. Những ưu điểm khi sử dụng sức nước để làm lạnh ........................................12
1.3. TỔNG QUAN VỀ KHU DU LỊCH SINH THÁI LÁI THIÊU VÀ LỰA CHỌN
HỆ THỐNG LẠNH ..................................................................................................13
1.3.1. Giới thiệu về khu du lịch sinh thái Lái Thiêu .................................................13
1.3.2. Lựa chọn hệ thống lạnh máy đá viên và bảo quản thực phẩm ........................13
1.4. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ NHỮNG ĐỀ XUẤT MỚI CỦA ĐỀ TÀI 15
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................15
2.1. CƠ SỞ TÍNH TỐN NĂNG LƯỢNG NƯỚC .................................................15
2.1.1. Đặc điểm của nguồn năng lượng thác nước ...............................................15
2.1.2. Xác định và đánh giá công suất các thác nước ...........................................16
2.2.2. Xác định cơng suất của dịng chảy ..............................................................18
2.2. TUA BIN THỦY LỰC VÀ GUỒNG NƯỚC THỦ CÔNG ..............................19

viii


`

2.2.1. Tua bin thủy lực ..........................................................................................19
2.2.2. Các thông số của tua bin thủy lực ...............................................................23
2.2.3. Phương trình cơ bản của tua bin thủy lực ...................................................25
2.2.4. Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế tua bin ....................................................26
2.2.5. Tính tốn thiết kế và lắp đặt các tua bin .....................................................31
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH ..................................37
3.1. THIẾT KẾ TÍNH TỐN HỆ THỐNG LẠNH ..................................................37
3.1.1. Máy làm đá viên .........................................................................................37
3.1.2. Kho bảo quản lạnh ......................................................................................39

3.1.3. Tính tốn cách nhiệt, cách ẩm cho máy làm đá ..........................................42
3.1.4. Tính tốn cách nhiệt, cách ẩm cho kho đá và kho bảo quản ......................44
3.1.5. Tính tốn phụ tải hệ thống lạnh ..................................................................47
3.1.6. Tính tốn chu trình lạnh, chọn máy nén và tuabin .....................................56
3.2. Tính chọn thiết bị hệ thống ................................................................................61
3.2.1. Chọn tua bin dẫn động máy nén và tua bin phát điện .................................61
3.2.2. Tính chọn thiết bị bay hơi cho máy đá .......................................................63
3.2.3. Tính chọn dàn bay hơi cho kho bảo quản ...................................................65
3.2.4. Các thiết bị phụ trong máy đá .....................................................................66
3.2.5. Tính toán diện tích trao đổi nhiệt của dàn ngưng tụ ...................................68
3.2.6. Tính và chọn các thiết bị phụ ......................................................................68
3.2.7. Sơ đồ hệ thống lạnh ....................................................................................71
CHƯƠNG 4. LẮP ĐẶT HỆ THỐNG LẠNH ..........................................................73
4.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG ..................................................................73
4.1.1. Sơ đồ nguyên lý ..........................................................................................73
4.1.2. Nguyên lý hoạt động ...................................................................................73
4.2. LẮP ĐẶT THỰC NGHIỆM TẠI KHU DU LỊCH SINH THÁI LÁI THIÊU ..74
4.2.1. Lắp đặt các tua bin ......................................................................................74
4.2.2. Lắp đặt đường ống thủy lực ........................................................................75
4.2.3. Lắp đặt máy đá viên ....................................................................................76

ix


`

4.2.4. Lắp đặt kho lạnh .........................................................................................77
4. Kiểm tra và hoàn thiện kho lạnh ...........................................................................78
4.2.5. Kết quả lắp đặt ............................................................................................79
CHƯƠNG 5. VẬN HÀNH, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ................................81

5.1. QUI TRÌNH VẬN HÀNH .................................................................................82
5.1.1. Vận hành tua bin .........................................................................................82
5.1.2. Vận hành máy đá viên ................................................................................83
5.1.3. Vận hành kho lạnh bảo quản đá .................. Error! Bookmark not defined.
5.1.4. Vận hành kho lạnh bảo quản thực phẩm..... Error! Bookmark not defined.
5.2. THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG .............................................................................84
5.2.1. Kết quả vận hành máy đá viên ....................................................................84
5.2.2. Kết quả vận hành kho bảo quản đá .............................................................85
5.2.3. Kết quả vận hành kho bảo quản thực phẩm Error! Bookmark not defined.
5.3. TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KINH TẾ .................................................................87
5.3.1. Cơ sở tính tốn kinh tế ................................................................................87
5.3.2. Tính tốn kinh tế và hiệu quả đầu tư ..........................................................87
5.3.2.3. Hiệu quả của dự án T3 .................................................................................90
5.3.2.4. Tính tốn thời gian hồn vốn .......................................................................91
TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN .....................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................94

x


`

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm qua, trên thế giới sự biến động về giá cả dầu mỏ đã làm
cho nhiều Quốc gia phải xem xét lại chính sách năng lượng của mình. Năng lượng
đã ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững của nhiều nước. Để giải quyết vấn đề này,
một mặt người ta đề ra nhiều chính sách về tiết kiệm năng lượng, bắt buộc phải thực
hiện các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và thu hồi một phần năng
lượng sử dụng, mặt khác khuyến khích khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng

mới, rẻ tiền như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, địa nhiệt, năng lượng sóng
biển.
Về tiết kiệm và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng: Tiết kiệm năng
lượng là một chính sách quan trọng của nhiều quốc gia trên thế giới. Hiện nay nhiều
xí nghiệp và nhà máy ở nước ta đang sở hữu khơng ít thiết bị có hiệu quả năng
lượng khơng cao, tởn thất lớn. Vì thế nhiều sản phẩm ra đời có giá thành cao, kém
sức cạnh tranh với các sản phẩm trên thế giới, ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả kinh
doanh và sản xuất.
Việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật mới và trang bị thêm những thiết bị thu
hồi nhiệt năng sẽ góp phần nâng cao hiệu quả làm việc của các hệ thống, mang lại
hiệu quả thiết thực cho các doanh nghiệp.
Về sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng tái tạo: Điển hình và
hiệu quả nhất nguồn than trắng – thủy điện. Năng lượng của các thác nước và dòng
chảy công suất lớn đã và đang đáp ứng một phần rất quan trọng điện năng cho các
quốc gia. Năng lượng mặt trời được khai thác và sử dụng dưới nhiều hình thức từ
đun nước nóng, chưng cất nước ngọt, pin mặt trời, nhà máy điện mặt trời, hệ thống
làm mát sử dụng năng lượng mặt trời. Năng lượng sinh khối cũng có ý nghĩa và giá
trị sử dụng rất lớn. Năng lượng gió cũng được nghiên cứu sử dụng để phát điện và
chạy máy lạnh.

1


`

Cho đến nay, việc nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng tự nhiên như
năng lượng mặt trời, năng lượng thác nước, năng lượng gió để sinh lạnh phục vụ
đời sống vẫn còn rất hạn chế, các nghiên cứu chỉ tập trung sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời. Thực tế cho thấy, các máy lạnh sử dụng năng lượng mặt trời có
năng suất, hiệu quả rất thấp, nhưng chi phí khá lớn. Việc nghiên cứu sử dụng các

nguồn năng lượng tự nhiên khác như năng lượng của thác nước, dòng chảy và năng
lượng gió để chạy máy lạnh vẫn chưa được các nhà nghiên cứu quan tâm. Ưu điểm
của các ng̀n năng lượng như thác nước và dịng chảy là dễ dàng biến đổi trực tiếp
thành cơ năng làm quay các máy nén lạnh và do đó có thể tạo ra công suất lớn
không phải qua khâu biến đổi thành điện năng. Đây là một ưu điểm rất cơ bản.
Đã có tác giả thành cơng trong việc sử dụng năng lượng của các dòng chảy để
chạy máy bơm bơm nước cho rẫy cà phê. Máy bơm đã hoạt động hiệu quả, có cơng
suất và cột áp khá lớn để đáp ứng như cầu bơm nước cho các rẫy cà phê diện tích
lớn.
Đây là một hướng đầy triển vọng, có thể mang lại hiệu quả cao, công suất lớn và
hiệu quả kinh tế. Hướng nghiên cứu này đặc biệt có ý nghĩa ở những vùng như ở
Đà Nẵng nơi có sẵn nhiều thác nước công suất khá lớn nằm gần biển rất thuận lợi
cho việc khai thác.
Sự cần thiết của đề tài
- Năng lượng thác nước và dòng chảy ở nước ta có tiềm năng khá lớn do địa
hình đời núi gần biển. Các nguồn công suất lớn đã được khai thác làm thủy điện,
cịn lại rất nhiều các ng̀n cơng suất vừa và nhỏ ở các địa phương không đủ để sản
xuất điện nhưng đủ lớn để chạy các máy lạnh cơng suất từ trung bình, lớn đến rất
lớn.
- Một đặc điểm vô cùng quan trọng là nhiều vùng miền núi của nước ta vẫn
chưa có điện nhưng có sẵn các thác nước hoặc dịng suối chảy xiết có thể sử dụng
chạy máy nén lạnh sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như : làm đá, điều hịa
khơng khí, bảo quản lạnh nông sản thực phẩm ...vv.
Những lý do cơ bản để chọn đề tài là

2


`

- Khai thác và sử dụng năng lượng mới, năng lượng tái tạo nằm trong
chương trình Quốc gia về tiết kiệm năng lượng và được ưu tiên.
- Đây là một hướng có thể đem lại hiệu quả làm lạnh tốt hơn những phương
án khác.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
- Tìm kiếm xây dựng các thác nước để chạy máy lạnh sản xuất đá viên và
bảo quản thực phẩm.
- Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về khả năng sử dụng năng
lượng thác nước và dòng chảy để chạy máy nén lạnh.
- Thiết kế, chế tạo hệ thống lạnh sử dụng năng lượng thác nước và dòng chảy
để sản xuất nước đá .
- Đề xuất phương án sử dụng các thác nước tại các khu du lịch sinh thái để
sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm
- Góp phần vào chương trình tiết kiệm năng lượng Quốc gia và bảo vệ môi
trường.
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đối tượng nghiên cứu là các thác nước có công suất nhỏ không thể xây dựng
các nhà máy thủy điện nhưng vẫn có thể sử dụng để chạy các hệ thống lạnh công
suất từ trung bình, lớn đến rất lớn nhằm nhiều mục đích khác nhau như: sản xuất
nước đá, điều hòa không khí và bảo quản thực phẩm.

3


`

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG NƯỚC
1.1.1. Năng lượng nước là nguồn năng lượng sạch và tái tạo
Hằng ngày con người đang khai thác và sử dụng năng lượng từ nhiều ng̀n

khác nhau, ví dụ như năng lượng mặt trời trong sinh hoạt và trong ngành cơng
nghiệp vũ trụ; năng lượng từ than, dầu, khí thiên nhiên trong hầu hết các ngành và
trong sinh hoạt; năng lượng từ khí sinh vật học biogas năng lượng của gió và cơ
năng của nước. Trong đó ng̀n năng lượng nước đã được khai thác từ rất sớm và
ngày nay vẫn đang đóng góp một phần quan trọng trong cơ cấu năng lượng quốc
gia.
Năng lượng khai thác từ nguồn nước chủ yếu là thế năng của các hồ nước,
động năng của dịng chảy mặt (sơng, suối), của thuỷ triều và của các dòng hải
lưu.Việc sử dụng động năng của dòng chảy mặt trên sơng có ý nghĩa rất to lớn và
thực thi.
Tính chất tái tạo của nguồn năng lượng nước thể hiện ở chu kỳ tuần hoàn nước
trong thiên nhiên. Khi con người sử dụng ng̀n năng lượng này, nó sẽ không bị
mất đi vĩnh viễn như các nguồn năng lượng hóa thạch, mà sẽ được tái tạo lại trong
vòng tuần hồn tiếp theo. Vì thế khi sử dụng ng̀n năng lượng tái tạo, chúng ta
khơng sợ nó sẽ bị cạn kiệt, mà luôn đảm bảo tính bền vững và lâu dài trong việc sử
dụng chúng.
Năng lượng nước cũng là nguồn năng lượng sạch vì khi sử dụng hầu như
không gây ô nhiểm môi trường. Khác với các nguồn năng lượng khác khi khai thác
và sử dụng thường gây ô nhiểm môi trường thì năng lượng thác nước và dòng chảy
có thể coi là ng̀n năng lượng sạch.
Việc sử dụng sức nước hầu như chỉ mang lại lợi ích. Ngay cả nguồn nước
lớn cho các nhà máy thủy điện, việc xây dựng các hờ chứa nước lớn có thể làm biến

4


`

đổi sinh thái cả một vùng, làm ngập cả một khu vực rộng lớn. Nhưng chính các hờ
đó có thể là một thắng cảnh du lịch đẹp, là nơi để các lồi cá sinh sơi nảy nở.

Đối với các ng̀n nước nhỏ khai thác chạy máy lạnh thì hoàn toàn không
ảnh hưởng gì đến môi trường, môi sinh.
1.1.2. Năng lượng nước trên thế giới
Nguồn năng lượng thác nước và các dòng chảy trên thế giới là vô cùng lớn.
Chúng ta biết có rất nhiều đập thủy điện cơng suất rất lớn tại Nga, Mỹ và Trung
Quốc. Trong hai dạng tiềm năng kể trên, năng lượng tiềm ẩn dưới dạng thác nước
dễ dàng khai thác và sử dụng hơn cả.
Trữ lượng thủy năng trên thế giới rất lớn theo nghiên cứu và cơng bố của
B.Xlebinger tại hội nghị năng lượng tồn thế giới lần thứ 4 (Luân Đôn-1950), trữ
lượng thủy năng trên thế giới được thống kê trong bảng 1.1
Bảng 1.1. Trữ năng (trữ năng thủy năng) trên thế giới theo B.Xlebinger
Diện tích

Trữ lượng

Mật độ cơng suất

(103 km2)

(106 kW)

(kW/km2)

1. Châu Âu

11609

200

17,3

2. Châu Á

41839

2309

55,0

3. Châu Phi

30292

1155

38,2

4. Bắc Mỹ

24244

717

29,5

5. Nam Mỹ

17798

1110

62,5

6. Châu Úc và Châu Đại dương

8557

119

13,9

134339

5610

41,7

Vùng

Tởng cộng tồn trái đất

Như vậy từ bảng 1.1 cho thấy, châu Á có trữ lượng thủy năng lớn nhất trên thế
giới và phân bố thủy năng tính cho 1 km2 cũng vào loại lớn nhất chỉ sau Nam Mỹ.

5


`

Châu Âu và Châu Đại Dương là nơi có trữ lượng vừa bé mà phân bố cũng thưa thớt

hơn nhiều.
Trên thế giới có rất nhiều thác nước và đập thủy điện có cơng suất cực kỳ
lớn. Chẳng hạn đập Tam Hiệp tại Trung Quốc là một ví dụ. Công suất nhà máy thủy
điện này lên đến 2400 MW. Đây là một trong những nhà máy thủy điện lớn nhất thế
giới.
1.1.3. Năng lương nước tại Việt Nam
1.1.3.1. Tỉnh Sơn La
Theo đánh giá của các nhà quy hoạch năng lượng, Sơn La có thể phát triển
khoảng 3400 MW cơng suất các ng̀n điện, với sản lượng hàng năm trên 14 tỷ
kW.h. Đây được coi là tỉnh có tiềm năng thủy điện lớn nhất cả nước
Nhìn trên bản đờ đất nước, Sơn La có hệ thống sơng, suối khá dầy đặc, với
mật độ từ 1,2 đến 1,8 km/km2. Trong đó, sơng Đà, đoạn chảy vào địa phận tỉnh Sơn
La dài 253 km gồm 24 chi lưu lớn như Nậm Mu, Nậm Chiến, Nậm Trai, Nậm
Muội, Nậm Pàn, Suối Tấc, Suối Sập và nhiều suối nhỏ, độ dốc lớn. Sông Mã (đoạn
chảy trên địa phận tỉnh Sơn La) dài 93 km với 11 chi lưu lớn là Nậm Công, Nậm
Sai, Nậm Lẹ, Nậm Thi và nhiều suối nhỏ trên diện tích lưu vực rộng 2.800 km2.
Hầu hết các sông suối thuộc địa phận tỉnh Sơn La có độ dốc lòng sơng lớn,
lắm thác ghềnh. Hai lưu vực sông Đà và sông Mã đã tạo cho Tây Bắc giống như
những lòng máng khởng lờ, có đoạn "máng" nằm dưới cos 100 mét (so với mặt
biển) xung quanh là núi non, trong đó có đỉnh cao nhất nằm trên dãy Pu Đen Đin
cao 1.934 mét.
Với tiềm năng thuỷ điện như vậy, trên địa bàn tỉnh hiện đang xây dựng các
công trình thủy điện lớn như Sơn La, H̉i Quảng, Nậm Chiến. Ngồi ra, Sơn La
còn có hơn 100 vị trí có thể xây dựng thuỷ điện vừa và nhỏ, với tổng công suất trên
500 MW. Riêng trong giai đoạn từ nay đến năm 2010, tỉnh Sơn La dự kiến xây

6


`

dựng khoảng 40 dự án công trình thuỷ điện vừa và nhỏ. Số lượng còn lại đang tiếp
tục được khảo sát chi tiết và thu hút đầu tư vào những năm tiếp theo.
Từ năm 2003 đến nay, ngoài 3 dự án thuỷ điện lớn, tỉnh Sơn La đã cấp phép
cho 23 nhà đầu tư trong và ngoài tỉnh triển khai lập dự án đầu tư theo hình thức xây
dựng - đầu tư - kinh doanh (BOO) gồm 36 dự án thuỷ điện nhỏ với tổng công suất
dự kiến 374 MW. Hiện đã có 8 dự án với cơng suất gần 110 MW được khởi công và
đang triển khai thi công; trong đó có 3 dự án thuỷ điện nhỏ sẽ phát lên lưới điện
quốc gia trong quý IV năm nay. 17 dự án trong giai đoạn chuẩn bị đầu tư dự kiến sẽ
hoàn thành xây dựng và phát điện lên lưới quốc gia trước tháng 12/2010.
Ngoài ra, Sơn La còn được chọn 2 trong 3 điểm lập phương án xây dựng nhà
máy thuỷ điện tích năng tại Phù Yên Đông và Phù Yên Tây trên địa bàn huyện Phù
Yên. Mỗi dự án có cơng suất khoảng 1.200 MW, tởng vốn đầu tư khoảng từ 700
đến 800 triệu USD. Phương án này do Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) phối
hợp với Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) đưa ra. Theo dự kiến, các nhà
máy thuỷ điện tích năng sẽ được triển khai thực hiện vào năm 2018. Việc tiến hành
triển khai xây dựng các nhà máy thuỷ điện không những cung cấp nguồn điện ổn
định cho đất nước mà còn góp phần to lớn để Sơn La khai thác tiềm năng, thực hiện
công nghiệp hoá, hiện đại hoá, phát triển kinh tế - xã hội của cả vùng.
Kể từ năm 2005, trên địa bàn tỉnh có Thuỷ điện Sơn La, công suất thiết kế
(CSTK) 2.400 MW, thuỷ điện Huổi Quảng trên sông Nậm Mu thuộc hệ thống sông
Đà (CSTK 520 MW), thuỷ điện Nậm Chiến (CSTK 215 MW). Cùng thời điểm khởi
cơng còn có thuỷ điện Bản Chát được xây dựng trên thượng nguồn sông Nậm Mu
thuộc địa phận huyện Than Uyên, tỉnh Lai Châu với CSTK 220 MW. Những công
trình này khâu nối, hỗ trợ cho nhau hình thành một trung tâm thuỷ điện lớn của
vùng Tây Bắc.

7

`

1.1.3.2. Tỉnh Quảng Nam
Trong thời gian gần đây, Quảng Nam được xem là địa phương có nhiều dự
án thủy điện vừa và nhỏ được triển khai hàng loạt, cho phép người dân hy vọng vào
sự phát triển nhanh, mạnh và bền vững của công nghiệp điện địa phương.
Trong giai đoạn 1975-1997, thực hiện phương châm “Nhà nước và nhân dân
cùng làm”, một số huyện, thị đã đầu tư xây dựng 13 cơng trình thuỷ điện vừa và
nhỏ, tởng cơng suất trên 11 MW. Trong đó lớn nhất là thuỷ điện Phú Ninh (2000
kW) và Thuỷ điện An Điềm (5400 kW). Đến nay, phần lớn các thuỷ điện nói trên
đang được khai thác sử dụng, góp phần giải quyết tình trạng thiếu điện đang diễn ra
gay gắt trong phạm vi cả nước.
Thủy điện vừa và nhỏ, UBND tỉnh Quang Nam đã ra quyết định phê duyệt
quy hoạch 43 dự án với cơng suất 457 MW. Ngồi ra, UBND tỉnh Quảng Nam còn
cho phép nghiên cứu, khảo sát, lập báo cáo để bổ sung quy hoạch thêm 14 dự án
nữa.
Xây dựng các cơng trình thuỷ điện trên địa bàn tỉnh Quảng Nam chắc chắn
sẽ mang lại hiệu ích tởng hợp rất lớn: Bổ sung nguồn điện cung cấp cho lưới điện
quốc gia; giúp giảm lũ cho hạ lưu về mùa mưa vì khả năng tích nước và phân lũ của
các hồ chứa lớn; điều tiết cấp nước phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt vùng hạ du
vào mùa hè; góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của đờng bào các dân
tộc miền núi. Lợi ích mang lại từ những dự án này không phải là nhỏ.
1.1.3.4. Tỉnh Đắc Lắc
Tỉnh Đăk Lăk có 2 con sơng lớn là Sêrêpơk và Krơng Năng, ngồi ra còn có các
nhánh sơng, suối lớn khác với những bậc thang được tạo ra bởi địa hình đồi núi dốc.
Đây chính là tiềm năng để Đăk Lăk có thể khai thác phát triển thủy điện.
Trong những năm qua, trên cơ sở qui hoạch được duyệt, tỉnh Đăk Lăk từng bước
huy động nguồn vốn đã và đang xây dựng nhiều cơng trình thủy điện lớn. Chẳng
hạn, ở lưu vực sông Sêrêpôk, tổng công suất các nhà máy thủy điện lên tới 734
8

`

MW. Tại đây, đã có Nhà máy Thủy điện Đray linh, công suất 12 MW được xây
dựng và vận hành từ năm 1989 và 4 công trình khác đang đồng loạt được thi cơng.
Đó là cơng trình Thuỷ điện Bn Tua Srah công suất 84 MW, Buônkuôp, công suất
280 MW, Sêrêpok 3, công suất 220 MW, Sêrêpok 4, công suất 74 MW. Ở lưu vực
sơng Krơng Hnăng có cơng trình Thủy điện Krơng Năng có cơng suất 64 MW cũng
đang được triển khai xây dựng. Chỉ tính những cơng trình trên đây thì tổng vốn đầu
tư cũng đã là 13.433 tỷ đờng. Ngồi ra, theo qui hoạch thì hiện tại, ở Đăk Lăk có
khoảng 100 khu vực có thể xây dựng thủy điện loại vừa và thô với tổng công suất
khoảng 190 MW đang được nhiều doanh nghiệp nhà nước và tư nhân tự bỏ vốn đầu
tư xây dựng, khai thác.
1.2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG NƯỚC TRÊN THẾ
GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.2.1. Nghiên cứu sử dụng nguồn năng lượng nước trên thế giới
Lịch sử khai thác và sử dụng năng lượng nước đã trải qua nhiều thế kỷ. Từ chế
độ công xã nguyên thuỷ, con người đã đến ở bên các triền sông và ven biển. Tuy
nhiên việc tận dụng năng lượng thực sự của dòng nước chỉ diễn ra khi nông nghiệp
bắt đầu phát triển cùng với việc hình thành nhà nước nô lệ. Để dẫn nước tưới ruộng,
người ta đã làm máng nước và dâng nước. Lúc đầu nước được nâng bằng sức của
người nô lệ, sau đó là do súc vật và chuyển sang các động cơ kiểu cở nhất là các
bánh xe nước. Có thể kể đến các khu vực đầu tiên trong lĩnh vực này là vùng châu
thở sơng Hồng Hà (Trung Quốc) và sông Nile (Ai Cập).
Trong thời phong kiến trung cổ chủ yếu xây dựng các cối xay nước thô sơ.
Sự phát triển của thương nghiệp và thủ công nghiệp đầu thế kỷ XIV-XVI đưa
cối xay nước lên những tiến bộ thông qua công nghệ sản xuất giấy.
Trong thời gian từ thế kỷ XVII-XVIII do sự phát triển của công nghiệp và
thương nghiệp đã tạo nên một cao trào xây dựng thuỷ lợi. Thời kỳ này xuất hiện rất

nhiều các nhà máy cưa, đúc gang, đúc đồng, luyện thép, dệt len, nhà máy đóng tàu,
9


`

cơng xưởng vv… có sự phục vụ của các bánh xe nước.
Thế kỷ thứ XVIII, các ngành khoa học phát triển mạnh, riêng về mặt lý thuyết
lĩnh vực thủy lợi đã có những bước tiến bộ rất lớn với các viện sỹ hàn lâm khoa học
Pêtecbua như: D.becnuli, L.Ơle, M.V. Lômônôxôp. Nhưng phải đến nửa sau thế kỷ
XIX, mới xuất hiện một cao trào xây dựng thủy điện mới, một mặt nhờ sự phát
minh ra tuốc bin nước, mặt khác giải quyết được vấn đề truyền tải điện đi xa nên
triển vọng phát triển thủy điện lớn được mở ra.
Tuy vậy, tuốc bin nước chỉ được hoàn thiện và phát triển rộng rãi sau khi kỹ sư
Mỹ Franxit (1849) và Penton (1890), kỹ sư Tiệp Kaplan (1913) hoàn chỉnh về kết
cấu. Cùng với phát minh về dòng điện xoay chiều 3 pha, động cơ điện 3 pha và máy
biến áp, lúc này thủy điện mới có đầy đủ điều kiện phát triển.
Nhìn ra thế giới, chúng ta đã thấy sự phờn vinh kinh tế tồn cầu đã làm chủn
động mạnh mẽ tiêu thụ năng lượng ở mức kỷ lục. Tuy nhiên phần chủ yếu của năng
lượng hiện nay (khoảng 80%) là được cung cấp từ nguồn nhiệt điện, nghĩa là từ
than, dầu khí và năng lượng hạt nhân. Nhưng mối quan tâm của sự tăng trưởng toàn
cầu là sự thiếu bền vững của dạng năng lượng này, thể hiện ở sự phá vỡ thị trường
nhiên liệu hóa thạch và sự leo thang quá mức của giá cả như hiện nay. Cùng với sự
dao động của thị trường hóa thạch và sự cân nhắc rất cẩn thận đối với năng lượng
hạt nhân, là hậu quả đáng kể về môi trường ở nhà máy nhiệt điện, đã đặt ra nhiệm
vụ quan trọng của chính sách năng lượng bền vững là phát triển mạnh mẽ việc cung
cấp năng lượng tái tạo. Công nghệ năng lượng tái tạo tồn tại ở nhiều dạng. Hiện nay
quan tâm nhiều nhất về năng lượng tái tạo là điện năng sản xuất từ gió, mặt trời, địa
nhiệt, vv… Nhưng nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất đã được công nghệ chứng
minh là thuỷ điện.

Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và có vai trị then chốt trong phát
triển bền vững với nhiều lý do khác nhau. Chúng là năng lượng tái tạo và cung cấp
năng lượng không làm cạn kiệt nguồn, đúng như là định nghĩa của sự bền vững, là
“phát triển mà thỏa mãn nhu cầu dân chúng hôm nay, mà không làm tổn hại khả

10


`

năng của thế hệ tương lai, để thảo mãn nhu cầu của họ”. Thủy điện là nguồn năng
lượng sạch, sản xuất khơng gây ơ nhiễm khơng khí, làm giảm sự lan tỏa hiệu ứng
nhà kính, góp phần giảm thiểu sự thay đởi khí hậu, gây ra các hiện tượng cực trị
thủy văn (lũ lụt, hạn hán, nhiệt độ quá cao hay quá thấp, nước biển dâng cao, vv…)
làm tổn thất kinh tế xã hội dân sinh ở phạm vi khu vực và toàn cầu, do hậu quả của
sự đốt nhiên liệu hóa thạch. Do đó, vì lợi ích mơi trường, Hội nghị chuyên đề Liên
hiệp quốc về “Thủy điện và sự phát triển bền vững”, tổ chức ở Bắc Kinh năm 2004
đã nhấn mạnh sự quan trọng chiến lược của sự phát triển thủy điện trong xóa đói,
giảm nghèo và làm giảm khói thải hiệu ứng nhà kính. Các hội nghị quốc tế khác
như “Hội nghị về năng lượng tái tạo” tổ chức ở Born năm 2004, Hội nghị bộ
trưởng châu Phi về “Thủy điện và sự phát triển bền vững” tổ chức ở Johaunesburg
năm 2006, được cam kết tăng cường phát triển thủy điện như một phương án năng
lượng tái tạo chủ yếu, để thúc đẩy sự phát triển bền vững, hội nhập khu vực, an ninh
nước và lương thực và thủ tiêu đói nghèo.
Đối với năng lượng, các cơng trình thủy điện với hờ chứa, có khả năng cung
cấp vận hành linh hoạt nhất, đáp ứng hầu hết các nhu cầu cấp tốc khi dao động phụ
tải điện năng. Nó khơng những hỗ trợ đắc lực các ng̀n nhiệt điện lớn, nguồn năng
lượng hạt nhân được vận hành có hiệu quả, mà cịn là ng̀n điện tốt nhất để phối
hợp sử dụng có hiệu quả các ng̀n năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió và
mặt trời, mà vốn là ng̀n năng lượng khơng liên tục. Ngồi ra, thủy điện còn thực

hiện các dịch vụ hỗ trợ cho hệ thống lưới điện vận hành tốt nhất, khi thực hiện các
chức năng điều chỉnh tần số, điều chỉnh điện thế, dự trữ quang, vv…
Ngồi vai trị quan trọng của thủy điện trong cân bằng năng lượng, chúng ta
không thể quên vai trò của thủy điện trong cân bằng nguồn nước. Thủy điện nằm
trong hai phạm trù của an ninh năng lượng và an ninh ng̀n nước, mà chính sự an
ninh nguồn nước lại là vấn đề thế giới cũng như khu vực, rất quan tâm.

11


`

1.2.2. Nghiên cứu sử dụng nguồn năng lượng nước tại Việt Nam
Hầu hết các nguồn lớn đã và đang được con người khai thác để sản xuất điện là
chủ yếu. Hiệu nay người ta cũng đang nhắm tới các nguồn có cơng suất trung bình
và nhỏ để làm các nhà máy thủy điện nhỏ. Còn lại các nguồn nhỏ và rất nhỏ là chưa
khai thác. Đây là những nguồn chúng ta cần và có thể sử dụng để sinh lạnh phục vụ
cuộc sống đồng bào những vùng xa xôi hẻo lánh.
Đối với Việt Nam, nghiên cứu thủy điện theo phương châm “Khai thác thủy
năng được coi là con đường cơ bản xây dựng ng̀n năng lượng quốc gia” thì việc
phát triển thủy điện trong thời gian qua, thực chất đã, vừa là cứu cánh cho sự phát
triển năng lượng, vừa là thành phần chủ đạo tạo nguồn cho phát triển nông nghiệp
với đất nước gần 80% dân số là nông dân, cho phát triển công nghiệp và dân sinh
đồng thời cũng là nguồn để giảm nhẹ thiên tai (lũ lụt, hạn hán) bảo vệ môi trường tự
nhiên và xã hội.
1.2.3. Những ưu điểm khi sử dụng sức nước để làm lạnh
So với các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời, năng
lượng sinh khối vv… năng lượng thác nước và dịng chảy có một số ưu điểm nổi bật
khi sử dụng để chạy máy lạnh.
- Trực tiếp tạo ra cơ năng chạy máy nén nên có thể tạo ra cơng suất lớn

- Có thể hoạt động liên tục, không phụ thuộc vào thời điểm trong ngày như
năng lượng mặt trời.
- Năng lượng thác nước có sẵn hầu như trên tồn quốc, thơng thường có
những nơi mà điện lưới quốc gia chưa đến hoặc đến khó khăn vì thế rất tiện lợi
trong việc tạo ra các nguồn lạnh những nơi đó.

12


`

1.3. TỔNG QUAN VỀ KHU DU LỊCH SINH THÁI LÁI THIÊU VÀ LỰA
CHỌN HỆ THỐNG LẠNH
1.3.1. Giới thiệu về khu du lịch sinh thái Lái Thiêu
Khu du lịch sinh thái Lái Thiêu Đà Nẵng nằm tại thôn Phú Túc, xã Hòa Phú,
huyện Hòa Vang, TP. Đà Nẵng
Khu Du Lịch Sinh Thái Lái Thiêu , nằm trên địa bàn huyện Hòa Vang tiếp nối
với khu du lịch Bà Nà Hills cùng với các khu du lịch sinh thái Ngầm Đôi, khu du
lịch Suối Hoa, khu du lịch nước khống nóng Suối Đôi,… mỗi khu mang một bản
sắc, một phong cách, một bản sắc riêng đã và đang tạo nên một quần thể du lịch
phía tây thành phố phục vụ các nhu cầu tham quan, nghỉ dưỡng vui chơi cho mọi du
khách ở mọi lứa tuổi khác nhau.
1.3.2. Lựa chọn hệ thống lạnh máy đá viên và bảo quản thực phẩm
Với nhu cầu sử dụng đá viên và thực phẩm phục vụ cho khách tham quan du lịch
thì việc cần phải có một hệ thống lạnh đặt tại khu du lịch là rất cần thiết.
Một số đặc điểm của thác nước tại khu du lịch sinh thái:
-

Lượng nước hoàn toàn tự nhiên

-

Lưu lượng lớn, chiều cao lớn nên có thể sử dụng để chạy máy phát điện

Để đáp ứng được nhu cầu cho vài nghìn khách du lịch trọng ngày. Ta lựa chọn hệ
thống lạnh máy đá viên với năng suất 100 kg/ mẻ, với thời gian làm đá khoảng 35
phút/ mẻ ( tính ở phần sau ) và kho lạnh bảo quản thực phẩm dung tích 3 đến 4 tấn
1.4. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ NHỮNG ĐỀ XUẤT MỚI CỦA ĐỀ TÀI
1.4.1. Mục đích nghiên cứu
1. Tởng quan về ng̀n năng lượng nước và lịch sử khai thác sử dụng năng
lượng nước trên thế giới và ở Việt Nam
13


`

2. Xây dựng cơ sở lý thuyết tính tốn về năng lượng nước
3. Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh để sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm
tại khu du lich sinh thái Lái Thiêu
4. Lắp đặt hệ thống lạnh tại khu du lich sinh thái Lái Thiêu
5. Vận hành thử nghiệm và đánh giá hệ thống lạnh tại khu du lich sinh thái Lái
Thiêu.
1.4.2. Đề xuất mới của đề tài
Có thể sử dụng ng̀n năng lượng nước tại các thác nước để chạy máy lạnh sản
xuất đá viên, bảo quản thực phẩm và điều hịa khơng khí phục vụ cho đời sống con
người đặc biệt ở các khu du lịch sinh thái

Kết luận:
-

Thống kê được nguồn năng lượng nước ở Việt Nam và trên thế giới

-

Nghiên cứu sử dụng nguồn năng lượng nước ở Việt Nam và trên thế giới

-

Giới thiệu về khu du lịch sinh thái Lái Thiêu, nơi lựa chọn thiết kế lắp đặt hệ
thống lạnh

-

Nêu được mục đích nghiên cứu và những đề xuất mới của đề tài.

14


`

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. CƠ SỞ TÍNH TỐN NĂNG LƯỢNG NƯỚC
2.1.1. Đặc điểm của nguồn năng lượng thác nước
Năng lượng của các thác nước tiềm ẩn dưới dạng thế năng. Như vậy có hai
thơng số đặc trung quan trọng nhất của nguồn năng lượng này là độ cao h và trữ
lượng nước. Trữ lượng đó sẽ quyết định lưu lượng chảy của thác. Do đó cơng suất
của các thác nước và hoàn toàn do độ cao và lưu lượng quyết định.
Một đặc điểm nữa của các thác nước là thường nằm ở các vùng cao, những
nơi rất ít khi có điện lưới Quốc gia. Nhu cầu về bảo quản lạnh cũng có rất nhiều, để
bảo quản rau quả và thực phẩm. Ngoài ra một số khu du lịch cũng có sẵn các suối

nước có thể khai thác sử dụng cho các kho trữ đông các thực phẩm và khá ổn định.
Nguồn năng lượng của các thác nước cũng thay đổi quanh năm do lượng
nước thay đổi theo mùa. Mùa mưa nước rất nhiều, trong khi mùa khô lưu lượng ít.
Vì thế khi thiết kế cần tính đến điều này, làm sao hệ thống vẫn hoạt động tốt ngay
cả mùa khô, ví dụ như xây những bể chứa nhằm cung cấp lưu lượng đủ lớn cho cả
mùa hè, tương tự như các đập thủy điện, nhưng ở mức độ nhỏ hơn nhiều.
Năng lượng thác nước rất dễ biến đổi thành công, khi chuyển động qua các
guồng cánh, một phần lớn động năng biến thành cơ năng quay guồng cánh và dẫn
động máy nén lạnh làm việc. Mặt khác chính các guồng cánh đã chứa một lượng
nước rất lớn ở một bên so với trục quay, tạo nên một mô men phụ tác động lên
guồng làm cho guồng quay mạnh hơn. Do đó khi chế tạo g̀ng cần lưu ý đến đặc
điểm này. Một thác nước có độ cao khơng lớn nhưng nhờ g̀ng cánh đặc biệt
cũngcó thể tạo nên một mô men quay rất lớn, đủ sức làm quay các máy nén lạnh
côngsuất lớn, theo nguyên tắc đòn bẩy.
Năng lượng thác nước ngoài mục đích chính để dẫn động máy nén lạnh còn
có thể sử dụng để dẫn động nhiều thiết bị khác của hệ thống như quạt dàn lạnh,

15


`

cánh khuấy máy đá, nó có thể dùng nước trực tiếp làm mát dàn nóng, khơng cần
thêm bơm nước giải nhiệt. Đây là một thuận lợi rất lớn khi sử nó để chạy hệ thống
lạnh. Điều này trong các hệ thống máy lạnh hấp thụ khơng có được, tức là thay thế
hoàn toàn điện năng.
Bài toán tính toán thác nước để chạy hệ thống lạnh cho biết các thông số sau
đây:
- Độ cao của thác nước h, m;
- Lưu lượng chảy của thác GN, kg/s.

2.1.2. Xác định và đánh giá công suất các thác nước
2.1.2.1. Công suất thác nước
Năng lượng tiềm ẩn của các thác nước là thế năng, nhưng bản thân thế năng
tự nó khơng thể sinh ra cơ năng mà cần biến thành động năng. Khi dòng nước
chuyển động từ độ cao h xuống mặt đất (mặt hồ hoặc chân thác), thế năng của thác
biến thành động năng của nước, động năng đó có thể biến thành cơ năng làm quay
guồng nước để phát điện hoặc dẫn động các thiết bị khác.
Công suất của một thác nước được xác định như sau:

Q=

H M.g.h
=
= G N .g.h , kW



(2-1)

Trong đó:
Q – Cơng suất thác nước, kW;
H - Thế năng, kJ ;
 - Thời gian mà lượng nước M chuyển động hết thác nước, giây;
GN - Lưu lượng nước của thác, kg/s;
g - Gia tốc trọng trường, m/s2 ;
h - Chiều cao thác nước, m.
16