Nghiên cứu, thiết kế quy trình công nghệ chế tạo cánh turbine bulb trong nhà máy thủy điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------------

LÊ THANH HUYỀN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ QUY TRÌNH ƠNG NGHỆ
CHẾ TẠO CÁNH TURBINE BULB TRONG NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Đà Nẵng – Năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------------

LÊ THANH HUYỀN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ QUY TRÌNH ƠNG NGHỆ
CHẾ TẠO CÁNH TURBINE BULB TRONG NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN
Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS LƢU ĐỨC BÌNH

Đà Nẵng – Năm 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác.
Tác giả

LÊ THANH HUYỀN

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 1/ 42


NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BIÊN DẠNG CÁNH TURBINE BULB TRONG
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH THU NHỎ
Học viên: LÊ THANH HUYỀN Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí.
Mã số: 8520103 Khóa: 34. Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt: Turbine Bulb là dạng turbine cột nƣớc thấp, tồn bộ khối tổ máy đƣợc đặt
dƣới lịng sơng, thƣờng có cơng suất nhỏ dƣới 10MW. Tuy nhiên, các nhà thiết kế và
sản xuất turbine bao giờ cũng bảo mật về: biên dạng cánh và đặc tính làm việc của
turbine, nhà sản xuất chỉ cung cấp các kích thƣớc cơ bản để phục vụ cho việc lắp máy.
Do vậy, để hoạt động của thủy điện đƣợc liên tục, hiệu quả, giảm bớt sự phụ thuộc vào
các chuyên gia từ nhà sản xuất, việc thiết kế biên dạng cánh từ turbine đã lắp (file dữ
liệu số) có ý nghĩa rất cao về kỹ thuật và kinh tế. Từ bản thiết kế, sẽ xây dựng đƣợc
quy trình cơng nghệ chế tạo, phục vụ cho công tác sửa chữa, vận hành nhà máy thủy
điện. Bài báo trình bày các bƣớc cơ bản việc thiết kế biên dạng cánh turbine Bulb, kết

quả đạt đƣợc của việc thiết kế và chế tạo mơ hình thu nhỏ của turbine Bulb. Từ khóa turbine; bulb; thiết kế; chế tạo; mơ hình thu nhỏ.

RESEARCH AND MANUFACT RE OF A MINIATURE TENSILE MACHINE
FOR MECHANICAL PROPERTIES EVALUATION
Abstract: Identification of the mechanical properties of the materials plays an
important role in the finite element design and simulation as well as reliable prediction
for stress-strain relation. In addition, up to date, with increasing requirements for
manufacture of mechanical and electronic products which are smaller, less expensive,
have longer life expectancy but still maintain their efficiency and productivity. Indeed,
in order to determine the mechanical parameters of these materials, it is necessary to
experiment on specimens with small size and high accurate testing machines. In this
paper, the authors have researched and successfully manufactured miniature tensile
machines to fabricate suitable specimens. The results have proved that our design
miniature machine meets the requirements. From the results, all material parameters
are determined.
Key wors - turbine; bulb; design; manufacturing; miniatures model

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 2/ 42


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..........................................................................................................
DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG. .................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................
1.

LÝ DO CHỌN ĐỀ ĐỀ TÀI. .................................................................................

2.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .................................................................................

3.

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. ...................................................

3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: ...........................................................................................
3.2 Phạm vi nghiên cứu: ..............................................................................................
4.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................................

5.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN. ..........................................................

4.1 Ý nghĩa khoa học. ............................
4.2 Ý nghĩa thực tiễn. ...................................................................................................
6.

CẤU TRÚC LUẬN VĂN.....................................................................................

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TURBINE THỦY ĐIỆN.........................................
1.1 Tổng quan về thủy điện tại việt nam. .....................................................................
1.1.1

Nhu cầu năng lượng tại Việt Nam. .................................

1.1.2

Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia. ........................

a. Quy hoạch phát triển nguồn điện: ..........................................................................
b. Cơ cấu nguồn điện năm 2020: ...............................................................................
1.1.3

Tổng quan về thủy điện tại Việt Nam.

1.2 Các vấn đề cơ bản về tuabine thủy lực. ..................................................................
1.2.1

Ưu điểm của nhà máy thủy điện. ....................................

1.2.2

Nhược điểm của nhà máy thủy điện. .............................

1.3 Phân loại tuabine thủy lực. .....................................................................................
1.3.1

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Phân loại tuabin áp dụng cho dự án thủy điện có cột nư

Trang: 3/ 42

1.3.2 Phân loại tuabin áp dụng cho dự án Thủy điện nhỏ và vừa có cột nước địa hình
thấp.............................................................................................................................. 20
1.3.3 Biểu đồ phân loại turbine và đường đặc tính Turbine Bulb..............................21
a. Biểu đồ phân loại turbine....................................................................................... 21
b. Đường đặc tính Turbine bulb................................................................................. 21
1.4 Nguyên lý làm việc của turbine............................................................................. 22
1.4.1 Tuabin xung kích:............................................................................................. 22
1.4.2 Turbine phản kích............................................................................................. 23
CHƢƠNG 2: QUI TRÌNH CHẾ TẠO TURBINE BULB VÀ THIẾT KẾ LẠI CÁNH
TURBINE BULB........................................................................................................ 24
2.1 Qui trình chế tạo turbine bulb................................................................................ 24
2.1.1 Thơng số kỹ thuật.............................................................................................. 24
2.1.2 Quy trình chế tạo turbine bulb tại nhà máy sản xuất........................................ 25
a. Q trình tạo phơi.................................................................................................. 25
b. Gia công cơ biên dạng cánh turbine...................................................................... 26
c. Xử lý nhiệt.............................................................................................................. 26
d. Hàn cánh turbine vào thân..................................................................................... 27
e. Mài và đánh bóng................................................................................................... 27
f. Tổ hợp tất cả các cánh turbine và kiểm tra chất lượng.......................................... 27
2.1 Thiết kế biên dạng cánh turbine bulb..................................................................... 28
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MƠ HÌNH
TURBINE BULB THU NHỎ..................................................................................... 31
3.1 Bản vẽ chế tạo mơ hình turbine bulb..................................................................... 31
3.1.1 Thiết kế chi tiết.................................................................................................. 31
3.1.2 Thiết kế cánh Turbine....................................................................................... 31
3.2 Chế tạo mơ hình turbine bulb................................................................................. 34
3.2.1 Chọn máy CNC MORI SEIKI MV-55................................................................ 34
3.2.2 Chế tạo mơ hình................................................................................................ 35
a. Chọn phơi và thao tác chuẩn bị.............................................................................. 35

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 4/ 42


b. Gia cơng................................................................................................................. 35
c. Q trình gia cơng trên máy................................................................................... 39
KẾT LUẬN – HƢỚNG PHÁT TRIỂN...................................................................... 41
1. Kết luận.................................................................................................................. 41
2. Hƣớng phát triển của đề tài.................................................................................... 41
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................... 42

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 5/ 42


DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG.
Số hiệu bản biểu
Bảng 1.1:
Bảng 1.2:
Bảng 1.3:

Bảng 1.4:
Bảng 1.5


Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 6/ 42

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu hình vẽ
Hình 1.1
Hình: 1.2:
Hình 1.3:
Hình 1.4:
Hình 1.5:
Hình 1.6:
Hình 2.1:
Hình 2.2:
Hình 2.3:
Hình 2.4:
Hình 2.5:
Hình 2.6:
Hình 2.7:
Hình 2.8:
Hình 2.9:
Hình 2.10
Hình 2.11:
Hình 3.1:
Hình 3.2:
Hình 3.3:
Hình 3.4:
Hình 3.5:
Hình 3.6:
Hình 3.7:
Hình 3.8:

Luận văn thạc sĩ -


Hình 3.9:
Hình 3.10:
Hình 3.11:
Hình 3.12:
Hình 3.13:
Hình 3.14:
Hình 3.15:
Hình 3.16:
Hình 3.17
Hình 3.18

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 8/ 42


MỞ ĐẦU
1.

LÝ DO CHỌN ĐỀ ĐỀ TÀI.
Trong phân bố ngành năng lƣợng ở Việt Nam thì thủy điện nhỏ chiếm một

vai trò khá quan trọng trong lĩnh vực an ninh năng lƣợng. Turbine bulb là dạng turbine
cột nƣớc thấp, toàn bộ khối tổ máy bao gồm Turbine và máy phát đƣợc đặt dƣới dƣới
nƣớc, thƣờng có cơng suất lắp máy nhỏ dƣới 10MW.
Hiện nay, các nhà máy thủy điện nhỏ đang hoạt động tại Việt Nam thƣờng
khơng có đội ngũ chuyên gia kỹ thuật để thực hiện việc bảo trì sửa chữa tại chỗ. Công

việc này thƣờng đƣợc thuê đơn vị sửa chữa chuyên nghiệp từ các nhà máy thủy điện
vừa và lớn thực hiện.
Bên cạnh đó, các nhà thiết kế và sản xuất turbine bao giờ cũng bảo mật công
nghệ, không cung cấp bản vẽ chi tiết về biên dạng cánh turbine. Nhà sản xuất chỉ cung
cấp bản vẽ lắp hoặc nếu có bản vẽ chi tiết thì chỉ ghi các kích thƣớc căn bản để phục
vụ cơng tác lắp đặt và hiệu chỉnh tổ máy
Do đó, trong quá trình bảo dƣỡng sửa chữa đối với nhà máy thủy điện nhỏ
khi cánh turbine bị vật cứng va đập hoặc bị xâm thực gây ra nứt, gãy, ăn mòn… dẫn
đến hiệu suất turbine giảm, phải dừng máy sửa chữa. Việc thay thế sửa chữa cánh
turbine thƣờng phải phù thuộc vào chuyên gia nƣớc ngoài hoặc cung cấp từ nƣớc
ngoài mà chủ yếu là thị trƣờng Trung Quốc. Dẫn đến chi phí thực hiện cao, tiến độ
chậm, giá thành bị chi phối độc quyền của đơn vị cung cấp, thời gian dừng máy sửa
chữa kéo dài làm thiệt hại về mặt kinh tế cho nhà sản xuất điện.
Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo cánh turbine nói chung và cánh
Turbine Bulb là việc làm rất cấp thiết có tình ứng dụng cao, đáp ứng đƣợc yêu cầu của
thị trƣờng sửa chữa, thay thế và phục hồi cánh turbine cho các nhà máy thủy điện nhỏ
ở Việt Nam.
2.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .
Thiết kế đƣợc bản vẽ chế tạo của turbine bulb trên cở sở các thông số kỹ

thuật của Turbine nhà máy Thủy điện Bảo Lâm 3A. Từ đó làm cơ sở tính tốn thiết kế
bản vẽ chế tạo cánh turbine cho các nhà máy khác khi có yêu cầu thực hiện việc sửa
chữa bảo dƣỡng, thay thế.

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 9/ 42

Đƣa ra đƣợc qui trình cơng nghệ chế tạo cánh turbine bulb có cơng suất nhỏ
phù hợp với điều kiện công nghệ tại Việt Nam.
3.
3.1

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.

Đối tƣợng nghiên cứu:

Turbine bulb kiểu: GZTF07B-WP-360 sản xuất tại Công ty TNHH turbine
nƣớc Trùng Khánh - Trung Quốc, thuộc Dự án thủy điện Bảo Lâm 3A, đƣợc Công ty
cổ phần thủy điện Đăk R’tih lắp đặt, thí nghiệm và hiệu chỉnh. Địa điểm xây dựng tại:
Xã Đức Hạnh và xã Lý Bôn huyện Bảo Lâm, tỉnh Cao Bằng.
Với thông số kỹ thuật cơ bản nhƣ sau:
TT

Các thông số kỹ thuật cơ bản

1
2

Lƣu lƣợng định mức.
Cột nƣớc lớn nhất.

3

Cột nƣớc nhỏ nhất.

4

Cột nƣớc trung bình.

5

Cơng suất định mức.

6

Tốc độ định mức.

7

Vƣợt tốc.

8

Đƣờng kính turbine

Bảng: 1.1: Các thơng số cơ bản của nhà máy thủy điện Bảo Lâm 3A.
3.2

Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu thiết kế bản vẽ chế tạo của cánh Turbine bulb theo các thông số kỹ
thuật đầu vào nhƣ trên.
Thiết kế qui trình cơng nghệ chế tạo cánh turbine bulb
4.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với q trình kiểm tra nghiệm thu kích thƣớc sản
phầm bằng máy scan 3D, kết hợp phƣơng pháp thiết kế ngƣợc để xây dựng qui trình
chế tạo thu nhỏ mẫu thực nghiệm.
5.
4.1

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN.

Ý nghĩa khoa học.

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 10/ 42


Việc nghiên cứu thiết kế bản vẽ chế tạo phục hồi cánh turbine bulb sẽ góp phần
cho việc hồn thiện làm chủ công nghệ chế tạo turbine bulb cũng nhƣ làm cơ sở cho
việc nghiên cứu chế tạo phục hồi các loại turbine khác trong lĩnh vực thủy điện ở Việt
Nam.
4.2

Ý nghĩa thực tiễn.
Đề tài có tính ứng dụng trong thực tiễn sản xuất nhằm mục đích sửa chữa, thay

thế và phục hồi các biên dạng cánh turbine cho các nhà máy thủy điện nhỏ sử dụng
turbine bulb tại Việt Nam.
6.

CẤU TRÚC LUẬN VĂN.

Ngoài phần mở đầu và kết luận cấu trúc luận văn gồm có 3 chƣơng.
Chƣơng 1: Tổng quan về turbine nhà máy thủy điện.
Chƣơng 2: Qui trình chế tạo turbine bulb và thiết kế lại cánh turbine bulb.
Chƣơng 3: Thiết kế qui trình cơng nghệ chế tạo mơ hình turbine bulb thu nhỏ.

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 11/ 42


CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ TURBINE THỦY ĐIỆN.
1.1

Tổng quan về thủy điện tại việt nam.

1.1.1

Nhu cầu năng lượng tại Việt Nam.

Hiên nay, Việt Nam huy động mọi nguồn lực trong nƣớc và quốc tế cho phát
triển điện lực để bảo đảm cung cấp đủ điện với chất lƣợng ngày càng cao, giá điện hợp
lý cho phát triển kinh tế - xã hội của đất nƣớc, sử dụng đa dạng, hiệu quả các nguồn
năng lƣợng sơ cấp cho sản xuất điện. Đẩy mạnh phát triển và sử dụng các nguồn năng
lƣợng tái tạo cho sản xuất điện, từng bƣớc nâng cao tỷ trọng nguồn điện sản xuất từ
nguồn năng lƣợng tái tạo nhằm giảm nhẹ sự phụ thuộc vào nguồn điện sản xuất từ
than nhập khẩu, góp phần đảm bảo an ninh năng lƣợng, giảm nhẹ biến đổi khí hậu,
bảo vệ mơi trƣờng và phát triển kinh tế - xã hội bền vững. Hình thành và phát triển hệ
thống điện thơng minh, có khả năng tích hợp với nguồn năng lƣợng tái tạo có tỷ lệ

cao. Cụ thể nhƣ sau:
Cung cấp đủ nhu cầu điện trong nƣớc, đáp ứng cho Mục tiêu phát triển kinh tế - xã
hội của cả nƣớc với mức tăng trƣởng GDP bình quân Khoảng 7,0%/năm trong giai
đoạn 2016 - 2030:
Điện thƣơng phẩm: Năm 2020 Khoảng 235 - 245 tỷ kWh; năm 2025 Khoảng 352 379 tỷ kWh; năm 2030 Khoảng 506 - 559 tỷ kWh.
Điện sản xuất và nhập khẩu: Năm 2020 Khoảng 265 - 278 tỷ kWh; năm 2025
Khoảng 400 - 431 tỷ kWh và năm 2030 Khoảng 572 - 632 tỷ kWh.
Ƣu tiên phát triển nguồn năng lƣợng tái tạo cho sản xuất điện; tăng tỷ lệ điện năng
sản xuất từ các nguồn năng lƣợng tái tạo (không kể nguồn thủy điện lớn và vừa, thủy
điện tích năng) đạt Khoảng 7% năm 2020 và trên 10% năm 2030.
1.1.2

Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia.

a.

Quy hoạch phát triển nguồn điện:

Đẩy nhanh phát triển nguồn điện từ năng lƣợng tái tạo (thủy điện, điện gió,
điện mặt trời, điện sinh khối v.v...), từng bƣớc gia tăng tỷ trọng của điện năng sản xuất
từ nguồn năng lƣợng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện:
Ƣu tiên phát triển các nguồn thủy điện, nhất là các dự án lợi ích tổng hợp
(chống lũ, cấp nƣớc, sản xuất điện); nghiên cứu đƣa nhà máy thủy điện tích năng vào

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 12/ 42


vận hành phù hợp với phát triển của hệ thống điện quốc gia nhằm nâng cao hiệu quả

vận hành của hệ thống điện. Tổng công suất các nguồn thủy điện (bao gồm cả thủy
điện vừa và nhỏ, thủy điện tích năng) từ gần 17.000 MW hiện nay lên Khoảng 21.600
MW vào năm 2020, Khoảng 24.600 MW vào năm 2025 (thủy điện tích năng 1.200
MW) và Khoảng 27.800 MW vào năm 2030 (thủy điện tích năng 2.400 MW). Điện
năng sản xuất từ nguồn thủy điện chiếm tỷ trọng Khoảng 29,5% vào năm 2020,
Khoảng 20,5% vào năm 2025 và Khoảng 15,5% vào năm 2030.
Đƣa tổng cơng suất nguồn điện gió từ mức 140 MW hiện nay lên Khoảng 800
MW vào năm 2020, Khoảng 2.000 MW vào năm 2025 và Khoảng 6.000 MW vào năm
2030. Điện năng sản xuất từ nguồn điện gió chiếm tỷ trọng Khoảng 0,8% vào năm
2020, Khoảng 1% vào năm 2025 và Khoảng 2,1% vào năm 2030.
Phát triển điện sử dụng nguồn năng lƣợng sinh khối: Đồng phát điện tại các nhà
máy đƣờng, nhà máy chế biến lƣơng thực, thực phẩm; thực hiện đồng đốt nhiên liệu
sinh khối với than tại các nhà máy điện than; phát điện từ chất thải rắn v.v... Tỷ trọng
điện năng sản xuất từ nguồn năng lƣợng sinh khối đạt Khoảng 1% vào năm 2020,
Khoảng 1,2% vào năm 2025 và Khoảng 2,1% vào năm 2030.
Đẩy nhanh phát triển nguồn điện sử dụng năng lƣợng mặt trời, bao gồm cả
nguồn tập trung lắp đặt trên mặt đất và nguồn phân tán lắp đặt trên mái nhà: Đƣa tổng
công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể hiện nay lên Khoảng 850 MW
vào năm 2020, Khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và Khoảng 12.000 MW vào năm
2030. Điện năng sản xuất từ nguồn điện mặt trời chiếm tỷ trọng Khoảng 0,5% năm
2020, Khoảng 1,6% vào năm 2025 và Khoảng 3,3% vào năm 2030.
Nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên và khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG): Đến
năm 2020, tổng công suất Khoảng 9.000 MW, sản xuất Khoảng 44 tỷ kWh điện, chiếm
16,6% sản lƣợng điện sản xuất; năm 2025, tổng công suất Khoảng 15.000 MW, sản
xuất Khoảng 76 tỷ kWh điện, chiếm 19% sản lƣợng điện sản xuất; năm 2030, tổng
công suất Khoảng 19.000 MW, sản xuất Khoảng 96 tỷ kWh điện, chiếm 16,8% sản
lƣợng điện sản xuất.
Nhiệt điện than: Khai thác tối đa nguồn than trong nƣớc cho phát triển các nhà
máy nhiệt điện, ƣu tiên sử dụng than trong nƣớc cho các nhà máy nhiệt điện khu vực
miền Bắc. Đến năm 2020, tổng công suất Khoảng 26.000 MW, sản xuất Khoảng 131

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 13/ 42


tỷ kWh điện, chiếm Khoảng 49,3% điện sản xuất, tiêu thụ Khoảng 63 triệu tấn than;
năm 2025, tổng công suất Khoảng 47.600 MW, sản xuất Khoảng 220 tỷ kWh điện,
chiếm Khoảng 55% điện sản xuất, tiêu thụ Khoảng 95 triệu tấn than; năm 2030, tổng
công suất Khoảng 55.300 MW, sản xuất Khoảng 304 tỷ kWh, chiếm Khoảng 53,2%
điện sản xuất, tiêu thụ Khoảng 129 triệu tấn than. Do nguồn than sản xuất trong nƣớc
hạn chế, cần xây dựng một số nhà máy nhiệt điện tại các trung tâm điện lực: Duyên
Hải, Long Phú, Sông Hậu, Long An v.v... sử dụng nguồn than nhập khẩu.
b.

Cơ cấu nguồn điện năm 2020:

Tổng công suất các nhà máy điện Khoảng 60.000 MW, trong đó: Thủy điện
lớn, vừa và thủy điệntích năng Khoảng 30,1%; nhiệt điện than Khoảng 42,7%; nhiệt
điện khí (kể cả LNG) 14,9%; nguồn điện sử dụng năng lƣợng tái tạo (gồm: thủy điện
nhỏ, điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối) 9,9%; nhập khẩu điện 2,4%.
Điện năng sản xuất và nhập khẩu Khoảng 265 tỷ kWh, trong đó: Thủy điện lớn,
vừa và thủy điện tích năng khoảng 25,2%; nhiệt điện than Khoảng 49,3%; nhiệt điện
khí (kể cả LNG) 16,6%; nguồn điện sử dụng năng lƣợng tái tạo (gồm: thủy điện nhỏ,
điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối) 6,5%; nhập khẩu điện 2,4%.
c.

Cơ cấu nguồn điện năm năm 2025:

Tổng công suất các nhà máy điện Khoảng 96.500 MW, trong đó: Thủy điện

lớn, vừa và thủy điệntích năng Khoảng 21,1%; nhiệt điện than Khoảng 49,3%; nhiệt
điện khí (kể cả LNG) 15,6%; nguồn điện sử dụng năng lƣợng tái tạo) (gồm: thủy điện
nhỏ, điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối) 12,5%; nhập khẩu điện 1,5%.
Điện năng sản xuất và nhập khẩu khoảng 400 tỷ kWh, trong đó: Thủy điện lớn,
vừa và thủy điện tích năng khoảng 17,4%; nhiệt điện than khoảng 55%; nhiệt điện khí
(kể cả LNG) 19,1%; nguồn điện sử dụng năng lƣợng tái tạo (gồm: thủy điện nhỏ, điện
gió, điện mặt trời, điện sinh khối) 6,9%; nhập khẩu điện 1,6%.
1.1.3

Tổng quan về thủy điện tại Việt Nam.

a.

Tiềm năng thủy điện.

Do vị trí địa lý của Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm mƣa
nhiều, nên đất nƣớc ta có nguồn tài nguyên thủy năng tƣơng đối lớn. Phân bố địa hình
trải dài từ Bắc vào Nam với bờ biển hơn 3400 km cùng với sự thay đổi cao độ từ hơn

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 14/ 42


3100 m cho đến độ cao mặt biển đã tạo ra nguồn thế năng to lớn do chênh lệch địa
hình tạo ra.
Nhiều nghiên cứu đánh giá đã chỉ ra rằng, Việt Nam có thể khai thác đƣợc
nguồn cơng suất thủy điện vào khoảng 25.000 - 26.000 MW, tƣơng ứng với khoảng 90
-100 tỷ kWh điện năng. Tuy nhiên, trên thực tế, tiềm năng về cơng suất thủy điện có
thể khai thác còn nhiều hơn.Theo kinh nghiệm khai thác thủy điện trên thế giới, cơng

suất thủy điện ở Việt Nam có thể khai thác trong tƣơng lai có thể bằng từ 30.000 MW
đến 38.000 MW và điện năng có thể khai thác đƣợc 100 - 110 tỷ kWh.

Hình 1.1: Nhà máy Thủy điện Sơn La Công suất lắp máy 2400 MW.

+

b.

Các giai đoạn phát triển

-

Trƣớc năm 1975.

Trƣớc năm 1954, các công trình thủy điện đƣợc ngƣời Pháp nghiên cứu khai

thác thủy điện - thủy lợi để phục vụ cho mục đích khai thác thuộc địa. Các cơng trình
thủy điện đƣợc lựa chọn tại các vị trí thuận lợi, có thể xây dựng nhanh, với chi phí
thấp, chƣa có nghiên cứu sâu về quy hoạch tổng thể.
+

Thời gian tiếp theo (1954 -1975), với sự giúp đỡ của các chuyên gia Liên Xô và

Trung Quốc, các nghiên cứu đánh giá tiềm năng thủy điện cho lƣu vực sông Hồng đã

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 15/ 42

đƣợc thực hiện từ năm 1956. Ngày 19/8/1964, cơng trình thủy điện có quy mơ lớn đầu
tiên với sự giúp đỡ của Liên Xô đã đƣợc khởi công xây dựng: Thủy điện Thác Bà trên
sông Chảy, công suất ban đầu 108 MW. Đây là cái nôi đào tạo đội ngũ CBCNV phát
triển thủy điện cho ngành Điện sau này.
Tại miền Nam, năm 1961, ngƣời Nhật tài trợ theo chƣơng trình đền bù chiến phí
của chiến tranh thế giới thứ hai để xây dựng dự án Thủy điện Đa Nhim, công suất 160
MW. Tuy nhiên, do ảnh hƣởng của chiến tranh, Nhà máy phải ngừng hoạt động vào
năm 1965, sau gần một năm đƣa vào vận hành.
-

Từ năm 1975 đến năm 1994.

Giai đoạn 1975 - 1994, với sự giúp đỡ lớn lao từ nƣớc bạn Liên Xô, Việt Nam đã
xây dựng thành cơng Thủy điện Hịa Bình, là dấu mốc quan trọng về khai thác thủy
năng to lớn cho đất nƣớc. Tại miền Nam, công tác khắc phục Nhà máy Thủy điện Đa
Nhim đƣợc thực hiện khẩn trƣơng, và cuối năm 1975, Nhà máy đã vận hành trở lại.
Để tiếp tục bổ sung nguồn điện cho miền Nam, ngày 30/4/1984, Thủy điện Trị An đã
chính thức khởi cơng xây dựng.
Trong giai đoạn này, tại miền Trung, một số thủy điện nhỏ và vừa cũng bắt đầu
đƣợc các đơn vị khảo sát - thiết kế trong nƣớc bắt tay thực hiện nhƣ Thủy điện Đrây
H’linh (12 MW), Thủy điện Vĩnh Sơn (66 MW).
-

Từ 1995 đến năm 2005

Có thể nói, giai đoạn này là đỉnh cao trong sự nghiệp phát triển thủy điện của đất
nƣớc. Nhiều cơng trình thủy điện đƣợc xây dựng và đƣa vào vận hành, bao gồm cả
những cơng trình thủy điện lớn, đa mục tiêu: Thủy điện Ialy, Thủy điện Hàm Thuận Đa Mi, Thủy điện Sê San 3, Thủy điện Tuyên Quang…
Giai đoạn này cũng chứng kiến sự phát triển vƣợt bậc và chuyển biến về chất của

kỹ thuật xây dựng thủy điện trên tất cả các lĩnh vực, từ quản lý dự án, tƣ vấn xây
dựng, thi công và vận hành nhà máy thủy điện. Từ việc phải phụ thuộc hoàn toàn vào
kỹ thuật từ nƣớc ngoài, đội ngũ ngƣời Việt đã tự chủ đƣợc tất cả cơng đoạn để xây
dựng thành cơng các cơng trình thủy điện, với bất kể qui mô nào.
Thời kỳ này đã xuất hiện hàng loạt thành tựu kỹ thuật hoàn toàn do các kỹ sƣ trong
nƣớc làm chủ. Cùng với việc áp dụng thành công những kết cấu trong xây dựng đập,
cơng tác chế tạo thiết bị cơ khí thủy cơng cho các dự án thủy điện đã có tiến bộ vƣợt

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 16/ 42


bậc. Hầu nhƣ tồn bộ thiết bị cơ khí thủy công trong giai đoạn này là do các nhà máy
cơ khí trong nƣớc đảm nhận.
-

Từ năm 2006 đến nay.

Đây là giai đoạn tiếp nối quan trọng trong việc khai thác năng lƣợng thủy điện của
đất nƣớc. Những dự án thủy điện lớn nhất đƣợc xây dựng và hoàn thành trong thời kỳ
này nhƣ: Thủy điện Sơn La (2400 MW), Thủy điện Lai Châu (1200 MW) và Thủy
điện Huội Quảng (560 MW). Phát triển thủy điện bắt đầu đi vào chiều sâu.
Hiện nay, Quy trình vận hành liên hồ chứa cho các bậc thang thủy điện đã đƣợc
thiết lập và đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ ký quyết định ban hành cho tất cả các lƣu vực
sơng có bậc thang thủy điện. Đến năm 2018, đã có tổng số 80 dự án thủy điện lớn và
thủy điện vừa vào vận hành với tổng cơng suất lắp máy là 15.999 MW.
Có thể nói, tới nay các dự án thủy điện lớn có cơng suất trên 100 MW hầu nhƣ đã
đƣợc khai thác hết. Các dự án có vị trí thuận lợi, chi phí đầu tƣ thấp cũng đã đƣợc
triển khai thi công. Một số nhà máy thủy điện đang đƣợc xây dựng mở rộng và các

nhà máy thủy điện tích năng sẽ đƣợc tiến hành đầu tƣ để phù hợp với cơ cấu nguồn
điện trong hệ thống điện quốc gia.
1.2

Các vấn đề cơ bản về tuabine thủy lực.

Tuabine thủy lực là một trong nhƣng thiết bị chủ yếu quan trọng nhất của nhà
máy thủy điện, tuabine và máy phát. Turbine là bộ phận động lực chính của nhà
máy có chức năng chuyển đổi năng lƣợng của dòng nƣớc (thủy năng) thành
chuyển động quay (cơ năng), thông qua kết nối trục với máy phát điện để biến năng
lƣợng nƣớc thành điện năng. Có thể coi Turbine là trái tim của nhà máy.
Nhà máy thủy điện là một tập hợp gồm có cơng trình thủy lợi, thiết bị điện và
thiết bị cơ khí trong đó chủ yếu là tuabin để biến năng lƣợng của dòng sông thành
cơ năng kéo máy phát điện.

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 17/ 42


Hình: 1.2: Cấu trúc khối tổ máy của nhà máy thủy điện.
1.2.1

Ưu điểm của nhà máy thủy điện
-Hiệu suất của tổ máy đạt đƣợc rất cao so với nhà máy nhiệt điện.
-Thiết bị đơn giản, dễ tự động hóa, có thể vận hành từ giám sát từ xa thông
qua hệ thống Scada.
-Thời gian khởi động máy và dừng máy nhanh, cho phép của trung tâm điều
độ quốc gia A0 và Cơng ty mua bán điện thì thời gian này là 9 phút là đạt
cơng suất định mức, cịn thực tế nhiều nhà máy chỉ khời động trong thời

gian 3 phút, đáp ứng đầy tải 4 phút.
-Ít gây ơ nhiểm mơi trƣờng.
-Suất đầu tƣ thấp dẫn đến giá điện thấp hơn các loại năng lƣợng khác. Hiện
nay mức giá đối với nhà máy thủy điện trên 30MW thƣờng dƣới 1.000
VNĐ. Còn nhà máy dƣới 30MW thì có mức giá cao hơi nhƣng dƣới 2.500
VNĐ.
-Các nhà máy điện đa chức năng thì ngồi chức năng phát điện thì cịn có
các chức năng khác: Cung cấp nƣớc thủy lợi cho ngành nông nghiệp. Phịng
chống lũ lụt: Lịng hồ thủy điện ln để lại một dung tích phịng lũ nhằm cắt
lũ, điều tiết lũ cho hạ du. Khai thác du lịch. Điều tiết khí hậu..vv. Ví dụ: Nhà

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 18/ 42


máy thủy điện Hịa Bình, Nhà máy thủy điện Sơn La, Nhà máy thủy điện Trị
An, Nhà máy thủy điện Ialy…vv.
-Chi phí quản lý, chi phí vận hành, bảo dƣỡng sửa chữa thấp, thƣờng dƣới
10% doanh thu.
1.2.2

Nhược điểm của nhà máy thủy điện.
-Làm thay đổi môi trƣờng sinh thái: Thay đổi dịng chảy tự nhiên sau khi bị
ngăn đập, phía sau hạ lƣu đập thƣờng thiếu nƣớc, và thƣờng không còn
thủy hải sản sinh sống. Hiện nay để hạn chế bớt tác hại của việc ngăn sơng
này thì các nhà máy đều bắt buộc duy trì dịng chảy mơi trƣờng tối thiểu.
-Diện tích sử dụng lớn, hầu hết là diện tích đất rừng phải bỏ để làm lịng hồ,
và đất nơng nghiệp. Thơng thƣờng để tạo ra 1MW thì mất khoảng 10ha đến
30ha.

-Làm giảm một lƣợng lớn phù sa cung cấp cho hạ du.
-Nhà máy thủy điện thƣờng đặt xa khu trung tâm công nghiệp nơi phụ tải
lớn nên việc đầu tƣ truyền tải tốn kém, tổn thất điện lớn.

1.3

Phân loại tuabine thủy lực.

Kiểu loại Tuabin phụ thuộc vào điều kiện thủy năng nhƣ cột nƣớc và lƣu
lƣợng vào turbine ngƣời ta phân loại nhƣ sau:
1.3.1

Phân loại tuabin áp dụng cho dự án thủy điện có cột nước địa hình cao.

Phạm vi sử dụng turbine với cột nƣớc trên 100m để đảm bảo khai thác tối đa
hiệu suất của tổ máy gồm các loại: Tuabin Penllton, Tuabin Francis.

Hình 1.3: Turbine Penllton

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Hình 1.4: Turbine francis

Trang: 19/ 42


1.3.2

Phân loại tuabin áp dụng cho dự án Thủy điện nhỏ và vừa có cột nước địa
hình thấp.

Phạm vi sử dụng turbine cột nƣớc dƣới 100m đƣợc phân loại nhƣ sau.
-Turbin Kaplan (từ 20-100m).

Hình 1 5: Turbine Kaplan.
-Turbin Bulb (từ 4-20m).

Hình 1. 6: Turbine Bulb

Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 20/ 42


1.3.3

Biểu đồ phân loại turbine và đường đặc tính Turbine Bulb.

a. Biểu đồ phân loại turbine.

Bảng 1.2: Biểu đồ phạm vi sử dụng của các kiểu turbine.
b. Đường đặc tính Turbine bulb.

Bảng 1.3: Đƣờng đặc tính của turbine cột nƣớc thấp (Turbine bulb).

Bảng 1.4: Đƣờng đặc tính tổng hợp turbine cột nƣớc thấp (turbine bulb).
Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 21/ 42

1.4

Nguyên lý làm việc của turbine.

1.4.1

Tuabin xung kích:

Là dạng turbine lợi dụng phần động năng của dòng chảy tác dụng lên bánh xe cơng
tác cịn phần thế năng bằng khơng. ở dạng turbine này tồn bộ thế năng của dịng chảy
sau khi ra khỏi vòi phun biến thành động năng truyền năng lƣợng cho bánh xe cơng
tác. Nƣớc từ vịi phun chảy vào bánh xe công tác theo các tia tròn làm quay turbine.
Các tuabin kiểu này thay đổi chiều của luồng lƣu chất vận tốc lớn hoặc luồng khí
phun. Kết quả là xung lực làm quay tuabin và để lại luồng lƣu chất với động năng
giảm. Khơng có thay đổi áp suất của chất lỏng hay khí trong các cánh roto turbine (các
cánh chuyển động), nhƣ trƣờng hợp của turbin hơi hoặc khí, tất cả áp lực giảm diễn ra
tại các cánh tuabin tĩnh (miệng phun).
Trƣớc khi lƣu chất có áp lực tới đƣợc turbine, áp suất ban đầu của lƣu chất bị
thay đổi thành động năng ban đầu bằng cách đẩy luồng lƣu chất vào vòi phun các
Turbine Penllton chỉ sử dụng quá trình này. Các tuabin xung kích khơng u cầu có
buồng xoắn áp suất xung quanh, urbine quay nhờ tia lƣu chất phun ra từ vòi phun
trƣớc khi đến cánh tuabin trên roto. Định luật II Newton miêu tả quá trình truyền năng
lƣợng cho tuabin xung kích.

Bảng 1.5: Sơ đồ nguyên lý làm việc của turbine.
Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền

Trang: 22/ 42