Nhà máy thủy điện
Nhà máy thủy điện dùng năng lượng của dòng nước để sản xuất ra điện năng. Động cơ sơ cấp để quay máy phát thủy điện là các tuabin nước trục ngang hay trục đứng.
Nguyên lý hoạt động
Nước từ đập xả, xả qua đường ống làm quay tuabin được gắn đồng trục với rotor dây quấn máy phát đồng bộ tạo ra điện theo nguyên lý cảm ứng điện từ.
Phân loại
Nhà máy thủy điện trục đứng:
- Độ cao cột nước thấp.
- Lưu lượng nước nhiều.
Nhà máy thủy điện trục ngang:
- Độ cao cột nước lớn
Ưu điểm
- Không tốn nhiên liệu ⇒chi phí thấp.
- Phụ tải địa phương thường khá nhỏ.
- Thời gian phát điện hay khả năng điều chỉnh công suất nhanh.
- Hiệu suất cao.
- Vận hành đơn giản ⇒ đảm bảo khả năng tự động hóa cao.
- Lượng điện tự dùng nhỏ.
Nhược điểm
- Chi phí truyền tải lớn do xa trung tâm phụ tải.
- Thời gian xây dựng lâu và tốn nhiều chi phí.
- Gây mất cân bằng hệ sinh thái ⇒ ô nhiễm môi trường.
Mục lục
- 1 Tầm quan trọng
- 2 Ưu điểm
- 3 Nhược điểm
- 4 Các số liệu về thuỷ điện
- 4.1 Cũ nhất
- 4.2 Các nhà máy thuỷ điện lớn nhất
- 4.3 Đang tiến hành
- 4.4 Các nước có công suất thuỷ điện lớn nhất
- 5 Thủy điện tại Việt Nam
- 6 Chú thích
- 7 Tham khảo
- 8 Xem thêm
- 9 Liên kết ngoài
Thủy điện, sử dụng động lực hay năng lượng dòng chảy của các con sông hiện nay chiếm 20% lượng điện của thế giới. Na Uy sản xuất toàn bộ lượng điện của mình bằng sức nước, trong khi Iceland sản xuất tới 83% nhu cầu của họ (2004), Áo sản xuất 67% số điện quốc gia bằng sức nước (hơn 70% nhu cầu của họ). Canada là nước sản xuất điện từ năng lượng nước lớn nhất thế giới và lượng điện này chiếm hơn 70% tổng lượng sản xuất của họ.
Ngoài một số nước có nhiều tiềm năng thủy điện, năng lực nước cũng thường được dùng để đáp ứng cho giờ cao điểm bởi vì có thể tích trữ nó vào giờ thấp điểm (trên thực tế các hồ chứa thủy điện bằng bơm – pumped-storage hydroelectric reservoir - thỉnh thoảng được dùng để tích trữ điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện để dành sử dụng vào giờ cao điểm). Thủy điện không phải là một sự lựa chọn chủ chốt tại các nước phát triển bởi vì đa số các địa điểm chính tại các nước đó có tiềm năng khai thác thủy điện theo cách đó đã bị khai thác rồi hay không thể khai thác được vì các lý do khác như môi trường.
Những ngôi nhà đã bị ngập chìm từ năm 1955, tái xuất hiện sau một thời gian dài khô hạn
Hồ chứa nước thuỷ điện Vianden, Luxembourg (tháp)
Lợi ích lớn nhất của thủy điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu. Các nhà máy thủy điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí thiên nhiên hay than đá, và không cần phải nhập nhiên liệu. Các nhà máy thủy điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện, một số nhà máy thủy điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 50 đến 100 năm trước. Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hoá cao và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường.
Các nhà máy thủy điện hồ chứa bằng bơm hiện là công cụ đáng chú ý nhất để tích trữ năng lượng về tính hữu dụng, cho phép phát điện ở mức thấp vào giờ thấp điểm (điều này xảy ra bởi vì các nhà máy nhiệt điện không thể dừng lại hoàn toàn hàng ngày) để tích nước sau đó cho chảy ra để phát điện vào giờ cao điểm hàng ngày. Việc vận hành cách nhà máy thủy điện hồ chứa bằng bơm cải thiện hệ số tải điện của hệ thống phát điện.
Những hồ chứa được xây dựng cùng với các nhà máy thủy điện thường là những địa điểm thư giãn tuyệt vời cho các môn thể thao nước, và trở thành điểm thu hút khách du lịch. Các đập đa chức năng được xây dựng để tưới tiêu, kiểm soát lũ, hay giải trí, có thể xây thêm một nhà máy thủy điện với giá thành thấp, tạo nguồn thu hữu ích trong việc điều hành đập. Sông và suối mang theo trầm tích trong dòng chảy của chúng. Trầm tích này có thể ở nhiều vị trí khác nhau trong dòng chảy, phụ thuộc vào sự cân bằng giữa vận tốc hướng lên trên hạt (lực kéo và lực nâng) và [vận tốc lắng đọng vận tốc thiết bị đầu cuối] của hạt. Các mối quan hệ này được thể hiện trong bảng sau cho Rouse number, đây là tỷ lệ vận tốc rơi trầm tích với vận tốc hướng lên trên.
Thủy điện, nhiệt điện và những toan tính khác nhau
Thứ ba, 23/7/2013 | 08:57 GMT+7
Đang trong mùa khan nước, thiếu điện mùa khô, báo cáo của Bộ Công Thương gửi Thủ tướng chỉ ra hàng loạt lỗi lớn nhỏ trong việc đầu tư các dự án thủy điện gây ảnh hưởng lớn đến cuộc sống người dân những năm qua.
Đằng sau những thiếu sót này một phần là do sự lúng túng trong việc tính toán, chấp thuận đầu tư vào các dự án năng lượng ở Việt Nam.
Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) tính toán, năm 2010, với dự kiến đưa thêm 14 nhà máy điện mới vào hoạt động (bổ sung thêm 3.300 MW vào hệ thống) thì tổng công suất lắp đặt nguồn điện cả nước là trên 18.400 MW, cơ bản cả nước sẽ không lo thiếu điện.
Song, tính đến thời điểm hiện nay, tổng công suất nguồn điện đã lắp đặt được khoảng 14.4000 MW và một phần ba trong số này là từ thủy điện. Do diễn biến bất thường của thời tiết và hạn hán, nguồn thủy điện thực tế hiện chỉ huy động được chừng một phần ba nên sự sụt giảm nguồn điện trong thực tế là rất rõ.
Xét về phương diện đầu tư vào năng lượng, cũng không thể trách các cơ quan quản lý về việc thiếu hụt điện năng do phụ thuộc quá nhiều vào nguồn thủy điện vì đây là nguồn năng lượng có suất đầu tư rẻ, tận dụng điều kiện tự nhiên. Cũng do tồn tại lịch sử, việc đầu tư vào các dự án thủy điện đã diễn ra từ hàng chục năm nay.
Các cơ quan quản lý vĩ mô trong vài năm gần đây nhận thấy cần phải giảm dần sự phụ thuộc này qua việc chuyển định hướng đầu tư sang các nguồn năng lượng khác để bù đắp và thay thế quy hoạch đã đến ngưỡng của thủy điện.
Song, định hướng này đã không được thực hiện nghiêm hoặc hướng dẫn đầy đủ trong quá trình phân cấp đầu tư ở địa phương. Do đó, việc đầu tư tràn lan vào các dự án thủy điện nhỏ ở địa phương thực tế không giúp ích được nhiều cho việc đảm bảo an ninh năng lượng tại chỗ, chưa nói đến các ảnh hưởng khác.
Theo báo cáo của Tổng công ty Điện lực miền Trung vừa gửi cho EVN, dù 9 tỉnh miền Trung và Tây Nguyên được đầu tư chi chít hàng trăm các dự án thủy điện trên các con sông nhưng khi phải tiết giảm điện từ nguồn điện lưới quốc gia, họ chỉ huy động được 1 triệu kWh/ngày từ các dự án thủy điện vừa và nhỏ. Ảnh hưởng của thời tiết và hạn hán khiến cho nguồn cung ít ỏi này cũng không ổn định. Phần rất lớn còn lại là 16,2 triệu kWh/ngày là do EVN phân bổ. Trong khi dự báo nhu cầu điện cho miền Trung khoảng 21,2 triệu kWh/ngày.
Báo cáo của Bộ Công Thương về kết quả kiểm tra các dự án thủy điện tại 9 tỉnh trọng điểm khu vực miền Trung và Tây Nguyên hồi tháng 3 cho thấy, việc chấp thuận đầu tư quá dễ hoặc thổi phồng hiệu quả đầu tư vào các dự án thủy điện đã và sẽ mang lại nhiều hệ lụy cho đời sống và phát triển kinh tế tại các địa phương có liên quan đến dự án.
Hậu quả đầu tiên là bất kể số lượng nhiều, các dự án không giải quyết được nhu cầu tăng cường nguồn năng lượng tại chỗ như đã nói ở trên, do nhiều dự án không đảm bảo hiệu quả đầu tư hoặc khai khống quy mô công suất lắp máy.
Do hiệu quả thực tế kém, người ta có quyền nghi ngờ về tiềm năng thủy điện ước tính hơn 7.500 MW từ 9 tỉnh miền Trung cộng lại, trong đó có 226 dự án (khoảng hơn 2.200 MW) còn đang nghiên cứu đầu tư, chưa kể 120 dự án siêu nhỏ khác hiện chưa có chủ đầu tư quan tâm. Đó cũng là nguyên nhân dẫn đến đề nghị của Bộ Công Thương loại bỏ 38 dự án đã phê duyệt và điều chỉnh quy mô 35 dự án không phù hợp khác để tránh ảnh hưởng đến những tính toán nguồn cung trong thời gian tới.
Thận trọng xem xét những dự án mới
Ở một góc độ khác, nếu nguồn thủy điện thiếu hụt trong một thời gian nhất định thì việc lấy các nguồn điện khác như nhiệt điện, điện khí... bù đắp cũng có thể giảm thiếu hụt nguồn cung. Song, việc đầu tư vào các dự án năng lượng khác cũng đang gặp nhiều vấn đề nên việc bù đắp thiếu hụt nguồn cung hiện tại và tương lai chắc chắn còn gặp nhiều khó khăn.
Lấy ví dụ như việc đầu tư vào các dự án nhiệt điện. Năm 2008, khi EVN trả lại 13 dự án điện lớn có nhắc đến hai nguyên nhân chính là thiếu vốn và thiếu nguồn than nhập do các đối tác bán than không chấp thuận bán than cho các dự án điện số lượng lớn và dài hơi, bất kể người mua có năng lực tài chính mạnh. Một số doanh nghiệp dự tính đầu tư vào các dự án điện cũng nói rằng, qua khảo sát tại nước ngoài, việc nhập than là không dễ.
Song, trong chuyến làm việc mới đây của lãnh đạo Bộ Công Thương tại Úc (quốc gia xuất khẩu than lớn thứ 4 thế giới), phía Úc sẵn sàng đàm phán với các doanh nghiệp Việt Nam về việc bán than theo hợp đồng dài hạn, kể cả liên doanh đầu tư khai thác tại mỏ. Trong thời gian tới, Úc tiếp tục gia tăng xuất khẩu than cũng như đầu tư vào khai thác các mỏ mới với trữ lượng lớn.
Do vậy, Bộ Công Thương cho rằng việc một số chủ đầu tư nói không có lối ra khi đi đàm phán các dự án nhập than là không chính xác; dù quá trình từ đàm phán đến nhập khẩu được còn là quãng đường dài. Tiến trình mở cửa nhập khẩu than đã được mở thông qua việc Bộ Công Thương Việt Nam và Bộ Tài nguyên, Năng lượng và Du lịch của Úc ký ghi nhớ ban đầu về hợp tác năng lượng. Như vậy, việc xúc tiến thực hiện các dự án nhiệt điện cần phải được đẩy nhanh hơn, để các dự án nhiệt điện không bị “treo” nữa.
Trong quá trình phê duyệt dự án, cũng cần chú ý đến các mục đích khác phía sau của chủ đầu tư. Như việc xin phê duyệt đầu tư một trung tâm nhiệt điện lớn tại miền Đông Nam bộ, một số chủ đầu tư có thể tranh nhau nhắm đến việc đầu tư khai thác cảng biển để nhập than.
Ở đây, mục đích có cảng nhập than cho dự án điện là đúng nhưng mục đích lớn hơn phía sau là chỉ cần dự án cảng này được đưa vào khai thác, nhà đầu tư đã bắt đầu thu nguồn lợi vận tải ngay. Và lúc ấy, có thể việc đầu tư vào các dự án điện sẽ bị xếp xuống hàng sau, ảnh hưởng đến tính toán, cân đối an ninh năng lượng.
Chia sẻ
Nhiệt điện, thủy điện hay điện mặt trời: Lựa chọn nào cho Việt Nam?
Lựa chọn nguồn năng lượng nào cho Việt Nam tới đây, theo quy hoạch Điện 8, là bài toán không dễ dàng.
Phụ tải và công suất phát điện mặt trời
Cáchđây không lâu,tôi đã cónhữngphân tích phụ tải và công suất phát điện mặt trời vào ngày Tết dựa trên biểu đồ phụ tải do Trung tâm điều độ quốc gia công bố. Khi đó,công suất phát điện mặt trời cao hơn phụ tải vào giữa trưa. Việc cắt điện mặt trời vào thời điểm đó là việc không mong muốn nhưng dứt khoát phải làm.
Cònđối vớingàythườngđi làm thì thếnào?Hãy lấy phụ tải ngày 4/3/2021 - ngày cả nước đi làm (Biểu đồ hình 1)để xem xét. Lúc này,đáy phụ tải 23 GW vượt hơn đỉnh của công suất phát mặt trời khoảng 7GW. Nếu nhìn qua, có thể thấy khả năng để điện mặt trời phát hết công suất! Nhưvậy, ta vẫn nên cắt điệnnhưng cắt ít hơn ngày Tết vìtối hôm đó, phụ tải lên tận 35GW.
| Biểu đồ phụ tải ngày Tết và ngày làm việc chồng lên nhau |
| Giả thiết về lưu trữ ngắn một phần công suất điện mặt trời để phát lại vào giờ tắt nắng |
Giả sử để điện mặt trời phát thoải mái thì phần còn lại cho điện truyền thống chỉ còn 7GW lúc 12h. Từ công suất 7GW đó, nhữngnhà máy điện còn lại khôngnhảy nổi lên 35GW vào lúc 18h.
Khinghe đến việcđiều chỉnh công suất hệ thống lên xuống, hơn 30% khiếnnhiều người lo lắng, còn50% khiếnnhiềungườicăng thẳng. Trongkhi đó,35 GW so với 7 GW là 5 lần, tức là tăng 500% trong vòng 6 giờ rồi sau đó lại xuốngngay.
Thực tế, tôi đưa ramột số ước tính với từng loại hình điện đang có trong hệ thống Việt Nam theo dữ liệu trong dự thảo quy hoạch Điện lực 8 được công bố công khai.
Điện than muốn nhóm lò mất ít nhất 3 giờ, nhiềuhơn là10 giờ. Mỗi lần nhóm lò rất tốn kém và ô nhiễm môitrường. Khả năng tăng giảm công suất của lò tầng sôi tuần hoàn (CFB) đạt 2 lần, nhưng lò này hiệu suất chung kém lò than phun (PC).
Lò PC chỉ có thể giảm 30% công suất, muốngiảm nữaphải châm thêm dầu DO (tốn kém) hoặc là ngừng lò. Đa số nước ta dùng lò PC nên có thể nói 20 GW công suất đặt của than có khoảng 18 GW đang hoạt động và chỉ có thể giảm tối đa xuống 12GW.
Thủy điện có thể đóng góp cho việctăng giảm vì khả năng khởi động nhanh, nhất là khi chủ động chạy không tải, nhưng không nhiều vì mùa khô chính thủy điện phải ăn đong.
Thủy điện nhỏ và trung bình có nước là nhằm giờ cao điểm mà phát, hết giờ cao điểm hay thiếu nước phải tắt máy nằm chờ vì những ngày căng thẳng hơn còn ở phía trước cho đến khi có lũ tiểu mãn.
Mùa mưa phải cho thủy điện phát hết cỡ vì nó là nguồn rẻ nhất mà lại ổn định. Chuyên gia nước ngoài hay khuyên là không nên dùng thủy điện thường để phủ đỉnh (phát thêm tổ máy vào lúc phụ tải cao) vì nó làm giảm tuổi thọ của tổ máy. Nênlấythủy điện tích năng để phủ đỉnh. Công suất thủy điện tích năng ở Việt Nam bằng con số không!
Tham khảo thêm
Vì sao phải tính giá điện bậc thang?
Công suất thủy điện mùa khô chắc cỡ 8GW. Giảm hết cỡ còn khoảng 2GW. Không thể giảm nữa vì thủy điện lớn duy trì tần số và chạy không tải để dự phòng thiếu điện đột ngột.
Vìvậy, điện khí chính là thứ tuyệt vời để phát vào lúc trời chập tối vì khả năng tăng giảm công suất rộng, có thể đạt 5 lần. Nhưng tổng công suất điện khí của Việt Nam chỉ có 8,2 GW, trừ 10% bảo dưỡng còn 7GW. Tức là nếu ban ngày cho điện khí chạy cỡ 2GW thì buổi tối có thể nâng lên 7GW ngon lành nếu đủ nguồn khí.
Đặtgiả thiết đólà vấn đề nóng vì các mỏ khí của ta đã cạn. Cứ cho là có đủ khí thì 7GW là quá ít so với 35GW phụ tải. Điện khí chu trình đơn có thể bật tắt rất nhanh nhưng hiện nước ta chưa làm vì hiệu suất thấp hơn so với chu trình hỗn hợp.
Điện diesel khởi động nhanh, công suất linh hoạt nhờ điều phối số tổ máy. Nhưng diesel kịch cỡ chỉ có chưa đầy 1GW màrất đắt. Nó là dự bị chiến lược cho những đợt nắng nóng cao điểm hay mất điện đột ngột.
Gió, sinh khối, nhập khẩu cỡ 2GW. Không có khả năng tăng theo lệnh tuy gió có thể cắt giảm được.
Vậy là để có 18GW điện than, 8GW thủy điện, 7GW điện khí và sinh khối, nhập khẩu, gió 2GW nữa vào buổi chiều tối, ta cần duy trì tối thiểu khoảng 12+2+2+2=18 GW công suất cho các loại kia vào điểm thấp nhất. Phụ tải vào giữa trưa là 23GW. Vậy là chỉ còn 5GW đất trống dành cho 16,5GW điện mặt trời.
Nếu mạnh dạn tắt điện khí,được thêm 2 GW nữa 7GW. Có 16 GW điện mặt trời trong khi nhu cầu mua chỉ có 7 GW, buộc phải cắt giảm!Than, thủy, khí cũng chỉ lên đỉnh 35GW vài giờ là lại cắt.Một hệ thống điện càng an toàn,công suất dự trữ càng nhiều và số giờ bị cắt càng lớn. Trên thế giới không có hệ thống điện nào mà nhu cầu có thể tạo ra một đường thẳng trong 24 giờ.
Ba giải pháp
Khó khăn nào cũng có thể đề ra giải pháp. Có thể có 3 giải pháp sau:
Thứnhất,tăng công suất điện khí lên khoảng 30% tổng công suất đặt (hiện nay 12%), cao hơn cả kế hoạch trong dự thảo quy hoạch Điện 8. Điện khí vừa khởi động nhanh (nếu chu trình đơn), vừa có thể tăng giảm công suất rộng.
Có một công ty điện khí LNG (khí tự nhiên hóa lỏng) ở Bạc Liêu năm 2018 nóinhư đinh đóng cột sẽ phát điện vào năm 2021, với giá rẻ đến mức người khác ngao ngán. Nhưngđến nay, công ty ấy chưa đổ được mét khối bê tông nào.
Ngoài ra, nếu phát triển điện khí tốt,giá bán lẻ điện phải tăng lên vì nguồn khí rẻ đã hết. Nguồn khí sắp tới, từ khí khai thác trong nước đến LNG nhập khẩu đều đắt hơn nên điện khí sẽ đắt hơn. Chưa kể,một tỷ trọng tua bin khí chu trình đơn cao sẽ làm giảm hiệu suất sử dụng khí.
Chúng ta có thể hiểu vìsao nước Đức nổi tiếng với công suất đặt điệnnăng lượng tái tạorất cao vẫn phải nhập khí đốt qua đường ống từ Nga để chạy điện khí. Công suất đặt điện khí ở Đức là 30,5GW so với đỉnh phụ tải 80GW.
Thứhai, lưu trữ điện. Giá mà điện mặt trời lưu trữ được 50% rồi phát chậm hơn 5-7 giờ làtuyệt vời(hình 2). Nhưng vấn đề muôn thuở là tiềnởđâu? EVN sẽ có giải pháp lưu trữ điện nhưng chỉ là lưu trữ để đảm bảo tần số khi có biến. Lưu trữ hàng ngày phải là công việc của bên sản xuất điện.
Thứba, sử dụng các biện pháp quản lý bên người dùng (DSM) bao gồm tạo ra biểu giá để thay đổi thói quen dùng điện và tiết kiệm điện luôn là giải pháp cả thế giới áp dụng. Các biện pháp này ở Việt Nam đang áp dụng cho điện sản xuất và cũng góp phần san bớt đỉnh phụ tải vào giờ cao điểm, tăng thêm ca làm đêm vào giờ thấp điểm.
Nhưng DSM cũng có giới hạn vì ngay cả ở các nước phát triển với giá điện biến động từng giờ, đường cong phụ tải cũng không bao giờ phẳng được.
Đào Nhật Đình
Bài 1 - Quy hoạch điện: Những biến số cần lời giải
Cân bằng nhu cầu luôn là đầu vào quan trọng cho quy hoạch ngành Điện. Cần tính toán kỹ lưỡng nhu cầu điện năng trong tương lai để xử lý bài toán cân bằng cung cầu và đảm bảo an ninh năng lượng cho đất nước.