Nhà máy thủy điện

L∙ Văn út, đặng quốc thống ngô văn d−ỡng Nhà máy thủy điện Hà nội 12 - 2005 Mở đầu I. . Công nghệ năng l−ợng và vai trò của thủy năng Điện năng cần đ−ợc tạo ra từ các dạng năng l−ợng khác tiềm tμng trong tự nhiên nhờ công nghệ biến đổi năng l−ợng. Chẳng hạn, nhiệt năng tiềm tμng trong các dạng nhiên liệu (than đá, dầu mỏ, khí đốt ...) đ−ợc giải phóng qua phản ứng cháy, biến đổi thμnh cơ năng vμ cuối cùng thμnh điện năng ở các nhà máy nhiệt điện. Cơ năng của dòng n−ớc (sông, suối, thủy triều ...) đ−ợc biến thμnh điện năng ở các nhà máy thủy điện. Tại các nhà máy điện nguyên tử, năng l−ợng giải phóng từ phản ứng hạt nhân (của các nguyên tố có nguyên tử l−ợng lớn - U235) cũng đ−ợc biến thμnh điện năng qua các quá trình biến đổi nhiệt → cơ → điện từ. Ngoμi các công nghệ quan trọng nói trên những công nghệ năng l−ợng mới cũng đang đ−ợc nghiên cứu áp dụng nh−: năng l−ợng mặt trời, năng l−ợng địa nhiệt, năng l−ợng gió, năng l−ợng sinh khối, sinh khí ... Lịch sử phát triển cho thấy tỉ lệ các dạng năng l−ợng tự nhiên đ−ợc biến đổi khai thác không giống nhau vμ có sự biến động mạnh theo thời gian (hình 1). Vμo những năm 50 của thế kỷ tr−ớc, tuyệt đại đa số điện năng đ−ợc sản suất ra lμ ở các nhμ máy nhiệt điện (trên 90%). Tuy nhiên theo thời gian tỉ lệ điện năng do các nhμ máy nhiệt điện phát ra có xu h−ớng giảm dần, thuỷ điện tăng dần vμ có sự phát triển nhanh của phần điện năng do các nhμ máy điện nguyên tử sản xuất. Điều nμy có thể giải thích đ−ợc bởi sự cạn dần của các loại nhiên liệu vμ nhu cầu ứng dụng nó vμo các lĩnh vực kinh tế khác ngμy cμng có giá trị hơn. (Ví dụ sử dụng than đá, dầu mỏ, khí đốt nh− lμ nguyên liệu sản xuất chất dẻo, tơ nhân tạo, vật liệu mới ...). Trong khi đó kỹ thuật xây dựng vμ khai thác thuỷ năng lại có những b−ớc thay đổi v−ợt bậc, cho phép lắp đặt những tổ máy công suất lớn, đắp đập ngăn sông xây dựng những NMTĐ khổng lồ ( NMTĐ Tam Hiệp, xây dựng trên sông D−ơng Tử (TQ) với tổng công suất 26 x 700 MW = 18200 MW lμ một ví dụ) lμm cho giá thμnh xây dựng (tính trên một đơn vị công suất lắp máy) ngμy cμng giảm. Tính chung trên thế giới, sản l−ợng điện của các NMTĐ sản suất ra hiện đang cung cấp cho trên 1/3 tổng sản l−ợng điện tiêu thụ. Một số n−ớc có tỉ lệ thuỷ điện lớn nh−: Canađa (93%), Phần Lan (91%), Nauy (99%), Thuỵ Sỹ (99,5%). Việt Nam, theo con số thống kê năm 1997 tỉ lệ thuỷ điện chiểm 65% tổng sản l−ợng điện năng sản xuât vμ tiêu thụ toμn quốc. II. Vài nét về phát triển thuỷ điện ở Việt Nam Tính đến năm 1954 (sau kháng chiến chống Pháp) sản l−ợng điện năng Việt nam nói chung vμ thuỷ điện nói riêng hầu nh− ch−a có gì. Tuy nhiên, miền Bắc đã có các NMTĐ Tμ Sa, Na Ngần, Bμn Thạch; miền Nam có NMTĐ Đa Nhim (công suất 4 x 40 = 160 MW). Năm 1971 do LX cũ giúp xây dựng đã khánh thμnh NMTĐ Thác Bμ với công suất 3 x 36 = 108 MW. Lúc nμy tổng công suất của các NMNĐ miền Bắc vẫn ch−a v−ợt quá 100 MW, nghĩa lμ thuỷ năng đã giữ tỉ lệ quan trọng trong HTĐ Việt Nam từ những ngμy đầu xây dựng. Năm 1992 NMTĐ Hoμ Bình đã xây dựng vμ lắp đặt xong đến tổ máy cuối cùng với tổng công suất lên tới 1920 MW (8 x 240 MW). Vμo thời điểm nμy tổng công suất tiêu thụ của HTĐ miền Bắc lúc cực đại chỉ vμo khoảng 1100 MW, do đó đ−ờng dây siêu cao áp 500 KV đ−ợc xây dựng gấp rút để tải điện năng thừa của NMTĐ Hoμ Bình vμo miền Nam (nhiệt điện ở miền Bắc lúc nμy còn có các nhμ máy Phả Lại 440 MW, Ninh Bình 100 MW). Tiếp sau NMTĐ Hoμ Bình, để đáp ứng nhu cầu tăng tr−ởng nhanh của phụ tải điện, lần l−ợt nhiều NMTĐ lớn đ−ợc xây dựng vμ đ−a vμo vận hμnh. Có thể nhận thấy rằng (xem bảng) HTĐ Việt Nam có một tiềm năng thuỷ điện khá lớn. Tỉ lệ thuỷ năng chiếm cao trong tổng sản l−ợng điện năng toμn quốc. Thuỷ điện, có thể phát triển khắp cả 3 miền. Miền Bắc có thể xây dựng những NMTĐ lớn do những dòng sông lớn, độ dốc cao. Miền Trung có nhiều thuỷ điện nhỏ (sông có độ dốc lớn, nh−ng l−u l−ợng lại bé), miền Nam có khả năng xây dựng một số NMTĐ công suất trung bình (độ dốc các dòng sông th−ờng không lớn). Quá khứ (cho đến hiện tại) thuỷ điện Việt Nam đã có một lịch sử phát triển mạnh mẽ, tiềm năng thuỷ điện Viêt Nam còn rất dồi dμo, t−ơng lai thuỷ điện Việt Nam sẽ còn phát triển vμ chiếm vị trí quan trọng trong HTĐ Việt Nam. Bảng 1. Các NMTĐ đang vận hành Sản lượng điện năng hàng năm (GWh) Nhà mỏy thủy điện Tỉnh Cụng suất đặt (MW) Chiều cao đập (m) Chiều cao cột nước (m) Năm đưa vào vận hành thiết kế thực tế Nước hợp tỏc xõy dựng Giỏ xõy dựng (106 USD) Da Nhim Lam Dong - Ninh Thuan 4 x 40 38 741 1964 1 055 809 Japon 50 Thac Ba Yen Bai 3 x 36 45 30 1972 416 450 URSS 110 Hoa Binh Hoa Binh 8 x 240 128 88 1984 8 100 7 200 URSS 1 500 Tri An Dong Nai 4 x 100 40 50 1988 1 760 1 400 URSS 400 Vinh Son Binh Dinh 2 x 33 37 + 40 612 1994 228 252 France 70 Thac Mo Binh Phuoc 2 x 75 46 90 1995 640 600 Ukraine 150 Song Hinh Phu Yen 2 x 75 43 148 1999 378 320 Suốde 100 Ham Thuan Lam Dong - Binh Thuan 2 x 150 93,5 250 2001 1 017 800 Japon 300 Dami Lam Dong - Binh Thuan 2 x 87,5 72 143 2001 590 500 Japon 180 Yali Gia Lai - Kontum 4 x 180 7 190 2001 3 650 3 300 Ukraine Russie 700 Bảng 2. Các NMTĐ đang xây dựng Giai đoạn 2002 - 2005 NMTĐ Công suất đặt Khởi công Vμo vận hμnh Ghi chú 1 Se San 3 300 2002 2005 2 Thác Mơ 50 2005 mở rộng 3 Cần Đơn 72 2005 BOT Giai đoạn 2006 - 2010 4 Tuyên Quang 342 2002 2006-2007 5 Đại Ninh 300 2003 2006-2007 6 Rμo Quán 70 2003 2007 7 A V−ơng I 170 2003 2007 8 Pleikrong 110 2003 2007 9 Ban La 300 2004 2008-2009 10 Đồng Nai 3-4 510 2005 2009-2010 11 Buôn Kuơp 280 2003 2008-2009 12 Sông Ba Hạ 250 2005 2009-2010 13 Sông Tranh 2 135 2005 2009-2010 14 KonTum Th−ợng 220 2006 2010 15 Sông Con 2 69 2006 2009-2010 16 Bản Chac-Huội Quảng 740 2006 2009-2011 17 Đắc Rinh 97 2006 2009-2010 18 Ea Krong 65 2004 2008-2009 Bảng 3. Các NMTĐ lớn trên thế giới Itaipỳ Brazil/Paraguay 1984/1991/2003 14000 MW 93.4 TW-hours Guri Venezuela 1986 10200 MW 46 TW-hours Grand Coulee hoa Kỳ 1942/1980 6809 MW 22.6 TW-hours Sayano Shushenskaya Nga 1983 6721 MW 23.6 TW-hours Robert-Bourassa Canada 1981 5616 MW Thỏc Churchill Canada 1971 5429 MW 35 TW-hours Yaciretỏ Argentina/Paraguay 1998 4050 MW 19.1 TW-hours Iron Gates Rumani/Serbia 1970 2280 MW 11.3 TW-hours Aswan Ai Cập 1970 2100 MW • Đập Tam Hiệp, Trung Quốc. Phỏt điện lần đầu thỏng Bảy 2003, dự kiến hoàn thành 2009, 18200 MW Cỏc nước cú cụng suất thuỷ điện lớn nhất • Canada, 341312 GWh (66954 MW đó lắp đặt) • Hoa Kỳ, 319484 GWh (79511 MW đó lắp đặt) • Brazil, 285603 GWh (57517 MW đó lắp đặt) • Trung Quốc, 204300 GWh (65000 MW đó lắp đặt) • Nga, 169700 GWh (46100 MW đó lắp đặt) (2005) • Na Uy, 121824 GWh (27528 MW đó lắp đặt) Ch−ơng I Khái niệm về sử dụng năng l−ợng dòng n−ớc vμ nhμ máy thuỷ điện 1.1 Năng l−ợng của dòng n−ớc và khả năng sử dụng Một dòng chảy tự nhiên có sơ đồ mặt cắt dọc nh− trên hình vẽ (hình 1.1), trên đó xét 2 mặt cắt ngang I-I vμ II-II (ở các vị trí bất kỳ). Tại mặt cắt I-I, gọi chiều cao mức n−ớc lμ z1, vận tốc trung bình của dòng chảy lμ v1, áp suất trong lòng n−ớc lμ p1. Ký hiệu t−ơng tự các thông số cho mặt cắt II-II. Xét một khối n−ớc W đang chuyển động tại I-I. Theo lý thuyết động lực học chất lỏng, năng l−ợng chứa trong khối n−ớc W nμy có thể tính theo công thức sau: kgmw g vpzE , 2 2 111 11 γαγ ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ ++= Trong đó: z1 - độ cao của mặt cắt I-I; γ - trọng l−ợng riêng của n−ớc (1000 kg/m3); Hình 1.1 Sơ đồ tính toán tiềm năng của dòng sông H ΔH I I II II z1, v1, p1 z2, v2, p2 W ▼0 v1, p1 - vận tốc vμ áp suất trung bình của dòng chảy tại mặt cắt I-I; g = 9,81 m/sec2 - gia tốc rơi tự do bởi trọng tr−ờng. α1 - hệ số hiệu chỉnh kể đến sự phân bố không đều của dòng chảy trên mặt cắt. Nếu vận tốc nh− nhau trên toμn bộ diện tích mặt cắt thì α1 = 1. Ng−ợc lại, cần lấy giá trị khác đi, tính theo công thức: , 3 3 ω ω α ω v du∫∫= với : ω - diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy, u lμ vận tốc tại vi phân diện tích dω, v lμ vận tốc trung bình. Thông th−ờng có thể coi gần đúng ω ≈ 1. Thể tích n−ớc W tính bằng m3. Trong lý thuyết thuỷ khí động học, thμnh phần trong ngoặc đ−ợc gọi lμ cột áp, có thứ nguyên lμ m. Nó bao gồm thμnh phần cột áp thuỷ tĩnh (z +p/γ) vμ cột áp thuỷ động v2/2g. Về trị số, cột áp bằng năng l−ợng chứa trong một đơn vị trọng l−ợng n−ớc d−ới dạng thế năng (t−ơng ứng với cột áp thuỷ tĩnh) vμ động năng (cột áp thuỷ động). Với dòng chảy lý t−ởng, không tổn hao vμ chỉ chịu tác dụng lực trọng tr−ờng thì cột áp tại mọi vị trí mặt cắt đều bằng nhau vμ năng l−ợng chứa trong khối n−ớc W sẽ không đổi khi chuyển động. Đối với dòng chảy của các dòng sông năng l−ợng luôn luôn bị tổn thất (do có một phần biến thμnh công bμo mòn đất đá, vận chuyển phù sa ...). Vì thế khi chuyển động đến mặt cắt II-II, năng l−ợng chứa trong khối n−ớc W chỉ còn lại lμ : 1 2 222 22 2 Ew g vpzE <⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ ++= γαγ . Phần năng l−ợng mất mát để sinh công có thể tính đ−ợc : )(, 2 2 22 2 1121 2121 kgmwg vvppzzEEE γααγ ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ −+−+−=−=Δ . Thông th−ờng với các dòng chảy tự nhiên p vμ v ít thay đổi (nếu coi tiết diện mặt cắt ngang đồng đều vμ áp suất khí quyển trên mặt thoáng nh− nhau tại mọi nơi), khi đó công do khối n−ớc W sinh ra khi chuyển động từ I-I đến II-II có thể tính theo công thức gần đúng: ( ) WHWzzE ..21 γγ Δ=−≈Δ . (1-1) Bây giờ nếu xét khối n−ớc W có thể tích bằng tổng l−ợng n−ớc của dòng sông chảy qua mặt cắt trong thời gian 1 sec (nghĩa lμ đúng bằng trị số l−u l−ợng n−ớc Q của dòng chảy), đồng thời xét khoảng cách từ I-I đến II-II lμ toμn bộ chiều dμi của dòng sông thì ΔE lμ sẽ công của cả dòng sông sinh ra trong 1 giây ( hay cũng chính lμ công suất của nó, ký hiệu lμ N), ta có thể viết lại : skgmQHQzzN /,..)( 21 γγ =−= . Nếu đổi sang tính bằng kW (1kW = 102 kgm/s) thì công thức trở thμnh: N = 9,81.H.Q , kW . (1-2) Công thức trên th−ờng đ−ợc dùng để đánh giá trữ l−ợng thuỷ năng của dòng sông. Trị số tính đ−ợc chính lμ công suất tổng cộng mμ dòng sông có thể sinh ra đ−ợc (còn đ−ợc gọi lμ tiềm năng của dòng sông). Dễ thấy, trị số nμy khác rất xa với tiềm năng thuỷ điện, bởi con ng−ời chỉ có thể tận dụng đ−ợc một phần năng l−ợng ở những đoạn nhỏ ΔH của dòng sông. Cũng từ các công thức tính năng l−ợng của dòng chảy nh− đã nêu trên (công thức 1-1) ta còn nhận thấy rằng năng, l−ợng tiềm tμng trong mỗi dòng sông đ−ợc phân bố trải khắp theo chiều dμi dòng chảy. Một đoạn ngắn bất kỳ của dòng sông đều có chứa một năng l−ợng, tính đ−ợc theo (1-1). Tuy nhiên mật độ phân bố không đều, đoạn có độ dốc cμng lớn thì mật độ năng l−ợng tập trung cμng cao (do ΔH lớn). Đó cũng chính lμ những vị trí thuận lợi để xây dựng NMTĐ. Ngoμi ra, dựa theo (1-1) vμ (1-2) ta cũng có thể trực tiếp đ−a ra công thức tính công suất cho nhμ máy thuỷ điện: NTĐ = 9,81. η.Q.H0 (kW). (1-3) Trong đó: H0 - chênh lệch mức n−ớc ở phía tr−ớc vμ phía sau NMTĐ, còn gọi lμ cột n−ớc hình học của nhμ máy; Q - l−u l−ợng n−ớc chảy qua NMTĐ ; η - hiệu suất chung của NMTĐ; Với việc xét đến hiệu suất biến đổi năng l−ợng η nêu trên, công suất tính theo (1-3) cho NMTĐ chính lμ công suất điện phát ra của các máy phát. Có thể xác định gần đúng hiệu suẩt : η = ηT.ηF ; ở đây ηT - lμ hiệu suất của tua bin n−ớc kể cả đến tổn thất năng l−ợng đ−ờng ống; ηF - hiệu suất của máy phát; Với ηT = (0,88 - 0,91), ηF = (0.95 - 0.98), khi thiết kế tính gần đúng có thể lấy η ≈ 0,86. Khi đó thay vμo (1-3) ta có : NTĐ ≈ 8,3.Q.H0 (kW). (1-4) Công thức trên th−ờng đ−ợc dùng để đánh giá sơ bộ công suất của NMTĐ khi thiết kế. Thực ra khi xác định công suất NMTĐ theo (1-3) hoặc (1-4) ta đã bỏ qua cả chênh lệch áp suất vμ vận tốc dòng chảy ở tr−ớc vμ sau NMTĐ (tính ở cửa vμo vμ ra của thiết bị thuỷ năng), bởi H0 mới chỉ xét đến chênh lệch cột áp thuỷ tĩnh. Khi xét đầy đủ các tổn thất cột n−ớc của NMTĐ cần tính theo công thức: g vvppzzH 2 2 22 2 1121 21 αα γ −+−+−= , còn công suất NMTĐ khi đó lμ: N = 9,81.η.Q.H (kW) sẽ phụ thuộc phức tạp vμo nhiều yếu tố hơn (H không còn lμ hằng số). 1.2 Các loại nhà máy thuỷ điện Từ công thức tính công suất của NMTĐ có thể thấy rằng việc tạo ra chênh lệch mức n−ớc H0 lμ điều kiện tiên quyết cho việc xây dựng NMTĐ. Chính vì thế các ph−ơng án khác nhau tạo ra chênh lệch mức n−ớc cũng đồng thời lμ điều kiện phân loại các nhμ máy thuỷ điện. 1. Nhà máy thuỷ điện kiểu đập Bằng cách xây dựng các đập chắn ngang sông có thể lμm cho mức n−ớc ở tr−ớc đập dâng cao tạo ra cột n−ớc H0 để xây dựng NMTĐ. Khi đó ta có NMTĐ kiểu đập. Đập cμng cao thì công suất của NMTĐ có thể nhận đ−ợc cμng lớn. Tuy nhiên chiều cao đập cần phải đ−ợc lựa chọn kỹ l−ỡng theo các điều kiện kinh tế - kỹ thuật vμ hμng loạt những yếu tố an toμn khác (liên quan đến môi tr−ờng, di dân, quốc phòng...). Mặt khác khi xây dựng đập cao n−ớc dâng lên có thể lμm ngập những khu vực quan trọng (đông dân, thị trấn cổ, hầm mỏ ch−a khai thác...). Nhiều tr−ờng hợp, đây lại lμ yếu tố chính hạn chế chiều cao của đập. Nói chung NMTĐ kiểu đập th−ờng có thể xây dựng thuận lợi ở những nơi dòng chảy có độ dốc lớn, chảy ngang qua thung lũng của những quả đồi. Trong tr−ờng hợp nμy, vùng ngập n−ớc dễ hạn chế đ−ợc trong khu vực thung lũng, trong khi chỉ cần xây dựng các đập ngắn nối giữa các quả đồi để chắn dòng sông. Nhμ máy thuỷ điện kiểu đập có các −u điểm sau: - Có thể tạo ra những NMTĐ công suất rất lớn, do có khả năng tận dụng đ−ợc toμn bộ l−u l−ợng của dòng sông; Ho đập Hồ chứa NM Vùng ngập n−ớc đập Núi đồi Sông cũ NM Hình 1.2. Sơ đồ NMTĐ kiểu đập I I II II ΔH - Có hồ chứa n−ớc, mμ hồ chứa lμ một công cụ hết hiệu quả để điều tiết n−ớc vμ vận hμnh tối −u NMTĐ, điều tiết lũ, phục vụ t−ới tiêu vμ nhiều lợi ích khác. Các nh−ợc điểm chính của NMTĐ kiểu đập: - Vốn đầu t− lớn, thời gian xây dựng lâu; - Vùng ngập n−ớc có thể ảnh h−ởng nhiều đến sinh thái môi tr−ờng (di dân, thay đổi khí hậu). Nhμ máy thuỷ điện kiểu đập lμ loại phổ biến nhất đã xây dựng trong thực tế (trên thế giới cũng nh− trong n−ớc). ở n−ớc ta các NMTĐ kiểu đập cũng lμ loại chủ yếu: Hoμ Bình, Thác Bμ, Trị An, Thác Mơ, ... Cần nói thêm lμ, có thể xây dựng nối tiếp rất nhiều NMTĐ kiểu đập trên cùng một dòng sông. Trong tr−ờng hợp nh− vậy hiệu quả điều tiết vận hμnh phối hợp của các NMTĐ sẽ tốt hơn khi chỉ có một NMTĐ (xem ch−ơng 4). 2. Nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn Cột n−ớc của NMTĐ còn có thể tạo ra đ−ợc bằng việc sử dụng các kênh dẫn. Tr−ờng hợp chung nhất kênh bao gồm 2 phần: phần đầu đ−ợc xây dựng d−ới dạng các kênh dẫn hở (còn gọi lμ kênh dẫn không áp). Phần nμy có nhiệm vụ dẫn n−ớc từ nơi mμ dòng chμy có mức n−ớc cao đến nơi mμ dòng chảy có mức n−ớc thấp (vị trí xây dựng NMTĐ) nh−ng giữ nguyên mức n−ớc (kênh có độ dốc rất nhỏ). Phần cuối lμ các ống dẫn kín (còn đ−ợc gọi lμ kênh dẫn có áp). Phần nμy có nhiệm vụ đ−a n−ớc từ trên cao xuống thấp để chạy tuabin. Do dòng chảy trong ống kín bảo toμn đ−ợc cột áp thủy tĩnh nên cột n−ớc của NMTĐ có thể đ−ợc tính nh− từ mức n−ớc cuối kênh dẫn hở (phía trên ống dẫn kín) đến mức n−ớc phía sau NMTĐ. Dễ thấy, cột n−ớc của NMTĐ kiểu kênh dẫn có thể rất lớn nếu nguồn n−ớc lấy đ−ợc xuất phát từ vị trí cao. Cũng cần nói thêm lμ sơ đồ cấu trúc của NMTĐ kiểu kênh dẫn nêu trên nhằm minh họa nguyên lý chung (trong đó kênh gồm 2 phần). Thực tế không nhất thiết phải có phần kênh dẫn hở. Phần nμy chỉ đ−ợc tạo ra khi có thể (với địa hình cho phép) vμ đem lại hiệu quả kinh tế (có vốn đầu t− nhỏ hơn ống dẫn kín). Có tr−ờng hợp phần kênh dẫn hở đ−ợc thay thế bằng hầm dẫn n−ớc (hình 1.4). áp lực n−ớc trong hầm có thể lớn hơn áp suất khí quyển (do có độ dốc), nh−ng th−ờng không lớn. Dễ thấy, −u điểm nổi bật của NMTĐ kênh dẫn lμ vốn đầu t− nhỏ, công suất ổn định (ít phụ thuộc vμo mức n−ớc). Địa hình thích hợp cho NMTĐ kênh dẫn lμ vùng núi đồi, nơi có các dòng sông (suối) dốc chảy từ trên cao xuống. Cũng có khi lμ nơi có 2 con sông chảy cạnh nhau với mức n−ớc chênh lệch lớn. Trong tr−ờng hợp nμy kênh đ−ợc xây dựng dẫn n−ớc từ dòng sông có mức n−ớc cao sang dòng sông có Ho ΔH Kênh dẫn ống dẫn kín Bể điều tiết NM Sông cạn Đập thấp Đập thấp Kênh dẫn Bể điều tiết NM Sông cạn Hình 1.3. Sơ đồ NMTĐ kênh dẫn mức n−ớc thấp. Nhμ máy đ−ợc xây dựng gần bờ sông có mức n−ớc thấp vμ xả n−ớc vμo dòng sông nμy. Nh−ợc điểm chính của NMTĐ kiểu kênh dẫn lμ không có hồ chứa n−ớc, do đó không có khả năng điều tiết n−ớc vμ điều chỉnh công suất. Khắc phục nh−ợc điểm nμy trong nhiều tr−ờng hợp, với địa hình cho phép, ng−ời ta xây dựng các hồ nhân tạo ở các vị trí cao (cuối của các kênh dẫn hở). Tuy nhiên khi đó vốn đầu t− tổng cộng của công trình lại tăng lên. H0 NM Tháp điều áp Hầm dẫn n−ớc Cửa nhận n−ớc ống dẫn kín Hình 1.4. Sơ đồ NMTĐ kênh dẫn (có hầm dẫn n−ớc) NM Hầm dẫn n−ớc Sông cạn Đập thấp Tháp điều áp Cửa nhận n−ớc Một ví dụ điển hình cho NMTĐ kênh dẫn ở Việt Nam lμ thủy điện Đa Nhim. Nhμ máy nμy đ−ợc xây dựng từ những năm 60 (của thế kỷ tr−ớc). Kênh gồm 2 ống kín dμi gần 3 km dẫn n−ớc từ thung lũng trên đỉnh cao nguyên Đμ Lạt (hồ Đa Nhim) xuống vùng đất thấp tạo ra cột n−ớc tới 1020 m. Nhờ cột n−ớc rất lớn nên chỉ với l−u l−ợng nhỏ công suất nhμ máy đã rất đáng kể. 3. Nhà máy thủy điện kiểu hỗn hợp và nguyên tắc chung nâng cao công suất cho các nhà máy thủy điện Với những địa hình thích hợp, bằng việc kết hợp xây dựng dập với kênh dẫn, có thể tạo ra NMTĐ có công suất lớn, vốn đầu t− lại nhỏ. Sơ đồ điển hình của NMTĐ kiểu hỗn hợp nh− trên hình (1.5). Hồ xây dựng đ−ợc ở vị trí cao trong khi có vị trí thấp hơn để bố trí nhμ máy (nơi đặt tua-bin n−ớc vμ máy phát). Tận dụng chênh Đập NM H'0 H0 ống dẫn kín Hồ chứa Hình 1.5. Nhμ máy thủy điện kiểu hỗn hợp lệch độ cao phía d−ới đập có thể nâng công suất nhμ máy lên đáng kể trong khi chỉ cần đầu t− thêm dμn ống dẫn n−ớc từ trên cao xuống thấp. ống dẫn kín bảo toμn cột áp nên cột n−ớc vẫn đ−ợc tính từ mặt thoáng của hồ (trên cao) đến mức n−ớc hạ l−u phía sau nhμ máy. Ngoμi −u điểm về kinh tế, nhμ máy còn tổ hợp đ−ợc các −u điểm của NMTĐ kiểu đập vμ kiểu kênh dẫn nh−: có cột n−ớc cao, công suất ổn định, có khả năng điều tiết nhờ hồ chứa. Nhμ máy thủy điện Yaly vμ nhμ máy thủy điện Huội Quảng (ch−a xây dựng) lμ những ví dụ rất điển hình của NMTĐ kiểu hỗn hợp ở Việt Nam. Hồ chứa n−ớc của NMTĐ Yaly có độ cao 515 m (so với mức n−ớc biển). Ng−ời ta xây dựng một đ−ờng hầm dẫn n−ớc từ hồ xuống vị trí thấp (305 m) dμi tới hơn 4km để cung cấp n−ớc cho nhμ máy (nơi lắp đặt các tua-bin vμ máy phát). Đập vμ hồ tạo ra cột n−ớc không lớn (15m) nh−ng có ý nghĩa tập trung l−u l−ợng n−ớc. Hầm kín tích lũy cột n−ớc rất lớn (thêm gần 200m), nhờ thế công suất của NMTĐ đ−ợc nâng lên rất cao (720 MW). Từ cấu trúc của các NMTĐ đã nêu (gặp phổ biến nhất trong thực tế) dễ thấy đ−ợc nguyên tắc chung nâng cao công suất cho các NMTĐ: đó lμ các biện pháp tập trung l−u l−ợng vμ tập trung độ dốc (cột n−ớc). Hồ chứa cho phép tập trung l−u l−ợng (có thể của nhiều dòng chảy) còn đập vμ kênh dẫn tập trung cột n−ớc. Thực chất lμ tập trung các l−ợng n−ớc về vị trí cao so với nơi có thể xây dựng nhμ máy (cμng thấp cμng tốt). Trong ph−ơng án NMTĐ kiểu đập (hình 1.1) năng l−ợng lúc đầu của khúc sông từ I-I đến II-II phân bố gần nh− đồng đều theo chiều dμi (độ dốc lòng sông gần nh− nhau). Nhờ có đập dâng n−ớc lên cao, độ dốc dòng chảy tr−ớc đập giảm nhiều (chỉ còn lại bằng ΔH), động năng dòng chảy cũng giảm nhiều do tiết diện hồ mở rộng (biến thμnh thế năng). Khi vận tốc n−ớc chảy trong hồ đủ nhỏ thì ΔH cũng nhỏ, khi đó gần nh− toμn bộ độ dốc của dòng chảy tập trung về phần cuối (từ tr−ớc đập cho đến mặt cắt II-II), nói khác đ