1. Khái niệm nhà máy thủy điện là gì?
Nhà máy thủy điện là một cơ sở hạ tầng được sử dụng để chuyển đổi năng lượng cơ học của dòng nước chảy tạo thành năng lượng điện. Nhà máy thủy điện là một nhà máy sản xuất năng lượng tái tạo, tận dụng nguồn nước tự nhiên từ các con sông, suối, hồ chứa.
Nhà máy thủy điện
2. Vai trò của nhà máy thủy điện
Hiện nay, các nhà máy thủy điện đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với việc cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia và nhiều ứng dụng khác. Cụ thể như sau:
- Thủy điện đóng góp 36,5% tổng sản lượng điện
- Thủy điện đóng góp khoảng 36,5% tổng sản lượng điện
- Đóng góp sản lượng điện năng chiếm khoảng 36,5% tổng sản lượng điện quốc gia, cao thứ 2 sau nhiệt điện.
- Đóng vai trò chính trong công tác phòng chống lũ lụt tại các khu vực đồng bằng.
- Cung cấp nguồn nước tưới tiêu phục vụ cho công tác sản xuất, chăn nuôi trong nông nghiệp, thủy hải sản.
- Góp phần hạn chế tình trạng xâm nhập mặn trong bối cảnh biến đổi khí hậu nghiêm trọng.
- Mang lại nguồn thu ngân sách có các tỉnh, thúc đẩy xây dựng các khu tái định cư với đầy đủ cơ sở hạ tầng.
- Giải quyết tình trạng công ăn việc làm cho nhiều người dân trong khu vực có nhà máy thủy điện.
- Tạo điều kiện tốt cho đồng bào ở vùng sâu, vùng xa có cơ hội tiếp xúc với tri thức văn hóa mới.
3. Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện
Nhà máy thủy điện sản xuất điện năng dựa trên việc chuyển đổi năng lượng cơ học của dòng nước chảy thành năng lượng điện thông qua quá trình kĩ thuật với các bước như sau:
Thu thập và cung cấp nước: Các dòng nước tại sông, suối hoặc hồ chứa được dẫn vào một khu vực được gọi là bể chứa, tập trung lại tại một bể chứa lớn.
Khi bắt đầu sản xuất điện, nước trong bể chứa sẽ được dẫn theo đường ống lớn thông qua một hệ thống cửa chia để tạo lưu lượng dòng nước thích hợp. Dòng nước này sau đó được đưa đến turbin – một thiết bị có cánh quạt lớn được đặt nơi mà dòng nước có thể chảy qua.
Turbin chuyển động quay khi dòng nước chảy qua cánh quạt, tạo ra áp suất và lực đẩy các cánh quạt quay quanh trục của nó. Trục của turbin được kết nối với trục của máy phát điện. Sự quay động của turbin được truyền đến máy phát điện, khiến cuộn dây dẫn quay và tạo ra dòng điện xoay chiều.
Năng lượng cơ học chuyển đổi thành điện: dòng điện xoay chiều được tạo ra được chuyển đổi thành dòng điện một chiều thông qua các thiết bị điều chỉnh và biến đổi.
Năng lượng điện được thủy điện tạo ra được đưa vào lưới điện để phục vụ tiêu dùng, điện này sẽ được đưa đến các trạm biến áp để dẫn đến các hộ gia đình, phục vụ sản xuất và nhiều mục đích khác. Thông thường, một nhà máy thủy điện có công suất phát điện là 200000 kW.
4. Cấu tạo của nhà máy thủy điện
Cấu tạo của nhà máy thủy điện
4.1. Đập thủy điện
Đập thủy điện: chức năng chứa nước.
4.2. Ống dẫn nước
Ống dẫn nước: nhiệm vụ dẫn nguồn nước đến các tuabin
4.3. Tuabin
Tuabin: Thường sử dụng là loại Turbine Francis có hình dạng giống một chiếc đĩa lớn với những cánh cong. Trung bình khối lượng một chiếc tuabin khoảng 172 tấn, tốc độ vòng quay 90 vòng/phút. Về thiết kế, tuabin sẽ được gắn liền với máy phát điện ở phía trên thông qua trục.
4.4. Máy phát điện
Máy phát điện: Được kết cấu gồm một loạt nam châm khổng lồ quay quanh cuộn dây đồng.
4.5. Máy biến áp
Máy biến áp: Được đặt bên trong nhà máy điện với chức năng tạo ra dòng điện xoay chiều AC và chuyển đổi thành dòng điện có điện áp cao hơn.
4.6. Đường dây dẫn điện
Đường dây dẫn điện: Gồm 3 dây pha của năng lượng điện được sản xuất và một dây trung tính.
4.7. Cống xả
Cống xả: Giúp đưa lưu chất nước chảy qua đường ống và chảy vào hạ lưu sông.
5. Vận hành nhà máy thủy điện gồm có bốn giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Dòng nước với áp lực lớn chảy qua các ống thép lớn được gọi là ống dẫn nước có áp tạo ra các cột nước khổng lồ với áp lực lớn đi vào bên trong nhà máy.
Giai đoạn 2: Nước chảy mạnh làm quay tuabin của máy phát điện, năng lượng cơ học được chuyển hóa thành điện năng.
Giai đoạn 3: Điện tạo ra đi quá máy biến áp để tạo ra dòng điện cao thế.
Giai đoạn 4: Dòng điện cao thế sẽ được kết nối vào mạng lưới phân phối điện và truyền về các thành phố.
Hình ảnh nhà máy thủy điện Lai Châu
6. Ưu, nhược điểm của năng lượng thủy điện
6.1. Ưu điểm:
- Là dạng năng lượng hoàn toàn có thể tái sử dụng.
- Không có khả năng bị đốt cháy nên giúp giảm tình trạng ô nhiễm môi trường.
- Có tuổi thọ, thời gian sử dụng lâu dài.
- Có tính bền vững nên giúp giảm phát thải khí nhà kính.
- Giá thành nhiên liệu rẻ nên tiết kiệm đáng kể chi phí thuê nhân công.
- Tính linh động cao, đáp ứng tốt nhu cầu thời gian cao điểm.
- Chi phí vận hành thấp so với chi phí lắp đặt.
- Đặc biệt hữu ích để kiểm soát dòng chảy của con sông để ngăn chặn lũ lụt nguy hiểm.
- Là một trong những nguồn năng lượng hiệu quả nhất trên thế giới với hiệu quả chuyển đổi nước thành điện lên đến 90%.
- Tạo điều kiện để phát triển các hoạt động giải trí ngoài trời, văn hóa giáo dục tại các nhà máy thủy điện.
- Là nguồn dự phòng và bổ sung cần thiết cho các công nghệ phát điện tái tạo gián đoạn. Ví dụ năng lượng gió, năng lượng mặt trời quang điện…
6.2. Nhược điểm:
- Hệ lụy khi xây dựng nhà máy thủy điện ồ ạt thiếu quy hoạch vĩ mô
- Hệ lụy khi xây dựng nhà máy thủy điện ồ ạt thiếu quy hoạch vĩ mô
- Chi phí đầu tư cao
- Dễ làm thay đổi chất lượng nước hồ chứa và suối.
- Khả năng cao làm thay đổi cảnh quan thiên nhiên.
- Làm cạn kiệt dòng chảy ảnh hưởng lớn đến đời sống sản xuất và sinh hoạt của con người.
- Gây ra hiện tượng ngăn dòng trầm tích chảy xuống hạ lưu khiến bờ sông suy yếu, sụt đáy.
- Gây ra tình trạng ngập lụt đất, môi trường sống của các loại động vật, thay đổi môi trường sinh sống của thủy, hải sản.
7. Phân loại nhà máy thủy điện
Có nhiều cách để phân loại các nhà máy thủy điện, phân loại theo quy mô, theo cách thiết kế đập nước,… Cơ bản có thể chia thành 2 loại chính là thủy điện lưu lượng và thủy điện mực nước.
7.1. Thủy điện lưu lượng
Thủy điện lưu lượng là sản xuất điện dựa trên sự biến đổi lưu lượng nước theo thời gian. Nước sẽ được giữ lại trong hồ chứa, khi cần thiết sẽ được xả ra để tạo lưu lượng cao, từ đó tạo ra năng lượng dòng chảy để các turbin tạo ra điện.
7.2. Thủy điện mực nước
Thủy điện mực nước: Sản xuất điện dựa trên sự biến đổi mực nước của hồ chứa, năng lượng sẽ được tạo ra bằng cách tận dụng sự khác biệt trong mực nước giữa hồ chứa và môi trường bên ngoài để đẩy nước qua turbin và tạo ra năng lượng điện.
Nhà máy thủy điện là nơi đóng góp không nhỏ vào nguồn cung cấp năng lượng sạch và tái tạo, giúp giảm thiểu sự phát thải khí nhà kính và ảnh hưởng đến môi trường so với các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống khác.