Chương 1: Tổng quanvề thủy điện và các phương pháp tính toán giá thành điện ở các nhà máy thủy điện 1. Tổng quan về thủy điện 1. Nguyên lí của nhà máy thủy điện Thủy điện là phương thức phát điện bằng cách sử dụng thế năng của khối nước. Dòng nước chảy từ trên cao xuống nơi thấp hơn sẽ làm quay tua bin nước, các tua bin này được nối trực tiếp với máy phát điện để tạo ra dòng điện.
Hình 1trình bày mô hình nhà máy thủy điện, được vận hành theo phương thức sử dụng đập nước để tạo ra thế năng của khối nước trong lòng hồ. Số vòng quay của máy phát điện khác nhau tùy theo chủng loại tuabin, dao động từ 100 vòng/phút tới 1200 vòng/phút. Điện áp phát ra vào khoảng từ 400 ~ 4000 Vôn. Dòng điện này có thể tăng thành dòng cao áp (6.000 Vôn) nhờ các thiết bị tăng áp tại nhà máy phát điện, trước khi được chuyển tới nơi tiêu thụ.
Nguyên lí làm việc của nhà máy thủy điện [17] 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phân loại nhà máy thủy điện 1. Phân loại dựa trên phương thức tích trữ nước phát điện - Phương thức phát điện dựa vào thế năng của dòng chảy tự nhiên: là phương thức sử dụng dòng chảy tự nhiên mà không dùng hồ đập để chứa nước. Những nhà máy phát điện bằng phương thức này hầu hết đều có quy mô nhỏ.
- Phương thức phát điện dựa vào thế năng của khối nước được tạo ra bằng hồ chứa: đây là phương thức phát điện dùng những con đập nhỏ để chặn dòng chảy của sông và tích nước. Những con đập này có tác dụng tích nước vào lúc trời mưa, hoặc khi không phát điện vào ban đêm và cuối tuần. Những nhà máy phát điện theo phương thức này thường điều chỉnh lượng nước theo chu kì ngắn 1 ngày hoặc vài ngày. - Phương thức phát điện dựa vào thế năng khối nước tích trữ trong hồ chứa lớn: so với phương thức phát điện bằng thế năng của khối nước chứa trong hồ chứa nhỏ, thì đây là phương thức sử dụng đập có quy mô lớn để tích nước trong các hồ chứa lớn hơn.
Vào ban ngày khi lượng thiêu thụ điện lớn, nước được cho chảy từ vùng cao của đập xuống vùng thấp để phát điện. Ở một số trường hợp, phương thức này được chuyển đổi thành thủy điện tích năng; có nghĩa là: vào ban đêm khi lượng tiêu thụ điện thấp, hoặc có nguồn cung cấp dư thừa từ nhiệt điện hay điện nguyên tử, nước sẽ được bơm ngược trở lại vùng cao của đập để chuẩn bị phát điện cho ngày tiếp theo (Hình 1. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phương thức phát điện dùng hồ chứa lớn [18] 1.
Phân loại dựa vào kết cấu - Phương thức tạo dòng chảy: đây là phương thức tạo đập nhỏ trên thượng nguồn và dẫn nước chảy thoe kênh dẫn hoặc đường ống vào tua bin. Chênh lệch độ cao giữa mặt nước hồ chứa và nơi đặt tua bin quyết định công suất phát điện (Hình 1. Phương thức tạo dòng chảy [18] - Phương thức dùng đập: Là phương thức xây đập tại vị trí sông có mặt cắt hẹp và cao. Nước sẽ được đập chặn lại và tạo thành hồ chứa nước nhân tạo.
Sau đó sử dụng sự chênh lệch độ cao giữa mực nước hồ chứa và hạ lưu đập để phát điện (Hình 1. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phương thức dùng đập [18] - Phương thức kết hợp tạo dòng chảy và dùng đập: Đây là phương thức kết hợp cả 2 phương thức đã nêu ở trên. Phương thức này vừa dùng đập để tích nước, vừa sử dụng sự chênh lệch độ cao lớn để phát điện.
Đây là phương thức phát huy tối đa được năng lượng dòng chảy. Phương thức kết hợp tạo dòng chảy và dùng đập [18] 1. Tác động môi trường của việc xây dựng và vận hành nhà máy thủy điện 1. Tác động đến môi trường vật lý Việc tích nước của hồ chứa có thể gây ra các trận động đất kích thích.
Động đất kích thích có khả năng tăng cường cường độ phông động đất chung của vùng và gây ra những thảm họa nghiêm trọng. Theo số liệu đã được ghi nhận của UNESCO thì có khoảng 40 hồ chứa nhân tạo trên Thế giới đã xảy ra động đất kích thích. Ở 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Việt Nam, một ví dụ điển hình nhất về động đất kích thích là thủy điện Sông Tranh 2. Đã ghi nhận được hàng trăm trận động đất có cường độ 2-4,5 độ richter kể từ khi tích nước cách đây 3 năm [19].
Tác động đến hệ sinh thái và tài nguyên sinh vật Kích thước của hồ chứa phụ thuộc vào từng dự án thủy điện (kích thước tua bin phát điện và yếu tố địa hình). Những nhà máy thủy điện được xây dựng ở những khu vực tương đối bằng phẳng có xu hướng cần nhiều diện tích đất hơn các nhà máy thủy điện ở khu vực đồi núi hoặc các hẻm núi, những vị trí có thể xây các hồ chứa sâu, có dung tích lớn trên một diện tích đất nhỏ hơn. Ví dụ như nhà máy thủy điện Balbina, được xây dựng trên vùng đất bằng của Brazil, làm ngập diện tích đất khoảng 2.360 km2 nhưng điện lượng chỉ vào khoảng 250MW (khoảng 9,4 km2 trên 1 MW). Ngược lại, một nhà máy thủy điện 10 MW ở vùng đồi núi có thể chỉ cần khoảng 8000 m2 (khoảng 0,0008 km2 trên 1MW) [20].
Việc tích nước của hồ chứa thủy điện về bản chất là chặn ngang một dòng sông bằng một con đập và điều tiết lưu lượng nước chảy về hạ lưu của sông thông qua con đập đó; hoặc chuyển một phần hoặc toàn bộ lưu lượng nước từ lưu vực này sang lưu vực khác. Chính vì vậy, việc xây dựng thủy điện làm thay đổi dòng chảy con sông cả về chất lượng và lưu lượng là không thể tránh khỏi và gây ra những tác động môi trường nghiêm trọng: thay đổi chế độ thủy văn kể cả thương lưu và hạ lưu; tàn phá rừng, phá hoại sinh cảnh, mất đất nông nghiệp và mất đất ở của người dân địa phương, mất nguồn nước, mất phù sa của dòng chảy phía hạ lưu,… Do yếu tố địa hình nên những vùng đất được ưu tiên lựa chọn xây dựng thủy điện phần lớn là những vùng núi cao. Diện tích rừng, đặc biệt là rừng nguyên sinh, ở những vùng này rất lớn. Vì vậy, xây dựng thủy điện sẽ làm giảm mạnh diện tích rừng, biến đổi hoàn toàn hệ sinh thái (từ HST nước chảy sang HST nước đứng, từ HST trên cạn thành HST nước).
Ở Việt Nam, tính đến 2012, tổng diện tích đã được quy hoạch và bàn giao cho hơn 1.000 dự án thủy điện vừa và nhỏ khoảng 109.569 ha, trong đó diện tích đất rừng là 32. Khu vực bị chuyển đổi diện tích nhiều nhất là Tây Nguyên (41,2% diện tích cả nước). Đó là chưa tính đến hàng vạn ha rừng và đất nông nghiệp bị ngập chìm tại các dự án thủy điện lớn như: Hòa Bình, 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mặc dù các địa phương đã có quy định và cũng đã thực hiện trồng mới rừng thay thế, nhưng tỷ lệ diện tích rừng trồng mới chỉ đạt 3,7% tổng diện tích rừng bị chuyển đổi mục đích sử dụng.
Một số địa phương có diện tích rừng bị chuyển đổi trên 1.000 ha gồm có: Đắk Nông, Lai Châu, Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum, Quảng Nam và Nghệ An [19]. Các tác động đến hệ sinh thái diễn ra ở cả trước và sau đập:về phía hồ thủy điện và thượng lưu của con sông,nước từ thượng lưu vào hồ thủy điện chảy chậm hơn so với nước sông lúc bình thường và bị chắn bởi đập thủy điện nên nước trong hồ sẽ có lượng phù sa và dinh dưỡng cao hơn bình thường, gây ra hiện tượng phú dưỡng trong hồ và gây nên bồi lắng lòng hồ. Những thực vật thủy sinh và tảo phát triển mạnh có thể lấn át sự phát triển của các sinh vật thủy sinh khác, do đó cần phải được kiểm soát sự phát triển thực vật thủy sinh bằng cách thu hoạch hoặc nuôi các loài cá ăn các loại thực vật này. Về phía hạ lưu của con sông, lưu lượng nước sông giảm mạnh cũng như hàm lượng phù sa có thể bị suy giảm gây ảnh hưởng đến sự sống của thủy sinh vật, canh tác nông nghiệp của cư dân vùng hạ lưu và có thể gây xói lở hai bên bờ sông.
Do đó, hầu hết các nhà máy thủy điện đều được yêu cầu phải duy trì dòng chảy thường xuyên tối thiểu (dòng chảy môi trường) đối với vùng hạ lưu. Thêm vào đó, khi nước được xả từ hồ thủy điện, nó có thể gây ra các tác động tiêu cực đến sinh vật ở hạ lưu. Nguyên nhân là do nước xả từ hồ thủy điện thường là nước ở tầng nước sâu, có nhiệt độ thấp và lượng ô xy hòa tan không cao bởi luôn bị giữ ở trạng thái tĩnh [18]. Tác động đến môi trường xã hội Việc xây dựng thủy điện dẫn đến phải di dân tái định cư ở vùng lòng hồ, gây ảnh hưởng đến đời sống và sản xuất của cộng đồng dân cư địa phương do phải di dời sang nơi ở mới, mất đất canh tác… Nhiệm vụ của thủy điện ngoài phát điện còn phải điều tiết lũ vào mùa mưa, điều tiết nước cho vùng hạ lưu vào mùa khô hạn.
Tuy nhiên, các công trình thủy điện của Việt Nam chưa thể đảm nhận nhiệm vụ trên. Nguyên nhân là thiếu dung tích phòng lũ; cũng như ở một số nơi xảy ra việc chuyển dòng nước từ lưu vực nàysang lưu vực khác (thủy điện An Khê – Ka Nak, thủy điện Thượng Kon Tum), 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thiếu sự xem xét các tác động môi trường lên toàn bộ lưu vực, nhất là hạ lưu; cùng với những bất cập trong công tác quản lý xây dựng và vận hành hồ chứa. Chính vì vậy, thủy điện đã gây ra nhiều khó khăn cho dân cư sản xuất nông nghiệp ở hạ lưu vào mùa kiệt, như: ngập úng vào mùa mưa, làm gia tăng tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại hạ lưu các con sông và tạo ra sự thiếu hụt nguồn cấp nước cho các khu vực dân cư.Ví dụ cụ thể là công trìnhThủy điện Thủy điện An Khê-Ka Nak thuộc phần thượng nguồn của lưu vực sông Ba (Gia Lai); hồ chứa của công trình này tích nước của sông Ba và chuyển nước qua các đường hầm, kênh dẫn sang lưu vực sông Côn, nhằm tận dụngchiều cao cột nước lớn để tăng công suất phát điện.