Công nghệ thủy điện tua bin cột nước thấp

Tổng quan về công nghệ Tuabin cột nước thấp

Tổng quan về tua bin cột nước thấp
Tuabin Thủy điện có chức năng chuyển đổi năng lượng của dòng nước (thủy năng) thành chuyển động quay (cơ năng), thông qua kết nối trục với máy phát điện để biến năng lượng nước thành điện năng, là bộ phận quan trọng của một Nhà máy Thủy điện (NMTĐ), kiểu loại Tuabin phụ thuộc vào điều kiện thủy năng như cột nước và lưu lượng như: (i) Loại Tuabin áp dụng cho dự án TĐ có cột nước địa hình cao (trên 100m): Tuabin Penllton, Tuabin Francis; (ii) Loại Tuabin áp dụng cho dự án TĐ nhỏ và vừa có cột nước địa hình thấp (dưới 100m): Tuabin Kaplan (từ 20-100m), Tuabin Bulb (từ 4-20m) và đặc biệt là Tuabin SLH do Công ty Natel Energy thiết kế, chế tạo (từ 4-5m đã có thể phát điện).
Ưu điểm của dự án TĐ vừa và nhỏ áp dụng công nghệ Tuabin cột nước thấp như vẫn giữ nguyên dòng chảy tự nhiên và diện tích bị ngập lụt, di dân, giải phóng mặt bằng, ảnh hưởng đến môi trường là rất ít.

Biểu đồ phạm vi hoạt động của công nghệ Tuabin Penllton, Tuabin Francis, Tuabin Kaplan, Tuabin Buld
2. Các loại hình công nghệ Tuabin cột nước thấp:

Biểu đồ: Phạm vi hoạt động của công nghệ tua bin
Hiện nay, trên thế giới rất nhiều hãng có kinh nghiệm và uy tín trên thế giới chuyên sản xuất, cung ứng công nghệ Tuabin cột nước thấp cho các dự án TĐ vừa và nhỏ như: Andritz, Alstom, .v.v.. 
Tại Việt Nam, công nghệ sản xuất Tuabin cột nước thấp còn rất ít, chỉ một vài Công ty nghiên cứu và chế tạo thành công (Công ty CP thiết bị NMĐ Việt - Á - Âu; Tổng Công ty lắp máy Lilama).
Một số loại hình Công nghệ Tuabin cột nước thấp điển hình như sau:
a. Tuabin Kaplan: 
- Dùng cho các dự án TĐ vừa và nhỏ có cột nước thấp (thông thường từ 50-100m), tích nước ngay trong lòng sông và dẫn trực tiếp lưu lượng qua đường ống, kênh dẫn hoặc hầm áp lực đến Tuabin máy phát điện.
- Tuabin Kaplan có cấu tạo đơn giản, số vòng quay nhỏ, yêu cầu vật liệu, công nghệ chế tạo không cao, dễ bảo dưỡng, sửa chữa thay thế nên giá thành thường rẻ, gồm 2 loại chính: (i) Cánh cứng không điều chỉnh được góc nghiêng ; (ii) Cánh cứng điều chỉnh được góc nghiêng (có thể đạt hiệu suất tốt nhất tại mọi cột nước và lưu lượng phát điện).

b. Tuabin Bulb (Tuabin bóng đèn): 
- Thường dùng cho các dự án TĐ đặt ở lòng sông, cột nước thấp (thông thường từ 4- 50m). Cơ chế hoạt động của Tuabin Bulb tương tự như Tuabin Kaplan (thông thường tích nước ngay trong lòng sông và dẫn trực tiếp lưu lượng (hoặc qua đường ống, kênh dẫn hoặc hầm áp lực) đến Tuabin máy phát điện).

- Điểm chính của Turbine Bulb là các bộ phận kể cả máy phát được đặt trong 1 bầu kín nước và đặt chìm dưới lòng sông. Vì vậy, dẫn đến công trình thủy công khá phức tạp, thời gian thi công kéo dài, giá thành cao.


c. Giới thiệu về công nghệ Tuabin SLH (Schneider Linear HydroEngine) của Công ty Natel Energy: 

- Công ty Natel Enegy chuyên về lĩnh vực Thủy điện có trụ sở tại Alameda, Califonia - Mỹ. Hiện nay, Công ty Natel Enegy đã nghiên cứu và triển khai áp dụng công nghệ Tuabin SLH để sản xuất điện năng. 
- Vị trí các dự án TĐ áp dụng loại hình công nghệ này thông thường có NM đặt bên bờ các con sông, suối nhỏ, có độ dốc địa hình tương đối thấp.

- Nguyên lý hoạt động như sau: Công nghệ Tuabin SLH tận dụng lưu lượng dòng chảy, cột nước địa hình thấp (khoảng 4-5m) để quay động cơ thủy lực Tuabin dùng cho máy phát điện:

1. Housing: Buồng Tuabin, 2. Lid: Nắp Tuabin 2. Water intake: Buồng dẫn lưu lượng nước vào Tuabin, 3. SLH cassette: Cánh Tuabin, 4. Output shaft, Idler shaft: Trục máy phát điện, 5. Draft tube: Buồng dẫn lưu lượng nước từ Tuabin ra.

- Chi phí lắp đặt: Theo tính toán, so sánh của Natel Enegy, tương ứng với cột nước địa hình khoảng 4-5m, NMĐ sử dụng công nghệ Tuabin SLH có chi phí (chỉ khoảng 600-1.000USD/kW) thấp hơn so với công nghệ Tuabin Kaplan và Tuabin Bulb (1.800-2.200USD/kW).

- Tuabin SLH có cấu tạo đơn giản, khối lượng xây lắp nhỏ, thời gian thi công nhanh. Mặt khác, do sử dụng cột nước thấp (từ 4-5m đã có thể phát điện), vì vậy, không ảnh hưởng đến diện tích bị ngập lụt, di dân, giải phóng mặt bằng và môi trường. Tuy nhiên, công nghệ này tương đối mới, chưa được áp dụng tại Việt Nam nên chưa có đánh giá chi tiết về hiệu quả đầu tư. Mặt khác, do vị trí nằm bên bờ sông suối, lưu lượng nhỏ, sử dụng cột nước thấp nên công suất không cao (theo tài liệu của Công ty Natel Enegy, công suất lắp đặt chỉ khoảng 1-1,2MW).
(Đính kèm các tài liệu tham khảo công nghệ Tuabin SLH của Công ty Natel Enegy)



3. Ứng dụng công nghệ Tuabin cột nước thấp trên thế giới và trong nước:
a. Trên thế gới:
- Hiện trên thế giới đã có nhiều nước quan tâm ứng dụng công nghệ Tuabin cột nước thấp (Tuabin Kaplan và Tuabin Bulb ) vào sản xuất điện năng, một số dự án Thủy điện vừa và nhỏ sử dụng công nghệ này đã được đưa vào vận hành đem lại nhiều hiệu quả cao như: Eglisau - Thụy Sĩ (công suất 6,7MW), Uglich - Nga (công suất lắp đặt 60MW) .v.v..
- Riêng công nghệ Tuabin SLH tương đối mới, Công ty Natel Energy đã nghiên cứu áp dụng loại hình công nghệ này vào một số dự án TĐ nhỏ như dự án TĐ MonRoe (sử dụng công nghệ Tuanbin SLH, công suất 200kW) đã đi vào vận hành và hiện đang tiếp tục nghiên cứu triển khai tại một số nước Đông Nam Á như Indonesia, Philippines và Vương Quốc Bhutan.
b. Trong nước:
- Việc nghiên cứu và triển khai các dự án TĐ nhỏ và vừa sử dụng công nghệ Tuabin cột nước thấp (Tuabin Kaplan và Tuabin Bulb) đã được các cơ quan Tư vấn, các chủ đầu tư và các địa phương triển khai từ nhiều năm trước. Đến nay, một số dự án TĐ đã triển khai và đưa vào vận hành mang lại hiệu quả cao như: Sê San 4A (công suất lắp đặt 63MW, sử dụng công nghệ Tuabin Bulb, đưa vào vận hành tháng 11/2011) - tỉnh Gia Lai, Chiêm Hóa - tỉnh Tuyên Quang (công suất lắp đặt 48MW, sử dụng công nghệ Tuabin Bulb, đưa vào vận hành tháng 3/2013), Văn Phong - tỉnh Bình Định (công suất lắp đặt 6MW, sử dụng công nghệ Tuabin Bulb, đưa vào vận hành tháng 01/2015), Vĩnh Hà - tỉnh Lào Cai (công suất lắp đặt 21MW, sử dụng công nghệ Tuabin Bulb, đưa vào vận hành tháng 9/2016) v.v.. Riêng công nghệ Tuabin SLH thì chưa được áp dụng trong nước.

4. Triển khai nghiên cứu áp dụng trong EVNGENCO 3:
Hiện nay, các vị trí có điều kiện thủy năng thuận lợi với cột nước địa hình cao (trên 100m) như NMTĐ: Sơn La, Lai Châu, Huội Quảng, Bản Chát, Thượng Kon Tum .v.v.. hầu như đã khai thác hết (có thể nói các dự án TĐ có công suất trên 100MW gần như đã hết), còn lại phổ biến là các nơi với cột nước địa hình thấp (dưới 100m), lưu lượng lớn, trung bình đến nhỏ. 
Việc phát triển dự án TĐ vừa và nhỏ có công nghệ Tuabin phù hợp với cột nước địa hình thấp, lưu lượng lớn, trung bình đến nhỏ đã triển khai được đánh giá là giải pháp khai thác hiệu quả và bền vững nguồn năng lượng tái tạo từ thủy năng phục vụ cho việc phát triển kinh tế - xã hội, góp phần nâng công suất và sản lượng cho hệ thống điện quốc gia. Ngoài ra, việc áp dụng công nghệ Tuabin cột nước thấp có ưu điểm như vẫn giữ nguyên dòng chảy tự nhiên và diện tích bị ngập lụt, di dân, giải phóng mặt bằng, ảnh hưởng đến môi trường là rất ít.
Trên cơ sở nghiên cứu về các loại hình công nghệ Tuabin cột nước thấp, EVNGENCO 3 đang tích cực triển khai nghiên cứu đầu tư, tìm kiếm địa điểm xây dựng mới dự án Thủy điện vừa và nhỏ, đồng thời nghiên cứu ứng dụng loại hình công nghệ mới, ít gây ảnh hưởng đến môi trường như Tuabin cột nước thấp (Kaplan, Bulb, SLH), v.v.. để áp dụng cho phù hợp với đặc điểm của từng dự án./.