Báo cáo Xây dựng cơ sở khoa học đề xuất gam thủy điện nhỏ Việt Nam đánh giá tổng quan về phát triển thuỷ điện nhỏ trên thế giới và ở Việt Nam

bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn viện khoa học thủy lợi báo cáo tổng kết chuyên đề xây dựng cơ sở khoa học đề xuất gam thủy điện nhỏ việt nam. đánh giá tổng quan về phát triển thuỷ điện nhỏ trên thế giới và ở việt nam thuộc đề tài kc 07.04: “nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để khai thác và sử dụng các loại năng l−ợng tái tạo trong chế biến nông, lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi tr−ờng” Chủ nhiệm chuyên đề: TS Hoàng Văn thắng 5817-12 16/5/2006 hà nội – 5/2006 Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 1 Mục lục Trang Ch−ơng I . Mở đầu 2 1.1 Sự cần thiết xây dựng gam thủy điện cực nhỏ 2 1.2 Một số khái niệm trong phân loại thiết bị thủy điện 2 Ch−ơng II Tổng quan về gam thủy điện cực nhỏ và thủy điện siêu nhỏ 6 2.1 Gam thủy điện cực nhỏ trên thế giới 6 2.2 Nghiên cứu và chế tạo thiết bị thủy điện ở Việt Nam 15 Ch−ơng III Cơ sở khoa học và ph−ơng pháp chung phân loại tua bin n−ớc 26 3.1 Mở đầu 26 3.2 Hệ số tỷ tốc Ns 26 3.3 Sự cần thiết tiêu chuẩn hóa loại tua bin 27 3.4 Những chỉ tiêu cơ bản đặt ra trong phân loại tua bin 27 3.5 Ph−ơng pháp phân loại tua bin theo N 29 3.6 Phân loại tua bin xung kích (TBXK) 34 3.7 Kết luận 36 Ch−ơng 4 Xác định phạm vi làm việc của tua bin xung kích hai lần và tua bin tia nghiêng cho thủy điện nhỏ 38 4.1 Những chỉ tiêu và công thức cơ bản trong tua bin xung kích hai lần, tua bin tia nghiêng và tua bin gáo 38 4.2 Xác định các chỉ tiêu ns, Q1’, N1’ của tua bin xung kích hai lần, tua bin gáo, tua bin tia nghiêng 39 4.3 Ph−ơng pháp xây dựng gam tua bin xung kích hai lần 42 Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 2 Ch−ơng I. Mở đầu 1.1. Sự cần thiết xây dựng gam thủy điện cực nhỏ. Kỹ thuật về thủy điện đã hình thành và phát triển hàng trăm năm nay, cùng với sự tiến bộ về khoa học và công nghệ nói chung công nghệ thủy điện cũng có những b−ớc phát triển v−ợt bậc với quy mô thiết bị ngày càng lớn, hiệu suất đ−ợc nâng cao, đặc tính, năng l−ợng và xâm thực ngày càng đ−ợc cải thiện, chi phí vật liệu/1kW công suất ngày càng giảm và giá thành thiết bị ngày càng hạ, độ bền đ−ợc nâng cao. Do tính chất đa dạng về chủng loại thiết bị và điều kiện sử dụng (nh− công suất, cột n−ớc, độ cao hút…) dẫn đến thiết bị thủy điện hết sức đa dạng. Nh−ng nhìn chung các nhà nghiên cứu và sản xuất thiết bị thủy điện trên thế giới đang h−ớng tới những tiêu chí chung là xây dựng gam thiết bị thủy điện có số l−ợng ít nh−ng đáp ứng một cách hiệu quả yêu cầu của thực tiễn. Việc nghiên cứu, đề xuất một gam máy có số l−ợng ít, tạo điều kiện cho xây dựng quy trình công nghệ hoàn chỉnh tạo ra sản phẩm có chất l−ợng cao là một đòi hỏi cấp bách. Qua khảo sát gam thủy điện cực nhỏ của Trung Quốc (phạm vi P ≤ 100 kW) có tới trên 100 kiểu loại kích cỡ tua bin khác nhau. Trong khi gam thủy điện cực nhỏ của một số hãng chỉ trong phạm vi 6 đến 10 loại thiết bị cũng đáp ứng đ−ợc cơ bản nhu cầu sử dụng nh− vậy. Hơn nữa thế giới đang h−ớng tới sử dụng các loại tua bin có phạm vi làm việc rộng (có vùng hiệu suất cao khi l−u l−ợng thay đổi từ 20 ữ 100%) và thiết bị bảo vệ, tự động hoá áp dụng kỹ thuật số đã làm cho chất l−ợng thiết bị thủy điện tăng cao và hạ giá thành. ở Việt Nam do sử dụng thông tin khoa học công nghệ thủy điện cũ, ảnh h−ởng của t− t−ởng đem công nghệ thủy điện lớn áp dụng cho thủy điện nhỏ nên gam thủy điện của ta quá phức tạp, chất l−ợng thấp và chi phí cao. Do vậy việc nghiên cứu và xây dựng lại gam thủy điện cực nhỏ là việc làm rất cần thiết. 1.2. Một số khái niệm trong phân loại thiết bị thủy điện. - Thiết bị thủy điện theo thông lệ quốc tế đ−ợc chia làm ba loại: thủy điện lớn, thủy điện vừa và thủy điện nhỏ. Tiêu chí phân loại dựa vào các thông số gồm: công suất, điện áp (t−ơng ứng với nó là đ−ờng kính bánh xe công tác: D1). Ví dụ: Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 3 ở cột n−ớc H = 100 m; P ≥ 30 MW đ−ợc coi là thủy điện lớn nh−ng ở cột n−ớc H = 3 m; P ≥ 0,6 MW đ−ợc coi là thủy điện lớn. Phạm vi thủy điện lớn theo phân loại của Liên Xô (cũ) cũng t−ơng đồng với một số n−ớc nh− hình 1 sau: Biểu đồ tổng hợp hệ loại mới của tuốc bin phản kích lớn Hình 1: Phạm vi thủy điện lớn theo công suất và cột n−ớc - Cũng t−ơng tự nh− vậy, thủy điện vừa và nhỏ cũng đ−ợc phân loại theo H và P. ở mỗi n−ớc lại có sự phân loại khác nhau, ví dụ nh− Nga và Trung Quốc cho thủy điện có P ≤ 25 MW là thủy điện nhỏ. Một số n−ớc không đ−a ra khái niệm thủy điện lớn, vừa và nhỏ mà đ−a ra khái niệm thiết bị thủy điện đồng bộ (compact turbine) để phân biệt với các thủy điện khác, đ−ợc thiết kế đơn chiếc theo đơn đặt hàng. Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 4 Ngay trong thủy điện nhỏ cũng đ−ợc chia làm 4 cấp, có thể là theo phân loại của UNIDO, gồm: + Thủy điện nhỏ (small hydro): P = 1 MW ữ 10 MW + Thủy điện nhỏ (mini hydro): P = 100 kW ữ 1 MW + Thủy điện cực nhỏ (micro hydro): P = 5 kW ữ 100 kW + Thủy điện siêu nhỏ (pico hydro): P ≤ 5 kW Tuy vậy, khái niệm trên cũng chỉ là t−ơng đối, vì theo giả thiết ở trên với H = 3 m; P = 0,6 MW đã đ−ợc coi là thủy điện lớn vì D1 = 2,5 m - Việc phân loại thủy điện có ý nghĩa quan trọng vì những lý do nh− sau: + Các thủy điện lớn hoặc vừa ảnh h−ởng của 1% hiệu suất tới hiệu quả năng l−ợng là rất lớn nên th−ờng đ−ợc nghiên cứu và thiết kế theo đúng điều kiện làm việc của từng công trình, điều đó khiến cho chi phí nghiên cứu, thiết kế và chế tạo tăng cao. Thời gian sản xuất thiết bị kéo dài nh−ng đem lại hiệu quả cho quá trình vận hành. + Các thủy điện nhỏ ảnh h−ởng 1 ữ 2% hiệu suất là không lớn nh−ng lại đòi hỏi thời gian sản xuất nhanh, chi phí có sức cạnh tranh. Do vậy ng−ời ta chấp nhận điểm làm việc không trùng hẳn với điểm tối −u của tổ máy. + Với thủy điện cực nhỏ và thủy điện siêu nhỏ thì việc tạo ra các tổ máy có giá thành thấp và độ bền cao là yếu tố quan trọng. Hơn thế nữa ở các trạm thủy điện không có điều tiết thì −u tiên phạm vi làm việc rộng hơn là điểm làm việc có hiệu suất rất cao. - Việc phân loại giúp cho công tác thiết kế công trình đ−ợc nhanh chóng. - Việc phân loại hợp lý giúp cho giảm chi phí ở các khâu: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và quản lý vận hành. - Việc phân loại giúp cho tiếp cận với công nghệ mới, làm cho gam thiết bị thủy điện ngày càng −u việt hơn. Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 5 Do vậy mặc dù công nghệ thủy điện đã đ−ợc phát triển từ hàng trăm năm nay nh−ng những năm gần đây thế giới vẫn tiếp tục đ−a ra các gam thủy điện nhỏ mới, rất phù hợp với điều kiện thực tiễn. - Việc phát triển công nghệ mới, vật liệu mới, đặc biệt là công nghệ thông tin đã tác động sâu sắc trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cũng đòi hỏi phải xác định lại gam thủy điện. - Tính chất lao động xã hội, với chi phí cho nhân công ngày càng cao cũng đòi hỏi phải thay đổi cách nghĩ về gam thủy điện. - Để xây dựng gam thủy điện, ở n−ớc ta có lẽ sử dụng theo phân loại của UNIDO về công suất và hạn chế theo cột n−ớc theo cách làm của Liên Xô là hợp lý. - Trong báo cáo này chỉ đề cập tới gam thủy điện cực nhỏ và thủy điện siêu nhỏ tức là các tổ máy có P ≤ 100 kW và mở rộng tới 200 kW cho phù hợp với nhu cầu thủy điện cho các quy mô cấp xã ở Việt Nam. (Theo đánh giá, điều tra, một xã miền núi có số hộ từ 300 đến 800 hộ, công suất tiêu thụ điện khoảng 60 ữ 160 kW, kể cả tổn thất do t−ơng tác và các nhu cầu khác chọn Pmax = 200 kW là hợp lý) - Với thủy điện cực nhỏ, cột n−ớc đ−ợc xác định theo phạm vi sử dụng là: + Cột n−ớc cao: H ≥ 100 m (100 ữ 200 m) + Cột n−ớc trung bình: H = 10 ữ 100 m + Cột n−ớc thấp: H ≤ 10 m - Với thủy điện siêu nhỏ, cột n−ớc cao, đ−ợc sử dụng là H ≥ 5 m Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 6 Ch−ơng II. Tổng quan về gam thủy điện cực nhỏ và thủy điện siêu nhỏ 2.1. Gam thủy điện cực nhỏ trên thế giới. 2.1.1. Phát triển thủy điện cực nhỏ ở Trung Quốc. Trung Quốc là n−ớc có tiềm năng thủy điện phong phú đồng thời là n−ớc có công nghiệp thủy điện nhỏ phát triển mạnh và đa dạng, việc phân tích xu h−ớng phát triển thủy điện nhỏ của Trung Quốc có ý nghĩa quan trọng. Nh− các n−ớc xã hội chủ nghĩa khác, tr−ớc đây việc nghiên cứu và phát triển thủy điện của Trung Quốc đ−ợc phân công và chuyên môn hóa cao. Các mẫu cánh bánh xe công tác và buồng dẫn đ−ợc tập trung nghiên cứu (chủ yếu ở viện TRIED - Thiên Tân) và sau đó cung cấp cho các nhà máy sản xuất thủy điện vừa và nhỏ. Một số hãng lớn có nghiên cứu riêng (Tập đoàn Đông Ph−ơng, HARBIN) chủ yếu cho thủy điện lớn. Do ảnh h−ởng bởi xu h−ớng thủy điện lớn, nên gam thủy điện nhỏ của Trung Quốc rất nhiều chủng loại và kích cỡ gồm: + Tua bin h−ớng trục buồng hở, buồng xoắn kim loại, buồng kiểu ống, chữ S, trục đứng, trục ngang; + Tua bin tâm trục buồng hở, buồng xoắn kim loại, buồng kiểu chính diện, buồng kiểu trụ; + Tua bin tia nghiêng, một mũi phun trục ngang và đứng; + Tua bin gáo trục ngang; + Tua bin xung kích hai lần; Riêng tua bin xung kích hai lần, do quan niệm là loại tua bin có hiệu suất thấp nên ít đ−ợc sử dụng, thay vào đó là tua bin tâm trục. Vài năm gần đây Trung Quốc mới bắt đầu sử dụng tua bin xung kích hai lần. Phạm vi sử dụng các tua bin cho thủy điện cực nhỏ nh− sau: H = 1 ữ 100 m Q = 10 l/s ữ 2,5 m3/s P = 0,1 ữ 100 kW Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 7 Bảng 1. Các thông số cơ bản của gam thủy điện cực nhỏ ở Trung Quốc Phạm vi làm việc TT Loại tua bin D1 H (m) Q (m3/s) P (kW) 1 Tua bin h−ớng tâm, buồng hở; D1 = 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 cm 1,5 ữ 5 0,03 ữ 1,1 0,2 ữ 60 2 Tua bin h−ớng tâm, buồng chữ S, trục ngang; D1 = 12, 15, 20, 30, 50, 60 1 ữ 12 0,05 ữ 3 0,75 ữ 125 3 Tua bin h−ớng tâm, buồng xoắn kim loại trục đứng; D = 20, 30, 40 cm 4 ữ 12 0,18 ữ 1,1 5 ữ 50 4 Tua bin tâm trục, buồng xoắn kim loại hoặc buồng chính diện trục ngang, đứng; D1 = 20, 30, 42 cm 5 ữ 48 0,05 ữ 3 2 ữ 100 5 Tua bin tia nghiêng, một vòi phun, trục đứng 21 ữ 75 0,01 ữ 0.2 0,6 ữ 75 6 Tua bin tia nghiêng, một vòi phun, trục ngang; D1 = 20, 25, 32cm 30 ữ 100 0,05 ữ 0.5 12 ữ 125 7 Tua bin XK 2 lần, kiểu Ossberger, trục ngang 10 ữ 112 0,05 ữ 0.,4 2 ữ 100 2.1.2. Gam máy phát cho thủy điện cực nhỏ của Trung Quốc: Máy phát của thủy điện cực nhỏ của Trung Quốc, đ−ợc tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn Trung Quốc, t−ơng đ−ơng tiêu chuẩn IEC. Trong phạm vi công suất 5 ữ 100 kW có 26 Hình 2. Một số kết cấu trong gam thủy điện nhỏ của Trung Quốc (Nguồn: Micro hydro power Equipment in China– HRC) Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 8 kiểu loại. Với cấp điện áp 230 V/ 1 pha cho loại có công suất nhỏ và 230 V/ 400 V, 3 pha cho loại lớn. Các thông số kỹ thuật nh− ở bảng 2 sau. Bảng 2. Thông số kỹ thuật gam máy phát cho thủy điện cực nhỏ Kiểu máy phát Công suất (kW) Điện năng (V) C−ờng độ dòng điện (A) Tốc độ quay (v/ph) Tần số (HZ) Điện áp (V) Dòng điện kích thích (A) Hiệu suất (%) Trọng l−ợng (kg) STF 5-4/250 SFW 5-4/250 5 400 9,02 1500 50 35,0 9,8 84,7 104 STF 8-4/250 SFW 8-4/250 8 400 14,4 1500 50 34,5 15,0 86,0 113 STF 18-4/368 SFW 18-4/368 18 400 32,5 1500 50 28,6 23,9 83,7 250 STF 26-4/368 SFW 18-4/368 26 400 46,9 1500 50 35,7 23,9 85,5 280 STF 12-6/368 SFW 12-6/368 12 400 21,7 1000 50 20,7 30,0 82,6 260 STF 18-6/368 SFW 18-6/368 18 400 32,5 1000 50 26,5 30,0 84,9 290 STF 40-4/423 SFW 40-4/423 40 400 72,2 1500 50 21,3 47,8 89,0 450 STF 55-4/423 SFW 55-4/423 55 400 99,2 1500 50 25,7 48,5 87,8 520 STF 26-6/423 SFW 26-6/423 26 400 46,9 1000 50 23,8 42,6 86,4 460 STF 30-6/423 SFW 30-6/423 30 400 54,1 1000 50 23,9 48,5 86,9 460 STF 40-6/423 SFW 40-6/423 40 400 72,2 1000 50 29,6 48,5 88,0 530 STF 75-4/493 SFW 75-4/493 75 400 135,3 1500 50 22,0 42,0 88,9 710 STF 100-4/493 SFW 100-4/493 100 400 180,4 1500 50 32,0 47,0 91,1 830 STF 55-6/493 SFW 55-6/493 55 400 99,2 1000 50 32,0 36,0 89,3 750 STF 75-6/493 SFW 75-6/493 75 400 135,3 1000 50 40,4 50,0 90,6 850 STF 40-8/493 SFW 40-8/493 40 400 72,2 750 50 31,7 54,6 87,8 STF 55-8/493 SFW 55-8/493 55 400 99,2 750 50 45,8 45,7 89,2 STF 100-6/590 SFW 100-6/590 100 400 180,4 1000 50 24,0 120,0 90,1 STF 75-8/590 SFW 75-8/590 75 400 135,3 750 50 24,0 119,0 89,7 STF 100-8/590 SFW 100-8/590 100 400 180,4 750 50 29,0 122,0 90,9 Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 9 Ngoài ra, một số hãng sản xuất các máy phát sử dụng nam châm vĩnh cửu cho tổ máy có công suất từ 100 W ữ 5 kW. 2.1.3. Điều tốc cho thủy điện cực nhỏ: Cho tới những năm gần đây, Trung Quốc vẫn sử dụng các điều tốc cơ khí - thủy lực cho thủy điện cực nhỏ, nh− điều tốc TT35, TT75. Với bộ điều khiển quả văng và tích năng kiểu lò so. Các loại điều tốc này có kết cấu phức tạp, độ nhạy kém và giá thành cao, một số cơ quan nghiên cứu đã bắt đầu đ−a ra hai bộ điều tốc kiểu điện, điện tử và bộ điều tốc tải giả với bộ điểu khiển áp dụng kỹ thuật số. Một số thông tin về bộ điều tốc tải giả do Trung Quốc nghiên cứu và sản xuất nh− ở bảng 3 Bảng 3. Thông số kỹ thuật bộ điều tốc tải giả của Trung Quốc Máy phát điện Độ chính xác của điện áp Độ chính xác của tần suất Kiểu Công suất (kW) Pha Điện áp (V) A B A B CZK-3X 3 1 230 5 3 4 1 CZK-5X 5 1 230 5 3 4 1 CZK-8X 8 1/3 230/400 5 3 4 1 CZK-12X 12 3 230/400 3 1 2 0,2 CZK-18X 18 3 230/400 3 1 2 0,2 CZK-26X 26 3 230/400 3 1 2 0,2 CZK-40X 40 3 230/400 1,5 1 2 0,2 CZK-55X 55 3 230/400 1,5 1 2 0,2 CZK-75X 75 3 230/400 1,5 1 2 0,2 CZK-100X 100 3 230/400 1,5 1 2 0,2 Một số nhận xét: 1.So với gam thủy điện cực nhỏ của các n−ớc công nghiệp G7 và các n−ớc công nghiệp tiên tiến trên thế giới khác thì gam của Trung Quốc quá đa dạng, phức Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 10 tạp với khoảng 50 loại tổ máy khác nhau. Do vậy, sản xuất mang tính đơn chiếc, khó nâng cao chất l−ợng và hạ giá thành. 2. Gam thủy điện cực nhỏ sử dụng tua bin h−ớng tâm với D1 = 20, 25, 32 cm là không phù hợp, làm cho giá thành tăng cao khó quản lý vận hành. 3. Nhiều tổ máy có kết cấu buồng đúc bằng gang, không phù hợp với điều kiện sản xuất đơn chiếc của thủy điện nhỏ. 4. Gần đây Trung Quốc đã bắt đầu phát triển loại tua bin xung kích hai lần, bộ điều tốc tải giả là xu h−ớng mà thế giới quan tâm. 2.1.4. Gam thủy điện cực nhỏ của h∙ng EBARA. EBARA là một hãng nổi tiếng của Nhật về lĩnh vực bơm và thủy điện. Gam thủy điện cực nhỏ của hãng sử dụng 3 loại tua bin là tua bin h−ớng tâm, tua bin xung kích hai lần và thủy điện gáo. Ngoài ra, EBARA còn sử dụng bơm làm việc nh− tua bin cho các trạm thủy điện nhỏ nhằm hạ giá thành của thiết bị. Gam thủy điện cực nhỏ của EBARA nh− trên hình 3. Hình 3: Gam thủy điện cực nhỏ của EBARA Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 11 Phạm vi làm việc của các loại tua bin nh− ở bảng sau. Bảng 4. Phạm vi làm việc của tua bin Phạm vi làm việc STT Loại tua bin, D1 H (m) Q (m3/s) P (kW) 1 Tua bin h−ớng tâm kiểu ống 2,8 ữ 13,6 0,22 ữ 1,12 0,22 ữ 1,12 2 Tua bin xung kích hai lần 7 ữ 3,2 0,085 ữ 1,45 13 ữ 132 3 Tua bin gáo > 32 0,037 ữ 0,129 7 ữ 27 Bộ điều tốc: Hãng EBARA sử dụng bộ điều tốc kiểu tải giả cho thủy điện cực nhỏ. Nhận xét: 1. Hãng sử dụng rất nhiều tua bin h−ớng tâm kiểu ống cho vùng H = 3 ữ 12m và P = 9 ữ 80 kW (20 loại). Với mục đích tăng hiệu suất của tổ máy. Điều này cũng cho thấy phạm vi làm việc rất hẹp của tua bin h−ớng tâm kiểu propeller. Trong khi đó, để đáp ứng phạm vi làm việc với H = 7 ữ 32 m và P = 13 ữ 132 kW chỉ lần 4 loại tua bin xung kích hai lần (CA030, CS 200, CD 140, CD 260). 2. Gam thủy điện của EBARA có sử dụng một số loại bơm ly tâm (một hoặc hai cấp) thay thế vì thế mạnh của hãng là sản xuất bơm. Tuy vậy đặc tính năng l−ợng của các loại tua bin này thấp nên khả năng cạnh tranh kém. 2.1.5. Gam thủy điện nhỏ của h∙ng MEIDEN (Nhật). Hãng MEIDEN chuyên sản xuất thiết bị cho trạm thủy điện nhỏ có công suất ≤ 1000 kW. Để đáp ứng cho phạm vi làm việc: Q = 0,02 ữ 8 m3/s H = 5 ữ 200 m P = 10 ữ 2000 kW Hãng chỉ sử dụng tua bin xung kích hai lần kiểu Ossberger hai mũi phun. Máy phát đ−ợc nối với tua bin bằng bộ truyền bánh răng hoặc truyền động trực tiếp hoặc bằng bộ điều tốc kiểu điện - điện tử và điều tốc tải giả. Phạm vi làm việc của tổ máy nh− hình 4 sau: Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 12 Hình 4. Phạm vi làm việc của tua bin xung kích 2 lần của MEIDEN Nhận xét: 1. Đặc điểm nổi bật là MEIDEN sử dụng tua bin xung kích hai lần cho toàn bộ gam thủy điện nhỏ và thủy điện cực nhỏ. Với kết cấu chung là tua bin - bộ truyền - máy phát, bộ điều tốc điện tử - điện hoặc tải giả. Với ph−ơng thức trên hãng dễ dàng đầu t− công nghệ để nâng cao chất l−ợng sản phẩm. 2. Để bù lại sự giảm hiệu suất do bộ truyền hãng đã gam hoá bằng cách chia nhiều khung bề rộng bánh xe công tác B nhằm làm cho tua bin luôn làm việc ở vùng có hiệu suất cao. 2.1.6. Gam thủy điện nhỏ và cực nhỏ của Ossberger. Hãng Ossberger do Ossberger (Đức) sáng lập, đồng thời ông cũng là ng−ời phát minh ra loại tua bin xung kích hai lần Ossberger nổi tiếng đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thế giới. Cho tới nay hàng đã đ−ợc xuất và bán ra đ−ợc nhiều tổ máy và sử dụng ở nhiều n−ớc. Gam thủy điện nhỏ của Ossberger gồm hai loại tua bin: tua bin h−ớng tâm kiểu S và tua bin xung kích hai lần. Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 13 2.1.7. Gam thủy điện nhỏ và cực nhỏ của h∙ng Cink. Mặc dù nguyên lý tua bin xung kích hai lần có cánh h−ớng cung tròn đã đ−ợc nêu ra từ lâu nh−ng mãi tới năm 1993 Cink (một kỹ s− ng−ời Czech) mới áp dụng vào thực tế. Chỉ một thời gian ngắn tua bin Cink đã phát triển mạnh do những −u điểm nh−: - Vùng hiệu suất cao rất rộng từ Q0 = 15 ữ 100% - Hiệu suất đỉnh cao ηmax = 89% - Có khả năng sử dụng hiệu quả cột áp sau bánh xe công tác với Hs = 2 ữ 4m - Tổ máy rất gọn nhẹ - Có khả năng sử dụng cả ở vùng cột áp thấp H = 1 ữ 2m Do vậy, đã đ−ợc một số hãng trên thế giới phát triển tua bin xung kích hai lần theo h−ớng này (nh− IREM, Italy, GILKES, Anh). Phạm vi làm việc của tua bin Cink đ−ợc công bố: H = 1,5 ữ 200 m Q = 0,01 ữ 5m3/s P = 1 KW ữ 5000 kW Phạm vi sử dụng và đồ thị hiệu suất - l−u l−ợng nh− ở các hình 5 sau a) Phạm vi sử dụng b) Quan hệ hiệu suất với l−u l−ợng Hình 5: Phạm vi sử dụng và quan hệ hiệu suất - l−u l−ợng của tua bin Cink Hãng Cink còn giới thiệu các loại tua bin xung kích hai lần cột n−ớc thấp, sử dụng chủ yếu là cột áp hút, và các loại tổ máy thủy điện “đóng gói” trong container Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 14 2.1.8. Gam thủy điện cực nhỏ của IREM, Italy. Hãng IREM giới thiệu một gam thủy điện cực nhỏ với các loại tua bin có kết cấu khá đặc biệt gồm: - Tua bin xung kích hai lần kiểu Cink: H = 5 ữ 60 m P = 1 ữ 80 kW - Tua bin gáo có buồng dẫn n−ớc đặc biệt kiểu buồng xoắn mặt cắt vuông. H = 10 ữ 180 m P = 0,05 ữ 80 kW Với bộ điều tốc tải giả đ−ợc tiêu chuẩn hóa theo cấp công suất khác nhau. Nhận xét: 1. Gam thủy điện cực nhỏ của IREM rất đáng chú ý chỉ gồm 5 loại tua bin gáo và 4 loại tua bin xung kích hai lần cho vùng làm việc của hầu hết các trạm thủy điện cực nhỏ có cột n−ớc tới 180 m. 2. Hãng đ−a ra hai loại tua bin gồm tua bin xung kích hai lần kiểu Cink và tua bin gáo đặc biệt với nhiều vòi phun khiến cho tổ máy có phạm vi làm việc rất rộng. 3. Với ph−ơng pháp gam hóa nh− vậy, hãng đã giảm chi phí rất lớn cho nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, dễ đầu t− nâng cao chất l−ợng tổ máy. Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 15 2.1.10. Nhận xét chung. 1. Nhìn chung gam thủy điện cực nhỏ của thế giới đều sử dụng hai loại tua bin cơ bản là tua bin h−ớng tâm và xung kích hai lần: - Tua bin h−ớng tâm đ−ợc sử dụng cho vùng cột n−ớc thấp (H ≤ 10 m) với −u điểm là tỷ tốc cao và khả năng sử dụng cột n−ớc HS. Hãng Cink đ−a ra loại tua bin xung kích hai lần cột n−ớc thấp có khả năng sử dụng cột n−ớc HS là một vấn đề mới, nếu đạt đ−ợc các thông số nh− thông tin của hãng thì đây là loại tua bin có khả năng cạnh tranh cao với tua bin h−ớng tâm. - Tua bin xung kích hai lần đ−ợc sử dụng cho vùng có H = 5 ữ 100 m. Một số hãng mở rộng cho vùng có H ≤ 200m. Đây là loại tua bin đ−ợc sử dụng rất rộng rãi cho thủy điện cực nhỏ và thủy điện nhỏ vì dễ chế tạo, độ bền cao, khung làm việc rộng. 2. Tua bin gáo đ−ợc sử dụng cho vùng có cột n−ớc cao. Hãng IREM đ−a ra loại kết cấu tua bin gáo khá đặc biệt và có khả năng áp dụng cho thủy điện nhỏ. 3. Tua bin tâm trục ít đ−ợc sử dụng cho thủy điện cực nhỏ. Thông th−ờng các hãng có sử dụng với P ≥ 50 kW ở một số vùng hẹp cho thủy điện cực nhỏ. 4. Tua bin tia nghiêng đ−ợc sử dụng cho một số vùng cho thủy điện cực nhỏ, đặc biệt là vùng có công suất thấp (P ≤ 20 kW) và vùng giữa của tua bin gáo và tua bin tia nghiêng. 5. Bộ điều tốc cho thủy điện cực nhỏ chủ yếu là bộ điều tốc tải giả. Với vùng có công suất có thể sử dụng bộ điều tốc điện - điện tử. Từ xu h−ớng chung của thế giới, có thể xây dựng h−ớng cơ bản của thủy điện cực nhỏ ở Việt Nam theo h−ớng chọn lọc những công nghệ tối −u nhất gồm: - Tua bin xung kích hai lần kiểu Cink - Tua bin h−ớng trục buồng hở và buồng chữ S - Bộ điều tốc tải giả và điện tử - điện - Tua bin tia nghiêng và tâm trục cho một số vùng hẹp 2.2. Nghiên cứu và chế tạo thiết bị thủy điện ở Việt Nam. Chế tạo thiết bị cho thủy điện nhỏ ở Việt Nam có thể chia làm 3 giai đoạn: 2.2.1. Giai đoạn 1954 ữ 1975. Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 16 Sau ngày hoà bình lập lại ở miền Bắc, ngành thủy điện đ−ợc quan tâm và phát triển mạnh, khoảng 300 trạm thủy điện nhỏ đã đ−ợc xây dựng trong giai đoạn này, trong đó số trạm có công suất P ≤ 50 kW chiếm 91% số l−ợng. Phần lớn thiết bị nhập từ các n−ớc xã hội chủ nghĩa nh− Trung Quốc, Liên Xô, Bungari, Hungari, Tiệp Khắc. Về chủng loại: phần lớn là tua bin h−ớng trục và tâm trục. Trong giai đoạn này, một số nhà máy ở trung −ơng và địa ph−ơng đã sản xuất các loại thủy điện nhỏ có công suất P = 5 ữ 60 kW bao gồm: - Tua bin tâm trục theo mẫu PO300 φ 35, 42. - Tua bin h−ớng trục cánh bằng gỗ, bằng thép tấm gò, hàn. - Tua bin xung kích hai lần có kết cấu đơn giản. Do nguồn thiết bị đ−ợc viện trợ khá nhiều và phân công hợp tác trong khối SEV nên ở Việt Nam không phát triển ngành chế tạo thiết bị thủy điện nhỏ. 2.2.2. Giai đoạn 1975 ữ 1990. Sau khi miền Nam hoàn toàn giải phóng, do nhu cầu phát triển kinh tế, ta đã lập kế hoạch phát triển hàng loạt trạm thủy điện nhỏ ở cả hai miền Nam, Bắc. Năm 1976, dự án phát triển thủy điện Kẻ Gỗ đ−ợc Bộ Thủy lợi (cũ) xây dựng bao gồm: thiết kế, chế tạo tổ máy tua bin h−ớng tâm buồng kín, trục đứng với cột n−ớc H = 14 ữ 20m, công suất P = 1000 kW. Bộ Thủy lợi đã cử một nhóm chuyên gia sang học tập và nghiên cứu tại Liên Xô. Một bộ thiết kế t−ơng đối hoàn chỉnh ra đời, đánh dấu b−ớc phát triển đầu tiên trên quy mô lớn của ngành chế tạo thiết bị thủy điện. Song song với công tác thiết kế, phòng thí nghiệm tua bin kín và hở đã đ−ợc nghiên cứu và xây dựng tại Viện Khoa học Thủy lợi, mô hình tua bin h−ớng tâm theo mẫu ΠΛ 30/587, D1 = 25 cm đã đ−ợc chế tạo. Năm 1980, ch−ơng trình nghiên cứu thủy điện 06 - 02 đ−ợc thiết lập, trong đó có trên 50 đề tài về thủy điện. Tuy nhiên sau đó, do sự phân cấp giữa hai ngành thủy lợi và điện lực, các công việc trên đã không đ−ợc thúc đẩy. Trong khi đó, do nhu cầu của sản xuất, các nhà máy, viện nghiên cứu, tr−ờng đại học đã đẩy mạnh chế tạo thiết bị thủy điện nh− Nhà máy Công cụ số 1, Công ty thiết bị điện Đông Anh, Viện Khoa học Thủy lợi, Tr−ờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Đà Nẵng, Nhà máy Cơ khí Thủy lợi, Nhà máy cơ khí 276 (Tp Hồ Chí Minh), Viện Nghiên cứu máy … Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 17 Kết quả là trong vòng 10 năm, trên 100 tổ máy thủy điện có công suất từ 5 ữ 2100 kW đã đ−ợc chế tạo, lắp đặt. Có thể