Đang tải... (xem toàn văn)
Xây dựng cơ sở khoa học đề xuất gam thủy điện nhỏ Việt Nam, đánh giá tổng quan
bộ nông nghiệp phát triển nông thôn viện khoa học thủy lợi báo cáo tổng kết chuyên đề xây dựng sở khoa học đề xuất gam thủy điện nhỏ việt nam đánh giá tổng quan phát triển thuỷ điện nhỏ giới việt nam thuộc đề tài kc 07.04: nghiên cứu, lựa chọn công nghệ thiết bị để khai thác sử dụng loại lợng tái tạo chế biến nông, lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn bảo vệ môi trờng Chủ nhiệm chuyên đề: TS Hoàng Văn thắng 5817-12 16/5/2006 hà nội 5/2006 Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Mục lục Chơng I Mở đầu Trang 1.1 Sự cần thiết xây dựng gam thủy điện cực nhỏ 1.2 Một số khái niệm phân loại thiết bị thủy điện Chơng II Tổng quan gam thủy điện cực nhỏ thủy điện siêu nhỏ 2.1 Gam thủy điện cực nhỏ giới 2.2 Nghiên cứu chế tạo thiết bị thủy điện Việt Nam Chơng III Cơ sở khoa học phơng pháp chung 15 26 phân loại tua bin nớc 3.1 Mở đầu 26 3.2 HƯ sè tû tèc Ns 26 3.3 Sù cÇn thiÕt tiêu chuẩn hóa loại tua bin 27 3.4 Những tiêu đặt phân loại tua bin 27 3.5 Phơng pháp phân loại tua bin theo N 29 3.6 Phân loại tua bin xung kích (TBXK) 34 3.7 Kết luận 36 Chơng Xác định phạm vi làm việc tua bin 38 xung kích hai lần tua bin tia nghiêng cho thủy điện nhỏ 4.1 Những tiêu công thức tua bin 38 xung kích hai lần, tua bin tia nghiêng tua bin gáo 4.2 Xác định tiêu ns, Q1’, N1’ cña tua bin xung 39 kÝch hai lần, tua bin gáo, tua bin tia nghiêng 4.3 Phơng pháp xây dựng gam tua bin xung kích hai lần Viện khoa học Thủy lợi 42 Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Chơng I Mở đầu 1.1 Sự cần thiết xây dựng gam thủy điện cực nhỏ Kỹ thuật thủy điện đà hình thành phát triển hàng trăm năm nay, với tiến khoa học công nghệ nói chung công nghệ thủy điện có bớc phát triển vợt bậc với quy mô thiết bị ngày lớn, hiệu suất đợc nâng cao, đặc tính, lợng xâm thực ngày đợc cải thiện, chi phí vật liệu/1kW công suất ngày giảm giá thành thiết bị ngày hạ, độ bền đợc nâng cao Do tính chất đa dạng chủng loại thiết bị điều kiện sử dụng (nh công suất, cột nớc, độ cao hút) dẫn đến thiết bị thủy điện đa dạng Nhng nhìn chung nhà nghiên cứu sản xuất thiết bị thủy điện giới hớng tới tiêu chí chung xây dựng gam thiết bị thủy điện có số lợng nhng đáp ứng cách hiệu yêu cầu thực tiễn Việc nghiên cứu, đề xuất gam máy có số lợng ít, tạo điều kiện cho xây dựng quy trình công nghệ hoàn chỉnh tạo sản phẩm có chất lợng cao đòi hỏi cấp bách Qua khảo sát gam thủy điện cực nhỏ Trung Quốc (phạm vi P 100 kW) có tới 100 kiểu loại kÝch cì tua bin kh¸c Trong gam thđy ®iƯn cùc nhá cđa mét sè h·ng chØ ph¹m vi đến 10 loại thiết bị đáp ứng đợc nhu cầu sử dụng nh Hơn giới hớng tới sử dụng loại tua bin có phạm vi làm việc rộng (có vùng hiệu suất cao lu lợng thay đổi từ 20 ữ 100%) thiết bị bảo vệ, tự động hoá áp dụng kỹ thuật số đà làm cho chất lợng thiết bị thủy điện tăng cao hạ giá thành ë ViƯt Nam sư dơng th«ng tin khoa häc công nghệ thủy điện cũ, ảnh hởng t tởng đem công nghệ thủy điện lớn áp dụng cho thủy điện nhỏ nên gam thủy điện ta phức tạp, chất lợng thấp chi phí cao Do việc nghiên cứu xây dựng lại gam thủy điện cực nhỏ việc làm cần thiết 1.2 Một số khái niệm phân loại thiết bị thủy điện - Thiết bị thủy điện theo thông lệ quốc tế đợc chia làm ba loại: thủy điện lớn, thủy điện vừa thủy điện nhỏ Tiêu chí phân loại dựa vào thông số gồm: công suất, điện áp (tơng ứng với đờng kính bánh xe công tác: D1) Ví dụ: Viện khoa học Thủy lợi Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 cột nớc H = 100 m; P 30 MW đợc coi thủy điện lớn nhng cột nớc H = m; P 0,6 MW đợc coi thủy điện lớn Phạm vi thủy điện lớn theo phân loại Liên Xô (cũ) tơng đồng với số nớc nh hình sau: Biểu đồ tổng hợp hệ loại tuốc bin phản kích lớn Hình 1: Phạm vi thủy điện lớn theo công suất cột nớc - Cũng tơng tự nh vậy, thủy điện vừa nhỏ đợc phân loại theo H P nớc lại có phân loại khác nhau, vÝ dơ nh− Nga vµ Trung Qc cho thđy ®iƯn cã P ≤ 25 MW lµ thđy ®iƯn nhá Một số nớc không đa khái niệm thủy điện lớn, vừa nhỏ mà đa khái niệm thiết bị thủy điện đồng (compact turbine) để phân biệt với thủy điện khác, đợc thiết kế đơn theo đơn đặt hàng Viện khoa học Thủy lợi Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Ngay thủy điện nhỏ đợc chia làm cấp, theo phân loại UNIDO, gồm: + Thủy điện nhỏ (small hydro): P = MW ữ 10 MW + Thđy ®iƯn nhá (mini hydro): P = 100 kW ữ MW + Thủy điện cực nhỏ (micro hydro): P = kW ÷ 100 kW + Thủy điện siêu nhỏ (pico hydro): P kW Tuy vậy, khái niệm tơng đối, theo giả thiết với H = m; P = 0,6 MW đà đợc coi thủy điện lớn D1 = 2,5 m - Việc phân loại thủy điện có ý nghĩa quan trọng lý nh sau: + Các thủy điện lớn võa ¶nh h−ëng cđa 1% hiƯu st tíi hiƯu qu¶ lợng lớn nên thờng đợc nghiên cứu thiết kế theo điều kiện làm việc công trình, điều khiến cho chi phí nghiên cứu, thiết kế chế tạo tăng cao Thời gian sản xuất thiết bị kéo dài nhng đem lại hiệu cho trình vận hành + Các thủy điện nhỏ ảnh hởng ữ 2% hiệu suất không lớn nhng lại đòi hỏi thời gian sản xuất nhanh, chi phÝ cã søc c¹nh tranh Do vËy ng−êi ta chấp nhận điểm làm việc không trùng hẳn với điểm tối u tổ máy + Với thủy điện cực nhỏ thủy điện siêu nhỏ việc tạo tổ máy có giá thành thấp độ bền cao yếu tố quan trọng Hơn trạm thủy điện điều tiết u tiên phạm vi làm việc rộng điểm làm việc có hiệu suất cao - Việc phân loại giúp cho công tác thiết kế công trình đợc nhanh chóng - Việc phân loại hợp lý giúp cho giảm chi phí khâu: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo quản lý vận hành - Việc phân loại giúp cho tiếp cận với công nghệ mới, làm cho gam thiết bị thủy điện ngày u việt Viện khoa học Thủy lợi Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Do công nghệ thủy điện đà đợc phát triển từ hàng trăm năm nhng năm gần giới tiếp tục đa gam thủy điện nhỏ mới, phù hợp với điều kiện thực tiễn - Việc phát triển công nghệ mới, vật liệu mới, đặc biệt công nghệ thông tin đà tác động sâu sắc trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy đòi hỏi phải xác định lại gam thủy điện - TÝnh chÊt lao ®éng x· héi, víi chi phÝ cho nhân công ngày cao đòi hỏi phải thay đổi cách nghĩ gam thủy điện - Để xây dựng gam thủy điện, nớc ta có lẽ sử dụng theo phân loại UNIDO công suất hạn chế theo cột nớc theo cách làm Liên Xô hợp lý - Trong báo cáo đề cập tới gam thủy điện cực nhỏ thủy điện siêu nhỏ tức tổ máy có P ≤ 100 kW vµ më réng tíi 200 kW cho phù hợp với nhu cầu thủy điện cho quy mô cấp xà Việt Nam (Theo đánh giá, ®iỊu tra, mét x· miỊn nói cã sè tõ 300 đến 800 hộ, công suất tiêu thụ điện khoảng 60 ữ 160 kW, kể tổn thất tơng tác nhu cầu khác chọn Pmax = 200 kW hợp lý) - Với thủy điện cực nhỏ, cột nớc đợc xác định theo phạm vi sử dụng lµ: + Cét n−íc cao: H ≥ 100 m (100 ÷ 200 m) + Cét n−íc trung b×nh: H = 10 ÷ 100 m + Cét n−íc thÊp: H ≤ 10 m - Với thủy điện siêu nhỏ, cột nớc cao, đợc sử dụng H m Viện khoa học Thủy lợi Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Chơng II Tổng quan gam thủy điện cực nhỏ thủy điện siêu nhỏ 2.1 Gam thủy điện cực nhỏ giới 2.1.1 Phát triĨn thđy ®iƯn cùc nhá ë Trung Qc Trung Qc nớc có tiềm thủy điện phong phú đồng thời nớc có công nghiệp thủy điện nhỏ phát triển mạnh đa dạng, việc phân tích xu hớng phát triển thủy điện nhỏ Trung Quốc có ý nghÜa quan träng Nh− c¸c n−íc x· héi chđ nghÜa khác, trớc việc nghiên cứu phát triển thủy điện Trung Quốc đợc phân công chuyên môn hóa cao Các mẫu cánh bánh xe công tác buồng dẫn đợc tập trung nghiên cứu (chủ yếu viện TRIED - Thiên Tân) sau cung cấp cho nhà máy sản xuất thủy điện vừa nhá Mét sè h·ng lín cã nghiªn cøu riªng (TËp đoàn Đông Phơng, HARBIN) chủ yếu cho thủy điện lớn Do ảnh hởng xu hớng thủy điện lớn, nên gam thđy ®iƯn nhá cđa Trung Qc rÊt nhiỊu chđng loại kích cỡ gồm: + Tua bin hớng 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 diện, bng kiĨu trơ; + Tua bin tia nghiªng, mét mịi phun trục ngang đứng; + Tua bin gáo trục ngang; + Tua bin xung kích hai lần; Riêng tua bin xung kích hai lần, quan niệm loại tua bin có hiệu suất thấp nên đợc sử dụng, thay vào tua bin tâm trục Vài năm gần Trung Quốc bắt đầu sử dụng tua bin xung kích hai lần Phạm vi sử dụng tua bin cho thủy điện cực nhỏ nh sau: H = ÷ 100 m Q = 10 l/s ÷ 2,5 m3/s P = 0,1 ÷ 100 kW ViÖn khoa học Thủy lợi Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Hình Một số kết cấu gam thđy ®iƯn nhá cđa Trung Qc (Ngn: Micro hydro power Equipment in China HRC) Bảng Các thông số gam thủy điện cực nhỏ Trung Quèc TT Lo¹i tua bin D1 Ph¹m vi lµm viƯc H (m) Q (m3/s) P (kW) Tua bin h−íng t©m, bng hë; D1 = 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 cm 1,5 ÷ 0,03 ÷ 1,1 0,2 ữ 60 Tua bin hớng tâm, buồng chữ S, trôc ngang; D1 = 12, 15, 20, 30, 50, 60 ÷ 12 0,05 ÷ 0,75 ÷ 125 Tua bin hớng tâm, buồng xoắn kim loại trục ®øng; D = 20, 30, 40 cm ÷ 12 0,18 ữ 1,1 ữ 50 Tua bin tâm trục, buồng xoắn kim loại buồng diện trục ngang, đứng; D1 = 20, 30, 42 cm ữ 48 0,05 ÷ ÷ 100 Tua bin tia nghiêng, vòi phun, trục đứng 21 ữ 75 0,01 ÷ 0.2 0,6 ÷ 75 Tua bin tia nghiêng, vòi phun, trục ngang; D1 = 20, 25, 32cm 30 ÷ 100 0,05 ÷ 0.5 12 ÷ 125 Tua bin XK lÇn, kiĨu Ossberger, trơc ngang 10 ÷ 112 0,05 ÷ 0.,4 ÷ 100 2.1.2 Gam máy phát cho thủy điện cực nhỏ Trung Quốc: Máy phát thủy điện cực nhỏ Trung Quốc, đợc tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn Trung Quốc, tơng đơng tiêu chuẩn IEC Trong phạm vi công suất ÷ 100 kW cã 26 ViƯn khoa häc Thđy lợi Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 kiểu loại Với cấp điện áp 230 V/ pha cho loại có công suất nhỏ 230 V/ 400 V, pha cho loại lớn Các thông số kỹ thuật nh bảng sau Bảng Thông số kỹ thuật gam máy phát cho thủy điện cực nhá KiĨu m¸y ph¸t STF 5-4/250 SFW 5-4/250 STF 8-4/250 SFW 8-4/250 STF 18-4/368 SFW 18-4/368 STF 26-4/368 SFW 18-4/368 STF 12-6/368 SFW 12-6/368 STF 18-6/368 SFW 18-6/368 STF 40-4/423 SFW 40-4/423 STF 55-4/423 SFW 55-4/423 STF 26-6/423 SFW 26-6/423 STF 30-6/423 SFW 30-6/423 STF 40-6/423 SFW 40-6/423 STF 75-4/493 SFW 75-4/493 STF 100-4/493 SFW 100-4/493 STF 55-6/493 SFW 55-6/493 STF 75-6/493 SFW 75-6/493 STF 40-8/493 SFW 40-8/493 STF 55-8/493 SFW 55-8/493 STF 100-6/590 SFW 100-6/590 STF 75-8/590 SFW 75-8/590 STF 100-8/590 SFW 100-8/590 Công suất (kW) Điện (V) Cờng độ dòng điện (A) Tốc độ quay (v/ph) Dòng ®iƯn kÝch thÝch (A) HiƯu st (%) Träng l−ỵng (kg) 400 9,02 1500 50 35,0 9,8 84,7 104 400 14,4 1500 50 34,5 15,0 86,0 113 18 400 32,5 1500 50 28,6 23,9 83,7 250 26 400 46,9 1500 50 35,7 23,9 85,5 280 12 400 21,7 1000 50 20,7 30,0 82,6 260 18 400 32,5 1000 50 26,5 30,0 84,9 290 40 400 72,2 1500 50 21,3 47,8 89,0 450 55 400 99,2 1500 50 25,7 48,5 87,8 520 26 400 46,9 1000 50 23,8 42,6 86,4 460 30 400 54,1 1000 50 23,9 48,5 86,9 460 40 400 72,2 1000 50 29,6 48,5 88,0 530 75 400 135,3 1500 50 22,0 42,0 88,9 710 100 400 180,4 1500 50 32,0 47,0 91,1 830 55 400 99,2 1000 50 32,0 36,0 89,3 750 75 400 135,3 1000 50 40,4 50,0 90,6 850 40 400 72,2 750 50 31,7 54,6 87,8 55 400 99,2 750 50 45,8 45,7 89,2 100 400 180,4 1000 50 24,0 120,0 90,1 75 400 135,3 750 50 24,0 119,0 89,7 100 400 180,4 750 50 29,0 122,0 90,9 ViƯn khoa häc Thđy lỵi Tần số Điện áp (HZ) (V) Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Ngoài ra, số hÃng sản xuất máy phát sử dụng nam châm vĩnh cửu cho tổ máy có công suất từ 100 W ữ kW 2.1.3 Điều tốc cho thủy điện cực nhỏ: Cho tới năm gần đây, Trung Quốc sử dụng điều tốc khí - thủy lùc cho thđy ®iƯn cùc nhá, nh− ®iỊu tèc TT35, TT75 Với điều khiển văng tích kiểu lò so Các loại điều tốc có kết cấu phức tạp, độ nhạy giá thành cao, số quan nghiên cứu đà bắt đầu đa hai điều tốc kiểu điện, điện tử điều tốc tải giả với điểu khiển áp dơng kü tht sè Mét sè th«ng tin vỊ bé điều tốc tải giả Trung Quốc nghiên cứu sản xuất nh bảng Bảng Thông số kỹ thuật điều tốc tải giả Trung Quốc Máy phát điện Kiểu Công suất (kW) Pha Điện áp (V) Độ xác Độ xác điện áp cđa tÇn st A B A B CZK-3X 230 CZK-5X 230 CZK-8X 1/3 230/400 CZK-12X 12 230/400 0,2 CZK-18X 18 230/400 0,2 CZK-26X 26 230/400 0,2 CZK-40X 40 230/400 1,5 0,2 CZK-55X 55 230/400 1,5 0,2 CZK-75X 75 230/400 1,5 0,2 CZK-100X 100 230/400 1,5 0,2 Mét sè nhËn xét: 1.So với gam thủy điện cực nhỏ nớc công nghiệp G7 nớc công nghiệp tiên tiến giới khác gam Trung Quốc đa dạng, phức Viện khoa học Thủy lợi ... ®iƯn siêu nhỏ, cột nớc cao, đợc sử dụng H m Viện khoa học Thủy lợi Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Chơng II Tổng quan gam thủy điện cực nhỏ thủy ®iƯn... Phơng pháp xây dựng gam tua bin xung kích hai lần Viện khoa học Thủy lợi 42 Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Chơng I Mở đầu 1.1 Sự cần thiết xây dựng gam thđy... công nghệ mới, làm cho gam thiết bị thủy điện ngày u việt Viện khoa học Thủy lợi Báo cáo xây dựng sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Do công nghệ thủy điện đà đợc phát triển