Nguyên lý hoạt động của đập thủy điện dựa trên thế năng của nước (do chênh lệch độ cao) chuyển thành cơ năng, rồi thành điện năng. Cụ thể quy trình hoạt động của đập thủy điện như thế nào? Và ngày nay có thể áp dụng công nghệ gì để hỗ trợ vận hành đập thủy điện hiệu quả? Hãy cùng Đất Hợp tìm câu trả lời qua bài viết dưới đây.
Quy trình hoạt động của đập thủy điện
Quy trình hoạt động cơ bản của đập thủy điện gồm 5 bước:
– Bước 1: Tích nước và tạo áp lực thủy lực
Khi một con đập thủy điện được xây dựng, mục tiêu đầu tiên là ngăn dòng chảy tự nhiên của sông để tạo thành một hồ chứa lớn ở phía thượng lưu. Hồ chứa này đóng vai trò như một “bể năng lượng” khổng lồ, nơi nước được tích tụ ở mức cao hơn hạ lưu, tạo nên một độ chênh lệch độ cao (còn gọi là cột nước). Chính sự chênh lệch này tạo ra thế năng thủy lực, là nguồn năng lượng tiềm tàng để chuyển hóa thành điện.
Tùy vào mục đích và thiết kế, hồ chứa có thể tích trữ nước theo mùa, điều tiết dòng chảy, và thậm chí kiểm soát lũ trong mùa mưa. Đây là bước quan trọng để bảo đảm nguồn nước ổn định và đủ áp lực cho hệ thống phát điện hoạt động hiệu quả quanh năm.
Đập thủy điện Hòa Bình.
– Bước 2: Điều tiết nước qua hệ thống dẫn tới tuabin
Khi có nhu cầu phát điện, hệ thống vận hành sẽ mở các cửa nhận nước nằm gần đáy đập hoặc tại các điểm thiết kế đặc biệt để lấy nước từ hồ chứa. Nước sau đó được dẫn vào các ống áp lực lớn (gọi là penstock). Những ống này có tiết diện lớn, thường bằng thép hoặc bê tông cốt thép, và được thiết kế để chịu áp lực nước cực cao.
Nhờ độ cao chênh lệch lớn giữa hồ chứa và nhà máy điện phía dưới, dòng nước khi chảy qua các penstock sẽ có vận tốc và áp lực rất lớn, đủ sức tạo lực quay mạnh cho các tuabin phía dưới. Việc đóng mở cửa nhận nước được điều khiển tự động hoặc bán tự động nhằm tối ưu hóa lưu lượng và đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống.
– Bước 3: Tuabin quay nhờ sức nước – truyền động đến máy phát điện
Dòng nước có áp lực cao từ ống dẫn đổ trực tiếp vào cánh tuabin, là bộ phận cơ học được thiết kế để quay khi bị tác động bởi lực nước. Tùy theo địa hình và đặc điểm của đập, có thể sử dụng tuabin Pelton (cho vùng núi, cột nước cao), tuabin Francis (trung bình) hoặc Kaplan (vùng nước lớn, cột nước thấp).
Khi nước tác động lên các cánh tuabin, toàn bộ hệ thống tuabin bắt đầu quay quanh trục. Vận tốc quay này có thể đạt từ vài trăm đến hàng ngàn vòng/phút. Đây là giai đoạn biến thế năng của nước thành cơ năng, tạo chuyển động quay liên tục – một bước quan trọng để sẵn sàng sinh ra điện năng.
– Bước 4: Tạo ra dòng điện từ máy phát điện
Tuabin quay sẽ kéo theo rotor của máy phát điện (được nối liền trục), khiến roto quay quanh stato (phần cố định có các cuộn dây). Nhờ nguyên lý cảm ứng điện từ, khi một cuộn dây dẫn chuyển động trong từ trường, nó sẽ sinh ra dòng điện. Trong trường hợp này, rotor được gắn nam châm hoặc được từ hóa, và stator chứa cuộn dây dẫn điện. Quá trình này tạo ra dòng điện xoay chiều.
Sau đó, điện sẽ được đưa qua các bộ biến áp tăng áp để nâng điện áp lên hàng trăm kilovolt, phù hợp với hệ thống lưới truyền tải điện quốc gia. Đây chính là quá trình biến đổi cơ năng thành điện năng, là mục tiêu cuối cùng của nhà máy thủy điện.
Hệ thống lưới điện quốc gia.
– Bước 5: Xả nước trở lại dòng sông
Sau khi đi qua hệ thống tuabin và thực hiện công việc phát điện, nước không còn mang năng lượng nữa và được xả ra kênh dẫn nước thải hoặc cửa thoát, chảy tiếp ra hạ lưu con sông. Đây là bước giúp duy trì dòng chảy tự nhiên của con sông, đảm bảo môi trường thủy sinh và hệ sinh thái hạ lưu không bị ảnh hưởng quá nhiều.
Trong nhiều trường hợp, nước xả sau phát điện vẫn được sử dụng cho các mục tiêu khác như tưới tiêu, cấp nước sinh hoạt hoặc duy trì giao thông thủy. Việc xả nước được điều tiết cẩn thận để đảm bảo an toàn thủy lợi và tránh xả lũ đột ngột gây nguy hiểm cho người dân vùng hạ lưu.
Để đập thủy điện có thể hoạt động trơn tru và bền vững, các hoạt động giám sát, kiểm tra, bảo trì cần được thực hiện liên tục nhằm sớm phát hiện các hỏng hóc, nứt cấu trúc hoặc hóa lỏng nền móng đập… từ đó đưa ra phương án xử lý khắc phục kịp thời. Công nghệ quan trắc, giám sát tự động là một trong những công nghệ hỗ trợ hiệu quả cho công tác này.
Công nghệ quan trắc, giám sát tự động – Giải pháp hỗ trợ vận hành đập thủy điện hiệu quả
Giám sát an toàn cho đập, hồ chứa là một yêu cầu bắt buộc. Các chỉ tiêu cần giám sát quan trọng có thể kể đến như: Độ võng của tường, độ lún và độ nóng, tốc độ dòng nước, độ thấm, nhiệt độ, độ rung, ứng suất, biến dạng… Mục tiêu là để kịp thời phát hiện bất thường, từ đó có kế hoạch phòng bị, giảm thiểu những rủi ro không đáng có đối với tài sản, con người và môi trường xung quanh.
Công nghệ quan trắc, giám sát tự động của Trimble được ứng dụng trong quan trắc, giám sát đập thủy điện, thủy lợi có thể giúp Ban quản lý đập phát hiện các rung động địa chấn và vi địa chấn từ việc vận hành, bảo trì và hoạt động xây dựng, mà có thể là nguyên nhân gây ra thiệt hại, như nứt cấu trúc hoặc hóa lỏng nền móng đập.
Phát hiện sớm sự cố tiềm ẩn của các hồ chứa và đập chất thải là rất quan trọng đối với sức khỏe và sự an toàn chung của đập và môi trường xung quanh. Dữ liệu từ nhiều loại cảm biến được chuyển đổi thành thông tin có ý nghĩa trong thời gian thực để có thể đưa ra quyết định một cách chính xác.
Để tìm hiểu thêm thông tin về giải pháp quan trắc, giám sát đập thủy điện, thủy lợi của Trimble, bạn hãy liên hệ ngay cho Đất Hợp qua HOTLINE 0903 825 125, chúng tôi sẽ hỗ trợ nhanh chóng nhất!
>>> Xem thêm: Giám sát chuyển động công trình (đập, cầu, tòa nhà) bằng các công nghệ hiện đại
