Thủy điện là một nguồn năng lượng tái tạo sử dụng động năng của nước để làm quay tuabin máy phát điện để sản xuất điện.
Bài viết này sẽ trình bày những kiến thức cơ bản về thủy điện và cách tạo ra điện năng. Bài viết đề cập đến các cơ cấu đường ống dẫn nước chính, van cửa xả, và cách áp dụng các công nghệ kiểm tra không phá hủy hiện đại có thể giúp đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc quan trọng này và hoạt động hiệu quả khi nhu cầu về năng lượng tái tạo ngày càng tăng.
Kiến thức cơ bản về thủy điện
Nhiều nghiên cứu đánh giá đã chỉ ra rằng, Việt Nam có thể khai thác được nguồn công suất thủy điện vào khoảng 25.000 – 26.000 MW, tương ứng với khoảng 90 -100 tỷ kWh điện năng. Tuy nhiên, trên thực tế, tiềm năng về công suất thủy điện có thể khai thác còn nhiều hơn. Theo kinh nghiệm khai thác thủy điện trên thế giới, công suất thủy điện ở Việt Nam có thể khai thác trong tương lai có thể bằng từ 30.000 MW đến 38.000 MW và điện năng có thể khai thác được 100 – 110 tỷ kWh.
Nhìn một cách đơn giản, sản xuất thủy điện sử dụng dòng chảy của nước để làm quay tuabin phát điện chuyển động năng thành điện năng. Một trong các cách xác định loại nhà máy thủy điện là diện tích đất đặt chúng.
- Các nhà máy thủy điện dòng chảy liên tục: Các nhà máy thủy điện này không có vùng chứa nước nên yêu cầu lưu lượng sông đủ lớn để phát điện. Nhược điểm của nó là không tạo ra năng lượng trong các đợt hạn hán.
- Nhà máy thủy điện hồ chứa: trong trường hợp này, một con đập nhân tạo tạo ra hồ chứa một lượng lớn nước dâng lên trên các tuabin. Với hồ chứa, bạn có thể kiểm soát lượng nước đi qua và năng lượng tạo ra.
- Nhà máy thủy điện dưới chân đập: trong trường hợp này, một đoạn sông hoặc hồ được xây dựng thành một con đập và đặt các tuabin phía sau đập.
Penstock là gì?
Pentock hay ống dẫn nước chính và cửa xả là một trong những thành phần quan trọng trong hoạt động của hệ thống thủy điện. Penstocks chịu áp lực dưới dạng một dòng chảy hoặc đường ống dẫn nước từ nguồn đến tuabin trong nhà máy điện. Tùy thuộc vào quy mô của đập thủy điện, chúng khác nhau về chiều dài, chu vi và số lượng. Ví dụ, đập Hoover ở Mỹ có hai đường ống. Một ống có đường kính 9 mét và 16 ống 4 mét có tổng chiều dài 1.770 mét. Trong khi đó, thủy điện Bad Creek có bốn ống nhỏ kích thước 4,2 mét thuôn dài đến 2,5 mét.
Các đường ống penstock đang được xây dựng.
Hầu hết đường ống chịu lực được làm từ thép và có thể được chôn dưới đất, nằm trên mặt đất với các giá đỡ bằng thép hoặc bê tông dọc theo chiều dài của đường ống, hoặc được bao bọc bên trong đường hầm bằng bê tông. Vì các ống bằng kim loại chứa nước ở bên trọng, chúng dễ bị các cơ chế ăn mòn tấn công.
Trước năm 1975 miền Bắc có Thủy điện Thác Bà, công suất 108 MW và miền Nam có Thủy điện Đa Nhim, với công suất 160 MW. Đến năm 1982, công suất của thủy điện chiếm 21,8% trong cơ cấu nguồn điện của hệ thống.
Năm 1992 khi Nhà máy Thủy điện Trị An và một số tổ máy của Thủy điện Hòa Bình đưa vào vận hành thì cơ cấu nguồn điện từ thủy điện đã thay đổi vượt bậc và tỷ lệ này lên tới 60,4% (xem bảng 1).
Nguồn điện1982198219921992 MW%MW%Thủy điện26821,82.12060,4Nhiệt điện than20516,764515,4Nhiệt điện dầu19816,11985,6Disel44035,739011,1Tuabin khí1209,71574,5Tổng cộng12131003.150100Bảng 1. Cơ cấu nguồn điện năm 1982 và 1992 trong hệ thống điện:
Hầu hết các công trình thủy điện đã hoạt động có tuổi thọ trung bình vài chục năm. Do vậy, các thiết bị này phải được kiểm tra thường xuyên để có kế hoạch bảo trì phòng ngừa.
Ủy ban Điều tiết Năng lượng Liên bang (FERC) khuyến cáo các đường ống cần được kiểm tra trực quan mỗi năm một lần để tìm các vết rò rỉ và các hư hỏng khác. Ngoài ra, các đường ống phải được kiểm tra bằng phương pháp kiểm tra siêu âm (UT) ít nhất 5 năm một lần để kiểm tra độ ăn mòn của thành.
Đối với các ống có van xả, kiểm tra UT có thể được thực hiện bên trong bằng cách ngắt nước bên trong ống. Đối với các ống không thể loại bỏ nước, có thể sử dụng các phương tiện hoặc rô bốt được vận hành từ xa để thu thập dữ liệu trực quan và dữ liệu UT, tuy nhiên, các kỹ thuật này thường kém hiệu quả hơn các phương pháp kiểm tra từ bên trong. Có thể dừng vận hành và tháo hết nước để kiểm tra trực quan và UT từ bên trong là phương pháp ưu tiên để xác định hư hại do xói mòn, ăn mòn, rỗ.
Hình ảnh bản đồ ăn mòn
Theo truyền thống, các phép đo UT được thực hiện thủ công tại các vị trí được chọn dọc theo đường ống. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ tạo ra một tập dữ liệu hạn chế về tình trạng thiết bị. Khi các công trình thủy điện có tuổi đời cao hơn, cần có một bức tranh tổng thể hơn về tình trạng thiết bị để ngăn ngừa hỏng hóc và các hậu quả tiêu cực có thể xảy như lũ lụt, thảm họa môi trường và thậm chí thiệt hại về nhân mạng. Các kỹ thuật rô bốt hiện đại cho phép quét phủ toàn bộ đường ống với hiệu quả và mật độ dữ liệu rất cao. Kiểm tra siêu âm tự động với PAUT sử dụng đầu dò mảng tuyến tính kép để xác định và định lượng độ dày mỏng của thành ống do ăn mòn và rỗ, cho hình ảnh độ nét cao dưới dạng bản đồ ăn mòn. Phased Array cũng được sử dụng kiểm tra các đường hàn để phát hiện ăn mòn, nứt và các khuyết tật khác.
Tổng kết
Đường ống xả và van xả là một thành phần quan trọng trong sản xuất thủy điện khi chịu trách nhiệm vận chuyển nước từ nguồn để làm quay tuabin máy phát điện. Khi các công trình thủy điện có tuổi thọ cao hơn, các thiết bị chịu áp lực thiết yếu phải được kiểm tra thường xuyên và bảo dưỡng để tránh các sự cố trong quá trình phát điện hoặc gây ra thảm họa môi trường. Các công nghệ hỗ trợ với robot kết hợp với PAUT cung cấp giải pháp toàn diện đánh giá tài sản và giữ cho nước chảy liên tục và an toàn.