Nội dung chi tiết về phương án mở rộng Thủy điện Hòa Bình

Thủy điện tích năng giải quyết vấn đề thừa, thiếu trong biểu đồ phụ tải hệ thống điện

Dự án Nhà máy Thủy điện Hòa Bình mở rộng do Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 1 (PECC1) là doanh nghiệp có bề dày kinh nghiệm tư vấn xây dựng điện trong gần 60 năm (kể từ ngày thành lập) làm Tổng thầu tư vấn lập dự án đầu tư. Tư vấn phụ nước ngoài là Viện thiết kế thủy công Matxcơva - (HPI) Liên bang Nga. Đây là dự án đã được xác định danh mục trong Quy hoạch Điện VII điều chỉnh, theo đó dự kiến đưa công trình vào vận hành năm 2021. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên đến ngày 10/1/2021 mới khởi công xây dựng và theo tiến độ xây dựng thì công trình sẽ được đưa vào vận hành năm 2024, chậm hơn 3 năm so với Quy hoạch đã đề ra.

Như chúng ta đã biết, năm 2020 là năm đột biến về sự phát triển của điện mặt trời do chính sách ưu đãi về giá mua điện tại Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ, có hiệu lực đến 31/12/2020. Theo báo cáo của EVN, tổng sản lượng điện sản xuất và nhập khẩu của toàn hệ thống điện (HTĐ) năm 2020 là khoảng 247 TWh (gồm cả sản lượng điện mặt trời mái nhà), tăng khoảng 2,9% so với năm 2019. Trong cơ cấu điện năng sản xuất toàn quốc năm 2020, nhiệt điện than (với tỷ trọng công suất 31,1% tổng công suất đặt của hệ thống) đóng góp tỷ trọng lớn nhất, chiếm gần 49,5% với 122,5 TWh, đứng thứ 2 thuộc về nguồn thủy điện với 73 TWh, chiếm 29,5% và thứ ba là nhiệt điện khí chiếm 14,1% với 34,7 TWh, năng lượng tái tạo chiếm 4,9% (điện mặt trời chiếm 4,4% với tỷ trọng công suất chiếm gần 25% tổng công suất đặt của HTĐ), nhập khẩu chiếm 1,2%, phần còn lại 0,8% là từ dầu và nguồn khác.

Theo đó, hệ số huy động công suất của thủy điện luôn đạt khoảng 37% - 40% - đây là hệ số huy động hợp lý của các nhà máy thủy điện. Đối với nhà máy nhiệt điện than, tỷ trọng điện năng sản xuất có xu hướng tăng dần từ 17% năm 2010 tăng lên tới 35% năm 2015 và chiếm tới hơn 49% trong cơ cấu điện năng sản xuất năm 2020. Hệ số huy động công suất của nhiệt điện than năm 2019 lên tới 68% (bình quân đạt gần 6000h/năm). Mức huy động bình quân khoảng 6000h/năm đối với nhiệt điện than được đánh giá là khá cao. Điều này chứng tỏ hệ thống điện bắt đầu xuất hiện tình trạng thiếu nguồn điện dự phòng, nhất là trong các giờ cao điểm. Tính chất biến đổi và bất định của các nguồn năng lượng gió và mặt trời (nhất là điện mặt trời) là một thách thức lớn đối với việc vận hành hệ thống điện, do vậy việc bổ sung các nguồn điện dự phòng là yêu cầu cấp thiết.

Thống kê tình hình vận hành của NMTĐ Hoà Bình trong vòng 17 năm gần đây cho thấy: Hàng năm phải xả lũ một lượng khá lớn vào tháng 6 đến tháng 9. Do vậy, việc nghiên cứu mở rộng NMTĐ Hoà Bình nhằm tăng khả năng huy động công suất cho phụ tải khu vực miền Bắc, đặc biệt là trong các giờ cao điểm, góp phần cải thiện chế độ làm việc của hệ thống điện (tăng nguồn và điện năng phủ đỉnh của biểu đồ phụ tải, tăng tính linh họat trong vận hành, tăng hệ số tin cậy, an toàn…), qua đó góp phần giảm chi phí sản xuất của hệ thống.

Dự án Thủy điện Hòa Bình mở rộng được thiết kế với công suất lắp máy 480 MW, gồm 2 tổ máy, hàng năm cung cấp cho hệ thống điện quốc gia khoảng 495 triệu kWh.

Công trình Thủy điện Hòa Bình hiện hành

Công trình Thủy điện Hoà Bình hiện hành được khởi công xây dựng trên sông Đà vào cuối năm 1979 với công trình đầu mối, nhà máy thuộc phường Tân Thịnh, thành phố Hòa Bình, tỉnh Hòa Bình, cách công trình thủy điện Sơn La gần 220 km về phía hạ du, tổ máy số 1 bắt đầu vận hành cuối năm 1988 và đến cuối năm 1994 đưa toàn bộ 8 tổ máy vào vận hành với tổng công suất là 1920 MW. Hồ chứa NMTĐ Hòa Bình với dung tích toàn bộ 9,45 tỷ m3, dung tích hữu ích 5,6 tỷ m3 điều tiết mùa dòng chảy sông Đà. Thuỷ điện Hoà Bình thuộc chuỗi các công trình thuỷ điện bậc thang điều tiết nước trên dòng chảy sông Đà (thủy điện Sơn La, Lai Châu, Bản Chát, Huội Quảng). Công trình Thuỷ điện Hoà Bình là công trình sử dụng tổng hợp lợi ích nguồn nước, có nhiệm vụ chính sau:

1/ Phát điện: Với công suất đặt 1.920 MW và khi làm việc độc lập sẽ phát ra lượng điện năng khoảng 8,2 tỷ kWh hàng năm và khi làm việc trong bậc thang hoàn chỉnh, hàng năm sản xuất xấp xỉ 10 tỷ kWh, tăng thêm khoảng 1,8 tỷ kWh so với khi làm việc độc lập.

2/ Phòng chống lũ cho hạ lưu: Với nhiệm vụ phòng chống lũ cho hạ du, hồ chứa Hòa Bình cùng hồ chứa NMTĐ Sơn La dành dung tích phòng lũ 7,0 tỷ m3 nước để cùng các hồ chứa trên sông Gâm và các công trình chống lũ khác sẽ bảo vệ thung lũng sông Hồng khỏi những cơn lũ có tần suất đến 0,2%.

3/ Cấp nước: Ngoài 2 nhiệm vụ phát điện và phòng chống lũ hạ du, Nhà máy Thuỷ điện Hoà Bình còn bổ sung nước về mùa kiệt cho đồng bằng sông Hồng để phục vụ tưới cho sản xuất nông nghiệp vụ đông - xuân và giao thông thuỷ.

Nhà máy Thủy điện Hòa Bình mở rộng

Khi nghiên cứu thiết kế Nhà máy Thủy điện Hòa Bình mở rộng với mục tiêu quan trọng nhất là  tăng cường công suất phủ đỉnh cho hệ thống, sau đó tận dụng nguồn nước thừa trong mùa lũ để phát điện, các chuyên gia PECC1 đã xem xét, giữ nguyên các hạng mục của công trình hiện hữu, theo nguyên tắc đảm bảo vận hành ổn định, an toàn tuyệt đối cho công trình và hạ du. Nhà máy Thủy điện Hòa Bình mở rộng sẽ sử dụng chung các hạng mục như hồ chứa, đập dâng, đập tràn của công trình Nhà máy Thủy điện Hòa Bình hiện nay.

Đối với NMTĐ Hòa Bình mở rộng, nhà thầu Tư vấn đã so sánh, lựa chọn xem xét, thiết kế xây dựng tuyến năng lượng và nhà máy mở rộng bên phải tuyến đập Hòa Bình, gồm các hạng mục chính, bao gồm: Kênh dẫn nước, cửa lấy nước, đường hầm dẫn nước, nhà máy thủy điện và kênh xả sau NMTĐ, xả nước trở lại sông Đà, trạm phân phối điện kiểu kín (GIS) ở thượng lưu NMTĐ; đường dây đấu nối 500 kV vào hệ thống điện quốc gia. Khi nghiên cứu, thiết kế các hạng mục này, các chuyên gia tư vấn PECC1 đã đề xuất các phương án khác nhau, tính toán, so sánh phương án kinh tế - kỹ thuật và biện pháp thi công để chọn ra phương án tối ưu nhất.

Ngoài việc tính toán, so chọn các phương án thiết kế công trình, theo yêu cầu của Bộ Công Thương, PECC1 đã hợp tác với Viện Năng lượng (IE) nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực để xác định các thông số thủy lực khu vực cửa ra của NMTĐ mở rộng với các trường hợp:

a/ Chỉ có nhà máy hiện hữu.

b/ Bao gồm cả nhà máy thủy điện mở rộng với mục đích để đánh giá chế độ thủy lực ở hạ lưu gần cửa ra nhà máy ứng với các trường hợp thí nghiệm và hiệu chỉnh thiết kế cho phù hợp với tình hình thuỷ lực thu được từ nghiên cứu mô hình.

Hình 1: Vị trí NMTĐ Hòa Bình mở rộng (bên phải đập dâng, nhìn từ phía thượng lưu).

Kết quả tính toán đã chọn các hạng mục công trình này như sau:

1/ Công trình kênh dẫn vào:

Kênh dẫn vào có tiết diện hình thang, bọc bê tông cốt thép, tổng chiều dài 443,46 m, gồm 2 đoạn:

- Đoạn 1: Nối với hồ dài 312,7 m, rộng 44,5 m cao độ đáy ở đầu kênh là 81,0m, độ dốc i = 0,15%.

- Đoạn 2: Dài 130,76 m, bán kính cong R=100 m để nối tiếp đoạn kênh có chiều rộng mở rộng dần từ 44,5 m đến 72,5 m. Cao độ thay đổi từ 80,5 m xuống cao độ 63,0 m tại cửa lấy nước. Đoạn nằm ngang nối tiếp cửa lấy nước tại cao độ 63,0 m dài 93,76 m. Mái đào có hệ số thay đổi từ m = 0,5 - 1,75 và được gia cố bảo vệ mái.

2/ Công trình cửa lấy nước:

Gồm 4 khoang dẫn nước vào 2 đường hầm, kết cấu bằng bê tông cốt thép kiểu tháp. Cao trình ngưỡng là 65 m, cao trình đỉnh 123m, cao trình đáy 62,5 m trên nền đá IIA. Tại mỗi khoang cửa lấy nước có bố trí lưới chắn rác, cửa van sửa chữa và cửa van vận hành: Cửa van sửa chữa có kích thước 5,75 x 12,5 m, nâng hạ bằng cầu trục thông qua dầm cặp trong điều kiện nước tĩnh; cửa van vận hành có kích thước 5,0 x 12,5 m, đóng mở bằng xy lanh thủy lực trong điều kiện có dòng chảy và chênh áp.

3/ Công trình đường hầm dẫn nước:

Bố trí 02 đường hầm song song, mỗi đường hầm dẫn nước cho 01 tổ máy. Khoảng cách giữa hai tim hầm là 36,5 m. Tiết diện mặt cắt trong hầm dạng hình tròn, đường kính trong 12,50 m. Tiết diện đào hầm hình móng ngựa, đáy phẳng có chiều rộng nằm ngang 6,5 m. Kết cấu vỏ hầm bằng bê tông cốt thép dày trung bình 1,1 m, đoạn qua đứt gãy và đoạn cửa ra được gia cố bổ sung và bọc thép. Đường hầm dẫn nước được đào trong đá IIA. Đường hầm số 1 có chiều dài 817,17m, đoạn đầu dài 86,7 m có độ dốc 75 độ, đoạn tiếp theo dài 684,24 m có độ dốc 0,5%, đoạn nối tiếp với cửa vào buồng xoắn dài 46,23 m có độ dốc i = 0 và đường kính trong chuyển tiếp về 7,5m. Đường hầm số 2 có chiều dài 767,27 m, đoạn đầu dài 86,7 m có độ dốc 75 độ, đoạn tiếp theo dài 634,34 m có độ dốc 0,5%, đoạn nối tiếp với cửa vào buồng xoắn dài 46,23 m có độ dốc i = 0 và đường kính trong chuyển tiếp về 7,5m. Các đoạn bọc thép tăng cường cho đường hầm áp lực và cho đoạn nối tiếp từ đường hầm tới cửa vào buồng xoắn. Chiều dài bọc thép của tổ máy số 1 là L1 = 145,5 m, của tổ máy số 2 là L2 = 144,5 m. Chiều dày thép bọc từ 30 mm đến 44 mm.

4/ Công trình nhà máy thủy điện:

Nhà máy thủy điện kiểu hở đặt trên nền đá đới IIA có kết cấu bằng bê tông cốt thép. Nhà máy gồm 2 tổ máy công suất 2x240 MW, tua bin Francis trục đứng, buồng xoắn bằng kim loại. Khoảng cách tim 2 tổ máy 28,0 m, cao trình lắp máy là 3,83 m, cao trình sàn gian máy chính là 16,91 m, cao trình sàn lắp ráp là 32,7m ở phía bên phải gian máy. Hạ lưu ống xả mỗi tổ máy được chia thành 2 khoang có bố trí khe van sửa chữa, kích thước thước thông thủy 8,4 x 7,0 m. Nâng hạ van sửa chữa bằng cầu trục chân dê. Trạm phân phối kiểu kín (GIS) trong phòng ở cao độ 16,91 m và 02 máy biến thế đặt trên cao độ 32,5 m phía thượng lưu nhà máy.

5/ Công trình kênh xả:

Kênh dẫn ra hạ lưu nhà máy có tiết diện hình thang, tổng chiều dài L = 146,23 m, chiều rộng đáy là B = 46 m. Kênh xả được bọc bê tông cốt thép gồm 2 đoạn:

- Đoạn 1: Chiều dài trên mặt bằng là 57,53m, cao độ thay đổi từ đáy ống hút -15,61 m lên cao độ +5,70 m, hệ số mái dốc m = 2,5.

- Đoạn 2: Nằm ngang dài 88,7 m, nối ra sông ở cao độ đáy +5,70m .

6/ Hầm tiêu nước:

Hầm tiêu nước dài L = 379,2 m thay thế cho đoạn hầm dài 300 m là đoạn hầm cũ của Thủy điện Hòa Bình (hiện hữu) do phạm vi kênh vào của Thủy điện Hòa Bình (mở rộng) đào cắt qua. Chiều rộng đáy hầm 3,5 m, chiều cao đến vòm hầm 3,8 m. Vòm hầm được phun vảy vữa xi măng M300, lót nền bằng bê tông M200 dày 20 cm. Bố trí các lỗ khoan tiêu nước đường kính 76 mm dọc theo đỉnh hầm, bước khoan 3 m, chiều dài lỗ khoan 15 m.

7/ Đường dây đấu nối nhà máy với hệ thống điện quốc gia:

Đấu nối chuyển tiếp (transit) trên 1 mạch đường dây 500 kV Hòa Bình - Nho Quan hiện hữu, chiều dài L = 0,7 km. Cải tạo tuyến 220 kV và tuyến 500 kV Hòa Bình - Nho Quan để thành cột vượt sông chung và kết hợp điểm đấu nối của Nhà máy Thủy điện Hòa Bình mở rộng.

Các thông số chính của Thủy điện Hòa Bình (mở rộng) như sau:

- Mực nước dâng bình thường: 117,0m.

- Mực nước vận hành thấp nhất: 87,0m.

- Công suất lắp máy Nlm : 480 MW.

- Số tổ máy: 2.

- Điện lượng trung bình năm: 495,0 triệu kWh.

- Địa điểm xây dựng: Bờ phải tuyến đập thuỷ điện Hoà Bình hiện hữu. Trong đó Nhà máy thuộc phường Phương Lâm; Cửa lấy nước và kênh vào thuộc phường Thái Bình, thành phố Hoà Bình, tỉnh Hoà Bình.

8/ Đánh giá hiệu quả của dự án:

Phân tích hiệu quả kinh tế với giá trị điện năng theo Biểu giá tránh được năm 2020, chỉ tiêu kinh tế cho thấy dự án này có hiệu quả kinh tế cao như sau:

- NPV = 3123,407x109 đồng.

- EIRR = 15,37%.

- B/C = 1,6.

Kết quả phân tích tài chính với giá bán điện được kiến nghị áp dụng theo Biểu giá chi phí tránh được năm 2020 đều mang lại hiệu quả cao với các chỉ tiêu sau:

- NPV = 5292,00 đồng.

- FIRR = 15,71%.

- B/C = 1,6.

Vì vậy, dự án Thủy điện Hòa Bình mở rộng là dự án có hiệu ích lợi dụng tổng hợp, là nguồn điện khá lớn trong tương lai khi đưa vào vận hành. Việc đầu tư xây dựng mở rộng của dự án sẽ góp phần khai thác tối đa bậc thang thuỷ điện trên sông Đà.

Theo tiến độ dự kiến, tổ máy 1 của dự án sẽ phát điện vào quý 3 năm 2024, tổ máy 2 sẽ phát điện và hoàn thành công trình vào quý 4 năm 2024. Sau khi hoàn thành, toàn bộ hai nhà máy thủy điện Hòa Bình (hiện hành và mở rộng) có tổng công suất là 2.400 MW, điện lượng trung bình năm đạt 10,495 tỷ kWh. Dự án mở rộng, khi đưa vào vận hành sẽ giúp tăng khả năng phát công suất phủ đỉnh cho hệ thống điện quốc gia thêm 480 MW, tạo điều kiện khai thác tối đa nguồn nước xả thừa hàng năm vào mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 9 của Thủy điện Hòa Bình hiện hữu để phát điện. Với tỷ trọng công suất được huy động từ nguồn năng lượng tái tạo ngày càng tăng cùng với tính không ổn định của điện gió và điện mặt trời (nhất là trong thời gian giờ cao điểm) thì việc bổ sung 2 tổ máy với tổng công suất 480 MW từ Thủy điện Hòa Bình mở rộng là tăng thêm nguồn dự phòng công suất vô cùng quan trọng và linh hoạt khi phủ đỉnh phụ tải, đồng thời điều quan trọng hơn nữa là góp phần nâng cao khả năng điều tần, ổn định tần số của hệ thống điện quốc gia; góp phần giảm chi phí của hệ thống./.

TS. NGUYỄN HUY HOẠCH - HỘI ĐỒNG KHOA HỌC/PHẢN BIỆN TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo: Nhà máy thủy điện Hòa Bình mở rộng. Thiết kế kỹ thuật. Báo cáo tóm tắt (cuối cùng). PECC1, Tháng 9 năm 2020.