Thuỷ điện — năng lượng của dòng nước

Ở Course 2 của khoá này, em đã học thế năng trọng trường $W_t = 10.m.h$ và ở lớp 8, hiệu suất được tính bằng $H = \dfrac{A_{có ích}}{A_{toàn phần}} \times 100\%$. Ở Course 8, em học cảm ứng điện từ: cuộn dây quay trong từ trường sinh ra dòng điện. Bài này ghép cả ba ý đó lại: nước ở trên cao mang thế năng, thế năng ấy chuyển hoá qua nhiều bước để cuối cùng thành điện năng, và mỗi bước chuyển hoá đều có một phần hao phí — đó là lý do cần khái niệm hiệu suất.

Nước được tích trong hồ chứa ở một vị trí **cao hơn** tua-bin đặt bên dưới đập, nên mang một thế năng trọng trường lớn ($W_t = 10.m.h$, với $h$ là chênh lệch độ cao giữa mặt hồ và tua-bin). Khi cửa xả mở, nước chảy theo đường ống áp lực xuống dưới, thế năng chuyển hoá dần thành động năng của dòng chảy. Dòng nước chảy mạnh làm quay tua-bin nước, tua-bin quay rotor của máy phát điện đặt trong từ trường của stator — đúng nguyên lý cảm ứng điện từ Course 8 — sinh ra dòng điện xoay chiều truyền vào lưới điện quốc gia. Công suất điện nhà máy thuỷ điện phát ra phụ thuộc hai yếu tố chính: **độ cao cột nước** (chênh lệch độ cao giữa mặt hồ và tua-bin — càng cao thì thế năng mỗi khối nước càng lớn) và **lưu lượng nước** chảy qua tua-bin mỗi giây (càng nhiều nước chảy qua, tổng năng lượng truyền tới tua-bin trong một giây càng lớn). Không phải toàn bộ thế năng của nước biến hết thành điện năng — một phần hao phí do ma sát trong đường ống và tổn hao trong tua-bin, máy phát, nên cần nhân với **hiệu suất chuyển hoá** của cả hệ thống để tính công suất điện thực tế. Nhờ địa hình đồi núi dốc và hệ thống sông ngòi dày đặc (sông Đà, Sê San, Đồng Nai...), Việt Nam có tiềm năng thuỷ điện lớn, với các nhà máy lớn như Hoà Bình, Sơn La, Lai Châu trên sông Đà.