Xây dựng hệ thống kịch bản cho bài toán điều hành hệ thống và thử nghiệm mô hình điều hành

Bộ Khoa học và công nghệ Bộ NN và PT nông thôn Trờng đại học thủy lợi TI KHOA HC CP NH NC NGHIấN CU C S KHOA HC V THC TIN IU HNH CP NC MA CN CHO NG BNG SễNG HNG Báo cáo đề tài nhánh Xây dựng hệ thống kịch bản cho bài toán điều hành hệ thống và thử nghiệm mô hình điều hành Chủ nhiệm đề tài: GS.TS. Lê Kim Truyền Chủ nhiệm chuyên đề: GS.TS. Hà Văn Khối 6757-8 12/3/2008 Hà Nội, tháng 12 năm 2007 Danh sách những ngời tham gia thực hiện chính đề tài nhánh TT H v tờn n v Chc danh Thnh viờn 1 Hà Văn Khối HTL GS. TS Ch nhim ti nhỏnh 2 Vũ Minh Cát HTL PGS.TS Tham gia 3 Lê Kim Truyền HTL GS.TS Tham gia 4 Phạm Thị Hơng Lan HTL Th.S Tham gia 5 V Th Thu Hu HTL KS Tham gia 6 Phm Vn Chin HTL KS Tham gia Danh s¸ch nh÷ng ng−êi tham gia thùc hiÖn chÝnh ®Ò tµi nh¸nh TT Họ và tên Đơn vị Chức danh Thành viên 1 Phạm Thị Hương Lan ĐHTL TS Chủ nhiệm đề tài nhánh 2 Lê Văn Nghinh ĐHTL PGS.TS Tham gia 3 Hoàng Thái Đại ĐHTL TS Tham gia 4 Lê Thị Thu Hiền ĐHTL Th.S Tham gia 5 Nguyễn Thị Thu Nga ĐHTL Th.S Tham gia 6 Bùi Du Dương ĐHTL KS. Tham gia 7 Nguyễn Tiến Thái ĐHTL KS Tham gia 8 Nguyễn Quang Phi ĐHTL KS Tham gia 9 Vũ Thị Thu Huệ ĐHTL KS Tham gia 10 Nguyễn Văn Chiến ĐHTL KS Tham gia Lời nói đầu Đề tài nhánh Phân tích và xử lý số liệu thủy văn là đề tài số 1 trong tổng số 11 đề tài nhánh của đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nớc Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn điều hành cấp nớc cho mùa cạn đồng bằng sông Hồng Đề tài nhánh thực hiện các nội dung chính sau: - Thu thập, phân tích, xử lý các số liệu khí tợng thủy văn - Các tài liệu về quy hoạch và dân sinh, kinh tế - Các tài liệu địa hình - Các tài liệu thủy văn quan trắc tại các tuyến công trình Các nội dung trên đợc phân tích, trình bày cụ thể trong nội dung của bốn chuyên đề thành phần thể hiện trong báo cáo này. Đề mục nghiên cứu không thể triển khai thành công và đạt đợc kết quả nếu thiếu sự động viên và chỉ đạo của Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Trờng Đại học Thủy lợi, Ban chủ nhiệm đề tài, Phòng Quản lý khoa học, khoa Thủy văn Tài nguyên nớc. Thay mặt cho nhóm nghiên cứu, chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc. Nhóm thực hiện chuyên đề xin bày tỏ lòng biết ơn đến Trung tâm t liệu, Cục mạng lới, Trung tâm Khí tợng thủy văn Quốc gia, Đài Khí tợng thủy văn Đông Bắc và rất nhiều cơ quan liên quan đã giúp chúng tôi thực hiện tốt việc thu thập, phân tích và xử lý số liệu. Do thời gian và trình độ có hạn, những kết quả nghiên cứu đạt đợc chắc còn nhiều hạn chế, cha đáp ứng đầy đủ yêu cầu của thực tế. Tập thể tác giả mong tìm đợc sự cảm thông và nhất là sự góp ý cho những công tác nghiên cứu tiếp của đông đảo các chuyên gia trong và ngoài ngành, các bạn đồng nghiệp cùng các độc giả đọc báo cáo này. Xin chân thành cám ơn. Hà nội ngày 30 tháng 10 năm 2007 1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG KỊCH BẢN CHO BÀI TOÁN ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG VÀ THỬ NGHIỆM I. Căn cứ xây dựng kịch bản Hệ thống kịch bản tính toán thuỷ lực phục vụ nghiên cứu quy trình vận hành được xây dựng theo những nguyên tắc sau đây: (1) Xuất phát từ những phân tích về đặc điểm hệ thống, hiện trạng điều hành, hiện trạng hạn trong những năm gần đây và các phân tích sự ảnh hưởng của chế độ điều tiết các hồ chứa Hoà Bình và Thác Bà đến khả n ăng cấp nước của các công trình lấy nước ở hạ du. Những ván đề này đã được phân tích kỹ ở chương I của phần này. (2) Các kịch bản phải bao gồm các tổ hợp khác nhau của sự hình thành dòng chảy kiệt trên hệ thống sông, đảm bảo chọn được những tổ hợp đặc trưng và sát với những trường hợp đã xẩy ra trong thực tế, đặc bi ệt là những năm gần đây; (3) Hệ thống kịch bản thay đổi theo sự phát triển hệ thống hồ chứa thượng nguồn; (4) Các nhà máy thuỷ điện của các hồ chứa thượng nguồn phải phát được công suất đảm bảo trong thời kỳ mùa kiệt theo thiết kế, đặc biệt là sau thời kỳ cấp nước khẩn trương; (5) Yêu cầu cấ p nước hạ du được thoả mãn ở mức chấp nhận được sao cho không gây hiệt hại lớn cho ngành điện. (6) Mức độ đảm bảo cấp nước hạ du chủ yếu được xem xét đối với những hệ thống quan trọng. Dưới đây là các phân tích để chọn hệ thống kịch bản theo các nguyên tắc trên đây. 1. Theo đặc điểm hình thành dòng chảy kiệt - Là những n ăm có dòng chảy cạn kiệt trên 75% - 85%. - Dòng chảy kiệt trên hệ thống sông phải bao được các tổ hợp khác nhau của sự hình thành dòng chảy kiệt trên hệ thống sông, đó là các tổ hợp: + Dòng chảy kiệt Sông Đà nhỏ, Sông Lô+Thao lớn + Dòng chảy kiệt sông Đà lớn, Sông Lô+Thao nhỏ + Dòng chảy kiệt sông Đà + Lô lớn, sông Thao nhỏ + Dòng chảy kiệt sông Đà + Lô nhỏ, Thao lớn + Dòng chảy kiệt cả 3 sông đều nhỏ 2. Theo chế độ vận hành hồ chứa Các phương án cần xét đến là: - Các hồ chứa vận hành theo phụ tải điện; - Các hồ chứa vận hành theo công suất đảm bảo và tăng lưu lượng xả theo yêu cầu cấp nước cho hạ du; 2 - Cắt giảm một phần phụ tải và cắt giảm yêu cầu cấp nước hạ du; - Theo chế độ vận hành hệ thống công trình lấy nước hạ du; - Theo chế độ tưới đồng thời (không luân phiên) - Theo chế độ tưới luân phiên. 3. Theo sự phát triển của hệ thống hồ chứa đầu nguồn - Như hiện nay (mới có hồ Hoà Bình +Thác Bà) - Có thêm hồ Tuyên Quang - Có thêm hồ Sơn La II. Xây dựng hệ thống kịch bản điều hành II.1. Phân tích lựa chọn hệ thống kịch bản 1. Chọn kịch bản theo các tổ hợp dòng chảy mùa kiệt Theo chế độ dòng chảy kiệt chúng tôi chọn 6 mùa kiệt điển hình đã thống kê ở bảng (1-4). Các năm được chọn vừa đảm bảo sự tổ hợp khác nhau về sự hình thành dòng chảy vừa đảm bảo tần suất dòng chảy 5 tháng kiệt tại Sơn Tây nằm trong khoảng từ 75% đến 85%. Đó là các mùa kiệt: Năm 1990 -1991; 1997-1993; 1993-1994; 1998- 1999; 2003-2004 và 2004 -2005. 2. Lựa chọn các kịch bản theo sự phát triển các hồ chứa thượng nguồn Theo sự hình thành các hồ chứa thượng nguồn có thể chia 3 giai đoạn: a. Giai đoạn hiện tại (để phân tích): chỉ có hồ Thác Bà và hồ Hoà Bình. b. Giai đoạn từ năm 2006 đến năm 2010: Có thêm hồ Tuyên Quang. c. Giai đoạn từ 2010 đến 2015: có thêm hồ Sơn La. 3. Các kịch bản theo ch ế độ vận hành hệ thống hồ chứa a. Thời kỳ hiện tại (có 3 phương án được xét): - Phương án 1: Hồ Thác Bà, hồ Hoà Bình đều vận hành theo công suất đảm bảo; - Phương án 2: Hồ Thác Bà và Hoà Bình vận hành theo hiện trạng; - Phương án 3: Hồ Thác Bà vận hành theo công suất đảm bảo còn hồ Hoà Bình vận hành như sau: Thời kỳ tháng I+II từ 10/I đến 20/II vận hành theo yêu cấp nước hạ du với lư u lượng xả bằng hoặc lớn hơn 1100 m3/s (vào những ngày triều cường) và vận hành theo công suất đảm bảo trong những ngày còn lại. Sở dĩ chọn như vậy vì theo phân tích ở chương I từ tài liệu thực tế cho thấy để đảm bảo đủ đầu nước cho các công trình lấy nước hạ du thì các hồ thượng nguồn phải xả xuống hạ tối thiểu một lưu lượng nh ư vậy. Phương án 2 đã được phân tích theo tài liệu thực đo ở chương I nên không đưa vào hệ thống kịch bản vận hành. Công suát đảm bảo của các hồ như sau: ¾ Hồ Thác Bà: Np = 41,2 MW ¾ Hồ Hoà Bình: Np = 548 MW 3 b. Thời kỳ sau khi có hồ Tuyên Quang (thời kỳ từ năm 2006 đến năm 2010) Có rất nhiều tổ hợp về phương án vận hành, sau khi phân tích tính toán khả năng điều tiết các hồ chỉ xét 2 phương án vận hành: - Phương án 1: Tất cả các hồ chứa Thác Bà, Hoà Bình và Tuyên Quang đều vận hành theo công suất dảm bảo phát điện. Đây là phương án điều tiết có lưu lượng xả tối thi ểu xuống hạ du. - Phương án 2: Trong tháng I+II từ 10/I đến 20/II, hồ Hoà Bình điều tiết với lưu lượng bằng 950 m 3 /s và hồ Tuyên Quang vận hành với lưu lượng 250 m3/s (vào những ngày triều cường), thời gian còn lại hai hồ vận hành theo công suất đảm bảo; hồ Thác Bà vận hành theo công suất đảm bảo với lưu lượng nhỏ nhất xả xuống hạ du không nhỏ hơn 140 m3/s. Tổng lưu lượng hai hồ Hoà Bình và Tuyên Quang xả xuống hạ du theo yêu cầu cấp nước là 1200 m3/s. Công suất đảm bảo của hồ Tuyên Quang Np = 83,3 MW. c. Thời kỳ có thêm h ồ Sơn La (Thời kỳ từ năm 2010 đến 2015) Thời kỳ này cũng xét hai phương án sau: Phương án 1: Tất cả các hồ chứa Thác Bà, Hoà Bình, Tuyên Quang và Sơn La đều vận hành theo công suất đảm bảo, đây cũng là phương án xả lưu lượng tối thiểu xuống hạ du trong thời kỳ cấp nước khẩn trương. Công suất đảm bảo của các hồ như sau: ¾ Hồ Thác Bà: Np = 41,0 MW ¾ Hồ Tuyên Quang: Np = 83,3 MW ¾ Hồ Hoà Bình (trong hệ thống mới chỉ có hồ Sơn La): Np = 671 MW ¾ Hồ Sơn La (không xét các hồ thượng nguồn): Np = 522 MW Phương án 2: Phương án vận hành như sau: (1) Hồ Thác Bà vận hành theo công suất đảm bảo; (2) Hồ Hoà Bình vận hành cấp nước thời kỳ từ 10/I đến 20/II với lưu lượng điều tiết từ 1100 m 3 /s đến 1300 m 3 /s, thời gian còn lại vận hành theo công suất đảm bảo; (3) Hồ Sơn La vận hành theo công suất đảm bảo và hỗ trợ hồ Hoà Bình điều tiết cấp nước hạ du (khi hồ Hoà Bình không vận hành được theo lưu lượng quy định) và điều tiết bổ sung cho hồ Hoà Bình để hai hồ có thể đều đảm bảo vận hành theo công suất đảm bảo trong những thời gian còn lại nếu nguồn n ước đến cho phép; (4) Hồ Tuyên Quang vận hành theo công suất đảm bảo và điều tiết hỗ trợ cho hồ Hoà Bình trong thời kỳ cấp nước khẩn trương khi hồ Hoà Bình không thể vận hành theo lưu lượng quy định. Không xét phương án hồ Tuyên Quang gia tăng cấp nước trong giai đoạn cấp nước khẩn trương vì hồ Tuyên Quang là hồ điều tiết nhiều năm cần có dung tích dự trữ. M ặt khác, khi tính toán điều tiết dòng chảy theo các phương án vận hành đã giả định mực nước hồ cuối năm trước đã xuống đến mực nước chết, tức là đã sử dụng hết 4 phần dung tích điều tiết nhiều năm. Ngoài ra, theo như phân tích ở chương I và những nguyên tắc xây dựng kịch bản thì yêu cầu cấp nước hạ du chỉ nên ở mức chấp nhận được để giảm thiệt hại và sự chủ động của hệ thống điện. Không xét các phương án tưới luân phiên đối với hệ thống công trình lấy nước trên trục chính vì những lý do đã phân tích ở chươ ng I. II.2. Thống kê hệ thống kịch bản điều hành Trên cơ sở các phương án chọn ở trên đã tiến hành tổ hợp thành hệ thống kịch bản được thống kê trong các bảng (7-1), (7-2) và (7-3). Tổng số có 36 kịch bản chính, trong mỗi kịch bản chính có thể xác định thêm ác kịch bản phụ nếu thấy cần thiết. Các kịch bản được chia thành 3 thời kỳ: hiện tại, sau khi có hồ Tuyên Quang và sau khi có hồ Sơn La. 1. Thời kỳ hiện tại(gồm 12 kịch bản) Các kịch bản xây dựng cho giai đoạn hiện tại chủ yếu để phân tích khả năng làm việc của hệ thống và làm cơ sơ cho những lựa chọn tiếp theo. Thời kỳ này có 6 kịch bản: các kịch bản có chỉ số “a” (từ HB1a đến HB6a) là các kịch bản mà các hồ chứa vận hành theo công suất đảm bả o; các kịch bản có chỉ số từ 1 đến 6 là tương ứng với các tổ hợp hình thành dòng chảy kiệt trên hệ thống sông tương ứng với mùa kiệt các năm 1990 -1991, 1997-1993, 1993-1994, 1998-1999, 2003-2004, và 2004-2005. Các kịch bản có ký hiệu B: HB1b đến HB6b là các kịch bản mà hồ Hoà Bình có nhiệm vụ điều tiết cấp nước hạ du với lưu lượng điều tiết trong giai đoạn cấp nước khẩn trương bằ ng 1100 m 3 /s. 2. Thời kỳ sau khi có hồ Tuyên Quang (gồm 12 kich bản) Các kịch bản từ TQ1a đến TQ6a là các kịch bản mà các hồ chứa Hoà Bình, Tuyên Quang và Thác Bà đều vận hành theo công suất đảm bảo. Các kịch bản từ TQ1b đến TQ6b: hồ chứa Hoà Bình và Tuyên Quang có nhiệm vụ cấp nước hạ du. Trong giai đoạn cấp nước khẩn trương hồ Hoà Bình điều tiết với lưu lượng 950 m 3 /s, hồ Tuyên Quang điều tiết với lưu lượng 250 m 3 /s. 3. Thời kỳ sau khi có hồ Sơn La (gồm 12 kich bản) Các kịch bản từ SL1a đến SL6a là các kịch bản mà tất cả các hồ chứa Hoà Bình, Tuyên Quang và Thác Bà và Sơn La đều vận hành theo công suất đảm bảo. Các kịch bản từ SL1b đến SL6b là các kịch bản mà hồ chứa Hoà Bình có nhiệm vụ cấp nước hạ du với lưu điều tiết bằng 1300 m 3 /s. Hồ chứa Sơn La điều tiết hỗ trợ cho hồ Hoà Bình khi không đạt lưu lượng điều tiết theo yêu cầu cấp nước trong thời kỳ cấp nước khẩn trương hoặc theo công suất đảm bảo ở những thời kỳ còn lại. Hồ Tuyên Quang vận hành theo công suất đảm bảo và chỉ hỗ trợ điều tiết với lưu lượng điề u tiết bằng 250 m3/s khi các hồ chứa trên sông Đà không đảm bảo cấp nước cho hạ du. Các phương án điều hành được thống kê trong bảng (1), mô tả các phương án được trình bày trong bảng 2, và 4. 5 Bảng 1a: Các kịch bản điều hành khi chưa có hồ Tuyên Quang TT Phương án Mô hình dòng chảy Chế độ vận hành hồ Lưu lượng điều tiết tháng 1 và 2 1 HB 1a 1990-1991 2 HB 2a 1992-1993 3 HB 3a 1993-1994 4 HB 4a 1998-1999 5 HB 5a 2003-2004 6 HB 6a 2004-2005 Theo phụ tải Theo công suất 7 HB 1b 1990-1991 8 HB 2b 1992-1993 9 HB 3b 1993-1994 10 HB 4b 1998-1999 11 HB 5b 2003-2004 12 HB 6b 2004-2005 Theo yêu cầu cấp nước hạ du 1100 (m 3 /s) Bảng 1b: Các kịch bản điều hành sau khi có hồ Tuyên Quang TT Phương án Mô hình dòng chảy Chế độ vận hành hồ Lưu lượng điều tiết tháng 1 và 2 1 Tq 1a 1990-1991 2 Tq 2a 1992-1993 3 Tq 3a 1993-1994 4 Tq 4a 1998-1999 5 Tq 5a 2003-2004 6 Tq 6a 2004-2005 Theo phụ tải điện Theo công suất phát điện 7 Tq 1b 1990-1991 8 Tq 2b 1992-1993 9 Tq 3b 1993-1994 10 Tq 4b 1998-1999 11 Tq 5b 2003-2004 12 Tq 6b 2004-2005 Theo yêu cầu cấp nước hạ du - Hòa Bình: 950 (m 3 /s) - Tuyên quang: 250 (m 3 /s) - Thác Bà: theo phụ tải điện 6 Bảng 1c: Các kịch bản điều hành sau khi có hồ Sơn La TT Phương án Mô hình dòng chảy Chế độ vận hành hồ Lưu lượng điều tiết tháng 1 và 2 1 SL 1a 1990-1991 2 SL 2a 1992-1993 3 SL 3a 1993-1994 4 SL 4a 1998-1999 5 SL 5a 2003-2004 6 SL 6a 2004-2005 Theo phụ tải điện Theo công suất phát điện 7 SL 1b 1990-1991 8 SL 2b 1992-1993 9 SL 3b 1993-1994 10 SL 4b 1998-1999 11 SL 5b 2003-2004 12 SL 6b 2004-2005 Theo yêu cầu cấp nước hạ du - Hòa Bình: 1300 (m 3 /s) - Tuyên quang: Theo công suất đảm bảo - Thác Bà: Theo công suất đảm bảo [...]... kiệt 6 HB6B 2004-2005 77 65 90 97 Sông Đà nước trung bình, sông Thao +Lô rất kiệt 7 Bảng 3: Bảng thống kê kịch bản điều hành theo điều kiện hệ thống có thêm hồ Tuyên Quang Tần suất kiệt 5 tháng P(%) Sơn Tây Hoà Bình Yên bái Vụ quang Mô tả đặc điểm dòng chảy kiệt (5 tháng mùa kiệt) A) Theo công suất đảm bảo phát điện Mô hình Tên phương dòng chảy kiệt án 1 TQ1A 1990-1991 70 85 75 15 Sông Đà +Thao kiệt;... kiệt 6 TQ 6B 2004-2005 77 65 90 97 Sông Đà nước trung bình, sông Thao +Lô rất kiệt 8 Bảng 4: Bảng thống kê kịch bản điều hành theo điều kiện hệ thống có thêm hồ Sơn La Tần suất kiệt 5 tháng P(%) Sơn Tây Hoà Bình Yên bái Vụ quang Mô tả đặc điểm dòng chảy kiệt (5 tháng mùa kiệt) A) Theo công suất đảm bảo phát điện Mô hình Tên phương dòng chảy kiệt án 1 SL1A 1990-1991 70 85 75 15 Sông Đà +Thao kiệt; sông...Bảng 2: Bảng thống kê kịch bản điều hành theo điều kiện hiện tại B)Theo yêu cầu cấp nước hạ du A) Theo công suất đảm bảo phát các tháng dùng nước khẩn điện trương (Hồ Hoà Bình + Thác bà) Giai đoạn hiện tại Giai đoạn nghiên cứu Điều kiện TT cấp nước Mô hình Tên phương dòng chảy kiệt án Tần suất kiệt 5 tháng P(%) Sơn Tây Hoà Bình Yên Vụ bái quang Mô tả đặc điểm dòng chảy kiệt... Đà nước trung bình, sông Thao +Lô rất kiệt B)Theo yêu cầu cấp nước hạ du các tháng dùng nước khẩn trương Hoà bình + Thác Bà + Tuyên Quang Giai đoạn sau khi có thuỷ điện Tuyên Quang Giai đoạn nghiên cứu Điều kiện TT cấp nước 1 TQ 1B 1990-1991 70 85 75 15 Sông Đà +Thao kiệt; sông Lô nhiều nước 2 TQ 2B 1997-1993 76 75 92 47 Sông Đà kiệt, s Thao rất kiệt, sông Lô nước trung bình 3 TQ 3B 1993-1994 83 80 97... Sông Đà nước trung bình, sông Thao +Lô rất kiệt B)Theo yêu cầu cấp nước hạ du các tháng dùng nước khẩn trương Hoà bình + Thác bà + Tuyên quang + Sơn la Giai đoạn sau khi có hồ Sơn La Giai đoạn nghiên cứu Điều kiện TT cấp nước 1 SL 1B 1990-1991 70 85 75 15 Sông Đà +Thao kiệt; sông Lô nhiều nước 2 SL 2B 1997-1993 76 75 92 47 Sông Đà kiệt, s Thao rất kiệt, sông Lô nước trung bình 3 SL 3B 1993-1994 83 80 97 . 1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG KỊCH BẢN CHO BÀI TOÁN ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG VÀ THỬ NGHIỆM I. Căn cứ xây dựng kịch bản Hệ thống kịch bản tính toán thuỷ lực phục vụ nghiên cứu quy trình vận hành được xây. CN CHO NG BNG SễNG HNG Báo cáo đề tài nhánh Xây dựng hệ thống kịch bản cho bài toán điều hành hệ thống và thử nghiệm mô hình điều hành Chủ nhiệm đề tài: GS.TS. Lê Kim Truyền Chủ. đã tiến hành tổ hợp thành hệ thống kịch bản được thống kê trong các bảng (7-1), (7-2) và (7-3). Tổng số có 36 kịch bản chính, trong mỗi kịch bản chính có thể xác định thêm ác kịch bản phụ nếu