Đang tải... (xem toàn văn)
Để sử dụng tiết kiệm nguồn nước trên các lưu vực sông, thực tế vận hành đặt ra nhiều bài toán quy hoạch vận hành: Quy hoạch vận hành ngắn hạn. Quy hoạch vận hành dài hạn. Chiến lược điều tiết nguồn nước. Xây dựng các mô hình toán học về đặc tính vận hành các hệ thống thiết bị, công trình thủy điện bậc thang.
LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô của bộ môn Hệ Thống Điện thuộc khoa Kỹ Thuật Điện–Điện Tử đã dạy dỗ tôi trong thời gian học cao học tại trường Bách khoa TP Hồ Chí Minh, đặc biệt tôi bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc đến thầy Hồ Đắc Lộc, người đã tận tình hướng dẫn trực tiếp để tôi hoàn thành luận văn này. Để hoàn thành luận văn, không thể không có các số liệu về đặc tính các hệ thống thiết bò, công trình làm cơ sở cho tính toán, tôi xin chân thành cám ơn Giám đốc nhà máy thuỷ điện Ialy đã cho phép tôi thu thập và công bố các số liệu của các nhà máy thuộc hệ thống sông Sê San. Tôi xin gửi lời cám ơn các bạn bè học lớp cao học K15, các đồng nghiệp làm việc tại nhà máy thuỷ điện Ialy đặc biệt là các trưởng ca vận hành nhà máy Ialy, Sê San 3, Pleikrông đã góp ý kiến về tính thực tiễn của đề tài. Cho phép tôi gửi lời cám ơn ban Giám đốc nhà máy thuỷ điệân Ialy đã tạo mọi điều kiện để cho tôi được tham dự lớp học trong điều kiện Nhà máy còn nhiều khó khăn khi mới đưa vào vận hành nhà máy Ialy (6 năm), vừa thử nghiệm đưa vào vận hành nhà máy Sê San 3, vừa giám sát nghiệm thu và chuẩn bò vận hành các nhà máy Pleikrông, Sê San 4… Cuối cùng tôi xin cám ơn mẹ tôi đã cho tôi sức mạnh tinh thần để vượt qua các khó khăn trong công việc và học tập. TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2006 Đoàn Tiến Cường eBook for You -ii- TÓM TẮT NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI Trong bối cảnh các nguồn năng lượng hoá thạch đang bò cạn kiệt và giá cả tăng lên hằng ngày, đồng thời trong điều kiện Việt Nam đang bò thiết điện trầm trọng như hiện nay và nhiều năm tới, thì việc khai thác các nguồn nước trên các lưu vực sông để phát điện là việc làm hết sức cần thiết để giảm lệ thuộc vào năng lượng nhập khẩu và ổn đònh sản xuất cho nền kinh tế. Hệ thống bậc thang thuỷ điện trên sông Sê San đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng và giữ vững ổn đònh hệ thống điện Việt Nam. Việc đưa vào vận hành các nhà máy trên cùng một lưu vực sông cũng đặt ra cho các công ty, nhà máy vận hành thuỷ điện những thách thức mới đó là tìm biện pháp sử dụng một cách hiệu quả nguồn nước. Để sử dụng tiết kiệm nguồn nước trên các lưu vực sông, thực tế vận hành đặt ra nhiều bài toán quy hoạch vận hành: quy hoạch vận hành ngắn hạn, vận hành dài hạn và chiến lược điều tiết nguồn nước… trong khuôn khổ luận văn này, tác giả đã đặt ra bài toán vận hành tối ưu ngắn hạn các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San. Với mục tiêu đó, luận văn tập trung vào việc điều tra, khảo sát các số liệu về hệ thống các thiết bò công trình; xây dựng các mô hình toán học về đặc tính vận hành các hệ thống thiết bò, công trình; tìm phương pháp thích hợp để xây dựng thuật toán giải; viết chương trình mô tả thuật toán và áp dụng vào công tác hỗ trợ quyết đònh vận hành tối ưu tại các nhà máy thuộc bậc thang thuỷ điện trên sông Sê San. Hướng mở rộng của luận văn là ngoài việc áp dụng trước mắt cho cụm các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San, có thể mở rộng áp dụng cho bài toán vận hành tối ưu của các bậc thang thuỷ điện khác và hướng đề tài đến việc phục vụ cho việc hỗ trợ quyết đònh vận hành các cụm thuỷ điện trong thò trường cạnh tranh nguồn phát. Sau đây, các chương 1-6 sẽ lần lược giải quyết nội dung của luận văn. eBook for You -iii- MỤC LỤC 1. CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Phân bố công suất tối ưu hệ thống bậc thang thuỷ điện 2 1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 3 1.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 4 1.5 Những nội dung chính của đề tài 5 1.6 Những đóng góp mới, ý nghóa khoa học và giá trò thực tiễn của đề tài 6 1.7 Phương pháp nghiên cứu 6 2. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THUỶ ĐIỆN TRÊN SÔNG SÊ SAN 7 2.1 Đặc điểm và tiềm năng thuỷ điện trên lưu vực sông Sê San 8 2.1.1 Đặc điểm tự nhiên 8 2.1.2 Đòa hình 8 2.1.3 Khí hậu 9 2.1.4 Độ ẩm và bốc hơi 9 2.1.5 Dòng chảy 9 2.1.6 Năng lực thuỷ điện trên lưu vực sông Sê San 10 2.2 Đặc trưng thuỷ văn lưu vực sông, đặc tính các hồ chứa trên sông Sêsan 12 2.2.1 Đặc trưng thuỷ văn lưu vực sông Sê San 12 2.2.2 Đặc tính các hồ chứa trên sông Sê San 12 2.2.3 Đặc tính các công trình tràn của hồ chứa 14 2.3 Chính sách quản lý-điều tiết hồ chứa 15 2.4 Đặc điểm thiết bò và đặc tính các nhà máy thuỷ điện trên sông Sêsan 18 2.5 Vai trò của hệ thống thuỷ điện trên sông Sêsan đối với hệ thống điện 21 2.6 Phân tích khả năng khai thác tối ưu ngắn hạn công suất, năng lượng theo các hồ chứa trên sông Sêsan 22 2.7 Kết luận 22 3. CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH HỆ THỐNG BẬC THANG THUỶ ĐIỆN 24 3.1 Mô tả hệ thống bậc thang thuỷ điện 24 3.2 Hệ thống điện 25 eBook for You -iv- 3.3 Lựa chọn thuật toán 25 3.4 Các giả thiết chính khi xây dựng bài toán 27 3.5 Xây dựng mô hình hệ thống và hình thành bài toán 28 3.5.1 Mô hình thời gian 28 3.5.2 Sự phụ thuộc thời gian của hệ thống thuỷ điện 29 3.5.3 Xây dựng mô hình bậc thang thuỷ điện 29 3.5.4 Xấp xỉ tuyến tính hoá từng đoạn thành phần phi tuyến 31 3.5.5 Các ký hiệu sẽ dùng trong phần xây dựng mô hình 34 3.5.6 Xây dựng mô hình toán học các biểu thức ràng buộc 35 3.5.7 Xây dựng hàm phạt do vi phạm mức nước mục tiêu của hồ 42 3.5.8 Xây dựng hàm mục tiêu 45 3.6 Kết luận 46 4. CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT 47 4.1 Phạm vi tính toán 47 4.2 Thiết lập bài toán 48 4.3 Phương pháp quy hoạch tuyến tính 49 4.4 Các thuật toán 50 4.5 Ngôn ngữ mô hình đại số. Ngôn ngữ tính toán kỹ thuật Matlab 59 4.6 Các dữ liệu của bài toán 60 4.6.1 Dữ liệu đầu vào 60 4.6.2 Dữ liệu đầu ra 72 4.7 Kết quả chương trình 72 4.7.1 Phân bố công suất theo thời gian 72 4.7.2 Diễn biến mức nước hồ theo thời gian 73 4.7.3 Diễn biến dung tích hồ theo thời gian 73 4.7.4 Diễn biến xả tràn các hồ chứa 74 4.8 Phân tích các kết quả 74 4.9 Kết luận 75 5. CHƯƠNG 5. CHƯƠNG TRÌNH ÁP DỤNG 76 eBook for You -v- 5.1 Xây dựng chương trình và hướng dẫn áp dụng 76 5.2 Đánh giá kết quả chương trình 79 5.3 Kết luận 79 6. CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN 80 6.1 Các nội dung đề tài đã giải quyết 80 6.2 Triển vọng phát triển đề tài 81 6.2.1 Các yếu điểm bộc lộ từ đề tài 81 6.2.2 Hướng phát triển mở rộng đề tài 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 Phụ lục 1. Sơ đồ hệ thống bậc thang thuỷ điện trên sông Sê San PL1-1 Phụ lục 2. Các chương trình được sử dụng trong luận văn PL2-1 eBook for You -vi- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San (nguồn: Ily, 2003) 1 Hình 2.1 Quá trình điều tiết hồ chứa 16 Hình 2.2 Đặc tính vận hành turbine Pleikrông (nguồn: Ily, 2006) 18 Hình 2.3 Đặc tính vận hành máy phát Pleikrông 19 Hình 2.4 Đặc tính vận hành turbine Ialy (nguồn: Ily, 1998) 19 Hình 2.5 Đặc tính vận hành máy phát Ialy (nguồn Ily,1998) 20 Hình 2.6 Đặc tính vận hành turbine Sê San 3 (nguồn Ily, 2005) 20 Hình 2.7 Đặc tính vận hành máy phát Sê San 3 (nguồn Ily, 2005) 21 Hình 3.1 Hệ thống bậc thang thuỷ điện 24 Hình 3.2 Mô tả hệ thống điện 25 Hình 3.3 Mô hình hệ thống mạng thuỷ điện 30 Hình 3.4 Xấp xỉ tuyến tính hoá từng đoạn hàm phi tuyến 31 Hình 3.5 Đặc tính phát của tổ máy 38 Hình 3.6 Đặc tính xả tràn của hồ chứa 41 Hình 3.7 Mô tả các dạng đặc tính hàm phạt do vi phạm mức nước mục tiêu.43 Hình 3.8 Đặc tính tuyến tính hoá hàm phạt 44 Hình 4.1 Phạm vi tính toán 47 Hình 4.2 Quan hệ dung tích theo mức nước hồ và sai số nội suy hồ Plk 63 Hình 4.3 Quan hệ dung tích theo mức nước hồ và sai số nội suy hồ Ily 65 Hình 4.4 Quan hệ dung tích theo mức nước hồ và sai số nội suy hồ Ss3 66 Hình 4.5 Lưu lượng nước tự nhiên về các hồ (nguồn: Ily) 67 Hình 4.6 Đặc tính hiệu suất turbine của Plk (nguồn: Ily, 2006) 68 eBook for You -vii- Hình 4.7 Đặc tính hiệu suất turbine của Ily (nguồn: Ily, 1998) 69 Hình 4.8 Đặc tính hiệu suất turbine của Ss3 (nguồn: Ily, 2005) 69 Hình 4.9 Thay đổi mức nước hồ trong một năm (đối với hồ điều tiết năm) 70 Hình 4.10 Biểu đồ huy động công suất và yêu cầu dự trữ công suất (nguồn: Ily) 72 Hình 4.11 Kết quả phân bố công suất của các nhà máy 72 Hình 4.12 Diễn biến mức nước các hồ theo thời gian 73 Hình 4.13 Diễn biến dung tích các hồ theo thời gian 73 Hình 4.14 Xả tràn của các hồ chứa 74 Hình 5.1 Giao diện chính của chương trình 76 Hình 5.2 Bảng nhập thông số các hồ chứa và thời gian khảo sát 77 Hình 5.3 Bảng nhập các dữ liệu dạng bảng (Pd, Pr, B…) 77 Hình 5.4 Kiểm tra dữ liệu đầu vào 78 Hình 5.5 Trình đơn xem kết quả tối ưu của chương trình 78 eBook for You -viii- DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Sê San (nguồn: PECC1,2002) 8 Bảng 2.2 Thông số các công trình chính trên sông Sê San (nguồn: PECC1).10 Bảng 2.3 Đặc trưng thuỷ văn các hồ chứa lưu vực sông SêSan (nguồn: PECC1) 12 Bảng 2.4 Quan hệ mức nước và dung tích hồ Pleikrông (nguồn: Ily) 13 Bảng 2.5 Quan hệ mức nước và dung tích hồ Ialy (nguồn: Ily) 13 Bảng 2.6 Quan hệ mức nước và dung tích hồ Sê San 3 (nguồn: Ily) 14 Bảng 4.1 Nội suy quan hệ mức nước và dung tích hồ Plk 62 Bảng 4.2 Nội suy quan hệ mức nước và dung tích hồ Ily 64 Bảng 4.3 Nội suy quan hệ mức nước và dung tích hồ Ss3 66 Bảng 4.4 Các thông số hồ chứa (nguồn: Ily) 67 Bảng 4.5 Đặc tính xả tràn các hồ chứa 67 Bảng 4.6 Đặc tính phát nhà máy Plk (nguồn Plk, 2006) 71 Bảng 4.7 Đặc tính phát nhà máy Ily (nguồn Ily, 2006) 71 Bảng 4.8 Đặc tính phát nhà máy Ss3 (nguồn Ily, 2006) 71 eBook for You -ix- CÁC ĐƠN VỊ THƯỜNG DÙNG h giờ, W Watt, kW kilôWatt=1000 watt, MW mêgaWatt=1 000 000 watt, kWh kilôWatt giờ, m mét, l lít, km 2 kilômét vuông, m 3 /s mét khối trên giây, l/s.km 2 lít trên giây ứng với một kilômét vuông, eBook for You -x- CÁC ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT A0 Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia, PECC1 Công ty tư vấn xây dựng điện 1, IEEE Viện các kỹ sư kỹ thuật điện-điện tử quốc tế, LP quy hoạch truyến tính, NLP quy hoạch phi tuyến, DP quy hoạch động, GAMS Ngôn ngữ mô hình đại số tổng hợp, Tkt Nhà máy thuỷ điện Thượng Kon Tum, Plk Nhà máy thuỷ điện Pleikrông, Ily Nhà máy thuỷ điện Ialy, Ss3 Nhà máy thuỷ điện Sê San 3 S3a Nhà máy thuỷ điện Sê San 3A Ss4 Nhà máy thuỷ điện Sê San 4 MNDBT Mực nước dâng bình thường MNC Mực nước chết eBook for You [...]... nước của bậc thang các hồ thuỷ điện đã xây dựng trên các lưu vực sông là việc làm quốc sách Hình 1.1 Sơ đồ các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San (nguồn: Ily, 2003) eBook for You lưu lượng nước về ở các hồ hạ lưu, mà lưu lượng nước về hồ là yếu tố quyết đònh -2- Các công trình thuỷ điện trên bậc thang thuỷ điện sông S san (hình 1.1) gồm Nhà máy thuỷ điện Ialy (đã vận hành từ năm 2000), S san 3 (năm... thống điện Việc cung cấp một lượng công suất đáp ứng nhu cầu của hệ thống với sản lượng điện tối ưu trong năm tại nút Pleiku sẽ góp phần lớn cho ổn đònh và vận hành kinh tế hệ thống điện Việt Nam cụm các nhà máy trên bậc thang thuỷ điện Sê San là rất cần thiết 1.2 Phân bố công suất tối ưu hệ thống bậc thang thuỷ điện Bài toán phân bố tối ưu công suất trên bậc thang thuỷ điện là bài toán quy hoạch vận hành. .. đứng, 48 cực, có đặc tính vận hành như hình 2.7 eBook for You Loại turbine được sử dụng ở nhà máy thuỷ điện Sê San 3 là Francis, 13 -21- Hình 2.7 Đặc tính vận hành máy phát Sê San 3 (nguồn Ily, 2005) Vai trò của hệ thống thuỷ điện trên sông S san đối với hệ thống điện Việt Nam Các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San nằm ở “điểm giữa” của hệ thống Việt Nam Trước khi có Nhà máy thuỷ điện Ialy (năm 2000),... 2006), Pleikrông (năm 2006), S san 3A (năm 2006), S san 4 (2008), Thượng Kontum (2009) đã và sẽ lần lượt đưa vào vận hành Việc đặt ra và giải bài toán khai thác tối ưu nguồn nước trên bậc thang sẽ dẫn đến khai thác tối ưu sản lượng cho hệ thống Cụm các Nhà máy thuỷ điện trên sông S san có tổng công suất lắp đặt 1730MW (sản lượng điện trung bình năm khoảng 8,5 tỉ kWh), sẽ cung cấp điện trực tiếp đến trạm... trường điện cạnh tranh nguồn phát, quyền chủ động công bố công suất khả dụng thuộc về các Nhà máy điện, thì bài toán quy hoạch vận hành ngắn hạn càng có ý nghóa trong việc tính toán phân bố công suất tối ưu giữa các nhà máy trong cụm bậc thang thuỷ điện, làm cơ sở cho việc chào giá điện phát hằng ngày, giờ 2.7 Kết luận Chương này trình bày các thông số chính của hệ thống bậc thang các Nhà máy thuỷ điện. .. thuỷ điện trên sông Sê San, các đặc điểm về khí hậu, thuỷ văn, đòa hình lưu vực sông Sê San Chiến lược điều tiết của các hồ chứa điều tiết năm được giới eBook for You Pleiku là không đáng kể, lúc đó các Nhà máy trên sông Sê San trở thành một cụm -23- thiệu cho thấy được vai trò của điều tiết hồ chứa trong vận hành hiệu quả các Nhà máy thuỷ điện Các đặc tính vận hành thiết bò chính như máy phát, turbine... mức nước hiện hành và mức nước mục tiêu của từng giai đoạn khảo sát ngắn hạn sẽ được xác đònh như theo các công thức (2.8) và (2.10) 2.4 Đặc điểm thiết bò, đặc tính các nhà máy thuỷ điện trên sông S san Phần này sẽ phân tích đặc tính của turbine và máy phát của các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San Do một số nhà máy chưa có tài liệu, nên chỉ tập trung vào 3 nhà máy Pleikrông, Ialy và Sê San 3 2.4.1... 90,7 146 200 240 2.2.2 Đặc tính các hồ chứa trên sông Sê San Như đã trình bày trong mục 2.1.6 và bảng 2.2, trên lưu vực sông Sê San có 06 hồ chứa gồm hồ Thượng Kon Tum, Pleikrông, Ialy, Sê San 3, Sê San 3A và Sê San 4 Trong đó điều tiết năm có hồ Thượng Kon Tum, điều tiết mùa có hồ Pleikrông, Ialy và Sê San 4, điều tiết ngày có hồ Sê San 3 và Sê San 3A Phần sau sẽ trình bày đặc tính các hồ chứa (hay... Đối với vận hành toàn hệ thống điện, Trung tâm điều độ hệ thống điện thường đặt ra bài toán khai thác phối hợp thuỷ nhiệt điện (hydrothermal cooperation) nhằm đạt mục tiêu vận hành kinh tế hệ thống điện Đối với các Nhà máy trên sông Sê San, do cùng phát điện vào một điểm trên hệ thống (trạm Pleiku), tức là coi các Nhà máy phát lên cùng một thanh cái của hệ thống, giả thiết tổn thất từ các Nhà máy đến... của hệ thống bậc thang thuỷ điện trên sông Sê San và khả năng khai thác tối ưu ngắn hạn hệ thống Trong các phần sau của chương này tập trung trình bày cho tất cả các hồ chứa và thiết bò của các công trình trên lưu vực sông Sê San, tuy nhiên cho đến này số liệu của các công trình Thượng Kon Tum, Sê San 3A và Sê San 4 chưa có sẵn, nên tác Cũng giống như bất kỳ hệ thống bậc thang thuỷ điện nào, khi khảo . 2008 Flv Km 2 350 3216 7 455 7788 8084 9326 MNDBT M 1170 57 0 51 5 304 ,5 239 2 15 MNC M 1146 53 7 490 303,2 238 ,5 210 Vtb Triệu m 3 173,7 1048,7 1037,1 86,7 80,6 893,3 Vc Triệu m 3 51 ,0 100,6 258 ,8 82,9. 264,2 Qđb m 3 /s 88 ,5 179,1 184,4 188,0 214,9 Qtđ m 3 /s 124,9 254 ,7 269,0 278,8 323,2 Qxả m 3 /s 1,7 6,7 5, 2 5, 8 3,2 Qmax m 3 /s 31 ,5 367,6 420,0 490,0 50 0,0 698,0 Hmax M 57 ,5 204,3 65, 0 25, 0 60,2 Hmin. trung bình [km] Độ dốc trung bình [%] 1 ĐăkBla 3 050 1 45 - 8,1 2 Krông Pôkô 3 53 0 121 20 6 ,5 3 Sa Thầy 1 56 2 104 15 4,3 4 Sê San 11 450 237 44 3,6 2.1.2 Đòa hình Đòa hình lưu vực sông Sê