Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu ích phát điện cho hồ chứa thủy lợi kết hợp phát điện, áp dụng tính toán cho hồ Kẻ Gỗ

Theo Quy hoạch phát triển Thủy lợi Việt Nam giai đoạn 2010-2020 có xét đến triển vọng năm 2050, yêu cầu về xây dựng, phát triển, khai thác và sử dụng tổng hợp nguồn tài nguyên nước của c

Trang 1

L ỜI CẢM ƠN

Lu ận văn “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu ích phát điện cho hồ

ch ứa thủy lợi kết hợp phát điện, áp dụng tính toán cho hồ Kẻ Gỗ” được hoàn

thành nh ờ sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tác giả còn được sự giúp đỡ nhiệt tình

c ủa các Thầy, Cô, cơ quan, bạn bè và gia đình

Tác gi ả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: TS Hoàng Công Tu ấn đã tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học

c ần thiết cho luận văn

Tác gi ả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học và Sau đại học, khoa Công trình, khoa Năng Lượng - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình gi ảng dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình

th ực hiện luận văn này

Để hoàn thành luận văn, tác giả còn được sự cổ vũ, động viên khích lệ thường xuyên và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè

Hà N ội, ngày 20 tháng 8 năm 2014

TÁC GI Ả

ĐỖ VĂN HIỆP

Trang 2

L ỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Đỗ Văn Hiệp

Học viên lớp: 20 C 11

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung

và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất

kỳ công trình khoa học nào

TÁC GI Ả

ĐỖ VĂN HIỆP

Trang 3

M ỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của Đề tài 1

2 Mục đích của Đề tài 2

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

4 Kết quả đạt được 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC 4

HỒ CHỨA LỢI DỤNG TỔNG HỢP 4

1.1 Tổng quan về hồ chứa thủy lợi và quy hoạch phát triển thủy lợi 4

1.1.1 Hồ chứa và vai trò của nó trong phát triển kinh tế 4

1.1.2 Phát triển hồ chứa và thủy điện ở Việt Nam 4

1.1.2.1 Phát triển hồ chứa ở Việt Nam 4

1.1.2.2 Phát triển thủy điện ở Việt Nam 6

1.1.3 Quan điểm, mục tiêu phát triển thuỷ lợi 8

1.2 Đặc điểm khai thác hồ chứa kết hợp phát điện 9

1.3 Nhu cầu dùng điện và Ý nghĩa của việc nâng cao hiệu ích phát điện đối với hồ chứa kết hợp phát điện 10

1.3.1 Nhu cầu dùng điện 10

1.3.2 Ý nghĩa của việc nâng cao hiệu ích phát điện đối với hồ chứa kết hợp phát điện 11

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC 12

HỒ CHỨA KẾT HỢP PHÁT ĐIỆN 12

2.1 Mô hình tối ưu 12

2.1.1 Mô hình tối ưu 12

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng nguồn nước 14

2.1.3 Phạm vi sử dụng mô hình tối ưu 14

2.2 Một số mô hình tính toán, điều khiển chế độ vận hành các hồ chứa 15

2.3 Chọn phương pháp vận hành cho hồ chứa kết hợp phát điện 16

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH 17

HỒ CHỨA KẾT HỢP PHÁT ĐIỆN 17

Trang 4

ối yêu cầu dùng nước theo các yêu cầu lợi dụng tổng hợp 17

3.2 Phương pháp xây dựng Biểu đồ điều phối trên cơ sở lượng nước yêu cầu đã phân phối hợp lý 18

3.2.1 Xây dựng biểu đồ điều phối 19

3.2.1.1 Mục đích 19

3.2.1.2 Phương pháp xây dựng biểu đồ điều phối 19

3.3 Phương thức vận hành hồ chứa theo Biểu đồ điều phối 22

3.3.1 Nguyên tắc chung 22

3.3.2 Phương pháp tăng, giảm lưu lượng (tăng, giảm công suất NMTĐ) - phương thức sử dụng nước thừa, thiếu 23

3.3.2.1 Xác định công suất trung bình ngày đêm Nnđ của NMTĐ trong vùng tăng công suất (vùng B) 23

3.3.2.2 Xác định công suất trung bình ngày đêm của NMTĐ trong vùng hạn chế cung cấp nước Q < Qyc (vùng C) 29

3.4 Lựa chọn phương thức vận hành cho hồ chứa kết hợp phát điện 31

CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO HỒ KẺ GỖ 32

4.1 Giới thiệu về Hồ Kẻ Gỗ 32

4.1.1 Vị trí dự án, các thông số chính của Thủy điện Hồ Kẻ Gỗ 32

4.1.2 Vị trí địa lý 34

4.1.3 Đặc trưng hình thái lưu vực 34

4.1.4 Dân sinh kinh tế 35

4.2 Kết quả phân phối lưu lượng theo các yêu cầu dùng nước có tính đến đặc điểm yêu cầu phát điện 35

4.3 Xây dựng Biểu đồ điều phối cho Hồ Kẻ Gỗ 36

4.3.1 Các tài liệu cơ bản dùng trong tính toán 36

4.3.1.1 Tài liệu thủy văn 36

4.3.1.2 Tổn thất lưu lượng và cột nước 37

4.3.1.3 Tổn thất bốc hơi 37

4.3.1.4 Hệ số K của tổ máy 37

4.3.1.5 Quan hệ Q ~Z(HL) 37

nd N

Trang 5

ệ lòng hồ 37

4.3.1.7 Yêu cầu phòng lũ 38

4.3.2 Xây dựng BĐĐP cho Hồ Kẻ Gỗ 38

4.4 Sử dụng BĐĐP để vận hành khai thác hồ Kẻ Gỗ 42

4.4.1 Bảng tính công suất và điện lượng khi vận hành theo BĐĐP 43

4.4.2 Bảng tính công suất và điện lượng theo phương pháp Q = Const 45

4.4.3 Xác định lợi ích năng lượng, áp dụng cho TTĐ Kồ Kẻ Gỗ 47

4.4.4 Kết quả tính toán cho Hồ Kẻ Gỗ 51

4.5 Phân tích, so sánh và đánh giá kết quả 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

1 Kết luận 58

2 Một số tồn tại cần giải quyết 59

3 Kiến nghị 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 61

1.Tài liệu tính toán cho Hồ Kẻ Gỗ 62

2 Các bảng tính xây dựng BĐĐP cho Hồ Kẻ Gỗ 64

3 Các bảng tính công suất và điện năng khi vận hành theo BĐĐP cho Hồ Kẻ Gỗ 80 4 Các bảng tính công suất, điện năng khi vận hành theo phương pháp Q=const và theo BĐĐP cho Hồ Kẻ Gỗ 89

5 Các bảng tính lợi ích thu được khi tính theo Biểu giá chi phí tránh được cho Hồ Kẻ Gỗ 95

Trang 6

B ẢNG KÊ DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3-1 Sơ đồ thuật toán tính thuỷ năng khi biết lưu lượng bình quân 20

thời đoạn về hạ lưu Q*hlt = h/s 20

Hình 3-2 Xây dựng BĐĐP cho TTĐ điều tiết nhiều năm 21

Hình 3-3 Minh họa các phương thức tính toán theo BĐĐP 24

Hình 3-4 Sơ đồ xác định Nnd 26

Hình 4-1 Vị trí dự án Thủy điện Hồ Kẻ Gỗ 32

Hình 4-2 Kết quả nhóm các đường Ztl(t), từ đó vẽ đường bao trên 41

và đường bao dưới 41

Hình 4-3 Kết quả biểu đồ điều phối Hồ Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh 41

Hình 4-4 Biểu đồ biểu giá chi phí tránh được áp dụng 48

cho các TTĐ miền Trung, năm 2013 48

Hình 4-5 Sơ đồ Nguyên lý phân phối lưu lượng theo các khung giờ 50

Trang 7

Bảng 1.1: Dự báo phát triển thủy điện đến năm 2025 7

Bảng 1.2: Tốc độ phát triển nhu cầu điện năng 11

Bảng 4.1: Các thông số chính của Hồ Kẻ Gỗ 33

Bảng 4.2: Phân bố dân sinh kinh tế 35

Bảng 4.3: Lưu lượng yêu cầu trung bình tháng 36

Bảng 4.4: Đường quan hệ lưu lượng và tổn thất cột nước 37

Bảng 4.5: Phân bố tổn thất bốc hơi trong năm trên lưu vực sông Rào Cái 37

Bảng 4.6: Quan hệ Q ~Z(HL) 37

Bảng 4.7: Quan hệ Z ~F~V 38

Bảng 4.8: Quy định về mực nước hồ cao nhất ở cuối các tháng trong mùa lũ 38

Bảng 4.9: Các năm thủy văn chọn được khi đã tiến hành thu phóng 39

Bảng 4.10: Bảng tính xây dựng biểu đồ điều phối 39

Bảng 4.11: Bảng tọa độ các đường [1], [2] trong BĐĐP Hồ Kẻ Gỗ 42

Bảng 4.12: Bảng tính công suất và điện lượng theo biểu đồ điều phối 43

Bảng 4.13: Bảng tính công suất và điện lượng theo phương pháp Q=const 45

Bảng 4.14 Biểu giá chi phí tránh được năm 2013 47

Bảng 4.15: Bảng tổng hợp kết quả sản lượng điện lượng thu được 51

theo các phương thức vận hành 51

theo các phương thức vận hành 52

khi vận hành theo Q= const, và theo BĐĐP 52

Bảng 4.18: Bảng kết quả lợi ích thu được cho năm P=25% 54

Bảng 4.21: Bảng tổng hợp kết quả lợi ích thu được theo các năm thủy văn 55

Bảng PL 1.1: Lưu lượng trung bình tháng lưu vực hồ Kẻ Gỗ theo năm thủy văn 62

Bảng PL 2.1: Bảng tính toán điều phối năm 1935-1936 theo chiều thuận 64

Trang 8

ảng PL 2.3: Bảng tính toán điều phối năm 1958-1959 theo chiều thuận 65

Bảng PL 2.7: Bảng tổng hợp tính toán các năm thủy văn được chọn theo chiều thuận 67

Bảng PL 2.8: Bảng tính toán điều phối năm 1935-1936 theo chiều nghịch 68

Bảng PL 2.14: Bảng tổng hợp tính toán các năm thủy văn được chọn theo chiều nghịch 71

Bảng PL 2.21: Bảng tổng hợp tính toán các năm thủy văn được chọn theo chiều thuận 75

Bảng PL 2.28: Bảng tổng hợp tính toán các năm thủy văn được chọn theo chiều nghịch 79

Trang 9

ảng PL 3.1: Bảng tính công suất và điện lượng theo BĐĐP năm 1991-1992 ( P năm = 25%) vận hành theo phương thức 1 80

Bảng PL 3.2: Bảng tính công suất và điện lượng theo BĐĐP năm 1991-1992 ( P năm = 25%) vận hành theo phương thức 2 80

Bảng PL 3.6: Bảng tính công suất và điện lượng theo BĐĐP năm 1995-1996 (P năm = 50%) vận hành theo phương thức 3 82

Bảng PL 3.10: Bảng tính công suất và điện lượng theo BĐĐP năm 1991-1992 84(P năm = 25%) ( ángI, P25%

32,50

th TL

Trang 10

( P năm = 50%) (Z TL =Z TL = 32,50m ận hành theo phương thức 3 87

Bảng PL 3.16: Bảng tính công suất và điện lượng theo BĐĐP năm 1969-1970 87( P năm = 75%) ( ángI, P75% ángXII, P50%

Trang 11

( P năm = 75%) (Z tl = 29, 22m ận hành theo phương thức 2 94

Bảng PL 4.12: Bảng tính công suất và điện lượng theo BĐĐP năm 1969-1970 94( P năm = 75%) ( I

Trang 12

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của Đề tài

Theo Quy hoạch phát triển Thủy lợi Việt Nam giai đoạn 2010-2020 có xét đến triển vọng năm 2050, yêu cầu về xây dựng, phát triển, khai thác và sử dụng tổng

hợp nguồn tài nguyên nước của các công trình thủy lợi, thủy điện là rất quan trọng đối với sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cũng cho thấy Việt Nam có nhiều hồ chứa, nhất là các hồ chứa lớn, được xây dựng theo xu hướng lợi dụng tổng hợp như: phòng lũ, tưới, phát điện, thủy sản, giao thông thủy, sinh hoạt… Tuy nhiên, mỗi nhiệm vụ lại

có những đặc điểm và yêu cầu dùng nước khác nhau, do đó các ngành lợi dụng nước có mâu thuẫn với nhau về lợi ích dùng nước

Thực tế cho thấy, quy trình vận hành của nhiều hồ chứa lớn chưa xem xét tới các ngành lợi dụng tổng hợp do đó không phát huy được hết hiệu quả kinh tế khai thác tổng hợp hồ chứa Quy trình vận hành của các hồ chứa đa nhiệm vụ thường được xây dựng và thực hiện theo hướng chú trọng, ưu tiên nhiệm vụ chính mà rất ít quan tâm, thậm chí bỏ qua các đặc điểm, yêu cầu của các ngành dùng nước khác Điều này làm giảm đáng kể hiệu quả trong quá trình khai thác hồ chứa, nhất là các

hồ chứa thủy lợi kết hợp phát điện

Trong điều kiện kinh tế phát triển, đời sống nhân dân nâng cao thì nhu cầu dùng điện cũng không ngừng tăng Theo thống kê nhu cầu dùng điện năm 2005 là 53,6 tỷ kWh/năm, dự báo năm 2010 là 87,82 tỷ kWh/năm Theo Quy hoạch điện, giai đoạn 2011-2020 có xét đến triển vọng năm 2030: trong giai đoạn từ năm 2011 đến 2020 hàng năm nhu cầu điện dự kiến tăng lên khoảng 17% Theo Quy hoạch này sản lượng điện năng cung cấp dự kiến từ 194 - 210 TWh năm 2015, 330 - 362 TWh năm 2020 và 695 - 834 TWh năm 2030 Công suất cung cấp dự kiến từ 43.000

MW năm 2015, 75.000MW năm 2020 và 146.800MW năm 2030 và sự chênh lệch

phụ tải lớn giữa các giờ trong ngày đã gây nên sự thiếu điện vào những giờ cao điểm Chính phủ đã có những chính sách, cơ chế về giá điện nhằm khuyến khích các trạm thủy điện nâng cao khả năng phát điện vào giờ cao điểm mùa khô

Trang 13

Vì vậy, bên cạnh việc tận dụng các hồ chứa thủy lợi để kết hợp phát điện và

cần có phương thức vận hành hợp lý để tăng hiệu ích phát điện, nhất là phát vào khung giờ cao điểm mùa khô Qua đó góp phần làm giảm việc xây dựng thêm nguồn điện

Nước ta có chế độ thủy văn không ổn định, trong khi đó khả năng dự báo thủy văn dài hạn lại chưa đáp ứng độ tin cậy Do đó việc lựa chọn phương pháp điều khiển chế độ vận hành hồ chứa cần tính đến các yếu tố này

Bài toán đặt ra là vận hành hồ chứa thủy lợi kết hợp phát điện phải thực hiện

thống nhất trên quan điểm có lợi cho tất cả các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp trên cơ sở phân tích đặc điểm yêu cầu dùng nước của từng ngành, khả năng điều tiết

của hồ, chế độ thủy văn không ổn định, khả năng dự báo dài hạn không đảm bảo độ tin cậy nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp nước và sử dụng với hiệu quả cao nguồn nước phát điện, nhất là vào mùa kiệt, đồng thời thoả mãn các yêu cầu lợi dụng tổng

hợp

Xuất phát từ các lý do trên, việc nghiên cứu giải pháp đáp ứng được những đòi

hỏi trên là thực tế và cấp thiết Nghiên cứu sẽ áp dụng tính toán cụ thể cho Hồ Kẽ

Gỗ là hồ chứa lớn nhất tỉnh Hà Tĩnh có kết hợp phát điện là một vấn đề có ý nghĩa trong thực tiễn

2 M ục đích của Đề tài

Phân phối chế độ sử dụng nước hợp lý, có xét đến tương lai, của các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp vừa đáp ứng được yêu cầu dùng nước vừa tính đến đặc điểm và yêu cầu của thủy điện nhằm nâng cao hiệu quả phát điện

Xây dựng biểu đồ điều phối cho hồ chứa trên cơ sở yêu cầu dùng nước phân

phối hợp lý theo các yêu cầu lợi dụng tổng hợp và có xét đến các yếu tố không ổn định của chế độ thủy văn

Đưa ra phương thức vận hành hồ trong mùa kiệt nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp nước và sử dụng hiệu quả cao nguồn nước cho phát điện trong điều kiện

bảo đảm các yêu cầu lợi dụng tổng hợp khi chế độ dự báo thủy văn dài hạn không đảm bảo độ tin cậy

Trang 14

3 Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu

Vấn đề nêu ra được nhìn nhận theo quan điểm khai thác và sử dụng tổng hợp nguồn nước nhằm mang lại hiệu quả cho nền kinh tế và có ý nghĩa về mặt khoa học:

- Thu thập, thừa kế các số liệu, kết quả nghiên cứu đã có trước đây

- Thu thập các số liệu có liên quan đến thực hiện Đề tài

- Phân tích các điều kiện vận hành hồ chứa có các ngành lợi dụng tổng hợp

- Nghiên cứu các mô hình cân bằng nước, quy trình vận hành hồ chứa hiện hành

Phương pháp nghiên cứu được xây dựng trên cơ sở :

- Ứng dụng kết hợp mô hình tối ưu và mô hình mô phỏng

- Nghiên cứu thực nghiệm trên máy tính

- Xây dựng biểu đồ điều phối hồ chứa và chọn phương thức vận hành hồ hợp

lý nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp nước và sử dụng hiệu quả cao nguồn nước

phát điện trong điều kiện bảo đảm các yêu cầu lợi dụng tổng hợp, có xét đến trong tương lai khi dự báo dài hạn về thủy văn không đảm bảo độ tin cậy

- Lập được chương trình xây dựng biểu đồ điều phối cho các hồ chứa lợi dụng

tổng hợp và chọn phương thức vận hành hồ chứa đáp ứng yêu cầu khai thác và sử

dụng tổng hợp tài nguyên nước

- Đưa ra một số nhận xét và kết luận về xây dựng biểu đồ điều phối và phương

thức vận hành hồ chứa lợi dụng tổng hợp

- Đề tài là cơ sở và là bước quan trọng đối với việc thực hiện các nghiên cứu ở

cấp độ cao hơn, như phương thức phối hợp chế độ vận hành liên hồ

Trang 15

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC

1.1 T ổng quan về hồ chứa thủy lợi và quy hoạch phát triển thủy lợi

1.1.1 H ồ chứa và vai trò của nó trong phát triển kinh tế

Trong quá trình phát triển kinh tế, xã hội việc phụ thuộc vào nguồn nước trong

tự nhiên là một trở ngại rất lớn Để giảm bớt phụ thuộc vào tự nhiên và phục vụ lợi ích của con người thì đập và hồ chứa đã được xây dựng Mục tiêu chính của hồ

chứa là cung cấp nước cho nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp, phát triển thủy điện

hoặc chống lũ cho hạ lưu Ngoài ra đập và hồ chứa được xây dựng còn giúp cải thiện giao thông thủy, cải tạo khí hậu, cảnh quan trong vùng, nuôi trồng thủy hải

sản, du lịch sinh thái tạo điều kiện cho dân sinh, kinh tế trong vùng phát triển Chính vì vậy đập và hồ chứa ngày càng được con người quan tâm, đầu tư để

mạng lại hiệu quả kinh tế cao nhất trong quá trình sử dụng

1.1.2 Phát tri ển hồ chứa và thủy điện ở Việt Nam

1.1.2.1 Phát tri ển hồ chứa ở Việt Nam

Theo thống kê của Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn cho thấy Việt Nam có khoảng 3600 hồ chứa các loại với khoảng 460 hồ chứa lớn có dung tích trên 1 triệu m3 hoặc chiều cao lớn hơn 10 m Phần lớn các hồ chứa phục vụ nhu cầu nước cho tưới và điện năng với nhu cầu tiêu thụ nước chủ yếu từ nông nghiệp Đa

số các hồ chứa xây dựng đơn mục tiêu như là cho tưới hoặc phát điện Ngoài ra các

hồ chứa còn tham gia phòng lũ Một số ít là đa mục tiêu chủ yếu là tưới kết hợp phát điện như: Hồ Kẻ Gỗ, Hồ Núi Cốc… Mặc dù nước cần cho mọi nhu cầu dân sinh, kinh tế nhưng việc sử dụng nước cho các ngành chưa hợp lý, chưa bảo đảm khai thác, sử dụng tổng hợp một cách hiệu quả nguồn tài nguyên nước

Chi ến lược phát triển hồ chứa đa mục tiêu ở Việt Nam:

Năm 2006 Chính phủ đã phê duyệt chiến lược tài nguyên nước đến năm

2020 trong đó cần thực hiện nhiều giải pháp đồng bộ theo hướng đa mục tiêu, đảm

bảo phát triển bền vững Theo đó chiến lược đến năm 2020 đã chỉ ra các nhiệm vụ

và giải pháp liên quan đến hồ chứa nước đa mục tiêu như sau :

Trang 16

- Tăng cường bảo vệ nguồn nước và bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh Thực hiện đồng bộ các biện pháp phòng, chống ô nhiễm nguồn nước mặt và nguồn nước dưới đất; bảo đảm dòng chảy tối thiểu của các sông; ngăn chặn và xử lý tình trạng khai thác tài nguyên nước quá mức làm suy thoái, cạn kiệt nguồn nước, bảo vệ tính toàn

vẹn của hệ sinh thái thủy sinh;

- Bảo đảm tính bền vững, hiệu quả trong khai thác, sử dụng tài nguyên nước + Lập quy hoạch lưu vực sông, quy hoạch tài nguyên nước các vùng lãnh thổ

và quản lý việc thực hiện quy hoạch Thực hiện điều hoà và phân phối nguồn nước trên các lưu vực sông bảo đảm phân bổ, khai thác, sử dụng tài nguyên nước hợp lý

giữa các ngành, các địa phương Ưu tiên bảo đảm nguồn nước cho cấp nước sinh

hoạt, các đô thị lớn, khu công nghiệp, khu kinh tế tập trung và các ngành sản xuất

có giá trị kinh tế cao Bảo đảm nước tưới hợp lý cho cây trồng;

+ Tăng cường kiểm soát việc khai thác, sử dụng tài nguyên nước Đẩy mạnh

phối hợp trong việc xây dựng và vận hành các công trình khai thác tài nguyên nước trên lưu vực sông theo hướng khai thác, sử dụng tổng hợp, đa mục tiêu; ưu tiên nguồn nước cho nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt; bảo đảm yêu cầu chống

hạn, phát điện và vận tải thủy theo quy định đối với các hồ chứa nước quan trọng;

+ Quản lý nhu cầu sử dụng nước, khuyến khích sử dụng tiết kiệm và tái sử

dụng nước Tạo lập cơ sở pháp lý cho việc hình thành, phát triển thị trường dịch vụ

về nước và chuyển nhượng, trao đổi giấy phép tài nguyên nước

- Phát triển bền vững tài nguyên nước

+ Tăng cường bảo vệ và phát triển rừng, trước hết là rừng phòng hộ đầu nguồn Duy trì và phát triển nguồn sinh thủy của các dòng sông, các hồ chứa nước;

+ Nâng cao mức bảo đảm an toàn công trình và tăng khả năng trữ nước của các hồ chứa hiện có;

+ Phát triển nguồn nước trên cơ sở nâng cao giá trị của tài nguyên nước kết

hợp với việc tăng cường xây dựng hồ chứa, đập dâng để tăng khả năng điều tiết dòng chảy, chú trọng phát triển các công trình khai thác, sử dụng tổng hợp, đa mục tiêu;

Trang 17

- Giảm thiểu tác hại do nước gây ra

+ Xây dựng và thực hiện quy hoạch phòng, chống và giảm thiểu tác hại do nước gây ra, kết hợp hài hoà giữa các biện pháp công trình và phi công trình nhằm

bảo đảm an toàn cho người, giảm thiệt hại đến mức thấp nhất;

- Tăng cường năng lực điều tra, nghiên cứu, phát triển công nghệ

+ Tăng cường điều tra, đánh giá số lượng, chất lượng nước, tình hình khai thác, sử dụng tài nguyên nước, ô nhiễm nguồn nước, các yếu tố ảnh hưởng tới tài nguyên nước;

+ Đẩy mạnh nghiên cứu khoa học - kỹ thuật, phát triển công nghệ và ứng

dụng tiến bộ khoa học - kỹ thuật trong quản lý, bảo vệ, khai thác, sử dụng tài nguyên nước, phòng, chống, giảm thiểu tác hại do nước gây ra;

1.1.2.2 Phát tri ển thủy điện ở Việt Nam

Hơn nửa thế kỷ qua, công cuộc phát triển thủy điện ở nước ta đã trải qua một

chặng đường đầy khó khăn, gian khổ nhưng đã mang lại hiệu quả vô cùng to lớn cho nền kinh tế quốc dân Các công trình thủy điện đã và đang vận hành có vai trò

to lớn trong sản xuất điện năng, phòng chống lũ, cấp nước, phục vụ phát triển kinh

tế xã hội v.v Đến năm 2010 có khoảng 50 nhà máy thủy điện đưa vào vận hành và đến năm 2020 có đến 80 nhà máy thủy điện lớn và vừa được đưa vào vận hành trong hệ thống điện

Hiện nay trong các nguồn năng lượng được khai thác và sử dụng thì thủy điện vẫn là nguồn năng lượng chiếm ưu thế với những đặc điểm nổi bật như:

- Là nguồn năng lượng sạch và tái tạo được

- Công nghệ phát triển tới nay là khá hoàn chỉnh

- Nhiều ưu điểm khi hoà mạng

- Thuận lợi khi tạo nguồn năng lượng độc lập

- Chi phí quản lý thấp

- Hồ chứa mang lại nhiều lợi ích tổng hợp

- Tiềm năng sẵn có ở những nơi cần

Trang 18

Việt Nam có 2360 con sông với chiều dài từ 10 km trở lên, trong đó có 9 hệ

thống sông có diện tích lưu vực từ 10.000 km2 Mật độ sông suối trung bình trên toàn lãnh thổ là 0,6km/km2, có 10 hệ thống sông lớn có tiềm năng phát triển thủy điện Tổng kết các nghiên cứu về quy hoạch thuỷ điện ở nước ta cho thấy tổng trữ năng lý thuyết của các con sông đựơc đánh giá đạt 300 tỷ KWh/năm, công suất lắp máy được đánh giá khoảng 34.647MW Trữ năng kinh tế – kỹ thuật đựơc đánh giá khoảng 80-84 tỷ KWh/năm, công suất lắp máy được đánh giá khoảng 19.000 - 21.000MW

B ảng 1.1: Dự báo phát triển thủy điện đến năm 2025

năm 2025

Nhìn chung các nhà máy thuỷ điện ở nước ta có nhiều lợi ích tổng hợp như:

Chống lũ trong mùa mưa, cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp và dân sinh, nhất

là các thành phố lớn và khu công nghiệp, chống hạn và đẩy mặn trong mùa khô; sản

xuất điện với sản lượng lớn và có khả năng tái tạo, nên giá thành điện thương phẩm tương đối thấp so với các nguồn điện khác; góp phần mở rộng du lịch sinh thái và giao thông đường thuỷ; phát triển nuôi trồng thuỷ sản

Trang 19

1.1.3 Quan điểm, mục tiêu phát triển thuỷ lợi

Để phát triển thủy lợi theo hướng bền vững và phát huy được hiệu quả của các dự án thủy lợi cần thống nhất phát triển theo các quan điểm sau (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông Thôn) :

- Phát triển thuỷ lợi đảm bảo phát triển bền vững, đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội, làm cơ sở để phát triển nông nghiệp theo hướng hiện đại hoá, thâm canh cao, đảm bảo an ninh lương thực và xuất khẩu

- Khai thác sử dụng nước hợp lý, đa mục tiêu, thống nhất theo lưu vực sông

và hệ thống công trình thủy lợi Khai thác sử dụng đi đôi với bảo vệ, chống suy thoái, cạn kiệt, bảo vệ môi trường nước và thích ứng với biến đổi khí hậu

- Nâng cao mức bảo đảm an toàn phòng chống thiên tai: bão, lụt, lũ, lũ quét,

- Quản lý, sử dụng và phát triển nguồn nước phải luôn gắn với nhu cầu sử

dụng nước ngày càng tăng, tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước ngày càng mạnh mẽ

Mục tiêu phát triển thủy lợi Việt Nam trong giai đoạn mới hiện nay:

* Mục tiêu chung:

- Phát triển thủy lợi theo hướng bền vững, hiện đại hoá, tăng mức đảm bảo

cấp nước cho các ngành kinh tế; đảm bảo sản xuất nông nghiệp ổn định, an ninh lương thực quốc gia;

- Chủ động phòng, chống và giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai gây ra, từng bước thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng

* Mục tiêu đến năm 2030:

Mục tiêu 1: Cấp nước phục vụ dân sinh kinh tế

Trang 20

- Đáp ứng nguồn nước phục vụ nhu cầu nước sinh hoạt cho dân cư đô thị và nông thôn theo tiêu chuẩn đã được ban hành

- Đáp ứng nguồn nước phục vụ phát triển công nghiệp, quan tâm vùng khan

hiếm nước;

- Đảm bảo tưới, tiêu nước chủ động phục vụ phát triển vùng cây ăn quả, nuôi

trồng thuỷ sản và sản xuất muối tập trung

Mục tiêu 2: Tiêu thoát nước và bảo vệ môi trường nước

- Chủ động và nâng cao tần suất đảm bảo tiêu nước cho các đô thị lớn có tính đến tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng

- Tăng cường khả năng tiêu thoát ra các sông chính, tăng diện tích tiêu bằng động lực, đảm bảo tiêu thoát nước ở những vùng đồng bằng

- Đảm bảo môi trường nước trong các hệ thống đạt tiêu chuẩn nước tưới

Mục tiêu 3: Chủ động phòng, chống và giảm nhẹ thiên tai

- Nâng cao mức bảo đảm an toàn phòng chống thiên tai bão lũ, lụt Triển khai thực hiện Chiến lược quốc gia phòng, chống và giảm nhẹ thiên tai đến năm

1 2 Đặc điểm khai thác hồ chứa kết hợp phát điện

Hiện nay, một số hồ chứa kết hợp phát điện, do những nguyên nhân khác nhau nên việc khai thác hồ thường chỉ tập trung cho nhiệm vụ chính chưa chú trọng đúng mức, thậm chí bỏ qua các ngành dùng nước khác Do đó không phát huy được

Trang 21

hết hiệu quả kinh tế khai thác tổng hợp hồ chứa, nhất là các hồ chứa thủy lợi kết

hợp phát điện

Một trong những đặc điểm chủ yếu của việc khai thác hồ chứa kết hợp phát điện là đảm bảo an toàn cung cấp nước cho các ngành theo yêu cầu, nhất là phải đảm bảo yêu cầu nước cho nhiệm vụ chính, từ nguồn nước yêu cầu đó xác định điện năng phát ra theo từng thời đoạn của nhà máy thủy điện

Từ lượng nước yêu cầu của các ngành cần có chế độ phân bố hợp lý lưu lượng theo thời gian để làm cơ sở phối hợp vận hành chế độ làm việc của nhà máy

thủy điện nhằm mang lại lợi ích kinh tế cao nhất từ thu nhập bán điện

Như vậy điểm đặc trưng của khai thác hồ chứa kết hợp phát điện là việc cân đối lợi ích giữa các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp

1.3 Nhu c ầu dùng điện và Ý nghĩa của việc nâng cao hiệu ích phát điện đối với

h ồ chứa kết hợp phát điện

1.3.1 Nhu c ầu dùng điện

Trong cơ cấu tiêu thụ điện, hai thành phần tiêu thụ chiếm tỷ trọng lớn nhất là: Công nghiệp và điện sinh hoạt Tỷ trọng điện cung cấp cho sinh hoạt gia dụng

giảm dần từ 49% năm 2000 xuống còn 43,5% năm 2005 và 41,2% năm 2010, tỷ

trọng điện công nghiệp đã tăng từ 40,6% lên 46% năm 2005 và 49% năm 2010 Nhu cầu điện tập trung tại hai trung tâm phụ tải lớn: Miền Bắc tại khu vực đồng

bằng sông Hồng (chiếm trên 30% nhu cầu toàn quốc), Miền Nam tại miền Đông Nam Bộ (chiếm gần 40% nhu cầu toàn quốc) Tuy nhiên chênh lệch công suất vào

giờ cao điểm và giờ thấp điểm là 2.5 lần làm cho việc vận hành hệ thống điện gặp khó khăn

Trong khi nhu cầu tiêu thụ điện trong quá trình phát triển kinh tế xã hội ngày

một tăng cao mà nguồn điện xây dựng và đưa vào vận hành còn chậm so với kế

hoạch đề ra, thì việc thiếu hụt điện năng là rất lớn

Trang 22

B ảng 1.2: Tốc độ phát triển nhu cầu điện năng

Ta thấy, nhu cầu sử dụng điện của hệ thống tăng lên không ngừng trong

những năm gần đây, gây căng thẳng cho hệ thống điện, đặc biệt khi điều kiện thuỷ văn không ổn định, kéo theo giảm lượng nước đến các hồ chứa thuỷ điện

Nhìn vào quy hoạch điện VI giai đoạn 2006-2015 có xét đến năm 2025 được

thực hiện trong giai đoạn 2006-2010 do Vụ Năng lượng, Bộ Công thương báo cáo thì tổng công suất lắp nguồn xây dựng và đưa vào vận hành khoảng trên 10.000

MW chỉ đạt gần 70% kế hoạch đề ra, lưới điện truyền tải cũng chỉ đạt trên dưới 50% khối lượng quy hoạch Vì vậy nguy cơ thiếu điện là rất cao

1.3.2 Ý nghĩa của việc nâng cao hiệu ích phát điện đối với hồ chứa kết hợp phát điện

Một trong những nhiệm vụ chủ yếu của việc khai thác hợp lý hồ chứa kết

hợp phát điện là xác định chế độ làm việc dài hạn nhằm đảm bảo an toàn cung cấp nước cho các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp Từ đó định ra công suất phát điện

của nhà máy thủy điện trên cở sở lượng nước yêu cầu một cách hợp lý nhằm nâng cao khả năng lợi dụng nguồn nước

Cân bằng được lợi ích giữa các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp mang lại nhiều lợi ích to lớn, chế độ vận hành hợp lý của hồ chứa mang yếu tố quyết định

giữa lợi ích của các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp Điều này có ý nghĩa quan

trọng đối với vấn đề nâng cao hiệu ích phát điện đối với hồ chứa kết hợp phát điện

Trang 23

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC

2.1 Mô hình t ối ưu

Bài toán tối ưu chế độ dài hạn của hồ chứa thủy lợi kết hợp phát điện là dạng bài toán tối ưu đa mục tiêu Việc phân loại các bài toán tối ưu đa mục tiêu để giải quyết là một nhiệm vụ khó khăn Người ta có thể căn cứ vào một số tiếp cận (Nguyên lý ưu tiên, Tiêu chuẩn tổng quát ) nhằm giải quyết một số dạng tối ưu hóa

đa mục tiêu

Đối với hồ chứa thủy lợi kết hợp phát điện trong điều kiện vận hành, khi nhu

cầu của các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp nguồn nước được bảo đảm thì hiệu

quả kinh tế sử dụng nguồn nước phát điện được đánh giá bởi lợi ích phát điện thu được trong quá trình vận hành Cho nên, vấn đề nâng cao hiệu quả kinh tế sử dụng nguồn nước phát điện thực chất là việc xác định chế độ làm việc của hồ chứa theo

mô hình tối ưu sau đây:

2.1.1 Mô hình t ối ưu

j

B B

1 1

. => max (2.1) Trong đó:

B: Tổng lợi ích thu được từ phát điện

j

B : Lợi ích thu được từ bán điện của thời đoạn thứ j

gj: giá bán điện ở thời đoạn thứ j Đối với nhà máy thủy điện có công suất lắp máy

nhỏ hơn 30 MW như nhà máy thủy điện hồ Kẻ Gỗ thì giá điện sẽ được áp dụng theo

Biểu giá chi phí tránh được, tức thay đổi theo các khung giờ trong ngày Vì vậy,

việc điều chỉnh điện năng phát theo khung giờ có ảnh hưởng lớn đến lợi ích phát điện

j

E : điện năng phát ra ở thời đoạn thứ j

j j j fd j j

j

E = ∆ = 9 , 81 η . , ∆ (2.2)

Ở đây:

Trang 24

N : Công suất thời đoạn thứ j

Δhj: số giờ trong thời đoạn thứ j

j

fd

Q , : lưu lượng phát điện của nhà máy thủy điện (NMTĐ) tại thời điểm j

Q hl,j =Q tn,j±Q h,j −Q tt,j −Q ldth,j (2.3)

Q fd j, =Q hl j, nêu Q hl j, <Q fdmax,j; Q fd j, =Q fdmax,j nê u Q hl j, >Q fdmax,j (2.4)

Qtn,j, Qh,j, Qtt,j, Qldth,j: lưu lượng thiên nhiên, lưu lượng hồ chứa, lưu lượng tổn thất

và lưu lượng lợi dụng tổng hợp ở thượng lưu tại thời điểm j

j

fd

Q max, : lưu lượng phát điện lớn nhất của NMTĐ tại thời điểm j

Hj : cột nước của NMTĐ tại thời điểm j

ηj : hiệu suất của NMTĐ tại thời điểm j, phụ thuộc vào Qfd,j và Hj

- Cân bằng lượng nước

thất và lượng nước lợi dụng tổng hợp ở thượng lưu tại thời đoạn j

- Ràng buộc về công suất

j j

Z ≤ ≤ (2.8)

Trang 25

thượng lưu: Zitmin = MNC; Zitmax = MNDBT hoặc Mực nước trước lũ (theo yêu cầu phòng lũ)

2.1.2 Các y ếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng nguồn nước

Nghiên cứu mô hình tối ưu trên đây ta thấy:

- Chế độ làm việc của NMTĐ phải được xác định từ quan điểm vận hành hồ

chứa Điều đó có nghĩa là phải phối hợp một cách hợp lý chế độ làm việc giữa các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp, đặc biệt phải đảm bảo nhiệm vụ chính là tưới

- Để thu được lợi nhuận từ bán điện là lớn nhất thì cần phân bố hợp lý nguồn nước của hồ chứa theo thời gian, điều đó là rất quan trọng trong việc nâng cao hiệu

quả kinh tế của NMTĐ

- Dao động cột nước H do chế độ cấp và trữ nước của hồ chứa ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng nguồn nước cho phát điện

- Phân bố hợp lý lưu lượng yêu cầu có ý nghĩa quan trọng trong việc mang

lại hiệu quả kinh tế của NMTĐ

- Từ các phương trình (2.2) đến (2.6), ta thấy hiệu quả của việc sử dụng trực

tiếp mô hình tối ưu chỉ đạt được khi biết chính xác chế độ thuỷ văn dài hạn của hồ

chứa

2.1.3 Ph ạm vi sử dụng mô hình tối ưu

Bài toán xác định lợi ích phát điện lớn nhất của NMTĐ theo mô hình tối ưu (2.1) – (2.8) là một bài toán quy hoạch phi tuyến hết sức phức tạp vì có nhiều biến,

có nhiều đặc tính phi tuyến, có nhiều ràng buộc và phải đồng thời xét đến cả chế độ

nhất trong phát điện là rất quan trọng Điều đó có nghĩa là một quyết định khai thác

hồ chứa ở một thời đoạn nào đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu dùng nước và quan trọng là chỉ tiêu năng lượng không những ở thời đoạn đó mà còn của

Trang 26

tất cả các thời đoạn tiếp theo trong chu kỳ điều tiết, hay nói cách khác là ảnh hưởng đến độ an toàn cung cấp nước lợi dụng tổng hợp cũng như hiệu quả kinh tế cung

cấp điện cả năm của NMTĐ Cho nên khi ra một quyết định khai thác hồ chứa ở

một thời đoạn nào đó cần phải xét được ảnh hưởng của nó mang lại trong quá trình khai thác, vận hành trong các giai đoạn tiếp theo Yêu cầu này hoàn toàn có thể thoả mãn bằng cách sử dụng trực tiếp mô hình tối ưu nếu biết trước phân bố lưu lượng trong năm Trong thực tế vận hành thì dự báo dài hạn về chế độ thuỷ văn của nước

ta không đảm bảo độ tin cậy Trong điều kiện đó nếu ta sử dụng mô hình tối ưu để điều khiển chế độ làm việc của hồ chứa thì không những không đạt được hiệu quả kinh tế mà trong nhiều trường hợp còn gây nên những hậu quả nghiêm trọng Vì

vậy, cần nghiên cứu sử dụng phương pháp điều khiển chế độ làm việc của hồ chứa không dựa trên dự báo dài hạn mà vẫn cho kết quả gần tối ưu

2.2 M ột số mô hình tính toán, điều khiển chế độ vận hành các hồ chứa

Tuỳ theo mức độ chính xác của dự báo dài hạn về thủy văn và nhu cầu dùng nước mà trên thế giới người ta sử dụng hai nhóm phương pháp sau đây để điều khiển chế độ làm việc của hồ chứa lợi dụng tổng hợp

Nhóm thứ nhất bao gồm các phương pháp dùng mô hình tối ưu để tiến hành

tối ưu khả năng đáp ứng nhu cầu dùng nước và mang lại hiệu quả kinh tế trong phát điện theo tài liệu dự báo chính xác dần Các phương pháp này chỉ ứng dụng cho hồ

chứa có chế độ thuỷ văn tương đối ổn định, khả năng dự báo dài hạn về thủy văn và yêu cầu dùng nước trong tương lai đảm bảo độ chính xác cho phép

Các phương pháp thuộc nhóm thứ hai được gọi là điều phối Điều phối có thể

thực hiện bằng cách sử dụng biểu đồ (các đường điều phối) hoặc các hàm điều khiển Biểu đồ điều phối cũng như các hàm điều khiển được xây dựng trên cơ sở tính toán, phân tích chế độ làm việc của hồ chứa lợi dụng tổng hợp ở những năm đặc trưng cho tình hình thuỷ văn đã quan trắc được và nhu cầu dùng nước Việc sử

dụng phương pháp điều phối cho phép người điều độ chỉ cần căn cứ vào các thông tin hiện thời và một số quy tắc mà vẫn có thể đưa ra các quyết định tương đối hợp lý trong vận hành hồ chứa ở từng thời điểm Đó là ưu điểm cơ bản của phương pháp

Trang 27

điều phối trong việc điều khiển chế độ làm việc của hồ chứa lợi dụng tổng hợp khi không biết trước một cách gần đúng các thông tin về nhu cầu dùng nước trong tương lai và thuỷ văn Chính vì ưu điểm này mà phương pháp điều phối được sử

dụng rộng rãi trên thế giới Trong các phương pháp điều phối thì phương pháp sử

dụng biểu đồ điều phối vừa đơn giản về mặt xây dựng, vừa thuận tiện cho người điều độ trong việc quyết định phương thức khai thác các hồ chứa một cách linh

hoạt, hợp lý, sát với tình huống xảy ra trong thực tế, xét được chế độ dài hạn và do

đó hạn chế được các sai lầm nghiêm trọng đối với hệ thống

2.3 Ch ọn phương pháp vận hành cho hồ chứa kết hợp phát điện

Chế độ dòng chảy trên tất cả các sông ở nước ta rất không ổn định Đây cũng

là trường hợp phổ biến của tất cả các nước, kể cả các nước có nền khoa học hiện đại Trong điều kiện đó thì phương pháp khai thác hồ chứa thích hợp nhất, được sử

dụng rộng rãi trên thế giới là phương pháp điều phối Vì thế, Tôi chọn phương pháp này để phối hợp điều khiển vận hành hồ chứa lợi dụng tổng hợp kết hợp phát điện

Để nâng cao hiệu quả của việc ứng dụng phương pháp chọn vào thực tế điều khiển chế độ làm việc của hồ chứa lợi dụng tổng hợp cần chú ý:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cấp và trữ nước đối với khả năng cung

cấp nước của hồ và sản lượng điện thu được trong mùa, trong năm của NMTĐ

- Nghiên cứu phương pháp phân bố hợp lý lưu lượng yêu cầu dùng nước của các ngành theo quan điểm hệ thống có xét đến đặc điểm từng ngành tham gia lợi

dụng tổng hợp Vì sự phân phối lưu lượng yêu cầu có ảnh hưởng đến hình dáng

biểu đồ điều phối, do đó ảnh hưởng đến sản lượng điện

- Xây dựng biểu đồ điều phối trên cơ sở đáp ứng nhu cầu dùng nước hợp lý

và xét được yếu tố không ổn định của của chế độ thuỷ văn cũng như các yêu cầu lợi

dụng tổng hợp khác

- Nghiên cứu lựa chọn phương thức tăng, giảm lưu lượng (tăng, giảm công

suất ) cho NMTĐ trong quá trình vận hành hồ chứa

Trang 28

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH

3.1 Phân ph ối yêu cầu dùng nước theo các yêu cầu lợi dụng tổng hợp

Trên cơ sở điều tra, tổng hợp nhu cầu dùng nước của các ngành tham gia lợi

dụng tổng hợp cần tiến hành nghiên cứu, đề xuất các phương án, các giải pháp cấp nước cho các ngành này, đảm bảo an toàn, kinh tế và hiệu quả trong sử dụng nguồn nước Đối với các hồ chứa đa mục tiêu cần xem xét đánh giá yêu cầu cấp nước của các ngành như sau:

* Quy hoạch cấp nước sinh hoạt và công nghiệp:

Cần nghiên cứu đề xuất các giải pháp cấp nguồn nước cho nhu cầu sinh hoạt

và cấp nước cho sản xuất công nghiệp theo các kịch bản khác nhau Cần làm rõ hơn

về khả năng cung cấp nguồn nước cho ngành này

* Quy hoạch cấp nước cho nông nghiệp:

- Diện tích canh tác hiện tại và tương lai trên toàn lưu vực và từng khu vực

cần cấp nước tưới;

- Năng lực thiết kế và khả năng tưới thực tế của các công trình và hệ thống tưới hiện có, phạm vi và mức độ đảm bảo tưới;

- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật cấp nước tưới cho ở từng khu

vực và cả lưu vực theo các kịch bản Các giải pháp đề xuất có thể là cải tạo, nâng

cấp các công trình và hệ thống tưới hiện có hoặc xây dựng mới

- Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các công trình và hệ thống công trình tưới, quy mô của công trình đầu mối và vùng hưởng lợi, nhu cầu điện năng

* Kết hợp cấp nước cho các ngành khác để phát điện:

Cần nghiên cứu đề xuất các giải pháp sử dụng, cung cấp nguồn nước cho các ngành sử dụng nước khác nhau vào phát điện mang lại hiệu quả kinh tế cao từ việc bán điện trong quá trình vận hành mà không làm suy giảm, hay ảnh hưởng đến nguồn nước của các ngành lợi dụng tổng hợp còn lại

* Kết hợp cấp nước cho các ngành khác:

Trang 29

Khi lập quy hoạch lưu vực cần chú ý đến nhu cầu nước cho các ngành khác như thủy sản, giao thông thủy, an dưỡng-du lịch-giải trí, duy trì môi trường sinh thái

hạ du Có thể nghiên cứu giải quyết cấp nước cho thủy sản, giao thông thủy, duy trì môi trường sinh thái ở hạ du đồng thời trong quy hoạch tưới cho nông nghiệp còn

giải quyết cấp nước cho an dưỡng - du lịch - giải trí , cấp nước sinh hoạt

* Cấp nước duy trì môi trường sinh thái hạ du và bảo vệ nguồn nước

- Nghiên cứu hiện trạng và dự báo nguy cơ cạn kiệt nguồn nước mặt, nước

ngầm;

- Nghiên cứu đề xuất biện pháp bảo vệ nguồn nước Có thể áp dụng các biện pháp sau:

+ Chống cạn kiệt:

Dự tính yêu cầu dòng chảy tối thiểu duy trì môi trường sinh thái và sản xuất

ở hạ du; đề xuất biện pháp công trình hoặc phi công trình ở thượng lưu điều tiết bổ sung nguồn nước cho lưu vực khỏi bị cạn kiệt;

+ Phòng chống ô nhiễm nguồn nước:

Xác định các vị trí trên lưu vực sông cần bố trí hệ thống kiểm soát chất lượng nước

3 2 Phương pháp xây dựng Biểu đồ điều phối trên cơ sở lượng nước yêu cầu

Dưới đây sẽ trình bày nội dung của phương pháp

Trang 30

3.2.1 Xây d ựng biểu đồ điều phối

3.2.1.1 M ục đích

+ Phục vụ cho việc điều khiển chế độ làm việc của hồ chứa

+ Nghiên cứu lựa chọn phương thức phối hợp điều khiển chế độ làm việc của các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp kết hợp với phát điện

3.2.1.2 Phương pháp xây dựng biểu đồ điều phối

Để đáp ứng được yêu cầu an toàn cung cấp nước cho các ngành dùng nước lợi dụng tổng hợp kết hợp phát điện và nâng cao hiệu quả kinh tế sử dụng nguồn nước phát điện, biểu đồ điều phối hồ chứa phải thể hiện được các vùng đặc trưng sau đây:

a Vùng hồ chứa đáp ứng nhu cầu dùng nước theo yêu cầu (vùng đảm bảo lưu lượng)

b Vùng hồ chứa cho phép tăng lưu lượng (so với lưu lượng yêu cầu) để tăng công suất phát điện (vùng tăng lưu lượng)

c Vùng hạn chế lưu lượng (so với lưu lượng yêu cầu) dẫn đến công suất giảm (vùng hạn chế lưu lượng)

d Vùng xả (hạn chế) nước thừa

Các vùng trên được giới hạn bởi các đường:

- Đường cung cấp lưu lượng yêu cầu Qyc - đường giới hạn trên

- Đường hạn chế cấp nước - đường giới hạn dưới

- Đường phòng ngừa nước thừa

=> Xây dựng biểu đồ điều phối thực chất là xây dựng các đường nói trên, mà chủ yếu là xây dựng 2 đường : Đường cung cấp Qyc và Đường hạn chế cấp nước

- Phương pháp xây dựng đối với hồ điều tiết nhiều năm:

* Xây dựng đường cung cấp Qyc:

Đường cung cấp Qyc là đường giới hạn trên của vùng cung cấp đảm bảo lượng nước yêu cầu phía hạ lưu Đường này cho biết điều kiện khi nào có thể tăng lưu lượng (so với Qyc) từ đó tăng công suất cho nhà máy mà vẫn giữ được an toàn cung cấp lượng nước yêu cầu ở những thời đoạn tiếp theo

Trang 31

Chọn năm thủy văn sao cho hồ chứa làm việc với Qyc và mực nước thượng lưu đầu mùa cấp và cuối mùa trữ bằng MNDBT Muốn vậy, ta tính toán thủy năng

từ MNDBT từ đó tìm ra lượng nước Wx Để xét được ảnh hưởng của phân bố lưu lượng, chọn một số năm có lượng nước Wi gần bằng lượng nước Wx, sau đó quy đổi (thu phóng) về lượng nước Wx

Tính toán thủy năng đươc thực hiện theo phương pháp Q=h/s (xem lưu đồ thuật toán Hình 4.1), với lưu lượng từng thời đoạn được lấy theo lưu lượng yêu cầu

Hình 3-1 Sơ đồ thuật toán tính thuỷ năng khi biết lưu lượng bình quân

th ời đoạn về hạ lưu Q*hlt = h/s

Trang 32

Kết quả tính toán thuỷ năng theo chiều nghịch và thuận cho nhóm năm thuỷ văn đã chọn cho phép vẽ được một nhóm đường thay đổi mực nước hồ theo thời gian Vẽ đường bao trên của nhóm đường này sẽ thu được đường cung cấp Qyc (Hình 3-2, trái) Đối với hồ có nhiệm vụ phòng lũ, việc vẽ đường bao trên của mùa

lũ phải căn cứ vào yêu cầu về mực nước trước lũ ở từng tháng

Hình 3-2 Xây d ựng BĐĐP cho TTĐ điều tiết nhiều năm

* Xây dựng đường hạn chế cấp nước:

Đường hạn chế cấp nước cho biết trong trạng thái nào của hồ thì hồ không

thể cung cấp được Qyc

Chọn năm thủy văn sao cho hồ chứa làm việc với Qyc và mực nước thượng lưu đầu và cuối năm không đổi nhưng cuối mùa kiệt năm đó mực nước thượng lưu bằng MNC

Muốn vậy, ta tính toán thủy năng từ MNC từ đó tìm ra lượng nước Wy Để xét được ảnh hưởng của phân bố lưu lượng, chọn một số năm có lượng nước Wi gần bằng lượng nước Wy, sau đó quy đổi (thu phóng) về lượng nước Wy

Kết quả tính toán thuỷ năng theo chiều nghịch và thuận cho nhóm năm thuỷ văn đã chọn cho phép vẽ được một nhóm đường thay đổi mực nước hồ theo thời gian Vẽ đường bao dưới của nhóm đường này chính là đường hạn chế cung cấp nước Qyc (Hình 3-2, trái)

Trang 33

3.3 Phương thức vận hành hồ chứa theo Biểu đồ điều phối

3.3.1 Nguyên t ắc chung

Biểu đồ điều phối là cơ sở quan trọng giúp cho người điều độ có các quyết định đúng đắn trong việc tăng, giảm lưu lượng để đáp ứng được nhu cầu dùng nước yêu cầu và kết hợp với phát điện trong điều kiện các thông tin dài hạn về phân bố lưu lượng thiên nhiên không đáng tin cậy

Phân bố lưu lượng thiên nhiên trong năm đối với các công trình thuỷ lợi nước ta đều rất không ổn định Trong tình hình đó để đảm bảo an toàn, tránh các hậu quả nghiêm trọng cần tiến hành so sánh mực nước thực tế trong hồ với mực nước cùng thời điểm nằm trên các đường của biểu đồ điều phối Kết quả so sánh này cho phép người điều độ đưa ra được một trong các quyết định quan trọng sau đây về điều chỉnh lưu lượng nước xuống hạ lưu (lưu lượng phát điện) trong thời đoạn tiếp theo

- Tăng lưu lượng nước xuống hạ lưu làm tăng công suất trung bình ngày đêm (tăng điện năng ngày đêm) nếu mực nước thực tế nằm cao hơn đường cung cấp Qyc (đường giới hạn trên - đường 1 Hình 3-3), hay nói cách khác là nằm trong vùng B (Hình 3-3)

- Giảm lưu lượng nước xuống hạ lưu xuống nhỏ hơn Qyc nếu mực nước thực

tế của hồ nằm thấp hơn mực nước cùng thời điểm nằm trên đường hạn chế cấp nước

- đường giới hạn dưới

- Tiếp tục duy trì cung cấp nước Qyc nếu mực nước thực tế của hồ vẫn nằm trong vùng A (Hình 3-3)

Trên cơ sở đó tiến hành điều chỉnh lưu lượng từ đó làm điều chỉnh công suất trung bình ngày đêm của nhà máy thủy điện và để cho nó làm việc với lưu lượng mới điều chỉnh đó trong thời đoạn tiếp theo Sau đó tiến hành so sánh mực nước thực tế của hồ với mực nước cùng thời điểm của các đường điều phối và quá trình điều chỉnh mực nước thượng lưu trong hồ được lặp lại như trên

Biểu đồ điều phối chỉ có thể cho biết khi nào nên tăng, giảm lưu lượng so với Qyc của nó chứ không cho biết nên tăng, giảm bao nhiêu lưu lượng (tương đương

Trang 34

tăng, giảm công suất của NMTĐ) Cho nên muốn định được tăng hay giảm lưu lượng của hồ chứa cần phải biết cách xác định tăng hay giảm lưu lượng của nó trong từng vùng của biểu đồ điều phối

3.3.2 Phương pháp tăng, giảm lưu lượng (tăng, giảm công suất NMTĐ) - phương thức sử dụng nước thừa, thiếu

3.3.2.1 Xác định công suất trung bình ngày đêm Nnđ của NMTĐ trong vùng tăng công suất (vùng B)

Giả sử ở thời điểm mùng 1 tháng 3, mực nước thực tế của hồ ZTl1/III cao hơn mực nước cùng thời điểm của đường cung cấp Qyc Ztr1/IIImột đoạn ∆Z (Hình 3-3) Biết ∆Z nhờ đường quan hệ Ztl = Ztl(V) sẽ tìm được lượng nước dư ∆Vd (so với lượng nước cần thiết để cung cấp Qyc) Lượng nước dư đó có thể sử dụng để tăng lưu lượng (chính là tăng công suất NMTĐ) theo các phương thức khác nhau

- Phương thức thứ nhất: Sử dụng ngay lượng nước dư ở thời đoạn sau khi nó hình thành để tăng Q

Trong phương thức này lượng nước dư ∆Vd được sử dụng hết để tăng lưu lượng qua nhà máy (tăng công suất cho NMTĐ) ở ngay thời đoạn ∆t sau thời điểm

có nước dư Thời đoạn ∆t chọn bao nhiêu thì phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể Trong thí dụ giả sử ta sử dụng hết ∆Vdtrong vòng tháng 3 (đường T1 trên Hình3-3)

Để xác định được lưu lượng tăng thêm trong thời đoạn ∆t cần tiến hành tính toán như sau:

Trang 35

Hình 3-3 Minh h ọa các phương thức tính toán theo BĐĐP

- Xác định lưu lượng sử dụng thêm để tăng công suất: ∆Qd =

∆t tính bằng giây (ví dụ số giây trong tháng 3)

- Xác định lưu lượng phát điện: QTĐ = Qyc + ∆Qd

Trong đó: Qyc Lưu lượng yêu cầu cho nhiệm vụ chính của từng thời đoạn tương ứng

- Xác định mực nước hạ lưu: Zhl = Zhl(QTĐ)

- Xác định dung tích bình quân thời đoạn: =

du V t

Trang 36

Trong đó: Vđ Dung tích đầu thời đoạn ứng với mực nước thực tế đầu thời đoạn Ztt đ

(trong thí dụ trên Ztt đ = Z

tl1/III)

Vđbc: Dung tích đảm bảo cuối thời đoạn – Dung tích hồ ứng với mực nước hồ cuối thời đoạn nằm trên đường giới hạn trên Ztrc (Ztr3cở Hình 3-3)

Xác định mức nước thượng lưu trung bình thời đoạn :

được xác định trên đường đặc tính dung tích hồ ứng với

- Xác định cột nước trung bình thời đoạn:

hwlà tổn thất cột nước được xác định từ đường tổn thất cột nước ứng với QTĐ

- Định công suất trung bình ngày đêm Công suất trung bình ngày đêm có thể định được theo một số cách

Ví dụ sử dụng đường đặc tính lưu lượng tổ máy

Trong cách này trước hết cần xác định:

Qtm: Lưu lượng của 1 tổ máy, Qtm =

Z: Số tổ máy đang làm việc

Với , Qtmvà từ đường đặc tính lưu lượng tổ máy sẽ xác định được công

suất trung bình ngày đêm của 1 tổ máy Nnđtm (xem hình 3-4)

Công suất trung bình ngày đêm của NMTĐ bằng: = Z

Trong trường hợp có đường đặc tính lưu lượng của toàn bộ NMTĐ thì ta tìm ngay được của NMTĐ tương ứng với và QTĐ

làm việc với công suất do đó trong thời đoạn ∆t cho đến khi nào mực nước thực tế của hồ vẫn còn cao hơn mực nước cùng thời điểm trên đường giới hạn trên Khi mực nước thực tế nằm trong vùng A NMTĐ lại làm việc với Qyc

tl Z

TD Q Z

Trang 37

Hình 3-4 Sơ đồ xác định Nnd

Cần phải nói thêm rằng trong điều kiện bình thường việc điều chỉnh lưu lượng qua NMTĐ (điều chỉnh công suất NMTĐ) chỉ tiến hành cho một thời đoạn, còn thời đoạn dài hay ngắn tuỳ thuộc vào chế độ thuỷ văn lũ kiệt Trong trường hợp

sự cố phải tiến hành điều chỉnh ngay nhằm lập lại sự làm việc bình thường của hồ chứa để đảm bảo cung cấp nước cho các ngành tham gi lợi dụng tổng hợp

Đặc điểm của phương thức sử dụng ngay lượng nước dư là lưu lượng qua nhà máy tăng lên (công suất của NMTĐ tăng nhanh) có thể gây khó khăn cho việc

sử dụng nguồn nước của các ngành khác và mực nước hồ giảm nhanh làm giảm hiệu quả năng lượng của việc sử dụng lượng nước thiên nhiên trong mùa kiệt, nhưng lại hạn chế được xả thừa

- Phương thức thứ hai: tiếp tục cho hồ chứa làm việc với Qyc, lượng nước dư chỉ sử dụng vào thời đoạn cuối mùa

Giữ ∆Vd lại trong hồ một thời gian và chỉ dùng nó để tăng lưu lượng (tăng công suất) trong thời đoạn trước mùa lũ (cuối mùa kiệt)

Trang 38

Trong thí dụ nêu trên, nếu sử dụng nước dư theo phương thức thứ hai thì ∆Vd

được giữ lại trong hồ từ đầu tháng 3 cho đến đầu tháng 5 (đường T2 Hình 3-3) Trong các tháng 2, 3, 4, NMTĐ làm việc lần lượt với Qyc của từng tháng Đến đầu tháng 5 sẽ tiến hành xác định lưu lượng qua nhà máy (từ đó xác định của NMTĐ) trong tháng đó Cách xác định lưu lượng (và xác định Nnđ ) ở đây cũng hoàn toàn như cách đã trình bày trong phương thức thứ nhất

Đặc điểm của phương thức thứ hai là đường quá trình mực nước của hồ trong suốt thời gian chưa sử dụng lượng nước dư ∆Vd sẽ cao hơn so với đường cung cấp Qyc (đường 1 Hình 3-3) Và do đó lượng nước thiên nhiên trong mùa cấp được sử dụng với cột nước cao làm cho điện lượng toàn bộ của NMTĐ tăng lên Điều này rất quan trọng đối với các NMTĐ có lượng nước mùa kiệt tương đối lớn so với dung tích hữu ích và độ sâu làm việc của hồ hlv (khoảng cách từ MNDBT đến MNC) ảnh hưởng đáng kể đến sự thay đổi cột nước Nhưng nhược điểm của phương thức này là lưu lượng qua nhà máy chỉ tăng nhanh và nhiều trong một thời đoạn ngắn ở cuối mùa kiệt và có thể làm cho việc sử dụng nguồn nước của các ngành khác gặp khó khăn trong quá trình hoạt động Thêm vào đó, sử dụng phương thức này có thể gây ra xả nước nhất là đối với các hồ điều tiết năm không hoàn toàn

Trong thí dụ thì ∆Vd được sử dụng bắt đầu từ đầu tháng 3 đến cuối tháng 5 (Đường quá trình mực nước hồ tương ứng được thể hiện bằng đường T3 trên Hình3-3) Lượng nước ∆Vd có thể sử dụng đồng đều hoặc không đồng đều là tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể trong quá trình vận hành Việc điều chỉnh lưu lượng (điều chỉnh công suất) của NMTĐ được tiến hành ở thời điểm đầu của mỗi thời

nd N

Trang 39

đoạn với mực nước thực tế tương ứng Thời đoạn điều chỉnh chọn sao cho kết thúc của một số thời đoạn cũng là kết thúc của tháng

Để xác định của mỗi thời đoạn cần tính các đại lượng sau đây:

-Lưu lượng sử dụng thêm để tăng công suất (giả sử sử dụng đều):

d db d

Vđbd: Dung tích đảm bảo đầu thời đoạn – Dung tích hồ ứng với mực nước

hồ đầu thời đoạn nằm trên đường giới hạn trên Ztrd

: Tổng số giây tất cả các thời đoạn sử dụng nước dư từ thời điểm điều chỉnh

- Lưu lượng phát điện: QTĐ = Qyc +

- Xác định mực nước hạ lưu: Zhl = Zhl(QTĐ)

Trong đó: Vc đb: là dung tích ứng với mực nước nằm trên đường cung cấp Nbđ ở cuối thời đoạn

Sau khi biết QTĐ, Zhl và thì việc tính toán tiếp theo để xác định hoàn toàn giống như đã trình bày trong phương thức thứ nhất

Việc sử dụng lượng nước dư trong một thời gian dài theo phương thức thứ ba vừa làm tăng cột nước trung bình và do đó tăng sản lượng điện mùa kiệt của NMTĐ vừa cho phép linh hoạt điều chỉnh công suất của nó cho phù hợp với đòi hỏi của hệ thống

Những phương thức sử dụng nước dư để tăng công suất như nêu ở trên cũng

có thể được dùng cho mùa lũ Nhưng đối với mùa này, vì không biết trước thời điểm bắt đầu cũng như thời điểm kết thúc của lũ, hơn nữa khoảng thời gian giữa hai thời điểm đó thường rất ngắn, nên phương thức thường dùng là phương thức thứ

nd N

du V t

Trang 40

nhất Chỉ đối với các hồ có khả năng điều tiết nhiều năm hoặc không còn khả năng xuất hiện lũ thì có thể sử dụng phương thức thứ 3 hoặc thứ 2

3.3.2.2 Xác định công suất trung bình ngày đêm c ủa NMTĐ trong vùng

h ạn chế cung cấp nước Q < Qyc (vùng C)

Khi mực nước thực tế của hồ ở một số thời điểm nào đó nằm thấp hơn đường hạn chế cung cấp nước, có nghĩa là nằm trong vùng C của BĐĐP thì hồ chứa không thể cung cấp đủ lượng nước để đáp ứng nhu cầu tưới, phát điện Trong trường hợp

đó, buộc phải giảm lưu lượng xuống hạ lưu của hồ chứa Nhưng quyết định giảm theo phương thức nào thì cần xuất phát từ quan điểm hạn chế đến mức tối thiểu hậu quả do thiếu nước gây ra cho toàn hệ thống

Giả sử đầu tháng 2 mực nước thực tế trong hồ Ztl2 đ thấp hơn mực nước cùng thời điểm nằm trên đường hạn chế cấp nước Zh2 đ một đoạn (xem Hình 3-3) ứng với đó và nhờ đường đặc tính dung tích hồ sẽ tìm được lượng nước thiếu (so với lượng nước cần để cung cấp Qyc)

Sau đây sẽ xem xét một số phương thức giảm cung cấp nước

- Phương thức thứ nhất:

Nội dung của phương thức này là giảm cung cấp nước ngay trong thời đoạn sau khi xuất hiện lượng nước thiếu (đường G1 hình 3-3)

Để xác định được của NMTĐ trong thời đoạn này ta tính như sau:

- Xác định phần lưu lượng phát điện bị giảm: ∆Q =

- Lưu lượng phát điện: QTĐ = Qyc -

- Mực nước hạ lưu: Zhl = Zhl(QTĐ)

- Xác định dung tích bình quân thời đoạn của hồ: =

Trong đó:

Vđ : Dung tích hồ đầu thời đoạn ứng với mực nước Ztl2 đ

Vhc: Dung tích hồ cuối thời đoạn ứng với mực nước của đường hạn chế công suất ở cuối thời đoạn Zh2c

nd N

tl Z

th V t

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	2,43 MB