ĐỒ án môn học THỦY điện 1

Đồ án môn học thuỷ điện Thiết kế sơ trạm thuỷ điện với mndbt 80 (m) Đê vii : Tài liệu địa hình thuỷ văn I / tài liệu thuỷ văn Bốc Tháng I Zbh(mm) 52 II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 60 73 72 37 20 22 21 26 26 27 455 XI XII Năm 19 - Độ đục bình quân (g/m3) : 250 Phân phối dòng chảy năm điển hình Q (m3/s) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X P = 90% P = 50% P = 10% phần i : tính toán thuỷ I- Xác định đặc trng hồ chứa 1.1 Chọn năm tính toán tần suất thiết kế: 1.1.1.Tần suất thiết kế trạm thuỷ điện a.Đặc điểm chủ yếu trạm thuỷ điện: -Đặc điểm quan trọng trạm thuỷ điện chế độ làm việc phụ thuộc vào điều kiện thuỷ văn thay đổi Để giảm bớt mức độ phụ thuộc vào chế độ dòng chảy thiên nhiên ,cần tạo cho trạm thuỷ điện có hồ chứa điều tiết dài hạn Còn muốn cho trạm thuỷ điện cấp điện hoàn toàn đồng hồ điều tiết lớn.Trong thực tế ,vì điều kiện kỹ thuật kinh tế nên ta xây hồ cách tuỳ ý.Cho nên trạm thuỷ điện có thời kỳ thừa nớc thiếu nớc.Khi thừa nớc TTĐ phát thêm đợc điện năng,khi thiếu nớc phát đợc công suất tối thiểu yêu cầu dùng điện -Đặc điểm thứ hai TTĐ nguyên nhân thiếu nớc, chế độ làm việc bình thờng trạm thuỷ điện bị phá hoại cột nớc giảm nhiều(khi lu lợng chảy hạ lu lớn hồ cạn) -Ngoài ra,chế độ làm việc TTĐ phụ thuộc lớn vào yêu cầu dùng điện bên Mà lại thay đổi theo thời gian ngày ,từng ,từng tháng ,từng năm đặc biệt trình phát triển xã hội yêu cầu dùng điện ngày tăng mà công suất trạm thuỷ điện tăng đợc có giới hạn -TTĐ có u điểm điện rẻ hơn,có tính linh hoạt cao,không gây ô nhiễm môi trờng -Nhợc điểm TTĐ vốn đầu t lớn,thời gian xây dựng kéo dài khả tăng thêm đợc công suất b.Mức bảo đảm tính toán TTĐ: Từ đặc điểm TTĐ ,ta thấy TTĐ làm việc phụ thuộc vào tình hình nguồn nớc, điều kiện thuận lợi TTĐ làm việc bình thờng Gặp mùa kiệt, lu lợng nhỏ dẫn đến công suất trạm giảm Nếu lũ lớn tới, trạm kiểu cột nớc thấp giảm công suất chênh lệch mực nớc thợng hạ lu bị giảm đáng kể Khi TTĐ làm việc không bình thờng, việc cung cấp điện cho hộ dùng điện không đảm bảo Khi phải hạn chế việc cung cấp điện cho cở sản xuất khu dân c, gây thiệt hại cho hộ dùng điện Nếu TTĐ có hồ điều tiết lớn, hệ số điều tiết cao, phân bố dòng chảy sông tơng đối điều hoà chọn tần suất thiết kế cao mà lợi dụng đợc phần lớn lợng nớc thiên nhiên Trong trờng hợp hồ điều tiết dài hạn muốn lợi dụng dòng nớc nhiều không nên chọn mức bảo đảm cao Nh ,việc xác định tần suất thiêt kế TTĐ có ý nghĩa quan trọng suốt trình làm việc.Vận hành TTĐ cung cấp đủ điện thời gian P% không cung cấp đủ 100-P% tổng thời gian làm việc điều kiện thuỷ văn bất lợi Nếu chọn P% cao công suất trạm thuỷ điện nhỏ đi.Nhng công suất TTĐ nhỏ để mùa kiệt làm việc bình thờng đợc không tận dụng đợc tháng ,năm thừa nớc.Còn ngợc lại chọn P% thấp công suất lớn ,và thời gian đảm bảo cấp điện giảm Do ,sự thiệt hại thiếu điện lớn.Cho nên việc chọn tần suất thiết kế phải hợp lí P = 100 * Thoigianlamviecmbinhthuong (%) Tongthoigianvanhanh Trong trờng hợp tính toán đồ án này, TTĐ có hồ điều tiết năm, nhiệm vụ phát điện, nên theo kinh nghiệm tài liệu cho trớc ta chọn tần suất thiết kế P=90 % 1.1.2- Chọn năm tính toán đặc trng thuỷ văn: Năm tính toán năm đặc năm đặc trng thuỷ văn dùng để xác định thông số công trình ,để xem xét xác định điều kiện làm việc TTĐ hệ thống điện lực Đối với trạm thuỷ điện điều tiết mùa năm ngời ta thờng chọn năm sau đây: - Năm tính toán (năm nớc kiệt thiết kế) ứng với tần suất P = 90% - Năm nớc trung bình ứng với P =50 % - Năm nớc nhiều ứng với P =10 % 1.2 Xác định mực nớc dâng bình thờng: Mực nớc dâng bình thờng thông số chủ chốt công trình thuỷ điện Đây mực nớc trữ cao hồ chứa ứng với điều kiện thuỷ văn chế độ làm việc bình thờng nh thiết kế hồ MNDBT có ảnh hởng định đến dung tích hồ chứa, cột nớc, lu lợng, công suất đảm bảo điện lợng hàng năm trạm thuỷ điện Về mặt công trình định chiều cao đập, kích thớc công trình xả lũ Về mặt dân sinh kinh tế : ngập lụt lòng hồ ảnh hởng trực tiếp đến đời sống kinh tế, văn hoá, xã hội, lịch sử khu vực lòng hồ Vì vậy, việc chọn MNDBT phải đợc tiến hành thận trọng Nếu MNDBT hồ cao khả phát điện cung cấp nớc lớn, nhng quy mô công trình lớn, mặt khác,vùng ngập lụt lớn, thiệt hại vùng nhiều Ngợc lại, MNDBT hồ nhỏ công suất TTĐ khả cung cấp điện nhỏ Tóm lại ,khi thiết kế cần xem xét đa phơng án ,rồi so sánh, lựa chọn phơng án hợp lý Qua tính toán, so sánh ta chọn phơng án ứng với: MNDBT = 162 (m) 1.3 Xác định hct hồ điều tiết: Độ sâu công tác hồ chứa TTĐ (hct) khoảng cách MNDBT MNC hồ chứa Phần dung tích nằm MNDBT MNC gọi dung tích có ích (Vci) hồ chứa.Phần nằm dới MNC gọi dung tích chết Vc.Vấn đề chọn độ sâu công tác hct ứng với phơng án MNDBT hợp lý Đối với TTĐ có hồ điều tiết nhiều năm ,việc chọn độ sâu công tác có lợi thờng dựa theo yêu cầu đó.Thông thờng đợc xác định nh sau: 1.31 Xác định hct theo điều kiện làm việc turbin: Đối với loại Turbin thích ứng với mức độ dao động mực nớc định (Hmax- Hmin) Khi Turbin làm phạm vi hiệu suất Turbin nhỏ không ổn định Theo kinh nghiệm , thờng lấy: H max hct Chọn hct = H max (1.1) Thiết kế sơ cho phép lấy : Hmax= MNDBT Zhl(Qmin) Với Zhl (Qmin) tra từ quan hệ : Q~Zhl ứng lu lợng mùa kiệt nhỏ tần suất 90% Qmin(90%) = 53(m / s ) Zhl(Qmin)= 32.26 (m) hct3 = 162 32.26 = 43.25( m) (a) 1.3.2 Xác định hct theo điều kiện bồi lắng lòng hồ : * Độ sâu công tác đợc xác định theo công thức : hct = MNDBT MNC (1.2) + Xác định MNC : MNC=Zbc + h1+ h2 + D (1.2.1) Trong : h1 : Độ sâu đẻ tránh không cho bùn cát vào cửa lấy nớc, chọn h1= 0.8(m) h2 : Độ sâu để chông không cho không khí lọt vào cửa lấy nớc, chọn h2 = 0.8(m) D : Đờng kính cửa vào đờng ống lấy nớc ( D = 6ữ8 m) D= 4QTM V (1.2.2) Với :QTM lu lợng qua tổ máy (m3/s) QTM = Q NM z (1.2.3) Q XI + Q XII + QI + QII + QIII + QIV + QV 125 + 87 + 70 + 70 + 53 + 63 + 93 =4 = 320.57( m / s) QNM = 4Q MK 90% =4 Ta sơ chọn số tổ máy z=10 tổ máy QTM = 320.57 = 32.06 10 V=(0.8-1.1)m/s D= (m3/s) * 32.06 = 6.4 3.14 * Chọn V=1 m/s (m3/s) *Xác định cao trình bùn cát: Zbc = f(Vbc) Dung tích bùn cát lắng đọng Vbcđợc tính theo công thức: Vbc= k W0 T bc (1.2.4) Với: T : Tuổi thọ công trình ( T= 100 năm) k : hệ số lắng đọng lòng hồ ( lấy k= 0,8) bc :Trọng lợng giêng bùn cát ( bc =1,5 T/m3) : Độ đục dòng chảy( = 150 g/m3) W0 : lu lợng trung bình nhiều năm (m3).Từ tài liệu cho lu lợng trung bình năm ta có : W0 = Q i W i n = Q t i i * 12 = Qi * (24 * 3600 * 365) 36 = 188 + 241 + 469 + 461 + 193 + 125 + 87 + 70 + 70 + 53 + + 63 + 93 + 374 + 249 + 685 + 566 + 427 + 183 + 122 + 98 + 85 + 75 + + 69 + 113 + 417 + 812 + 727 + 758 + 454 + 312 + 192 + 133 + 102 + + 86 + 86 + 115 = 9353(m / s ) W0 = * 9353 * 24 * 3600 * 365 =81.932*108 36 *100 Vbc= 0.8 150 * 81.932 *10 = 65.55 * 10 6 1,5.10 (m3/năm) (m3) Tra quan hệ W~Z cao trình bùn cát 100 năm là: Zbc = 87.85 (m) MNC = 87.85+0.8+0.8+6.4= 95.85 (m) hct1 = 162 95.85 = 66.15 (m ) (b) 1.3.3 Tính hct theo tiêu chuẩn điện mùa kiệt lớn nhất: +/ Giả thiết độ sâu hct từ đến hmax=43.25 m (hmin=0) (Chọn hmax=Min(hct(a),hct(b)) +/ Dựa vào quan hệ (Z ~ W) ta tra đợc Vtbộ=770.106 (m3) tơng ứng với MNDBT =162 m MNC = MNDBT hct tra quan hệ Z~W ta đợc Vc Vhi = VMNDBT VC +/ Căn vào dung tích hữu ích tơng ứng với độ sâu công tác mà tiến hành tính toán điều tiết năm kiệt thiết kế: VTB= Vtbo + Vc Tra quan hệ (V~ZTL) đợc ZTBTL Tra quan hệ (F~ZTL) ta đợc FTB -Tính tổn thất thấm tơng ứng với hct : Qth= VTB 2.62 * 10 Với =1% (m3/s) : ệ số tổn thất -Tính ttoán tổn thất bốc : Qbh= H * FTB t (m3/s) Với : H -Lớp nớc bốc trung bình mùa kiệt thời đoạn tính toán t t -Thời đoạn tính toán (ở tháng t = 2.62 * 10 (s) H = Qbh = 45.5 + 42.3 + 38.2 + 24.4 + 32.2 + 48.6 + 81.0 = 44.6(mm) 44.6 *10 * FTB * 10 2.62 * 10 (m3/s) -Từ ta tính toán đợc lu lợng trung bình mùa kiệt ứng với tứng độ sâu công tác : QTB MK = Với : Qtnhien Vhi + Qth Qbh 21 21 * 2.62 * 10 Qtnhien = 111.05 21 (m3/s) (m3/s) Tra quan hệ (Q~ZHL) tơng ứng với QTBMK ta đợc ZTBHL.Từ ta tính đợc cột nớc trung bình hồ Rồi ta tính đợc công suất mà hồ cung cấp : N mk = 9.81 * * QTb MK * H TB Với = 95% Và ta tính đợc điện mà hồ cung cấp mùa kiệt : Emk=720*7*Nmk Kết tính toán nh bảng Từ kết ta nhận thấy h ct=43.25 m phát điện lớn Emk=620.8 MW (c) hồ có khả So sánh (a),(b)&(c) ta chọn hct=43.25m thoả mãn điều kiện trên(hctmin) 1.4.Xác định dung tích hữu ích hồ(Vhồ): * Vhồ = VMNDBT - VC Với : * Vc tra từ quan hệ (W~Z) ứng với : Zc=MNDBT - hct = 162-43.25 = 118.75 (m) Vc = 222.106 * VMNDBT = 770.106 Vhồ = 770.106 - 222.106 = 548.106 ( m3 ) ( m3) (m3) II- Tính toán điều tiết Xác định công suất đảm bảo trạm thuỷ điện : Công suất đảm bảo công suất bình quân tính theo khả dòng nớc thời kỳ nớc kiệt tơng ứng với mc đảm bảo tính toán TTĐ Công suất bảo đảm thông số TTĐ khả phủ phụ tải đỉnh trạm thuỷ điện lớn hay nhỏ chủ yếu công suất bảo đảm định 2.1- Lựa chọn phơng pháp tính: ta lựa chọn phơng pháp xác định Nbđ theo đờng tần suất công suất trung bình mùa kiệt Nmk= f(P) Sau ,xác định trị số N mk ứng với mức bảo đảm tính toán P=90% ,đó công suất bảo đảm cần tìm Mbđ Sở dĩ ta chọn phơng pháp : Trong qúa trình tính toán tránh đợc tác động chủ quan ngời thiết kế chọn năm nớc kiệt nên kết tính toán đáng tin cậy 2.2.Lập bảng tính toán điều tiết: - Ta tính toán điều tiết theo năm điển hình tơng ứng với tần suất P =90%, 50% 10% - Thời đoạn tính toán điều tiết :t = tháng=2.62*106 (s) - Giả thiết lu lợng điều tiết để phát điện Qdt mùa không thay đổi - Tính toán điều tiết ứng với : MNDBT=162 (m) ,MNC=118.75 (m), Vhồ=548(m3) Vc=222 (m3) - Các cột tơng ứng bảng gồm có: + Cột : Tháng + Cột : Lu lợng thiên nhiên đến tháng theo tài liệu dòng chảy cho năm điển hình + Cột : Lu lợng điều tiết: * Điều tiết mùa lũ : QdtL = Vho QiL nL n L * 2.62 * 10 (2.1) Điều tiết dựa nguyên tắc:Mùa lũ không đợc cấp ,chỉ trữ nớc * Diều tiết mùa kiệt: QdtK = nk Qik + n K Vho * 2.62 * 10 (2.2) Đièu tiết dựa nguyên tắc: Mùa kiệt không trữ nớc ,chỉ cấp nớc Trong : nL : Số tháng mùa lũ cần điều tiết nK : Số tháng mùa kiệt cần điều tiết QiL : Lu lợng nớc đến tháng thứ i mùa lũ QiK : Lu lợng nớc đến tháng thứ i mùa kiệt Vhồ : Dung tích hữu ích hồ (m3) Chú ý : Trong cáctháng mùa lũ không cấp nớc thêm,nên tháng có:QtnQdt lấy Qđt = Qtn.Các tháng lại điều tiết lại cho hợp lí + Cột 4, : Tơng ứng Q = ( Qtn - Qdt ) +Cột : Tơng ứng Vi= Q.2.62*106 +Vi-1 + Cột : Dung tích công tác đầu thời đoạn tính toán ( Vd ): Vđi =Vđi-1+Qi-1*2.62*106 + Cột : Dung tích công tác cuối thời đoạn tính toán ( Vc ): Vci =Vđi +Qi*2.62*106 + Cột : Dung tích trung bình hồ thời đoạn tính toán (VTB) VTB = + Cột 10 V d + Vc :Mực nớc thợng lu trung bình thời đoạn tính toán (ZTL), tra từ đờng quan hệ Z ~ W + Cột 11 : Diện tích mặt thoáng hồ ứng với ZTL ,(F) đợc tra từ quan hệ (Z ~ F) + Cột 12 : Tổn thất thấm Qth=1%VTB + Cột 13 : Lớp nớc bốc trung bình tháng ( H) ,lấy từ bảng tài liệu cho + Cột 14 :Tổn thất bốc mặt hồ (Qbh) : Qbh=H*F + Cột 15 : Lu lợng phát điện thực tế Qfd = Qdt Qth-Qbh + Cột 16 : Mực nớc hạ lu trung bình thời đoạn tính toán (ZHL),đợc tra từ quan hệ (ZHL ~ Q) + Cột 17 : Cột nớc trung bình phát điện :HTB = ZTL-ZHL + Cột 18 : Công suất TTĐ : Ni = k.Qfdi.HTBi + Cột 19 : Điện TTĐ : E = 720*Ni + Cột 20 : Tích số Ni.HTBi 2.3 Vẽ đờng tần suất Ni ~ Pi : Từ kết tính toán điều tiết ta tiến hành vẽ đờng tần suất công suất TTĐ để xác định công suất bảo đảm Nbđ Cách làm nh sau: - Sắp xếp Ni năm theo thứ tự giảm dần ( i = ữ 36 ) 36 Với : No= Ni Ki= No - Tính : - Tính tần suất : Ni 36 Pi= m n +1 = 9496.83 =263.80 (MW) 36 Với : m-là số thứ tự , n-độ dài liệt tài liệu tính toán (n=36) Kết tính toán ghi bảng Từ ta tiến hành vẽ đờng tần suất nh hình1 Tra đờng tần suất , ứng với tần suất P=90% ta đợc công suất đảm bảo TTĐ là: Nbđ = 106 (MW) (tơng ứng với Kp(90%)=0.4) III- Xác định công suất lắp máy điện lợng bình quân nhiều năm: 3.1 Xác định công suất lắp máy : Công suất lắp máy xác định theo kinh nghiệm ,sơ chọn Nlm = ( ữ ) Nbd Ta chọn Nlm = Nbd= 106 = 424 ( MW) (3.1) 3.2 Điện lợng bình quân nhiều năm : Từ công suất lắp máy chọn ta tính toán thuỷ xác định điện lợng cho tất năm có tài liệu thuỷ văn ,sau tính E nn Trong trờng hợp ta tính điện lợng trung bình cho năm điển hình : E n 90% + E n 50% + E n10% E nn = _ (3.2) Với điều kiện tháng có N > Nlm ta phát với Npd = Nlm Theo tính toán ta có: 12 _ E n 90% = E 90% i 12 12 _ E n 50% = E 1495.54 * 10 = =124.63*103 12 (MWh) 2219.01 *10 =184.92*103 12 (MWh) 50% i 12 = 12 _ E n10% = E 10% = i 12 _ E nn = 3123.17 * 10 =260.26*103 12 124.63 + 184.92 + 260.26 10 (MWh) = 189.94*103 (MWh) Số lợi dụng công suất lắp máy : g= E nn 189.94 * 10 = = 448 (giờ) N lm 424 (3.3) IV- Xác định cột nớc đặc trng Hmax, Hmin, Htb Htt : 4.1 Cột nớc lớn Hmax : Cột nớc lớn cột nớc ứng MN hồ MNDBT MN hạ lu MN ứng với lu lợng phát điện nhỏ Hmax = MNDBT - ZHLmin (Qmin) (4.1) Trong : Z Hlmin Là mực nớc hạ lu nhỏ ứng với Qmin = Qfd bảng tính toán điều tiết : Qmin = 104.38 (m 3/s) Tra quan hệ (Z HL~ Q): ZHLmin = 33.13 (m) Hmax =162 33.2 = 128.8 (m) 4.2 Cột nớc trung bình Htb(Hay cột nớc bình quân gia quyền-Hbqgq) : 36 H TB = H bqgq = N H i =1 36 i N i =1 i = (227.10 + 345.63 + 492.93) *10 = 112.21 (m) (4.2) ( 2077.13 + 3081.96 + 4337.74) * 10 i 4.3 Cột nớc tính toán Htt : Cột nớc tính toán cột nớc thấp mà TTĐ phát đợc công suất lắp máy Htt =0.95* Hbqgq = 0.95*112.21 = 106.6 (m) (4.3) 4.4 Cột nớc nhỏ Hmin : Cột nớc nhỏ cột nớc ứng với Mn hồ MNC MN hạ lu ứng với lu lợng phát điện lớn nhất.Nó xuất điều kiện làm việc bình thờng TTĐ Hmin = MNC - ZHLmax(QmaxMNC)= 118.75- ZHLmax(QmaxMNC) (4.4) Trong : ZHL max Là mực nớc hạ lu lớn (QmaxMNC ) ứng với mực nớc hồ MNC QmaxMNC đợc xác định từ đờng hạn chế turbin - Để xác định Qmax ứng với MN hồ MNC ,ta lập quan hệ(QX ~ HX) Qx Ta có : Hx = Qmax H tt = const Q x = Hx * Qmax H tt N lm 424 * 10 = = 426.79 (m3/s) Mặt khác : Qmax = 9.81 * * H tt 9.81 * 0.95 * 106.6 Và Htt=106.6 (m) Hx < Htt Qx ZHLX (Bằng quan hệ Q~Z) + Giả thiết : + Tính : ZTLX = ZHLX + HX + Lập bảng tính toán vẽ đợc quan hệ (ZTLX ~ Hx ) Với: Qmax =426.79 (m3/s) , Htt =106.6 (m), MNC=118.75 (m) Bảng tính toán Q x Z HLX TT 10 11 12 13 14 15 HX (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Qx(m3/s) 130.72 184.86 226.41 261.44 292.29 320.19 345.85 369.73 392.15 413.37 433.54 452.82 471.31 489.10 ZHLX(m) 30 33.57 34.22 34.55 34.82 35.02 35.10 35.17 35.23 35.30 35.35 35.41 35.46 35.51 35.56 ZTLX(m) 30 43.57 54.22 64.55 74.82 85.02 95.10 105.17 115.23 125.30 135.35 145.41 155.46 165.51 175.56 Hx MNC Qx 377.6 * Htt *106.6 =83.45 (m) = = Q max 426.79 Quan hệ Qx~Hx Thay vào công thức (4.4) ta tính đợc: ZHLx (m) Hmin=118.75-35.3 = 83.45 (m) 36 Vậy ,sau tính toán thuỷ ta xác định đợc đại lợnh sau: 35 MNDBT=162 m,MNC=118.75 m,Vhi=548 m3,hct=43.25 m Nbđ=106 MW 34 Nlm=424 MW, Enn =189.94 MWh 33 =128.8 m, Hmin=83.44 m , HTB=112.21 m, Htt=106.6 m Hmax 32 31 Các quan hệ bảng tính toán nh sau: 30 Qx (m3/s) 29 100 200 300 Hết Phần I 400 500 600 ... toán đồ án này, TTĐ có hồ điều tiết năm, nhiệm vụ phát điện, nên theo kinh nghiệm tài liệu cho trớc ta chọn tần suất thiết kế P=90 % 1.1.2- Chọn năm tính toán đặc trng thuỷ văn: Năm tính toán... cấp điện nhỏ Tóm lại ,khi thiết kế cần xem xét đa phơng án ,rồi so sánh, lựa chọn phơng án hợp lý Qua tính toán, so sánh ta chọn phơng án ứng với: MNDBT = 162 (m) 1.3 Xác định hct hồ điều tiết:... giảm đáng kể Khi TTĐ làm việc không bình thờng, việc cung cấp điện cho hộ dùng điện không đảm bảo Khi phải hạn chế việc cung cấp điện cho cở sản xuất khu dân c, gây thiệt hại cho hộ dùng điện