ĐỒ án môn học THỦY điện 1

Còn muốn cho trạm thuỷ điện cấp điện hoàn toàn đồng đều thì hồ điều tiết rất lớn.Trong thực tế ,vì điều kiện kỹ thuật và kinh tế nên ta không thể xây hồ một cách tuỳ ý.Cho nên trạm thuỷ

Đồ án môn học thuỷ điện Thiết kế sơ bộ trạm thuỷ điện với mndbt 80 (m)

Đê bài vii :

Tài liệu địa hình thuỷ văn

I / tài liệu thuỷ văn

1 – Bốc hơi

2 - Độ đục bình quân (g/m3) : 250

3 Phân phối dòng chảy 3 năm điển hình Q (m3/s)–

P = 90%

P = 50%

P = 10%

phần i : tính toán thuỷ năng

I- Xác định các đặc trng cơ bản của hồ chứa

1.1 Chọn năm tính toán và tần suất thiết kế:

1.1.1.Tần suất thiết kế của trạm thuỷ điện.

a.Đặc điểm chủ yếu của trạm thuỷ điện:

-Đặc điểm quan trọng nhất của trạm thuỷ điện là chế độ làm việc phụ thuộc vào điều kiện thuỷ văn và luôn 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 đều thì hồ điều tiết rất lớn.Trong thực tế ,vì điều kiện kỹ thuật và kinh tế nên ta không thể xây hồ một cách tuỳ ý.Cho nên trạm thuỷ điện vẫn có thời kỳ thừa nớc và thiếu nớc.Khi thừa nớc thì TTĐ có thể phát thêm đợc điện năng,khi thiếu nớc thì không thể phát đợc công suất tối thiểu của yêu cầu dùng điện

-Đặc điểm thứ hai của TTĐ là do nguyên nhân thiếu nớc, chế độ làm việc bình thờng của trạm thuỷ điện còn bị phá hoại do cột nớc giảm quá nhiều(khi lu lợng chảy về hạ lu lớn hoặc khi hồ rất cạn)

-Ngoài ra,chế độ làm việc của TTĐ còn phụ thuộc rất lớn vào yêu cầu dùng điện bên ngoài Mà nó lại luôn thay đổi theo thời gian từng ngày ,từng giờ ,từng tháng ,từng năm và đặc biệt là quá trình phát triển của xã hội thì yêu cầu dùng điện ngày càng tăng mà công suất của trạm thuỷ điện chỉ tăng đợc có giới hạn

-TTĐ có u điểm là điện năng rẻ hơn,có tính linh hoạt cao,không gây

ô nhiễm môi trờng

-Nhợc điểm của TTĐ là vốn đầu t lớn,thời gian xây dựng kéo dài và không có khả năng tăng thêm đợc công suất

b.Mức bảo đảm tính toán của TTĐ:

Từ các đặc điểm trên của TTĐ ,ta thấy TTĐ làm việc phụ thuộc vào tình hình nguồn nớc, trong điều kiện thuận lợi TTĐ làm việc bình thờng Gặp mùa rất kiệt, lu lợng nhỏ dẫn đến công suất của trạm sẽ giảm Nếu lũ lớn tới, trạm kiểu cột nớc thấp cũng có thể giảm công suất do chênh lệch mực nớc thợng hạ

lu bị giảm đáng kể

Khi TTĐ làm việc không bình thờng, thì việc cung cấp điện cho các hộ dùng điện sẽ không đảm bảo Khi đó phải hạn chế việc cung cấp điện cho các

cở sản xuất và các khu dân c, gây thiệt hại cho các hộ dùng điện

Nếu TTĐ có hồ điều tiết lớn, hệ số điều tiết cao, sự phân bố dòng chảy trong sông tơng đối điều hoà thì vẫn có thể chọn tần suất thiết kế cao mà vẫn lợi dụng đợc phần lớn lợng nớc thiên nhiên Trong trờng hợp không có hồ điều tiết dài hạn muốn lợi dụng dòng nớc nhiều không nên chọn mức bảo đảm cao

Nh vậy ,việc xác định tần suất thiêt kế của TTĐ có ý nghĩa rất quan trọng trong suốt quá trình làm việc.Vận hành của TTĐ sẽ cung cấp đủ điện năng trong thời gian P% và không cung cấp đủ 100-P% trong tổng thời gian làm việc do điều kiện thuỷ văn bất lợi

Nếu chọn P% cao thì công suất của trạm thuỷ điện sẽ nhỏ đi.Nhng nếu công suất TTĐ quá nhỏ để mùa rất kiệt cũng làm việc bình thờng đợc thì sẽ không tận dụng đợc những tháng ,năm thừa nớc.Còn ngợc lại nếu chọn P% thấp thì công suất sẽ lớn ,và thời gian đảm bảo cấp điện sẽ giảm Do đó ,sự thiệt hại do thiếu điện sẽ lớn.Cho nên việc chọn tần suất thiết kế phải hợp lí

Trong trờng hợp tính toán của đồ án này, TTĐ có hồ điều tiết năm, nhiệm

vụ là phát điện, nên theo kinh nghiệm và các tài liệu cho trớc ta chọn tần suất thiết kế P=90 %

(%)

* 100

anvanhanh Tongthoigi

thuong mviecmbinh Thoigianla

P=

1.1.2- Chọn năm tính toán và đặc trng về thuỷ văn:

Năm tính toán và các năm đặc năm đặc trng về thuỷ văn dùng để xác

định các thông số cơ bản của công trình ,để xem xét và xác định điều kiện làm việc của TTĐ trong hệ thống điện lực

Đối với trạm thuỷ điện điều tiết mùa và năm ngời ta thờng chọn các 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 là một thông số chủ chốt của công trình thuỷ

điện Đây là mực nớc trữ cao nhất trong hồ chứa ứng với các điều kiện thuỷ văn và chế độ làm việc bình thờng nh đã thiết kế hồ

MNDBT có ảnh hởng quyết định đến dung tích hồ chứa, cột nớc, lu lợng, công suất đảm bảo và điện lợng hàng năm của trạm thuỷ điện Về mặt công trình nó quyết định chiều cao của đập, kích thớc các công trình xả lũ Về mặt dân sinh kinh tế : do ngập lụt lòng hồ nó ảnh hởng trực tiếp đến đời sống kinh

tế, văn hoá, xã hội, lịch sử của khu vực lòng hồ Vì vậy, việc chọn MNDBT phải đợc tiến hành thận trọng

Nếu MNDBT trong hồ càng cao thì khả năng phát điện và cung cấp nớc càng lớn, nhng quy mô công trình cũng càng lớn, mặt khác,vùng ngập lụt cũng lớn, do đó thiệt hại trong vùng càng nhiều Ngợc lại, nếu MNDBT trong

hồ càng nhỏ thì công suất TTĐ và khả năng cung cấp điện sẽ nhỏ

Tóm lại ,khi thiết kế cần xem xét đa ra các phơng án ,rồi so sánh, lựa chọn các phơng án hợp lý nhất

Qua tính toán, so sánh ta chọn phơng án ứng với:

MNDBT = 162 (m)

1 1.3 Xác định h ct của hồ điều tiết:

Độ sâu công tác của hồ chứa TTĐ (hct) là khoảng cách giữa MNDBT và MNC của hồ chứa Phần dung tích nằm giữa MNDBT và MNC gọi là dung tích có ích (Vci) của hồ chứa.Phần nằm dới MNC gọi là dung tích chết Vc.Vấn đề ở đây là chọn độ sâu công tác hct ứng với phơng án MNDBT trên

là hợp lý nhất

Đối với TTĐ có hồ điều tiết nhiều năm ,việc chọn độ sâu công tác có lợi nhất thờng dựa theo một yêu cầu nào đó.Thông thờng đợc xác định nh sau:

1.31 Xác định hct theo điều kiện làm việc của turbin:

Đối với mỗi một loại Turbin chỉ thích ứng với một mức độ dao động mực nớc nhất định (Hmax- Hmin) Khi Turbin làm ở ngoài phạm vi đó thì hiệu suất của Turbin sẽ nhỏ và không ổn định

Theo kinh nghiệm , thờng lấy:

hct 

3

max

H

⇒ Chọn hct = Hmax3 (1.1) Thiết kế sơ bộ cho phép lấy : Hmax= MNDBT – Zhl(Qmin)

Với Zhl (Qmin) tra từ quan hệ : Q~Zhl ứng lu lợng mùa kiệt nhỏ nhất và tần suất 90% 53 ( 3 / )

%) 90

⇒ ⇒ Zhl(Qmin)= 32.26 (m)

⇒ hct3 = 43.25( )

3

26 32 162

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 đó :

h1 : Độ sâu đẻ tránh không cho bùn cát cuốn 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)

V

Q

π

4

= (1.2.2) Với :QTM là lu lợng qua một tổ máy (m3/s)

z

Q

TM = (1.2.3)

) / ( 57 320 7

93 63 53 70 70 87 125 4

7 4

4

3

% 90

s m

Q Q Q Q Q Q

Q Q

NM

= + + + + + +

=

+ + + + + +

=

=

Ta sơ bộ chọn số tổ máy z=10 tổ máy

32 06

10

57

=

⇒Q TM (m3/s) V=(0.8-1.1)m/s ⇒ Chọn V=1 m/s

⇒ 6 4

1

* 14 3

06 32

*

=

D (m3/s) *Xác định cao trình bùn cát: Zbc = f(Vbc)

Dung tích bùn cát lắng đọng Vbcđợc tính theo công thức:

Vbc =

bc

T W k

γ

ρ 0.

(1.2.4)

Với:

T : Tuổi thọ công trình ( T= 100 năm)

k : hệ số lắng đọng lòng hồ ( lấy k= 0,8)

γbc:Trọng lợng giêng bùn cát (γbc=1,5 T/m3)

ρ : Độ đục dòng chảy(ρ = 150 g/m3)

W0 : lu lợng trung bình nhiều năm (m3).Từ tài liệu đã cho lu lợng trung bình 3 năm ta có :

36 *(24*3600*365)

1 12

* 3

0 = ∑ i = ∑ i i = ∑ i

Q t

Q n

W W

) / ( 9353 115

86 86

102 133 192 312 454 758 727 812 417 113 69

75 85 98 122 183 427 566 685 249 374 93 63

53 70 70 87 125 193 461 469 241 188

3 s m

Q i

= + + +

+ + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

=

∑

⇒ * 9353 * 24 * 3600 * 365

36

1

0 =

W =81.932*108 (m3/năm)

⇒ Vbc= 6

6

8

10

* 55 65 10

5 , 1

100

* 10

* 932 81

* 150 8

⇒ Tra quan hệ W~Z ⇒ cao trình bùn cát trong 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 h ct theo tiêu chuẩn điện năng mùa kiệt lớn nhất:

+/ Giả thiết các độ sâu hct từ 0 đến hmax=43.25 m (hmin=0)

(Chọn hmax=Min(hct(a),hct(b))

+/ Dựa vào quan hệ (Z ~ W) ta tra ra đợc Vtbộ=770.106 (m 3) tơng ứng với MNDBT =162 m

MNC = MNDBT – hct ⇒ tra quan hệ Z~W ta đợc Vc

⇒Vhi = VMNDBT – VC

+/ Căn cứ vào dung tích hữu ích tơng ứng với mỗi độ sâu công tác mà tiến hành tính toán điều tiết năm kiệt thiết kế:

⇒ VTB=

2

Vc Vtbo+

⇒Tra quan hệ (V~ZTL) đợc ZTBTL ⇒ Tra quan

hệ (F~ZTL) ta đợc FTB

-Tính tổn thất do thấm tơng ứng với các hct :

Qth= 6

10

* 62 2

TB

V

α (m3/s) Với α=1% : Ηệ số tổn thất

-Tính ttoán tổn thất bốc hơi :

Qbh=

t

F

H TB

∆

(m3/s) Với : ∆H -Lớp nớc bốc hơi trung bình mùa kiệt trong thời đoạn tính toán ∆t

∆t -Thời đoạn tính toán (ở đây là 1 tháng ∆t = 2 62 * 10 6(s)

7

0 81 6 48 2 32 4 24 2 38 3 42 5 45

mm

∆

⇒

3 6 6

10

* 62 2

10

*

* 10

* 6

bh

F

⇒ (m3/s)

-Từ đó ta tính toán đợc lu lợng trung bình mùa kiệt ứng với tứng độ sâu công tác :

MK tnhien hi th bh

10

* 62 2

* 21

21 (m3/s) Với : 111 05

∑Q tnhien

(m3/s) Tra quan hệ (Q~ZHL) tơng ứng với các QTBMK ta đợc các ZTBHL.Từ đó ta tính đợc cột nớc trung bình trong hồ Rồi ta tính đợc công suất mà hồ có thể cung cấp :

TB

MK Tb

mk Q H

N = 9 81 * η * * Với η = 95 %

Và ta tính đợc điện năng mà hồ có thể cung cấp trong mùa kiệt :

Emk=720*7*Nmk

• Kết quả tính toán nh bảng 1

• Từ kết quả trên ta nhận thấy khi hct=43.25 m (c) thì hồ có khả năng phát điện lớn nhất Emk=620.8 MW

So sánh (a),(b)&(c) ta chọn hct=43.25m sẽ thoả mãn cả 3 điều kiện trên(hctmin)

1.4.Xác định dung tích hữu ích của hồ(V hồ ):

* 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 ( m3)

* VMNDBT = 770.106 ( m3)

⇒ Vhồ = 770.106 - 222.106 = 548.106 (m3)

II- Tính toán điều tiết Xác định công suất đảm bảo của trạm thuỷ điện :

Công suất đảm bảo là công suất bình quân tính theo khả năng dòng nớc trong thời kỳ nớc kiệt tơng ứng với mc đảm bảo tính toán của TTĐ

Công suất bảo đảm là một thông số cơ bản của TTĐ bởi vì khả năng phủ

phụ tải đỉnh của trạm thuỷ điện lớn hay nhỏ chủ yếu là do công suất bảo đảm quyết định

2.1- Lựa chọn phơng pháp tính:

ở đây ta lựa chọn phơng pháp xác định Nbđ theo đờng tần suất công suất trung bình mùa kiệt Nmk= f(P) Sau đó ,xác định trị số Nmk ứng với mức bảo

đảm tính toán P=90% ,đó chính là công suất bảo đảm cần tìm Mbđ

Sở dĩ ta chọn phơng pháp này là vì : Trong qúa trình tính toán sẽ tránh đợc tác động chủ quan của ngời thiết kế khi chọn năm nớc kiệt nên kết quả tính toán là đáng tin cậy

2.2.Lập bảng tính toán điều tiết:

- Ta tính toán điều tiết theo 3 năm điển hình tơng ứng với tần suất P

=90%, 50% và 10%

- Thời đoạn tính toán điều tiết là :∆t = 1 tháng=2.62*106 (s)

- Giả thiết rằng lu lợng điều tiết để phát điện Qdt trong từng mùa không thay đổi

- Tính toán điều tiết ứng với : MNDBT=162 (m) ,MNC=118.75 (m), Vhồ=548(m3) và Vc=222 (m3)

- Các cột tơng ứng trong bảng gồm có:

+ Cột 1 : Tháng.

+ Cột 2 : Lu lợng thiên nhiên đến trong từng tháng theo tài liệu

dòng chảy đã cho của 3 năm điển hình

+ Cột 3 : Lu lợng điều tiết:

* Điều tiết mùa lũ : * 2 62 * 10 6

1

L

ho iL

L dtL

n

V Q

n

Q = ∑ − (2.1)

Điều tiết dựa trên nguyên tắc:”Mùa lũ không đợc cấp ,chỉ trữ nớc”

* Diều tiết mùa kiệt: = ∑ + 6

10

* 62 2

*

1

K

ho k

dtK

n

V Qik

n

Đièu tiết dựa trên nguyên tắc: “Mùa kiệt không trữ nớc ,chỉ cấp nớc”

Trong đó :

nL : Số tháng mùa lũ cần điều tiết

nK : Số tháng mùa kiệt cần điều tiết

QiL : Lu lợng nớc đến trong tháng thứ i của mùa lũ QiK : Lu lợng nớc đến trong tháng thứ i của mùa kiệt

Vhồ : Dung tích hữu ích của hồ (m3)

• Chú ý : Trong cáctháng mùa lũ vì không cấp nớc thêm,nên tháng nào

có:Qtn<Qdt thì lấy Qđt = Qtn,và trong các tháng mùa kiệt, do không trữ nớc nên tháng nào có Qtn >Qdt thì lấy Qđt = Qtn.Các tháng còn lại điều tiết lại cho hợp lí

+ Cột 4, 5 : Tơng ứng ∆Q = ( Qtn - Qdt )

+Cột 6 : Tơng ứng ∆Vi= ∆Q.2.62*106 +∆Vi-1

+ Cột 7 : Dung tích công tác đầu thời đoạn tính toán ( Vd ):

Vđi =Vđi-1+∆Qi-1*2.62*106

+ Cột 8 : Dung tích công tác cuối thời đoạn tính toán ( Vc ):

Vci =Vđi +∆Qi*2.62*106

+ Cột 9 : Dung tích trung bình của hồ trong thời đoạn tính toán

(VTB)

2

c d TB

V V

V = +

+ Cột 10 :Mực nớc thợng lu trung bình trong thời đoạn

tính toán (ZTL), tra từ đờng quan hệ Z ~ W

+ Cột 11 : Diện tích mặt thoáng hồ ứng với ZTL trên ,(F) đợc tra từ quan hệ (Z ~ F)

+ Cột 12 : Tổn thất do thấm Qth=1%VTB.

+ Cột 13 : Lớp nớc bốc hơi trung bình trong tháng ( ∆H) ,lấy từ bảng 4 của tài liệu đã cho

+ Cột 14 :Tổn thất do bốc hơi 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 năng TTĐ : E = 720*Ni

+ Cột 20 : Tích số Ni.HTBi

2.3 Vẽ đờng tần suất Ni ~ Pi :

Từ kết quả tính toán điều tiết ở trên ta tiến hành vẽ đờng tần suất công suất của TTĐ để xác định ra công suất bảo đảm Nbđ

Cách làm nh sau:

- Sắp xếp Ni của 3 năm ở trên theo thứ tự giảm dần ( i = 1 ữ 36 )

- Tính : Ki=

No

Ni

Với : No=

36

36 1

∑Ni

=

36

83 9496

=263.80 (MW)

- Tính tần suất : Pi=

1 +

n

m

Với : m-là số thứ tự , n-độ dài liệt tài liệu tính toán (n=36)

Kết quả tính toán ghi ở bảng 5 Từ đây ta tiến hành vẽ đờng tần suất nh hình1

Tra trên đờng tần suất , ứng với tần suất P=90% ta đợc công suất đảm bảo của TTĐ là:

⇒ Nbđ = 106 (MW) (tơng ứng với Kp(90%)=0.4)

III- Xác định công suất lắp máy và điện lợng bình quân nhiều năm:

3.1 Xác định công suất lắp máy :

Công suất lắp máy xác định theo kinh nghiệm ,sơ bộ chọn Nlm = ( 3 ữ 5 ) Nbd

⇒ Ta chọn Nlm = 4 Nbd= 4 106 = 424 ( MW) (3.1)

3.2 Điện lợng bình quân nhiều năm :

Từ công suất lắp máy đã chọn ta tính toán thuỷ năng xác định điện lợng cho tất cả các năm có tài liệu thuỷ văn ,sau đó tính Enn Trong trờng hợp này ta tính điện lợng trung bình cho 3 năm điển hình :

3

E E

E nn

% 50 n

% 90 n

(3.2) Với điều kiện tháng nào có N > Nlm ta chỉ phát với Npd = Nlm

Theo tính toán ta có:

=

%

90

n

_

E

12

12 1

% 90

∑E i

=

12

10

* 54

=124.63*103 (MWh)

=

%

50

n

_

E

12

12 1

% 50

∑E i

=

12

10

* 01

=184.92*103 (MWh)