BẢNG TÍNH TOÁN THỦY NĂNG

Mục đích của việc tính toán thủy năng là để xác các thông số chủ yếu của hồ chứa và của trạm thủy điện làm cơ sở cho việc tính toán chọn thiết bị cho nhà máy, xác định kích thớc nhà máy,

Phần II Thuỷ năng

2.1 nhiệm vụ - mục đích.

2.1.1 Mục đích.

Mục đích của việc tính toán thủy năng là để xác các thông số chủ yếu của hồ chứa và của trạm thủy điện làm cơ sở cho việc tính toán chọn thiết bị cho nhà máy, xác định kích thớc nhà máy, các công trình thủy công Các thông số cần phải xác

định trong phần tính toán thủy năng gồm:

• Thông số của hồ chứa:

o Mực nớc chết (MNC)

o Dung tích hữu ích của hồ chứa (Whi)

o Mực nớc dâng bình thờng (MNDBT)

• Thông số năng lợng của trạm thuỷ điện:

o Công suất bảo đảm (Nbđ)

o Công suất lắp máy (Nlm)

o Điện lợng sản xuất trung bình năm (E)

o Số giờ lợi dụng công suất lắp máy (h)

• Các cột nớc đặc trng:

o Cột nớc lớn nhất (HMax)

o Cột nớc nhỏ nhất (Hmin)

o Cột nớc bình quân (Hbq)

o Cột nớc tính toán (Htt)

2.2 phơng thức khai thác thủy năng

2.2.1 Phơng pháp khai thác kiểu đập

Để khai thác năng lợng của tuyến sông ta phải tiến hành xây dựng đập dângtại một vị trí thích hợp Lu tốc của dòng nớc trớc đập giảm xuống, năng lợng sẽ không

bị tiêu hao vô ích dọc sông mà đợc tập trung lại Tại tuyến đập hình thành chênh lệch mực nớc trớc đập và sau đập

Phơng pháp này có u điểm là tạo ra hồ chứa để tập trung và điều tiết lu lợng dòng chảy làm tăng khả năng phát điện trong mùa kiệt đồng thời có thể lợi dụng tổng hợp nh cắt lũ, chống lụt, cung cấp nớc cho các ngành dùng nớc

Phơng pháp này có nhợc điểm là vốn đầu t lớn và hồ chứa sẽ gây ngập lụt lớn phía thợng lu, ảnh hởng tới dân sinh, môi trờng

Phơng pháp này thích hợp với vùng trung du có địa hình, địa thế thuận lợi để làm hồ chứa có dung tích lớn, ngập lụt ít

2.2.2 Phơng pháp khai thác kiểu đờng dẫn

ở những đoạn sông thợng nguồn có độ dốc lớn, lòng sông hẹp dùng đập dâng thì đập sẽ rất cao, hồ điều tiết không lớn, chi phí đầu t lớn mà không có lợi nhiều Trong trờng hợp này, để tận dụng độ dốc của lòng sông ngời ta cần xây một đập ở

đầu đoạn sông để dâng nớc, đa nớc chảy vào đờng dẫn (đờng hầm, kênh, đờng ống)

có áp hoặc không áp để dẫn nớc vào nhà máy

Phơng pháp này có u điểm là vốn đầu t nhỏ do không phải xây đập cao và không

có hồ chứa nên không gây ngập lụt phía thợng lu, ít ảnh hởng tới dân sinh , môi tr-ờng

Phơng pháp này có nhợc điểm là không có hồ chứa để tập trung và điều tiết lu l-ợng dòng chảy, làm giảm khả năng phát điện trong mùa kiệt, không có khả năng cung cấp nớc cho các ngành dùng nớc khác

Phơng pháp này thích hợp với vùng có độ dốc lớn, lòng sông hẹp

2.2.3 Phơng pháp khai thác kiểu hỗn hợp.

Khi vừa có điều kiện xây dựng hồ để tạo ra một phần cột nớc và điều tiết dòng chảy lại vừa có điều kiện lui tuyến nhà máy lại phía sau đập một đoạn để tận dụng

độ dốc lòng sông làm tăng cột nớc thì cách tốt nhất là dùng phơng pháp đập dâng kết hợp đờng dẫn Phơng pháp này tận dụng đợc các u điểm và đồng thời cũng hạn chế các nhợc điểm của các phơng pháp trớc

Phân tích các tài liệu địa hình và địa chất khu vực dự định xây dựng TTĐ Iapuch

3 thì phơng pháp xây dựng TTĐ kiểu hỗn hợp là phù hợp nhất Các hạng mục dự

định xây dựng bao gồm : Đập bê tông trọng lực cao 19 m, cửa lấy nớc trong đập; kênh dẫn dài khoảng 3120m; bể áp lực cuối kênh; đờng ống áp lực dài khoảng 380

m, đờng kính sơ bộ là 190 cm; Nhà máy thủy điện và kênh xả

2.3 Chọn mức bảo đảm tính toán

2.3.1 Khái niệm mức bảo đảm tính toán.

Trạm thủy điện làm việc phụ thuộc vào tình hình nguồn nớc trong thiên nhiên Trong điệu kiện thủy văn thuận lợi trạm thủy điện làm việc bình thờng Gặp mùa rất kiệt lu lợng rất nhỏ công suất giảm, nếu mùa lũ lớn cột nớc thấp do mực nớc hạ lu dâng cao làm cho công suất bị giảm Khi trạm thuỷ điện làm việc không đợc bình thờng thì việc cung cấp điện cho các hộ dùng sẽ không đảm bảo, khi đó phải hạn chế việc cung cấp điện cho các cơ sở sản xuất và khu dân c, gây thiệt hại cho các hộ dùng điện Để đánh giá mức độ chắc chắn trong việc cung cấp điện của trạm thủy

điện ngời ta dùng khái niệm “mức bảo đảm” và nó đợc biểu thị bằng công thức sau:

P = Thời gian làm việc bình thờng

Tổng thời gian vận hành

ý nghĩa của biểu thức trên là trong suốt quá trình vận hành trạm thủy điện sẽ

đảm bảo cung cấp điện bình thờng trong P% tổng thời gian, còn lại (100-P)% thời gian thì không thể cung cấp đầy đủ công suất và điện lợng nh chế độ bình thờng

đ-ợc do chế độ thủy văn bất lợi

Ngời ta gọi mức bảo đảm đợc chọn để tính toán các thông số của trạm thủy điện

là “mức bảo đảm tính toán” hay “tần suất thiết kế”

Để chọn mức bảo đảm tính toán của trạm thủy điện ngời ta thờng dựa vào những nguyên tắc sau đây:

• Công suất lắp máy của trạm thủy điện càng lớn thì mức bảo đảm của TTĐ càng cao vì thiệt hại do TTĐ làm việc không bình thờng của TTĐ công suất lớn sẽ lớn hơn TTĐ có công suất lắp máy nhỏ

• TTĐ có tỷ trọng công suất càng lớn so với tổng công suất của toàn bộ hệ thống thì mức bảo đảm càng phải đợc chọn cao vì khi trạm không làm việc bình thờng công suất thiếu hụt khó bù hơn so với các trạm nhỏ, nhất là trong những thời kỳ mà công suất dự trữ của trạm thủy điện đã sử dụng gần hết

• Các hộ dùng điện càng quan trọng về các mặt kinh tế, khoa học kỹ thuật thì mức bảo đảm tính toán của trạm cung cấp điện phải càng cao, vì lẽ đó nếu thiếu điện tổn thất sẽ nghiêm trọng

• Nếu TTĐ có hồ điều tiết lớn, hệ số điều tiết cao, sự phân bố dòng chảy trong sông lại tơng đối điều hòa thì vẫn có thể chọn mức bảo đảm tính toán cao

mà vẫn lợi dụng đợc phần lớn năng lợng nớc thiên nhiên Trong trờng hợp không

có hồ điều tiết dài hạn muốn lợi dụng năng lợng nớc đợc nhiều thì không nên chọn mức bảo đảm cao

• Nếu TTĐ đóng vai trò chính trong công trình lợi dụng tổng hợp hoặc chỉ

có nhiệm vụ phát điện ngoài ra không có ngành dùng nớc nào khác thì mức bảo

đảm tính toán cứ theo nguyên tắc trên mà chọn

2.3.2 Mức bảo đảm tính toán của TTĐ Iapuch 3

Cấp công trình TTĐ Iapuch 3 theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285:2002 là công trình có:

+ Đập dâng bê tông trọng lực cao 19 m trên nền đá nên chọn cấp công trình theo đặc tính kỹ thuật là công trình cấp IV

+ Nhà máy thủy điện Iapuch 3 có công suất phát điện khoảng 8400 KW nên chọn cấp công trình theo năng lực phục vụ là công trình cấp III

Ta chọn cấp công trình là III Vì vậy ta lấy mức bảo đảm tính toán cho công trình là PTK = 85% Công trình có tần suất lũ thiết kế PLTK=1% và tần suất lũ kiểm tra

PLKT=0,2%

2.3.3 Qui mô và hình thức công trình

Do lòng sông hẹp, độ dốc lòng sông lớn nên hồ chứa TTĐ Iapuch 3 không thể tạo đợc dung tích lớn, nên hồ không thể điều tiết theo năm hay theo tháng mà chỉ có thể làm hồ điều tiết ngày đêm Nếu xây dựng hồ điều tiết tháng, năm thì quy mô công trình đầu mối sẽ rất lớn, không hiệu quả kinh tế Chọn quy mô điều tiết ngày

đêm thích hợp với tình hình hệ thống điện thiếu trong những năm tới, nhất là những giờ cao điểm trong ngày

2.4 Xác định các thông số của hồ chứa

Các thông số của hồ chứa có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình tính toán xác

định các thông số của trạm thủy điện Nó quyết định qui mô kích thớc của công trình, vốn đầu t vào nhà máy

2.4.1 Mực nớc chết (MNC)

Mực nớc chết (MNC) là mực nớc thấp nhất trong hồ chứa trong điều kiện làm việc bình thờng MNC của công trình ứng với các phơng án tuyến đập khác nhau lựa chọn trên cơ sở dung tích chết xác định từ dung tích bồi lắng của hồ chứa

Đối với công trình thuỷ điện Iapuch 3 là công trình có lu vực nhỏ Độ dốc lòng sông lớn Rừng đầu nguồn tơng đối phong phú, xác định bồi lắng lòng hồ hằng năm

nh sau: Trong thời gian lũ, toàn bộ công trình tràn bị ngập sâu dới lòng chảy Mặt khác lợng phù sa của sông chủ yếu tập trung trong thời gian lũ Vì vậy có thể thấy ợng phù sa lắng đọng tại khu vực công trình chiếm tỷ trọng không lớn trong tổng l-ợng phù sa qua tuyến công trình Theo tài liệu thủy văn cung cấp ll-ợng phù sa lắng

đọng trong lòng hồ đợc tính bằng 4% tổng lợng phù sa qua tuyến công trình

Tổng lợng phù sa đến tuyến công trình hàng năm là V= 58900 m3/ năm

Vlđ= 4%V =4%ì58900= 2356 (m3/ năm)

Do công trình thuộc cấp III nên tính lợng bồ lắng của công trình trong thời gian làm việc 25 năm Nên dung tích bùn cát sau 25 năm lắng đọng trong lòng hồ là:

Wbc= 25 x 2356 =58900 (m3) Tra quan hệ hồ chứa để xác định cao trình bùn cát, với Wbc=58900 (m3) thì Zbc= 358,2 (m) Trong quá trình sử dụng, vận hành công trình cần tháo rửa bùn cát thờng xuyên để kéo dài tuổi thọ công trình

Để đảm bảo không cho bùn cát chảy vào vào kênh dẫn, ta chọn cao trình ngỡng cửa lấy nớc cao hơn cao trình bùn cát khoảng 0,8 m Mặt khác sơ bộ ta tính đợc tổn thất vào kênh cộng với dòng đều trong kênh là 2,0 m Do vậy mực nớc chết tính đợc là:

MNC = Zbc + 0,8 + 2,0 = 361 (m) Tra quan hệ hồ chứa ứng với MNC ta có dung tích chết: WMNC=153455 (m3)

2.4.2 Xác định mực nớc dâng bình thờng (MNDBT)

MNDBT là một thông số cơ bản nhất của trạm thủy điện, đây là mực nớc trữ cao nhất của hồ trong chế độ làm việc bình thờng của trạm thủy điện MNDBT có ảnh h-ởng quyết định đến dung tích hồ chứa, cột nớc, lu lợng, công suất bảo đảm và điện

lợng hàng năm của TTĐ MNDBT càng lớn thì khả năng cung cấp nớc và phát điện càng cao, quy mô kích thớc công trình càng lớn, do đó diện tích ngập lụt vùng lòng

hồ cũng tăng lên

Nhiều khi do điều kiện địa hình không thể tăng MNDBT quá cao vì nh vậy chiều dài và chiều cao đập dâng làm ảnh hởng kích thớc hàng loạt đập phụ xung quanh hồ, đôi khi do điều kiện địa chất, nền móng và vấn đề thấm nớc không cho phép chọn phơng án MNDBT quá cao

Mực nớc dâng bình thờng xác định từ điều kiện dung tích hữu ích hồ chứa Do

điều kiện địa hình dốc,lòng sông nhỏ hẹp nên dung tích hồ chứa không lớn Nếu xây dựng hồ điều tiết tháng, năm thì quy mô công trình đầu mối sẽ rất lớn, không hiệu quả kinh tế Chọn hồ điều tiết ngày đêm thích hợp địa hình khu vực

Theo biểu đồ phụ tải ngày đêm của khu vực miền Trung và toàn quốc cho thấy

số giờ cao điểm trong ngày là 4 giờ Nhà máy thuỷ điện Iapuch3 có nhiệm vụ cung cấp điện cho khu vực, trên cơ sở tính toán thuỷ năng, thấy rằng, ngoài việc cấp điện

ổn định vào 4 giờ cao điểm còn có nhiệm vụ cấp điện vào giờ bình thờng tức là chế

độ làm việc của nhà máy ở nửa đỉnh biểu đồ phụ tải Chu trình làm việc ngày đêm của nhà máy đợc xác định trên nguyên tắc tận dụng hết tổng lợng nớc đến và điều tiết để công suất phát là lớn nhất trong giờ cao điểm Việc xây dựng hồ điều tiết ngày đêm của thuỷ điện nhằm tạo ra khả năng đa toàn bộ công suất lắp máy của nhà máy tham gia vào biểu đồ phụ tải ngày trong 4 giờ cao điểm và một số giờ bình th-ờng của biểu đồ phụ tải Lu lợng duy trì ngày với tần suất đảm bảo tại tuyến công trình xác định trong tính toán thuỷ văn : PTk=85% là Qbđ=1,07 m3/s

Dung tích điều tiết cần thiết trong thời gian 4 giờ phát điện cao điểm theo công thức sau:

Whi = k Qbđ (24 - t) x 3600 Trong đó:

- k: là hệ số an toàn, có xét đến sai sót của tài liệu, do tính toán không thật chính xác, k = 1,1 - 1,15, lấy k =1,1

- Qbđ: lu lợng bảo đảm , Qbđ=1,07 m3/s

- t: thời gian điều tiết, t = 4giờ

Thay vào công thức ta có:

Whi = 1,1 x 1,07 x (24- 4) x 3600 = 84700 (m3)

Nh vậy tổng dung tích của hồ khi có lợng nớc điều tiết sẽ là:

Whồ= WMNC + Whi = 238200(m3) Tra quan hệ hồ chứa ứng với Whồ ta có MNDBT = 362,85 m

Ta xác định đợc lu lợng lớn nhất qua nhà máy là:

k.t

max hi

W

Q = =

3600 4 ,1

84700

ì

ì

1 + 1,07 = 6,42 (m3/s)

Lu lợng nhỏ nhất qua nhà máy đợc lấy nh sau: Nhà máy sẽ làm việc với lu lợng nhỏ nhất khi chỉ còn một tổ máy làm việc với vùng hiệu suất cao nhất (tức là khi đó

lu lợng qua tổ máy khoảng 60% lu lợng lớn nhất qua một tổ máy) Sơ bộ chọn số tổ máy là 2 Trong tính toán sơ bộ ta chọn Qmin nh sau :

Qmin = 60%

Z

max

Q

=1,93 (m3/s)

2.4.3 Công suất tất yếu (N ty )

Ta sơ bộ xác định đợc công suất tối thiểu dự kiến là:

Nty=K.QmaxH Trong đó:

K: hệ số nhà máy, K= 9,81η, Lấy K= 8,3 H: cột nớc làm việc của nhà máy, sơ bộ lấy H=79 m

Nty= 8,3ì6,42ì79= 4200 (KW)

Để tận dụng lợng nớc thừa vào mùa lũ, ta nên lắp thêm công suất trùng (Ntr) Khi lắp Ntr ta sẽ tăng lợng điện năng sản xuất đợc Vì vậy công suất lắp máy sẽ đợc xác định theo nguyên tắc:

Nlm= Nty + Ntr

Trong đó Ntr sẽ đợc giả thiết một số giá trị để tính toán trong thủy năng ở phần sau

2.5 Tính toán thủy năng xác định thông số năng lợng 2.5.1 Bảng tính toán thủy năng chi tiết cho công trình.

Trong đó:

Cột 1: tần suất (Pi) lu lợng ngày đã tính toán đợc trong phần thuỷ văn

Cột 2: lu lợng thiên nhiên (QTN) đến tơng ứng với tần suất

Cột 3: lu lợng tổn thất tại tuyến công trình do thấm và bốc hơi, sơ bộ lấy

Qtt=3%.QTN

Cột 4: Lu lợng thực tế chảy qua công trình, Qthực= QTN – Qtt

Cột 5: Cao trình mực nớc bể áp lực, do mực nớc trong bể áp lực thay đổi không nhiều, nên ta có thể coi nh không thay đổi, ZBAL= MNC -∆H (∆H là tổn thất cột nớc trên kênh)

∆H = ik Lk

Trong đó:

ik: độ dốc kênh;sơ bộ lấy ik = 0,0016

Lk: chiều dài kênh, sơ bộ lấy Lk = 3120m

Cột 6: Cao trình mực nớc hạ lu, tra quan hệ Q~ZHL

Khi Qthực > QTĐmax thì tra quan hệ Zhl ứng với Qthực Khi QTĐmin<Qthực < QTĐmax thì tra quan hệ Zhl ứng với Qthực Khi Qthực <QTĐmin thì tra quan hệ Zhl ứng với QTĐmin

Zhl min= 275,5 (m), Zhl max= 284,0 m Cột 7:Tổn thất cột nớc trong đờng ống, tra quan hệ Q~HW(phụ lục tính toán)

Khi Qthực ≥ QTĐmax thì tra quan hệ HW ứng với QTĐmax.

Khi QTĐmin<Qthực < QTĐmax thì tra quan hệ HW ứng với Qthực Khi Qthực < QTĐmin thì tra quan hệ HW ứng với QTĐmin

Cột 8 : Cột nớc H = ZBAL- ZHL- HW

Cột 9 : Công suất dòng chảy, Ndc= K.Qthực.H (lấy K= 8,3)

Cột 10: Công suất phát điện (Npđ)

Khi Ndc ≥ Nlm thì Npđ = Nlm

Khi Ndc< Nlm thì Npđ = Ndc

Cột 11: Điện lợng trung bình tháng

2

) (

1

+

−

−

i i i

N

Bảng tính toán thủy năng ứng với Nlm 8,1 MW

T suÊt

P i

QTN

(m 3 /s) (m Qtt 3 /s)

Qthùc (m 3 /s) (m) Zbal (m) Zh (m) HW Hthực (m)

Ndc ( MW )

Np®

(Nlm=8,1MW) (MW)

Ei (10 6 kwh)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

B¶ng tÝnh to¸n thñy n¨ng øng víi Nlm 8,4 MW

T suÊt

P i

QTN

(m 3 /s) (m Qtt 3 /s)

Qthùc (m 3 /s) (m) Zbal (m) Zh (m) HW Hthực (m)

Ndc ( MW )

Np®

(Nlm=8,4MW) (MW)

Ei (10 6 kwh)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

B¶ng tÝnh to¸n thñy n¨ng øng víi Nlm= 8,7 MW

T suÊt

P i

QTN

(m 3 /s) (m Qtt 3 /s)

Qthùc (m 3 /s) Zbal (m) (m) Zh (m) HW Hthực (m)

Ndc ( MW )

Np®

(Nlm=8,7MW) (MW)

Ei (10 6 kwh)

0.5% 90.00 2.70 87.30 356.01 278.25 3.00 74.70 54.12 8.70 0.381

Tổng kết sơ bộ các phơng án Các P/án Nlm

max

(m3/s) Q

min

(m3/s) H

max

min

(m) H

bq

(m) (10Eo6kwh) Số giờ Nlm(h)

8,4 13.,5 4,05 80,18 74,9 78,4 33,91 4037

2.5.2 Xác định công suất lắp máy:

Công suất lắp máy (NLM) là công suất tối đa của trạm thuỷ điện có thể phát ra trên cơ sở phát với cột nớc lớn nhất và lu lợng lớn nhất

Công suất lắp máy sẽ đợc xác định theo nguyên tắc:

Nlm= Nty + Ntr

Việc lựa chọn công suất lắp máy là một bài toán tính toán kinh tế năng lợng,

nh-ng do trình độ và thời gian có hạn nên ta chỉ chọn cônh-ng suất lắp máy trên cơ sở xét

số giờ nhà máy thủy điện làm việc với công suất lắp máy do Bộ Công Nghiệp quy

định Thời gian sử dụng công suất lắp máy cho phép không quá 4000 h ữ 4200 h.

Vì vậy ta chọn công suất lắp máy của TTĐ Iapuch 3 là Nlm= 8400 KW

2.5.3 Cột nớc lớn nhất của trạm thuỷ điện (H max ).

Cột nớc lớn nhất Hmax là cột nớc xảy ra trong quá trình vận hành của TTĐ, tơng ứng mực nớc thợng lu là Cao trình BAL và mực nớc hạ lu là mực nớc thấp nhất

Hmax = ZBAL - ZHL(Qmin) – HW(Qmin)

Hmax= 80,18 (m)

2.5.4 Cột nớc nhỏ nhất của trạm thuỷ điện (H min ).

Cột nớc nhỏ nhất Hmin là cột nớc nhỏ nhất xảy ra trong quá trình vận hành của TTĐ, tơng ứng mực nớc thợng lu là Cao trình BAL và mực nớc hạ lu là mực nớc cao nhất

Hmin = ZBAL - ZHL(Qthực max) – HW(Qmax)

Hmin = 74,9 (m)

2.5.5 Cột nớc bình quân gia quyền (Hbq).

Cột nớc bình quân của TTĐ là cột nớc trong suốt quá trình vận hành bình thờng, cột nớc bình quân đợc tính theo bình quân gia quyền của công suất trong thời đoạn tính toán

Hbq =

i

i i

t

t N

ì

ì

ì

∑

∑

i

i

N H

8760 100

)

ì

−

i

P P t

Hbq= 78,4 (m)

2.5.6 Cột nớc tính toán (H tt ).

Cột nớc tính toán là cột nớc thấp nhất mà TTĐ vẫn phát ra đợc công suất lắp máy

Trong tính toán sơ bộ, cột nớc tính toán theo kinh nghiệm lấy bằng cột nớc nhỏ nhất

Htt = Hmin 74,9 (m)