ĐỒ án THIẾT kế THỦY điện 2

đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai Phần II tính toán thuỷ Chơng I: nhữnh vấn đề chung Mục đích nhiệm vụ việc tính toán thuỷ Mục đích việc tính toán thuỷ xác định thông số trạm thuỷ điện nh sau: - Mực nớc dâng bình thờng ( MNDBT ); m - Mực nớc chết ( MNC ); m - Dung tích hữu ích hồ chứa ( Vhi ); 106m3 - Công suất bảo đảm ( Nbđ ); Kw - Công suất lắp máy ( Nlm ); Kw - Điện lợng bình quân liệt năm ( nn ); Kwh - Số lợi dụng công suất lắp máy ( hNlm ); - Cột nớc lớn ( Hmax ); m - Cột nớc bình quân gia quyền ( Hbq ); m - Cột nớc tính toán ( Htt ); m - Cột nớc nhỏ ( Hmin ); m Đối với nhà máy thuỷ điện khai thác kiểu đập, xác định đợc mực nớc dâng bình thờng ( MNDBT ) định hàng loạt vấn đề nh chiều cao đập, diện tích ngập lụt, công suất bảo đảm, công suất lắp máy, Phơng thức khai thác thuỷ Qua nghiên cu tài liệu địa hình, địa chất tuyến công trình 1A số tài liệu khảo sát khác em có số nhận xét nh sau: - Dự án thuỷ điện Đồng Nai thuộc bậc thang trung lu khai thác tổng hợp lợng sông Đồng Nai - Công trình thuỷ điện Đồng Nai đợc đề nghị nghiên cứu phơng án tuyến nh sau: Tuyến 1; tuyến cách tuyến khoảng 1km phía hạ lu tuyến 1A cách tuyến khoảng 5,5km phía thợng lu - Căn theo địa hình tuyến 1A, lòng sông hẹp, hai bên bờ sông sờn núi cao, độ dốc lớn - Với phơng án xây dựng đập làm hồ chứa: Sông Đồng Nai khu vực hồ chứa chảy theo hớng Đông Bắc Tây Nam Vùng hồ dân c, đất đai cha đợc canh tác Về địa chất, khu vực tuyến 1A không lộ đá Granit, khu vực hồ chứa phân bố đá cát bột kết xen kẹp phiến xét hệ tầng La Ngà, đá cứng có cờng độ cao Trong khu vực thung lũng cắt sâu kề cận, mực nớc dới đất cao nên tợng nớc sang lu vực kế cận khả xảy ra, có khả nớc qua vai đập đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai - Vách hồ chứa dốc 250 400, đất Eluvi dày nên khả tái tạo sạt lở sau có hồ tất yếu Nhng chiều rộng hồ chứa bé, chiều dài sông ngắn nên tợng tái tạo sạt lở xảy không đáng kể ( chủ yếu trợt đất ) - Vách bờ hồ dốc nên khả bán ngập khả xảy - Theo điều tra sơ khu vực hồ chứa cha phát có mỏ khoáng sản đạt trữ lợng công nghiệp Từ nhận xét trên, em chọn phơng thức khai thác kiểu đập cho công trình thuỷ điện Đồng Nai tuyến 1A, lòng sông thu hẹp nên tuyến đập ngắn, khối lợng xây dựng đập nhỏ, xây dựng đập cao tạo hồ chứa, có cột nớc cao tăng khả phát điện Chọn mức bảo đảm tính toán 3.1 khái niệm mức bảo đảm tính toán Trạm thuỷ điện làm việc phụ thuộc vào tình hình nguồn nớc hay điều kiện thuỷ văn vùng Trong điều kiện thuỷ văn thuận lợi, trạm thuỷ điện làm việc tơng đối ổn định đảm bảo cung cấp điện an toàn Nhng gặp năm bất lợi thuỷ văn nh năm kiệt, lu lợng thiên nhiên đến nhỏ năm có lũ lớn làm cột nớc phát điện giảm nhỏ công suất phát bị giảm theo.Do cần có mức độ chắn việc cung cấp điện trạm thuỷ điện 3.2 chọn mức bảo đảm tính toán cho công trình Trạm thuỷ điện Đồng Nai có nhiệm vụ phát điện chính, có công suất nhỏ ( 300 50 )MW, theo quy phạm TCXDVN 285 2002 công trình thuộc cấp có mức bảo đảm tính toán 90% Phơng pháp tính toán xác định MNDBT độ sâu công tác hồ chứa 4.1 Mực nớc dâng bình thờng nhân tố ảnh hởng MNDBT mực nớc cao hồ chứa điều kiện làm việc bình thờng nhà máy Nó thông số quan trọng thông số liên quan đến tiêu kinh tế tiêu lợng nhà máy thuỷ điện - Về mặt công trình: MNDBT định chiều cao đập, kích thớc công trình xả lũ, số lợng kích thớc đập phụ, lợng tổn thất bốc hơi, thấm, - Về mặt kinh tế: MNDBT tăng làm vốn đầu t xây dựng công trình chi phí hàng năm tăng, mức độ tăng dần xuất nhiều đập phụ, diện tích ngập lụt tăng, công tác xử lý móng phức tạp, tốn kém, - Về mặt phòng lũ: Khi MNDBT tăng, dung tích hữu ích tăng, khả cắt lũ tăng giảm biện pháp ngăn ngừa hạ l, nh có lợi - Về mặt phát điện: Khi MNDBT tăng mực nớc tăng, Nbđ tăng, Nlm tăng, E tăng nhng độ tăng giảm dần - Về mặt cung cấp nớc: MNDBT cao khả cung cấp nớc lớn mùa kiệt cho ngành khác nh tới, giao thông, - Về ngập lụt: MNBDT tăng dẫn tới diện tích mặt hồ tăng ngập lụt lớn đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai - Về mặt tài nguyên xã hội: Khi MNDBT tăng ảnh hởng tới vùng sinh sống dân tộc có văn hoá lâu đời lòng hồ, buộc họ phải di dời nơi khác để sinh sống, nh làm tăng tiền đền bù di dân tái định c Hoặc việc tăng MNDBT làm gây ngập lụt số danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử tài nguyên khoáng sản có trữ lợng tơng đối, có khả khai thác công nghiệp, gây thiệt hại kinh tế 4.2 Sơ xác định mực nớc dâng bình thờng Để xác định mực nớc dâng bình thờng, ta dựa vào giới hạn giới hạn dới, giả thiết nhiều giá trị mực nớc dâng bình thờng, tính toán kinh tế kĩ thuật để phân tích lựa chọn MNDBT hợp lý - MNDBT lớn đợc xác định từ điều kiện sau: + Theo điều kiện địa hình địa chất + ảnh hởng đến môi trờng: Ngâp lụt, di dân, làm lại đờng giao thông, nhà máy xí nghiệp dời + Bậc thang trạm thuỷ điện - MNDBT nhỏ đợc xác định yêu cầu dùng điện yêu cầu lợi dụng tổng hợp ( Dùng nớc cải tạo đất nuôi trồng thuỷ sản ) Trong phạm vi đồ án đợc đồng ý giáo viên hớng dẫn em tiến hành tính toán thuỷ với phơng án MNDBT nh sau: 290; 287,5; 285 ( cận cao trình MNDBT hồ chứa thuỷ điện Đồng Nai bị giới hạn cao trình mực nớc hạ lu thuỷ điện Đồng Nai xấp xỉ cao trình 290m ) Sau lựa chọn phơng án mực nớc dâng bình thờng hợp lý Chơng II: tính toán thuỷ cho phơng án mực nớc dâng bình thờng Phơng án MNDBT = 290m Xác định dung tích hữu ích (Vhi) Theo hớng dẫn giáo viên, em thiết kế trạm thuỷ điện làm việc với công suất lắp máy tối đa ngày Xác định Qbđ: Lu lợng bảo đảm lu lợng trung bình thời đoạn ( tháng ) ứng với mức bảo đảm tính toán Từ chuỗi dòng chảy trung bình tháng liệt 26 năm, ta xắp sếp ( 26ì12 ) giá trị lu lợng trung bình tháng theo thứ tự giảm dần xây dựng đờng tần suất lu lợng trung bình tháng Từ đờng tần suất ứng với mức bảo đảm tính toán ta xác định đợc Qbđ = Q90% = 74,7 (m3/s) Xác định dung tích hữu ích Vhi = k ì Qbđ ì (24-t) ì3600 ; m3 Trong đó: - k hệ số an toàn; k = 1,1 - Qbđ l lợng bảo đảm - Số phát công suất lắp máy; t = 6h đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai - 3600: số giây Vhi = 1,1 ì 74,7 ì (24 6) ì3600 = 5,3.106 (m3) Xác định mực nớc chết (MNC) Với MNDBT = 290m tra quan hệ W~Ztl ta có: VMNDBT = 114,7.106 m3 VMNC = VMNDBT - Vhi = (114,7 5,3).106 = 109,4.106 m3 Tra quan hệ W~Ztl ta có MNC = 288,75m MNC = 288,5m Kiểm tra theo điều kiện lắng đọng bùn cát hồ chứa Mực nớc chết xác định theo điều kiện bồi lắng đợc tính theo công thức sau: MNC = Zbc + h1 + h2 + D Trong đó: Zbc cao trình bồi lắng bùn cát tính theo tuổi thọ công trình h1 độ ngập sâu trần CLN dới MNC h2 độ vợt cao ngỡng CLN so với cao trình bồi lắng Lấy h1 = h2 = 0,5 m D chiều cao cửa lấy nớc cửa lấy nớc đợc thiết kế có tiết diện tròn - Xác định cao trình bùn cát: Theo tài liệu phù sa ta có tổng lợng phù sa lắng đọng năm hồ là: Wphù sa = 0,211.106 m3/n Công trình thuỷ điện Đồng Nai công trình cấp II nên thời gian tính toán dung tích bồi lắng hồ chứa bị lấp đầy 100 năm Vởy tổng lợng phù sa lắng đọng công trình 100 năm là: Wbc = 100.0,211.106 = 21,1.106 m3 Tra quan hệ Z~W ta đợc Zbc = 257,62 m - Xác định sơ đờng kính D: Có Qbđ = 74,7 m3/s Sơ ta xác định đợc lu lợng lớn nhất: Q max = V hi 5,3.10 + Qbd = + 74,7 = 297,76 m3/s k t.3600 1,1.6.3600 Sơ chọn tổ máy QTmax = Fc ln = Q max 297,76 = = 148,88 m3/s 2 Q T max Vc ln Trong Vcln lu tốc lới chắn rác Vcln =1ữ1,2 m/s Chọn V = 1,1 m/s đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai Fc ln = 148,88 = 135,35m 1,1 D= 4F = ì 135,35 = 13,13m 3,14 MNC = 257,62 + 0,5 + 13,13 + 0,5 = 271,75 m < 288,5m Vậy chọn MNC = 288,5m Xác định độ sâu công tác hồ chứa ( hct) Độ sâu công tác hồ chứa khoảng cách từ MNDBT đến MNC hct = MNDBT MNC = 290 288,5 = 1,5m Xác định công suất bảo đảm ( Nbđ ) 4.1 Khái niệm Công suất bảo đảm (Nbđ) công suất bình quân thời đoạn tính theo khả dòng nớc ứng với mức bảo đảm tính toán trạm thuỷ điện Công suất bảo đảm thông số trạm thuỷ điện khả phủ phụ tải trạm thuỷ điện lớn hay nhỏ chủ yếu công suất bảo đảm định Nó mức độ tham gia vào cân công suất điện lợng hệ thống điện 4.2 Xác định công suất bảo đảm ( Nbđ ) Khác với trạm thuỷ điện điều tiết năm, trạm thuỷ điện điều tiết ngày hồ chứa dung tích lớn để điều tiết phân phối dòng chảy năm mà điều tiết dòng chảy ngày, đối tợng nghiên cứu công suất bảo đảm mùa kiệt, mà công suất bảo đảm ngày để chế độ công tác ngày ổn định Các phơng pháp xác định công suất bảo đảm TTĐ điều tiết ngày: - Xác định công suất bảo đảm từ lu lợng bảo đảm: Nbđ = kn.Qbđ.H Phơng pháp đợc ứng dụng trờng hợp TTĐ nguy giảm cột nớc đáng mùa lũ, tức đờng tần suất công suất bình quân thời đoạn xấp xỉ trùng với đờng tần suất lu lợng - Xác định công suất bảo đảm theo đờng tần suất công suất dòng nớc: Phơng pháp dựa vào lu lợng thiên nhiên trung bình thời đoạn để xác định cột nớc cho thời đoạn ứng với Q H thời đoạn xác định đợc công suất N Dựa vào trị số N thời đoạn liệt năm thuỷ văn ta vẽ đờng tần suất công suất N = f(P%) Trên đờng tần suất ứng với mức bảo đảm tính toán P% có Nbđ cần tìm Phơng pháp đợc ứng dụng rộng rãi, tính xác cao nhng khối lợng tính toán lớn Trong đồ án em xác định Nbđ theo lu lợng bảo đảm đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai N bd = k n Q bd H Trong đó: kn: hiệu suất TTĐ k n = 9,81. T mp TL Chọn kn = 8,5 ( Không xét đến tổn thất cột nớc) Qbđ: lu lợng bảo đảm; Qbđ = 74,7 m3/s H: cột nớc TTĐ ứng với Qbđ H = Z TL Z HL ( Qbd ) Ta có: V = V MNC + V hi 5,3.10 = 109,4.10 + = 112,05.10 m 2 Tra quan hệ Z ~ V ta đợc Z TL = 289,37 m Từ Qbđ = 74,7 m3/s tra quan hệ Q~ZHL ta đợc: Z HL ( Qbd ) = 223,93m H = 289,37 223,93 = 65,44m Vậy: Nbđ = 8,5.74,7 65,44 = 41551 KW = 41,55MW Xác định công suất lắp máy (Nlm) 5.1 Khái niệm Công suất lắp máy công suất tối đa mà TTĐ phát đợc trình làm việc bình thờng Công suất lắp máy tổng công suất định mức tổ máy nhà máy 5.2 Nguyên lý xác định Công suất lắp máy chọn phụ thuộc vào công suất bảo đảm nhiệm vụ cung cấp điện TTĐ hệ thống điện Theo quan điểm thiết kế công suất lắp máy đợc xác định theo công thức: Nlm= Nctmax + Ndtr + Ntrùng = Nty + Ntrùng Trong đó: - Nctmax công suất công tác lớn nhà máy thuỷ điện (ứng với phụ tải lớn nhất) - Ndtr công suất dự trữ NMTĐ bao gồm: Ndtr = Ndf+ Nds + Ndsc Với : Ndf công suất dự trữ phụ tải Nhằm đáp ứng nhu cầu dùng điện thay đổi đột ngột thời gian ngắn N TĐ df N HT df = HT N TctĐmax ; N HT ( ) HT df = 2% 5% Pmax Pmax đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai Nds công suất dự trữ cố Nhằm mục đích thay cho tổ máy bị cố thời gian đòi hỏi dài mf lớn hệ thống N HT ds N H N TĐ sc TĐ N HT ds N ct max = ; N HT ( ) HT ds = 5% 10% Pmax HT Pmax Ndsc : Công suất dự trữ sửa chữa đảm bảo yêu cầu phụ tải tiến hành trì sửa chữa định kỳ tổ máy Ntr: Công suất trùng phần công suất lắp thêm TTĐ để tận dụng lợng nớc thừa mùa lũ Nó tác dụng làm giảm công suất tất yếu TTĐ mà có tác dụng giảm chi phí hàng năm hệ thống C HT hn Nty: Công suất tất yếu thành phần công suất thiết phải có phụ thuộc vào công suất bảo đảm, khả điều tiết hồ, biểu đồ phụ tải yêu cầu lợi dụng ngành lợi dụng tổng hợp 5.3 Xác định Nlm TTĐ Đồng Nai Trong đồ án biểu đồ phụ tải Với giả thiết TTĐ phát điện với công suất lắp máy tối đa ngày trữ hoàn toàn 18 giờ, ta xác định đợc Qmax nh sau: Qmax = Qbđ + V hi 5,3.10 = 74,7 + = 297,76 m3/s 1,1.6.3600 1,1.6.3600 Từ xác định công suất lắp máy nh sau: N lm = k n Q max H Trong đó: Kn = 8,5 H cột nớc trung bình TTĐ H = H ( Qbd ) = 65,44m Nlm = 0,9.8,5.297,76.65,44 = 149063 KW = 149,063 MW Do trạm thuỷ điện Đồng Nai có hồ chứa điều tiết ngày nhng tính toán với thời đoạn tháng nên kết tính đợc thiên lớn tính toán ta nhân thêm với hệ số an toàn 0,9 Sơ em chọn Nlm = 150MW sau kiểm tra cụ thể phần sau Khi lu lợng lớn qua turbin là: Q max = ( 150.10 = 269,67 m / s 8,5.65,44 Lu lợng nhỏ qua turbin là: ) đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai Q = 70% ( Q max 269,67 = 70% = 94,4 m / s 2 ) (Với giả thiết tổ máy) Xác định điện lợng bình quân nhiều năm số lợi dụng công suất lắp máy Cột nớc nhỏ mà trạm thuỷ điện phát đợc công suất bảo đảm trình làm việc bình thờng trạm thuỷ điện đợc xác định nh sau: Hmin = MNC Zhl (Qmax) Với Qmax = 269,67 tra quan hệ Q~Zhl Zhl = 226,17m Hmin = 288,5 226,17 = 62,33m Điện lợng bình quân nhiều năm ( nn ) đợc xác định từ chuỗi dòng chảy trung bình tháng liệt 26 năm ( 1978 2003) Kết tính toán cụ thể bảng phụ lục Trình tự tính toán nh sau: Giả thiết giá trị Htt = Hmin sau lập bảng tính thuỷ cho liệt năm biết Nlm = 150 MW - Cột (1): Năm tính toán - Cột (2): Tháng năm - Cột (3): Lu lợng thiên nhiên đến TTĐ - lu lợng trung bình tháng (Qtn) - Cột (4): Tổn thất thấm - Qth = th V 2,63.10 Trong đó: th hệ số thấm; th = 0.5% V = V MNC + V hi = 112,05.10 m - Cột (5): Tổn thất bốc gia tăng năm ( hbh ) - Cột (6): Tổn thất bốc - Qbh = h bh F 2,63.10 ( F đợc xác định từ quan hệ W~Z~F; F = 4,42km2 ) - Cột (7): Lu lợng đến TTĐ sau trừ tổn thất ( Qhl ); - Cột (8): Mực nớc thợng lu bình quân ( tl ); ( Đợc xác định từ quan hệ W~Z ) - Cột (9): Mực nớc hạ lu bình quân; HL = (Q HL ) - aCột (10): Cột nớc phát điện bình quân; = TL HL đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai - Cột (11): Công suất dòng chảy ( Ndc ); dc = 8,5 * Q HL * ; ( MW ) 1000 - Cột (12): Công suất khả dụng ( Nkd ); MW + Công suất trạm TTĐ phát đợc theo điều kiện hạn chế turbin + Nếu > tt Nkd = Nlm + Nếu < tt Nkd = Nlm tt - Cột (13): Công suất phát điện trạm thuỷ điện ( Npđ ); MW + Nếu Ndc > Nkd Npđ = Nkd + Nếu Ndc < Nkd Npđ = Ndc - Cột (14): Điện trung bình tháng; E = Npđ.730.1000 (KWh) - Cột (15): Npđ Từ kết tính toán thuỷ cho liệt năm ta có: Điện lợng trung bình nhiều năm là: nn = 0,9 26 = 600,347.106 KWh; Số lợi dụng phát công suất lắp máy năm: hNlm = nn = 4002,3 (giờ) < 4200 lm Vậy công suất lắp máy chọn hợp lý Xác định cột nớc đặc trng Theo kết tính toán điều tiết cho liệt năm ta có: Cột nớc bình quân ( Hbq) n H bq = N H i i =1 n N i =1 i = 64,24m i Cột nớc lớn ( Hmax) Hmax = MNDBT Zhl (Qmin) đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng nai Với Qmin = 94,4 m3/s Zhl (Qmin) = 224,22m Hmax = 290 224,22 = 65,78m Cột nớc nhỏ ( Hmin) Hmin = MNC Zhl (Qmax) Với Qmax = 269,67 m3/s Zhl (Qmax) = 226,17m Hmin = 288,5 226,17 = 62,33m Cột nớc nhỏ ( Htt) Khi cột nớc tính toán toán tăng lên ta có lợi chọn thiết bị song điện giảm Từ bảng tính toán điều tiết liệt năm ta thấy rằng: Giá trị lớn H tt giả thiết làm cho điện trung bình nhiều năm không bị giảm 62,38m Song độ biến thiên cột nớc nhà máy không đáng kể so với cột nớc phát điện nên việc lựa chọn cột nớc tính toán không làm ảnh hởng nhiều đến giá thành Để phát điện cột nớc bất kỳ, tránh xả thừa ta chọn Htt = Hmin = 62,33 m Các phơng án MNDBT = 287,5m MNDBT = 285m tính toán tơng tự (Xem bảng kết tổng hợp) Kết tính toán thuỷ phơng án MNDBT TT 10 11 12 13 14 Chỉ tiêu MNDBT MNC Vtb Vhi Qbđ, 90% Qmax Htt Htb Hmin Hmax Nbđ Nlm Enn hNlm Đơn vị m m 106 m3 106 m3 m3/s m3/s m m m m MW MW 106 KWh phơng án 290 287.5 285 288.5 286 283.5 112.1 101.6 91.16 5.3 5.3 5.3 74.7 74.7 74.7 269.67 269.164 269.02 62.33 59.83 57.2 64.24 61.73 59.15 62.33 59.83 57.33 65.78 63.28 60.78 41.55 39.96 38.32 150 144 138 600.347 577.003 552.965 4002.3 4006.97 4006.99 ... tính toán P% có Nbđ cần tìm Phơng pháp đợc ứng dụng rộng rãi, tính xác cao nhng khối lợng tính toán lớn Trong đồ án em xác định Nbđ theo lu lợng bảo đảm đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ trạm tđ đồng... phát điện giảm nhỏ công suất phát bị giảm theo.Do cần có mức độ chắn việc cung cấp điện trạm thuỷ điện 3.2 chọn mức bảo đảm tính toán cho công trình Trạm thuỷ điện Đồng Nai có nhiệm vụ phát điện. .. suất thiết phải có phụ thuộc vào công suất bảo đảm, khả điều tiết hồ, biểu đồ phụ tải yêu cầu lợi dụng ngành lợi dụng tổng hợp 5.3 Xác định Nlm TTĐ Đồng Nai Trong đồ án biểu đồ phụ tải Với giả thiết