Thiết kế trạm thủy điện mường hum PA1

Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo Th.S Lê Ngọc Sơn người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế trạm thủy điện Mường Hum PA1 ” Đồ án kết tổng hợp vận dụng toàn kiến thức 4,5 năm học tập nghiêm túc rèn luyện liên tục Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Thủy Lợi, thầy cô môn Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo, khoa Năng lượng trang bị cho em kiến thức chuyên sâu tạo điều kiện để em hồn thiện đồ án tốt nghiệp Cuối em xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè ln cổ vũ, động viên trợ giúp em thời gian thực đồ án tốt nghiệp Trong thời gian thực đồ án, kiến thức thời gian hạn chế, chưa có kinh nghiệm thực tế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp thầy giáo, bạn để đồ án tốt nghiệp hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2016 Sinh viên thực Vũ Ngọc Giang SVTH: Vũ Ngọc Giang Lớp: 52Đ1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng điện có vai trò vơ to lớn phát triển văn hoá đời sống nhân loại Nhu cầu điện giới tăng trưởng ngày mạnh hoà nhịp với tốc độ tăng trưởng kinh tế chung, nói tiêu chuẩn để đánh giá phát triển quốc gia nhu cầu sử dụng điện Nguồn điện chủ yếu nhiệt điện than, nhiệt điện khí đốt, thuỷ điện, điện nguyên tử số nguồn lượng khác lượng gió, lượng mặt trời … Ở nước ta, điện đóng vai trò quan trọng nghiệp phát triển kinh tế đất nước Để đáp ứng phát triển kinh tế đất nước yêu cầu điện đòi hỏi ngày nhiều Hiện nước ta nguồn lượng thuỷ điện chiếm vai trò quan trọng hệ thống điện Việt Nam Nó chiếm tỷ trọng khoảng 45% công suất hệ thống điện Việt Nam Tuy nguồn thuỷ điện chiếm tỷ trọng lớn khai thác khoảng 20% trữ lý thuyết sông Việt Nam Mặt khác nhu cầu sử dụng điện hộ dùng điện thay đổi để đáp ứng thay đổi hệ thống điện thiếu trạm thuỷ điện có khả thay đổi cơng suất thời gian ngắn Chính tầm quan trọng tiềm thuỷ điện lớn, đòi hỏi người thiết kế thi công trạm thuỷ điện phải nắm vững kiến thức thuỷ điện Để củng cố hệ thống lại kiến thức thuỷ điện, đồng ý nhà trường Hội đồng thi tốt nghiệp khoa Năng Lượng, em giao đề tài ‘Thiết kế trạm thuỷ điện Mường Hum PA1 SVTH: Vũ Ngọc Giang Lớp: 52Đ1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo PHẦN I : TỔNG QUAN VÀ TÀI LIỆU VỀ CƠNG TRÌNH CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Vị trí cơng trình Nhà máy thủy điện Mường Hum nằm tỉnh Lào Cai,miền Bắc nước ta,trên sông nhánh Mường Hum nhánh sông bờ trái nhanh sơng bậc Ngòi Phát thuộc bờ phải sơng Hồng Vị trí nhà máy nằm bờ phải sơng, cách đập phía hạ lưu 3.6m(theo dòng sơng) 103°44′30″kinh đơng, 22°32′30″ vĩ bắc Điều kiện giao thơng cơng trình thủy điện, vị trí đập cách thị trấn Mường Hum 2km, đập nhà máy có 7km đường nối lại với NM cách huyện Bát Xát 22km, cách thành phố Lào Cai 40km Diện tích tập trung nước mưa từ vị trí đập trở lên 347.4km2，diện tích tập trung nước mưa từ vị trí nhà máy trở lên 360.1km2 1.2 Nhiệm vụ cơng trình Cơng trình nhà máy thủy điện Mường Hum nhà máy dạng dòng chảy, cơng trình chủ yếu đầu mối gồm có: đập bê tơng trọng lực (kể đập tràn), hầm trên, dẫn nước phát điện, giếng điều áp, giếng đứng, hầm nhà máy phát điện, trạm phân phối điện v.v… Mục tiêu cơng trình phát điện, cơng suất lắp máy 2×14MW SVTH: Vũ Ngọc Giang Lớp: 52Đ1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo CHƯƠNG 2: TÀI LIỆU VỀ CƠNG TRÌNH 2.1 Tài liệu thủy văn a Quan hệ tổn thất cột nước Tổn thất cột nước: Tổng thật cột nước bao gồm tổn thất dọc hành trình tổn thất cục bộ, mối quan hệ tổn thất cột nước giai đoạn trước lưu lượng chảy qua thể bảng Hw，m， 0.00 Q(m3/s) 0.0 0.29 5.0 1.18 10.0 2.71 15.0 5.67 20.0 8.86 25.0 12.76 30.0 14.52 32.0 15.20 35.0 b Quan hệ mực nước hồ,diện tích,dung tích hồ Z(m) F(km2) W(106m3) Z(m) F(km2) W(106m3) Z(m) F(km2) W(106m3) 534 0.00 535 0.00 536 0.00 537 0.01 538 0.02 539 0.03 540 0.04 541 0.05 542 0.05 0.00 0.00 0.02 4 545 0.08 0.07 0.11 0.21 544 0.07 0.04 0.15 548 549 0.13 550 0.14 551 0.16 552 0.17 0.34 0.42 0.51 0.99 0.72 0.85 1.31 554 0.20 555 0.22 556 0.23 557 0.25 558 0.26 559 0.28 560 0.30 1.70 1.91 2.14 2.38 2.64 3.21 3.52 6 0.011 546 0.09 547 0.10 0.12 0.611 2.92 1.15 543 0.066 0.257 553 0.191 1.502 561 0.32 c Quan hệ lưu lượng,mực nước nhà máy SVTH: Vũ Ngọc Giang Lớp: 52Đ1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 2.2 Z(m) Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo 430.3 430.8 431 431.6 432 432.4 2.66 7.8 Q(m /s ) Z(m) Q(m3/s ) 0.27 436.1 437.2 184.6 322 1.13 438 520 4.88 433 13.9 T 434.1 435.1 40.05 94.78 439.6 441.3 442.3 443 445 446 810 2289 2667 1223 1480 1681 i liệu địa chất Căn vào tài liệu khoan thăm dò DK4 DK5, hệ tầng thứ bờ trái tầng phủ phong hóa mạnh sâu khoảng 3.9m, hệ tầng thứ tầng phủ phong hóa mạnh sâu 3.5m Cao trình đường phân thủy bờ lớn 850m Khu vực vị trí đập phân chia từ xuống là:Tầng bồi tích hệ thứ tư，a Q，， chủ yếu cuội sỏi tròn, cứng cấu thành, cỡ hạt 3-5cm，có lẫn cát vàng thô 10%-20% Chiều dày 3-5m，Chủ yếu phân bố bờ phải lòng sơng vị trí đập Tầng sườn tàn tích，edQ，，Thành phần chủ yếu đất sét màu vàng, đỏ thẫm, màu tro, xen kẹp đá dăm cuội sỏi mảnh đá granit phong hóa Chiều dày 35m，Chủ yếu phân bố bờ trái, bờ phải vị trí đập Khu vực phân hóa mạnh ，IA，，đất sét màu vàng, đỏ, xám, cỡ hạt cuội sỏi xen 12m，dày 4.5m，Chủ yếu phân bối bờ phải Khu vực đá tươi: Đá granit màu xanh xám, cứng, dạng đá tải, nứt nẻ ít, chiều rộng nứt nẻ nhỏ 1mm，trong khe chèn nhét chất ôxit mà nâu đỏ phân bố tồn khu vực đập Khu vực vị trí đập chưa phát có đứt gãy cấu tạo lớn xuyên qua, đá gốc đập tính thấu nước yếu ，q=0.016-0.029l/min 2.3 Tài liệu địa hình Vị trí đập hồ chứa nằm trung du sông Mường hum, đoạn sông 1.4km hạ lưu cầu Mường Hum, thị trấn Mường Hum Đoạn lòng sơng tương đối hẹp, thành hình chữ V khơng đối xứng, lòng sơng rộng 25m，cao trình đáy 530.02533.31m，độ dốc bờ trái tương đối thoải, từ 35°，46° Độ dốc bờ phải tương đối dốc, từ 55°，65° Dòng nước sơng chảy đến vị trí đập theo hướng SW 2.4 Tài liệu khí tượng SVTH: Vũ Ngọc Giang Lớp: 52Đ1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo Gió - Tốc độ gió lớn bình qn nhiều năm 24.00m/s Tốc độ gió lớn (P=2%) 38.3m/s Hành trình gió thổi hữu ích 1.5km - Bốc Lưu lượng bốc tháng mặt hồ chứa: Tháng Lượng 38.0 bốc 44 68.7 66 62 50 48 43 37 10 31 11 30 3 12 35.5 Năm 557.6 (mm) PHẦN II: TÍNH TỐN THỦY NĂNG CHƯƠNG I: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Mục đích tính tốn thủy Mục đích tính tốn thủy từ tài liệu Thuỷ văn, khí tượng Thuỷ văn, địa hình, địa mạo khu vực xây dựng cơng trình, tình hình địa chất, địa chất thuỷ văn, đặc trưng lòng hồ, tính tốn để xác định thơng số sau: Mực nước dâng bình thường (MNDBT) Mực nước chết ( MNC ), độ sâu công tác (hct) Công suất bảo đảm (Nbđ) Cơng suất lắp máy (Nlm) Điện lượng bình qn nhiều năm (Enn) Số lợi dụng công suất lắp máy (h ldNlm) Cột nước lớn (H max ) Cột nước nhỏ (H ) Cột nước bình quân gia quyền (H bq) Cột nước tính tốn Htt 1.2 Chọn mức bảo đảm tính tốn Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXD VN 285:2002 “Cơng trình thủy lợi Các qui định chủ yếu thiết kế” Bộ trưởng Bộ xây dựng ký ngày 28/08/2002, Cơng trình thủy điện Mường Hum tính tốn với cơng trình cấp III, Ptk = 85% 1.3 Chọn phương thức khai thác thủy SVTH: Vũ Ngọc Giang Lớp: 52Đ1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo Căn vào điều kiện địa hình tuyến cơng trình cho thấy địa hình đoạn sơng thượng nguồn có độ dốc lớn, lòng sơng hẹp dùng đập dâng đập cao, hồ điều tiết khơng lớn, chi phí đầu tư lớn mà khơng có lợi nhiều Trong trường hợp này, để tận dụng toàn lợi địa hình đặc biệt độ dốc lòng sơng nên em chọn phương thức khai thác thủy kiểu đường dẫn CHƯƠNG II: TÍNH TỐN THỦY NĂNG 2.1 Mực nước dâng bình thường (MNDBT 2.1.1 Khái niệm MNDBT MNDBT mực nước cao hồ điều kiện làm việc bình thường, thơng số quan trọng TTĐ, MNDBT có quan hệ mật thiết đến cấp cơng trình, quy mơ cơng trình, đến tính khả thi cơng trình 2.1.2 Lựa chọn MNDBT MNDBT mực nước cao hồ chứa điều kiện làm việc bình thường nhà máy thủy điện Nó thông số quan trọng thông số liên quan đến tiêu kinh tế tiêu lượng nhà máy thủy điện Trong đồ án này, em thầy giao phương án MNDBT cho TTĐ Mường Hum 550 m 2.2 Mực nước chết (MNC) 2.2.1.Khái niệm MNC SVTH: Vũ Ngọc Giang Lớp: 52Đ1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo Mực nước chết (MNC) mực nước thấp hồ chứa điều kiện làm việc bình thường MNC cơng trình ứng với phương án tuyến đập khác lựa chọn sở dung tích chết xác định từ dung tích bồi lắng hồ chứa 2.2.3 Xác định MNC theo điều kiện bồi lắng Xác định cao trình bùn cát: (Zbc) Vbcll = Kρ W T γ ÷ + K : Hệ số lắng đọng K =(0,2 0,8) lấy K= 0,5 ρ ρ + : Hàm lượng phù sa, = 0,02 (kg/m3) γ bc + γ bc : Là dung trọng bùn cát =1400 (kg/m3) +T : Thời gian nạo vét đáy hồ T = 15 năm + Wo Wo : Lượng nước trung bình nhiều năm × × × × = Q50%×365×24×3600 = 16,7 365 24 3600 = 526,65 106 (m3)  Vbcll = 69230,77 (m3) Vbcdđ= 30%Vbcll =0,3×69230,77 = 20769,23(m3)  Vbc= += 69230,77 +20769,23= 90000(m3) Từ Vbc tra quan hệ Z -V ta Zbc = 539,5 (m) MNCbl = Zbc + H + h1+h2 + Zbc: Cao trình bùn cát bùn cát + h1: Là khoảng cách an toàn từ MNC đến trần cửa lấy nước Chọn h1 =1(m) + h2: Là khoảng cách an toàn từ Zbc đến chân cửa lấy nước Chọn h2 = 1(m) + H : Là chiều cao cửa vào ca ly nc Fcln= m ta cú =(1,8ữ2)Q50%=2ì16,7=33,4(m3/s), Vcln=1 (m/s) → Fcln= = 33,4 (m2) →H=== 6,5(m)  MNCbl= 539,5 +6,5+1+1= 548 (m)(1) SVTH: Vũ Ngọc Giang Lớp: 52Đ1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo Hình minh hoạ mực nước hồ chứa 2.2.4 Xác định MNC theo điều kiện làm việc tuabin hct = MNDBT –MNC ≤ 1/3 Hmax Z hlQ1tm − H wQ1tm Hmax =MNDBT- =550-433,24-3,2=113,56 (m) MNC ≥ 550- 113,56/3= 512,15 (m) (2) =>MNC theo điều kiện giới hạn (1) (2) MNC=max(MNC1,MNC2 )= 548 (m) 2.25 Xác định MNC theo điều kiện dung tích hữu ích tối thiểu Xác định dung tớch cú ớch ca h cha: (Vhi) Vhi= kìQbì(24-T)ì3600 ữ + k : Là hệ số an toàn, k=(1,1 1,15) Chọn k=1,15 + T: Là số phủ đỉnh biểu đồ phụ tải Trong tài liệu chọn T = 5h + Qbđ=3,49 (m3/s) tra từ đường tần suất lưu lượng ngày đêm ứng với Ptk =85% →Vhi = 1,15×3,49×(24-5)×3600= 274,52×103 (m3) Từ MNDBT= 550m tra quan hệ Z-V ta suy dung tích ứng với MNDBT là: VMNDBT= 994×103 (m3)  VMNC = VMNDBT – Vhi= 994×103 – 274,52×103 = 719,48×103 (m3) Tra quan hệ V-Z hồ chứa nội suy ta có MNC = 547,97 (m) Từ điều kiện ta suy MNC= Max( trường hợp )= 548 m Kết luận : MNC = 548 m hợp lý 2.2.5 Kiểm tra khả điều tiết hồ Từ thông số hồ chứa xác định ta tính hệ số điều tiết: β = Vhi Wbq + Vhi = 275,52×103 (m3) : Dung tích hữu ích hồ chứa (m3/s) + Wbq : Lượng nước trung bình nhiều năm, xác định theo cơng thức: Wo × × × × = Q0.365.24.3600 = 16,7 365 24 3600 = 526,65 106 (m3) Với Q0: lưu lượng trung bình nhiều năm, Q0= 16,7( m3/s) SVTH: Vũ Ngọc Giang Lớp: 52Đ1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Ngành: Kỹ thuật thủy điện Năng lượng tái tạo → β= Vhi Wbq = =0.5 × 10-3