0

Bài Giảng Thủy Điện 1

102 14 0
  • Bài Giảng Thủy Điện 1

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 19/01/2021, 05:01

Trong điều kiện thiết kế đó, điện lượng của trạm thuỷ điện trong mùa cấp nhỏ, nếu ta cho trạm thuỷ điện có khả năng điều tiết ngày trở lên làm việc ở phần đỉnh của biểu đồ phụ tải thì [r] (1)CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ THỦY NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ KHAI THÁC §1-1 THỦY NĂNG VÀ CÁC DẠNG THỦY NĂNG. Thuỷ năng lượng tiềm tàng nước Môn thuỷ ngành khoa học nghiên cứu sử dụng, khai thác nguồn lượng nước Nước thiên nhiên mang lượng dạng: hoá năng, nhiệt năng, Hoá nước thể chủ yếu việc tạo thành dung dịch muối hoà tan loại đất đồi núi nước sông Nhiệt nước thể chênh lệch nhiệt độ lớp nước mặt đáy sông, nước mặt đất nước ngầm Hai dạng lượng nước nói có trữ lượng lớn, song phân tán, kỹ thuật sử dụng cịn nhiều khó khăn, chưa khai thác Cơ nước thiên nhiên thể mưa rơi, dòng chảy sơng suối, dịng nước thuỷ triều Dạng lượng lớn, ta có khả điều kiện sử dụng Trong dịng sơng có nguồn lượng lớn khai thác dễ dàng Năng lượng tiềm tàng thường ngày bị tiêu hao cách vơ ích vào việc khắc phục trở lực đường chuyển động, ma sát nội bộ, bào mịn xói lở bờ sơng lịng sông, vận chuyển phù sa bùn cát vật rắn, công sản để vận chuyển khối nước Nước ta vùng nhiệt đới, mưa nhiều, lượng mưa thường từ 1500-2000 mm/năm Có vùng Hà Giang, dọc Hồng Liên Sơn, Tây Cơn Lĩnh , Tây Ngun lượng mưa đến 4000-5000 mm/năm nên nguồn nước phong phú Năng lượng khai thác từ nguồn nước chủ yếu dịng chảy mặt (sơng, suối), thuỷ triều dòng hải lưu Tuy nhiên môn học thủy điện I , chúng ta tập trung nghiên cứu dịng chảy sơng suối Trữ lượng thủy giới lớn Theo nghiên cứu công bố B Xlebinger hội nghị Năng lượng toàn giới lần thứ (Luân Đôn - 1950), trữ lượng thủy giới thống kê Bảng 1.3 Bảng 1.1 Trữ lượng thủy giới theo B Xlebinger Vùng Diện tích (103 Km2) Trữ lượng(106 Kw) Mật độ công suất (Kw/Km2) Châu Âu Châu Á Châu Phi Bắc Mỹ Nam Mỹ Châu Úc Châu Đại dương 11.609 41.839 30.292 24.244 17.798 8.557 200 2.309 1.155 717 1.110 119 17,3 55,0 38,2 29,5 62,5 13,9 Tổng cộng toàn trái đất 134.339 5.610 41,7 (2)Bảng 1.2 Trữ lý thuyết kinh tế-kỹ thuật số lưu vực lớn Việt Nam Tên lưu vực sông E0 lý thuyết (106 KWh) E0 kỹ thuật (106 KWh) E0 LT/E0 KT (%) Sông Lô Sông Thao Sông Đà Sông Mã Sông Cả Sông Vũ Gia - Thu Bồn Sông Trà Khúc Sông Ba Sông Sê San 10 Sông Sêrêpok 11 Sông Đồng Nai 39.600 25.963 71.100 12.070 10.950 15.564 5.269 10.027 21.723 13.575 27.719 4.752 7.572 31.175 1.256 2.556 4.575 1.688 1.239 7.948 2.636 10.335 12 29 43 10 23 30 32 12 39 20 37 Tổng cộng 249.090 68.917 27,5 Bảng 1.3: Trữ kỹ thuật lưu vực lớn Việt Nam Tên lưu vực Số bậc thang thủy điện Công suất (MW) S Hồng + S Thái Bình S Mã + S Cả Vùng Đèo Ngang, Đèo Cả S Đồng Nai Chi lưu S Mê Kông Các lưu vực khác 138 18 28 21 14 28 12.600 1.400 1.500 1.600 2.000 2.100 Tổng cộng 247 21.200 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THỦY ĐIỆN VIỆT NAM Ở nước ta việc khai thác sử dụng dịng nước có từ lâu, từ đầu kỷ thứ XX phát triển mạnh mẽ Hàng nghìn năm trước, tổ tiên ta số dân tộc Aicập, Trung Quốc biết lợi dụng sông suối để xay lúa, giã gạo làm cọn nước để đưa nước lên cao phục vụ nông nghiệp Trong thời gian trước năm 1960, Miền Bắc số TTĐ với quy mô công suất nhỏ xây dựng mà lớn TĐ Cấm Sơn sơng Hóa (Lạng Sơn) với Nlm = 4800 KW (những năm 1980 bị tháo bỏ tổ máy khơng hiệu quả, có phương án lắp máy phục hồi lại), hồ chứa 250 triệu m3, số TTĐ nhỏ; TTĐ Bàn Thạch kênh gần đập Bái Thượng Thanh Hóa có Nlm = 960 KW xây dựng từ năm 1959, đến 1963 khánh thành Một số TTĐ nhỏ (với Nlm khoảng vài trăm KW) có mặt rải rác tỉnh Lào Cai, Bắc Cạn, Lạng Sơn Những năm từ 1960 đến 1975 có TTĐ quy mô lớn xây dựng TTĐ Đa Nhim sơng Đa Nhim (thượng nguồn dịng Đồng Nai) người Nhật xây dựng từ 4/1961 đến 1/1964 hoàn thành với Nlm = 160.000 KW, hồ chứa 165 triệu m3, cột nước phát điện 798 m TTĐ Thác Bà sông Chảy (Yên Bái) xây dựng từ năm 1960-1961 theo kế hoạch hồn thành năm 1965, có Nlm = 108.000 KW, hồ chứa có tổng dung tích 3,94 tỷ m3(Do chiến tranh, q trình thi cơng gián đoạn, nên (3)Sau năm 1975, hàng loạt cơng trình thủy lợi - thủy điện lớn khắp miền đất nước xây dựng chuẩn bị xây dựng Có thể tham khảo số liệu thống kê Bảng 1.4 Bảng 1.4 Thống kê số TTĐ lớn Việt Nam Tên TTĐ Tên sông Thời gian XD (năm XD - H.thành) Nlm (MW) Tổng Vhồ (triệu m3) Thác Bà* Đa Nhim* Hòa Bình* Trị An* Vinh Sơn* Thác Mơ* Yali* Sông Hinh* Hàm Thuận* 10 Đa Mi* 11 Cần Đơn 12 Sơn La 13 Lai Châu 14 Huội Quảng 15 ĐạI Thị 16 Bắc Mê 17 Cửa Đạt 18 Bản Mai 19 Rào Quán 20 Ba Hạ 21 An Khê 22 An Vương I 23 Plei Krông 24 Sê san 25 Sê San 26 Thượng Kon Tum 27 Đồng Nai 28 Đồng Nai 29 Đại Ninh 30 Buôn Kuốp S Chảy S Đa Nhim S Đà S Đồng Nai S Ba S Bé S Sê San S Hinh S La Ngà S La Ngà S Bé S Đà S Đà S Nậm Mu S Lô Gâm S Lô Gâm S Mã S Cả S Rào Quán S Ba (4)-1 2 H Q v2 v1   Z2 §1-2 ĐÁNH GIÁ NĂNG LƯỢNG TIỀM TÀNG CỦA DÒNG NƯỚC I Tính cơng suất điện lượng cho đoạn sơng. Muốn xác định lượng tiềm tàng dòng chảy sơng thiên nhiên (hình 1-1) từ mặt cắt (1-1) đến (2-2) ta xét lượng mà khối nước W di chuyển đoạn tiêu hao đi, nghĩa tìm hiệu số lượng hai mặt cắt đó: E = E1-E2 Dựa vào phương trình Bec-nui biết lượng tiềm tàng chứa thể tích nước W(m3) chảy qua mặt cắt (1-1) thời gian t(s) là: E1 = γ     +α γ + W g v p Z 1 1 (Jun) (1-1) Trong đó: + Z1 - cao trình mặt nước mặt cắt 1-1 + p1 - áp suất mặt nước mặt cắt 1-1 + γ - trọng lượng thể tích nước; γ= 9,81.103 N/m3 + V1 - vận tốc dòng chảy mặt cắt 1-1 + α1 - hệ số xét đến phân bố lưu tốc mặt cắt 1-1 + g - gia tốc trọng trường Giả thiết đoạn sông xét khơng có sơng nhánh đổ vào, nghĩa coi lượng nước W chảy qua mặt cắt (1-1) (2-2) khơng đổi Khi lượng nước W chảy qua mặt cắt (2-2) có lượng tiềm tàng là: E2 = α γ γ W 2 2 2     + + g v p Z (Jun) (1-2) Ý nghĩa ký hiệu biểu thức (1-2) giống ký hiệu (1-1) Vậy lượng tiềm tàng đoạn sông là: E1-2 = E1-E2 =  γ    +α γ + W g v p Z 1 1 -  γ    +α γ + W g v p Z 2 2 =  γ      + α −α γ − + − W g V V p p ) Z Z ( 2 2 1 2 1 (Jun) (1-3) Phân tích biểu thức (1-3) ta thấy E cơng sản t giây để di chuyển lượng nước W từ mặt cắt (1-1) sang (2-2) với cột nước toàn phần là: H1-2=       +α −α γ − + − g V V p p ) Z Z ( 12 22 2 1 (1-4) Nghĩa là: E1-2 = γ.W H1-2 (Jun) (1-5) Xét cột nước tồn phần, ta thấy gồm thành phần: - Cột nước địa hình: Hđh = (Z1 - Z2) - Cột nước áp suất: Has = γ − 2 1 p p (5)- Cột nước lưu tốc: Hlt = g V V 2 2 1 −α α Do H1-2 viết: H1-2 = Hđh + Has + Hlt Trong thực tế, trị số áp suất p1, p2 hai đầu đoạn sông nghiên cứu thường chênh lệch Mặt khác giả thiết lượng nước đoạn sông xét không đổi nên khia đặc trưng hình dạng hai mặt cắt sơng gần giống dẫn đến v1 ≈v2 α1 ≈α2 Nghĩa coi γ ≈ γ p p g V g 2 V 2 2 1 ≈ α α Bỏ qua sai số không đáng kể biểu thức (1-3) viết dạng đơn giản E = γ.W (Z1 - Z2 ) (Jun) (1-6) E = γ.W H (Jun) với H = Z1 - Z2 (1-7) Biểu thức (1-7) cơng thức cho phép ta xác định lượng tiềm tàng đoạn sông Nếu thay W = Q.t γ = 9,81.103 N/m3 vào biểu thức ta được: E = 9,81.103.H.Q.t (Jun) (1-8) Nếu thay đơn vị điện lượng jun kwh với 1kwh =3600.103 jun, ta có: 2 , 367 t Q H E= (kWh) (1-9) Từ biểu thức (1-8) (1-9) ta xác định cơng suất N dịng nước đoạn sơng theo công thức chung: t E N= Từ (1-8) ta có: N = 9,81.103.Q.H (W) (1-10) N = 9,81.Q.H (kW) (1-11) Công thức (1-11) coi cơng thức để tính tốn thuỷ Nó thường áp dụng nhiều cơng tác quy hoạch, khảo sát, điều tra trữ lượng thuỷ tiềm tàng sơng ngịi II Tính trữ lượng thủy cho sơng Muốn tính tữ lượng thuỷ nặng cho mọt sông, ta phân nhiều đoạn, dùng cơng thức (1-11) tính trữ lượng thuỷ cho đoạn sau cộng dồn lại Thực tế để dễ nhận thấy tiện sử dụng, người ta dùng số liệu khảo sát, tính tốn vẽ thành biểu đồ hình(1-2) Các bước tiến hành sau: 1 Điều tra, khảo sát thu thập tài liệu. a Nguyên tắc phân đoạn: Ta biết, muốn tính cơng suất, phải biết lưu lượng Q cột nước H đoạn Khi phân đoạn cần tuân theo số nguyên tắc như: - Phân đoạn từ nguồn đến cửa sông - Phân đoạn nơi Q H thay đổi đặc biệt nơi có sơng nhánh suối lớn chảy vào làm cho lưu lượng tăng lên rõ rệt, nơi có độ dốc lịng sơng bắt đầu thay đổi đặc biệt nơi có thác ghềnh thiên nhiên (6)Trước thực địa nên sơ nghiên cứu địa hình đồ tỉ lệ 1/100.000; 1/50.000 hay 1/25.000 Dự kiến sơ vị trí cần bố trí phân đoạn, định hành trình, bố trí kế hoạch tiến hành công tác chuẩn bị cần thiết khác Quá trình thực địa nhiều phải thay đổi định thêm số vị trí phân đoạn Nguyên nhân đồ đo đặc không đầy đủ chi tiết, lâu, tác động thiên nhiên người có thay đổi Tại mặt cắt phân đoạn phải tiến hành đo đạc cao tình mặt nước, vẽ quan hệ cao trình chiều dài sông L Đồng thời mặt cắt phân đoạn tiến hành đo đạc thủy văn, kết hợp với số liệu quan trắc khí tượng khác, nắm tình hình lưu vực, để tính lưu lượng bình quân chảy qua mặt cắt Ở xác định lưu lượng bình qn Q theo hai cách: Có thể trị số trung bình nhiều năm lấy lưu lượng bình quân năm trạm thủy văn có tần suất p=50% Ngồi cần thiết ta tính trữ lượng thủy cho năm nước vói tần suất 90%, 95% vv…Từ số liệu Q, ta vẽ quan hệ lưu lượng với chiều dài sông Q~L Tại vị trí thuận lợi cho việc xây dựng cơng trình thủy điện tài liệu thủy văn nói cịn thiếu phải bố trí trạm quan trắc để giúp cho việc đánh giá trữ lượng thủy tính tốn thiết kế sau xác Tính cơng suất cho đoạn ta dùng cơng thức (1-11) N = 9,81.Q.H (kW) Thí dụ ta tính cho đoạn thứ i: Ni = 9,81.Qi.Hi Ta xác định cho số hạng công thức Để xác định Hi ta lấy cao trình mặt nước đầu đoạn trừ cao trình mặt nước cuối đoạn: Hi =Ziđầu- Zicuối Cịn Qi tính trung bình theo lưu lượng đầu đoạn cuối đoạn Qi =(Qiđầu + Qicuối)/2 Khi phân đoạn ta lưu ý cho khơng có sơng nhsánh đổ vào đoạn Song có mạch nước, rãnh suối nhỏ đổ vào, nên lưu lượng đầu cuối thường khác Do tính tốn ta lấy trị số trung bình Sau có Qi, Hi việc tính tốn cơng suất dịng nước Ni cho đoạn Li đơn giản Có trị số Ni Li tương ứng ta vẽ quan hệ Ni~Li cho đoạn sơng Sau vẽ đường biểu diễn công suất đơn vị chiều dài đường biểu diễn tổng công suất theo chiều dài ΣNi ~Li (xem hình (1-2) Biểu đồ chưa kể lượng tiềm tàng sơng nhánh Muốn tính lượng tiềm tàng sơng có kể nhánh, ta tính riêng cho nhánh theo phương pháp nêu Sau cộng lượng nhánh, tuyến chúng nhận vào sơng Xem xét biểu đồ trữ lượng thuỷ ta có số nhận xét sau: - Nhìn chung độ dốc mặt nước xi giảm (tức cột nước tính cho đơn vị chiều dài giảm) Trừ trường hợp ngoại lệ có thác thiên nhiên - Đường biểu diễn lưu lượng có chỗ tăng độ ngột tuyến có sơng nhánh đổ vào - Cơng suất tính cho đơn vị chiều dài đoạn đầu cuối sông nhỏ đoạn Nguyên nhân đoạn đầu có cột nước lớn song lưu lượng nhỏ (7)ở đoạn cuối có lưu lượng lớn cột nước thấp Do cơng suất đơn vị khơng lớn Trên trình bày cách tính vẽ biểu đồ trữ lượng thuỷ cho sơng ngịi Đây tài liệu cần cho cơng tác nghiên cứu lập quy hoạch khai thác thuỷ điện sửa đổi quy hoạch cần thiết III. Khả lợi dụng lượng tiềm tàng. 1 Những hạn chế việc lợi dụng lượng tiềm tàng đoạn sơng. Về lý luận, ta tính lượng tiềm tàng đoạn sông Thực tế khơng thể lợi dụng hết lượng đó, ngun nhân sau: - Có thể đoạn sơng khơng thể lợi dụng khó khăn kỹ thuật, ngập lụt cơng trình, mỏ quý khu dân cư lớn, khu canh tác phì nhiêu… dẫn đến khơng thuận lợi mặt kinh tế - Mặt khác trình khai thác tránh khỏi tổn thất lưu lượng bốc hơi, rò rỉ thấm, tổn thất cột nước chảy qua cơng trình lấy nước dẫn nước máy móc thuỷ lực.vv… Cho nên đồng thời với việc tính tốn trữ lượng thuỷ tiềm tàng, cần tiến hành tính tốn trữ lượng thuỷ khai thác ( thường gọi trữ kỹ thuật) Trữ kỹ thuật phụ thuộc điều kiện thiên nhiên dịng sơng,mà cịn phụ thuộc vào trình độ kỹ thuật, hồn cảnh kinh tế xã hội sơ đồ khai thác hợp lý hay chưa Phải thơng qua tính tốn kinh tế kỹ thuật định phương án hợp lý, lợi dụng tối đa nguồn lượng thiên nhiên 2 Công suất điện lượng trạm thuỷ điện Muốn khai thác thuỷ để phát điện, phả xây dựng trạm thuỷ điện Cơng trình chủ yếu trạm thuỷ điện cơng trình dâng nước ( đập ), cơng trình tràn xả nước thừa, cơng trình lấy nước dẫn nước, thiết bị máy móc thuỷ lực điện nhà máy trạm thuỷ điện trình khai thác có tổn thất Tổn thất thuỷ trạm thuỷ điện thể ở: - Tổn thất lưu lượng bốc hơi, ngấm theo đường nước ngầm, thấm qua lòng hồ, vai đập thân đập rị rỉ qua cơng trình phần lưu lượng thừa phải xả bỏ lưu lượng đến nhiều mà cơng trình khơng đủ khả trữ, turbine khơng đủ khả tháo lưu lượng lớn - Tổn thất cột nước chảy qua cửa lấy nước, cơng trình dẫn nước turbine tổn thất khác máy phát điện hệ thống truyền động Vì công suất trạm thuỷ điện bé cơng suất thiên nhiên tính theo (1-11) Cơng suất trạm thuỷ điện xác định theo công thức: N = 9,81.η.Q.H (1-12) Trong công thức (1-12) lưu lượng Q cột nước H trừ tổn thất lưu lượng cột nước Mặt khác để thể tổn thất qua máy móc thiết bị cơng thức cịn có hệ số η Hệ số ηđược gọi hiệu suất trạm thuỷ điện Hiệu suất nhỏ bằng: mf TBη η η η = (8)Nếu turbine máy phát nối trực tiếp (liên tục ) η= Cơng thức (1-12) viết dạng: N=K.Q.H (1-13) Trong đó: K=9,81.η Thơng thường tính tốn thuỷ năng, chưa chọn thiết bị, nên chưa xác định η Khi tính tốn thường lấy theo kinh nghiệm - Trạm thủy điện lớn K= - 8,5 - Trạm thủy điện vừa K= - - Trạm thủy điện nhỏ K= - Điện lượng E trạm thuỷ điện điện lượng thực tế mà trạm thuỷ điện phát đầu máy phát Trị số phụ thuộc vào công suất thời gian làm việc trạm Dạng chung để tính điện lượng trạm là: ∫ = tNdt E 0 (1-14) Hoặc ∑ = = n 1 i i i t N E (1-15) (9)H Đ ường nước dâng Loìng säng thiãn nhiãn Đ ập Hồ ténh §1-3 NGUYÊN LÝ KHAI THÁC THUỶ NĂNG. Từ công thức N = 9,81.η.Q.H hay N = K.Q.H, ta thấy N tỉ lệ thuận với Q,H, η Do muốn tăng cơng suất phải tìm cách tăng Q, H, η Việc tăng lưu lượng Q dùng biện pháp tập trung điều tiết dòng chảy, tăng lưu lượng mùa kiệt Mặt khác lấy nước từ lưu vực khác bổ sung cho lưu lượng trạm Cột nước H phân bố, phân tán dọc theo chiều dài sơng Do muốn tăng H phải dùng biện pháp nhân tạo cách xây dựng cơng trình thuỷ lợi Ngồi ra, muốn cho cơng suất trạm thuỷ điện phát lớn, phải có máy móc thiết bị tốt, có hiệu suất cao Biện pháp nâng cao hiệu suất thiết bị máy móc học môn học “thiết bị thuỷ điện” Trong môn học “ôthuỷ ” giải vấn đề tập trung cột nước tập trung điều tiết lưu lượng Vấn đề trình bày phần “ Biện pháp khai thác thuỷ năng”dưới §1-4 BIỆN PHÁP KHAI THÁC THUỶ NĂNG. I Cách tập trung cột nước. Tuỳ theo biện pháp tăng cột nước, mà ta có phương thức khai thác thuỷ sau đây: - Dùng đập để tạo thành cột nước - Dùng đường dẫn để tạo thành cột nước - Dùng hỗn hợp đập đường dẫn để tạo thành cột nước 1 Dùng đập để tạo thành cột nước. Xây dựng đập tuyến thích hợp nơi cân khai thác Đập tạo cột nước chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đập Đồng thời tạo nên hồ chứa có tác dụng tập trung điều tiết lưu lượng, làm tăng khả phát điện mùa kiệt, nâng cao hiệu lợi dụng tổng hợp nguồn nước cắt lũ chống lụt, cung cấp nước, nuôi cá, vận tải thuỷ… Phương thức tập trung cột nước sơ đồ hình (1-3) gọi phương thức khai thác kiểu đập Phương thức có ưu điểm vừa tập trung cột nước vừa tập trung điều tiết lưu lượng phục vụ cho việc lợi dụng tổng hợp nguồn nước Song có nhược điểm đập cao, khối lượng xây lắp nhiều, kinh phí lớn, ngập lụt thiệt hại nhiều Khi thiết kế xây dựng phải thơng qua tính tốn kinh tế kỹ thuật , so sánh lựa chọn phương án có lợi Sơ đồ khai thác kiểu đập thường thích ứng với vùng trung du sơng nói có độ dốc lịng sơng tương đối nhỏ, địa hình địa thuận lợi cho việc tạo nên hồ chứa có dung tích lớn tổn thất ngập lụt tương đối nhỏ Ngược lại vùng thượng lưu, (10)chứa có dung tích lớn Ở hạ lưu, độ dốc lịng sơng nhỏ, xây đập cao dẫn đến ngập lụt lớn thiệt hại nhiều Cho nên vùng có điều kiện khai thác kiểu đập Với sơ đồ khai thác kiểu đập, trạm thuỷ điện bố trí ngang đập hay sau đập (xem hình 1-4 1-5 ) thường thấy hớn loại trạm thuỷ điện sau đập Trạm thuỷ điện ngang đập thích ứng trường hợp cột nước thấp, nhà máy đủ sức chịu lực đoạn đập kết cấu kinh tế 2 Tập trung cột nước đường dẫn Ở đoạn sơng thượng lưu, độ dốc lịng sơng thường lớn, lịng sông hẹp, dùng đập để tạo nên cột nước thường khơng có lợi tập trung cột nước, tập trung điều tiết lưu lượng Trong trường hợp cách tốt dùng đường dẫn để tạo thành cột nước ( hình 1-6) Đặc điểm phương thức cột nước đường dẫn tạo thành Đường dẫn kênh máng, ống dẫn hay đường hầm có áp khơng áp Đường dẫn có độ dốc nhỏ sông suối, nên dẫn xa độ chênh lệch đường dẫn sông suối Hình 1-4 1-lịng sơng thiên nhiên, 2- đường nước dâng 3- đập, 4- nhà máy thủy điện;5- hồ chứa nước Hình 1-5 1-lịng sơng thiên nhiên, 2- đường nước dâng 3- đập, 4- nhà máy thủy điện; 5- hồ chứa nước Hình 1-6 (11)càng lớn, ta cột nước lớn Hay nói cách khác, đường dẫn dài chủ yếu để tăng thêm cột nước cho trạm thủy điện Đập thấp có tác dụng ngăn nước lại để lấy nước vào đường dẫn Do đập thấp nên nói chung tổn thất ngập lụt nhỏ Đối với sơ đồ khai thác tuỳ tình hình u cầu cụ thể mà có thêm cơng trình phụ khác như: cầu máng, xi phông, bể áp lực, tháp điều áp, bể điều tiết ngày.vv… Cách tập trung cột nước đường dẫn ứng dụng rộng rãi sơng suối miền núi có độ dốc lớn lưu lượng nhỏ 3 Tập trung cột nước đập đường dẫn. Khi vừa có điều kiện xây dựng hồ để tạo phần cột nước điều tiết lưu lượng lại vừa lui tuyến nhà máy xa đập đoạn để tận dụng độ dốc lịng sơng làm tăng cột nước, cách tốt dùng phương pháp tập trung cột nước đập đường dẫn Với phương thức này, cột nước trạm thuỷ điện đập đường dẫn tạo thành Đập thương đặt chỗ thay đổi độ dốc lịng sơng nơi khai thác ( hình 1-7) II Một số trường hợp đặc biệt phương thức khai thác thuỷ thực tế. 1 Một số trường hợp đặc biệt dùng phương thức khai thác kiểu đường dẫn. Trong điều kiện sông suối tự nhiên, phương thức khai thác kiểu đường dẫn việc ứng dụng nơi có độ dốc lớn (II) cịn ứng dụng nơi có thác Hình 1-7 (12)trình chênh lệch lớn (IV) hay hồ thiên nhiên có nguồn nước phong phú nằm cao.(V) ( xem hình 1-9) 2 Bố trí trạm thuỷ điện kênh tưới. Trên kênh tưới thường gặp bậc nước dốc nước Ngày người ta thường làm trạm thuỷ điện nhỏ kênh tưới bậc nước dốc nước Trạm thuỷ điện loại thực chất loại đường dẫn Tuỳ theo vị trí bậc nước dốc nước nằm kênh nhánh hay kênh mà bố trí trạm thuỷ điện nằm kênh nhánh hay kênh Do kênh dẫn lưu lượng lớn thời gian làm việc kéo dài kênh nhánh nên công suất điện lượng trạm thuỷ điện đặt kênh lớn kênh nhánh Thí dụ trạm thuỷ điện Bàn Thạch ( Thanh Hố) kênh có N = 960 kw, trạm Hậu Hiền ( Thanh Hố) kênh nhánh có cơng suất N = 10 kw A K H H A K H H A A K K H ( I ) ( II ) ( III ) ( IV ) ( V ) (13)3 Trạm thuỷ điện tích năng. Trong thực tế có số trạm phát điện có lượng thay đổi ( sức gió, thuỷ triều…) có lúc lượng nhiều, phát điện nhiều, cung cấp cho phụ tải thừa, có lúc lượng thiếu, cung cấp điện không đầy đủ Để giải mâu thuẫn người ta cách bố trí trạm thuỷ điện kiểu bơm nước tích Lúc thừa điện bơm nước lên bể cao, lúc thiếu điện lấy nước dùng để phát điện cung cấp thêm cho yêu cầu phụ tải Hình thức khơng phải trực tiếp lợi dụng thiên nhiên mà tạo điều kiện để lợi dụng tốt lượng trạm phát điện, giải phụ tải đỉnh Ngoài việc phối hợp với trạm điện sức gió thuỷ triều trình bày trên, trạm thuỷ điện tích phối hợp với trạm nhiệt điện để nâng cao hiệu suất trạm nhiệt điện Cụ thể, có lúc trạm nhiệt điện thừa điện, điện thừa dùng để bơm nước cho trạm thuỷ điện tích Khi phụ tải tăng, trạm thuỷ điện tích làm nhiệm vụ bổ sung điện cho phụ tải, đảm nhận phụ tải đỉnh, để trạm nhiệt điện làm việc bới cơng suất thay đổi, nâng cao hiệu suất trạm nhiệt điện 4 Trạm thuỷ điện thuỷ triều. Trạm thuỷ điện thuỷ triều lợi dụng lượng thuỷ triều để phát điện Các trạm thuỷ điện thuỷ triều thường bố trí vịnh hay đoạn sông gần biển thoả mãn hai điều kiện - Cần có vịnh hay đoạn sơng để trữ nước lại điều tiết - Cần có độ chênh cột nước thuỷ triều đủ sức quay turbine Hiện có loại trạm thuỷ điện thuỷ triều sau đây: a Trạm thuỷ điện chiều hồ. Cơng trình bao gồm: nhà máy thuỷ điện (A), cống khống chế (B) đập ngăn Nguyên tắc làm việc: Khi triều lên ta đóng cửa cống B lại Cột nước triều tăng lên, còn cột nước vịnh khơng đổi Đến thời điểm t1 độ chênh lệch cộ nước vịnh và biển đủ cho phép phát điện, ta cho trạm thủy điện A làm việc thời gian từ t1 đến t2 Tại thời điểm t2 nước triều bắt đầu rút xuống, không cho phép phát điện Triều xuống đến điểm D mực nước biển mực nước vịnh ( Zbiển = Zvịnh) lúc ta mở cửa cống B mực nước vịnh tiếp tục giảm xuống Đến thời điểm t3 triều bắt đầu lên, ta lại vận hành tương tự hình (1-9) Trạm thủy điện thủy triều chiều hồ có ưu điểm bố trí đơn giản, quản lý nhẹ nhàng Nhưng có nhược điểm thời gian phát điện ngắn ( lúc triều lên) Do lượng phát nhỏ, khơng phù hợp với yêu cầu dùng điện Để khắc phục nhược điểm dùng biện pháp sau đây: - Bố trí họ tổ máy chuyên phát điện lúc triều lên họ tổ máy chuyên phát điện lúc triều xuống Cách giải có khuyết điểm tăng thiết bị, đo giá thành tăng mức lợi dụng máy móc thấp, dùng biện pháp - Dùng loại turbine thuận nghịch, song kết cấu phức tạp, nên giá thành cao - Có thể thay đổi số kết câu thủy công để dùng lúc triều lên triều xuống Do ta có thêm số trạm thủy điện thủy triều sau: t0t1 t2 t3t4 t Z t5 B A Vịnh Biển (14)Các cơng trình trạm thuỷ điện gồm có: Đập, nhà máy thuỷ điện, cóng vận hành A, B, C, D cống khống chế E, F ( hình 1-10) Nguyên tắc làm việc: - Thời gian từ t0 ÷ t1, mực nước biển lớn mực nước hồ, chênh lệch đầu nước chưa đủ sức để phát điện Lúc cửa cống đóng kín - Tại thời điểm t1, chênh lệch cột nước đủ để phát điện Ta mở cửa cống A B để phát điện đến thời gian t2 ( triều bắt đầu xuống) - Thời gian từ t2÷ t3 , mực nước biển xuống, cao mực nước hồ, song không đủ để phát điện Lúcnày ta đóng cửa cống A B lại , mở cửa công E, F triều vào hồ, mục đích làm tăng cột nước cho hồ Tại thời điểm t3 mực nước hồ mực nước biển , ta đóng cống E, F lại - Trong thời gian từ t3÷ t4 mực nước hồ lớn mực nước biển, chưa đủ để phát điện Tại thời điểm t4 , mực nước chênh lệch đủ để phát điện, ta tiến hành mở cống C, D để phát điện Đến thời điểm t5 , mực nước khơng đủ để phát điện, ta đóng C, D lại đồng thời mở E, F để hạ thấp mực nước hồ Đến thời điểm t6 mực nước hồ mực nước biển, ta đóng E, F lại Quá trình lại diễn biến tương tự lúc đầu Ưu điểm loại trạm thời gian phát điện tương đối dài, cơng trình tập trung dễ quản lý độ thay đổi cột nước Song có khuyết điểm cịn thời gian ngừng phát điện, mà khơng phù hợp với phụ tải bên Mặt khác số cửa công tăng, nên giá thành tăng, yêu cầu thao tác cao Để khắc phục nhược điểm thời gian phát điện trên, ta dùng lại trạm thuỷ điện hồ chiều c Trạm thuỷ điện hồ chiều. Cơng trình gồm có: hồ, nhà máy, cửa nước vào A cửa nước B ( xem hình 1-11 ) Nguyên tắc làm việc: Phải đảm bảo hồ hồ ln có độ chênh cột nước định Khi triều lên đóng B đồng thời mở A để tích nước cho hồ thời gian từ t0 đến t1 Lúc trạm thuỷ điện làm việc bình thường Tại thời điểm t1, triều bắt đầu xuống ta đóng A lại, nước hồ tiếp tục chảy xuống hồ dưới, mực nước hồ rút xuống, mực nước hồ tăng lên đến t2 Biển Vënh Hình 1-10 t5 Z t t4 t3 t2 t1 (15)t t4 t3 t2 t1 Q, N, Z Qtn (Ntn) Qtd (Ntd) 1 2 3 MNC MNDBT Z hồ ~t Tại thời điểm t2 mực nước hồ mực nước hồ xuống theo triều, đến thời điểm t3 đóng cửa B lại Trong thời gian từ t3 đến t4 nước triều lên, đến thời điểm t4 mực nước biển mực nước hồ trên, ta lại bắt đầu mở cửa A để nước hồ trên tăng lên… trình làm việc lặp lại ban đầu Ưu điểm cách bố trí cột nước thay đổi ít, phát điện liên tục, cơng suất nhỏ Song có nhược điểm cơng trình phân tán, quản lý khó khăn Mặt khác phải xây dựng nhiều đập, nên tiền đầu tư vào kw công suất lớn Mặc dù trạm thuỷ điện thuỷ triều có vốn đầu tư đơn vị tương đối lớn, nhiều nước xây dựng thiết kế nhiều trạm thuỷ điện thuỷ triều lớn III Cách tập trung điều tiết lưu lượng. Điều tiết dòng chảy tức phân phối lại dịng chảy sơng ngịi theo thời gian để hợp lý việc sử dụng Tuỳ theo yêu cầu dùng nước chế độ phát điện mà có cách tập trung điều tiết lưu lượng khác Có nhiều cách phân loại điều tiết dòng chảy, đề cập cách phân loại theo thời gian kéo dài chu kỳ điều tiết 1 Điều tiết ngày. Đứng mặt lượng dòng chảy yêu cầu phát điện ta thấy: Trong ngày đêm mùa kiệt lưu lượng thiên nhiên hay công suất thiên nhiên tương đối đặn Ngược lại, yêu cầu dùng điện ngày đêm thay đổi lớn, cần phải tiến hành điều tiết ngày Điều tiết ngày nhằm mục đích đảm bảo nhu cầu nước khơng ngày trạm thuỷ điện phụ tải trạm dao động lớn, dịng nước sông không thay đổi phạm vi ngày đêm mùa kiệt Từ hình vẽ ta thấy : thời gian từ t1÷ t2 t3÷ t4 lưu lượng thiên nhiên lớn lưu lượng dùng trạm, nước thừa Dung tích thừa tương ứng với diện tích (1) (3) trữ lại hồ, làm cho mực nước hồ thời kỳ tăng lên Thời gian từ t2÷ t3 lưu lượng dùng trạm lớn lưu lượng thiên nhiên đến Lượng nước trữ lại hồ trước cấp thêm cho trạm tương ứng diện tích (2) làm cho mực nước hồ giảm xuống Dung tích nước trữ lại hồ vừa dung tích nước từ hồ Biển Trảm TD Cửa vào B Cửa vào A Hồ Hồ t7 t6 t0 t1 t2 t3 t4 t Z t5 Z hồ Z hồ mở A B A âọng âọng mở B đóng B mở A âoïng A (16)2 Điều tiết tuần. Về mùa kiệt dịng chảy sơng hàng tuần, chí thời gian dài thay đổi Trong u cầu dùng nước dùng điện tuần lại thay đổi Để giải mâu thuẫn cần có điều tiết tuần Để điều tiết, người ta làm hồ chứa để trữ lại lượng nước thừa dùng không hết, thời kỳ tuần, bổ sung yêu cầu ngày khác tuần Dù tình hình nào, dung tích hồ điều tiết tuần khơng lớn tổng lượng nước đến ngày mùa kiệt Kho nước điều tiết tuần đồng thời tiến hành điều tiết ngày Điều tiết ngày điều tiết tuần gọi chung điều tiết ngắn hạn 3 Điều tiết năm. Dịng chảy sơng suối phân bố khơng theo thời gian, mùa nhiều nước, mùa nước Có sơng lưu lượng lũ hàng năm gấp hàng nghìn lần lưu lượng kiệt chúng ( thí dụ sơng Lục Nam, lưu lượng kiệt Qkiệt = 1,4 m3/s, lưu lượng lũ Qmax 2300 ) Điều dẫn đến cơng suất dịng nước năm có lúc lớn, có lúc nhỏ Lượng dòng chảy năm năm khác lớn nhỏ khác nhau, nghĩa khả cung cấp điện năm khác Trong yêu cầu dùng điện tháng năm, năm trước năm sau tương đối ổn định, khơng có lên xuống thất thường mà tăng dần theo mức độ phát triển sở sản xuất nhu cầu sinh hoạt xã hội Để giải mâu thuẫn trên, người ta xây dựng hồ chứa để chứa nước thừa vào mùa lũ, cung cấp cho mùa kiệt thiếu nước, làm cho lực phát điện năm điều hoà Cách tập trung điều tiết lưu lượng mùa năm gọi điều tiết năm hay điều tiết mùa Chu kỳ năm Với hồ điều tiết năm, có hai hình thức trữ nước cung cấp nước sau - Trữ nước có xả ( điều tiết khơng hoàn toàn): trữ nước từ đầu đến hồ đầy( đến mực nước dâng bình thường), lượng nước đến thừa xả bỏ ( hình 1-14a) Hoặc trình trữ nước tiến hành xả nước (hình 1-14b) Khi dùng cách trữ hay cách trữ cho thích hợp, tuỳ tình hình thuỷ văn sơng ngịi điều kiện cơng tác hồ chứa mà định - Trữ nướckhông xả ( điều tiết hoàn toàn): Nước đến thừa trữ hết vào hồ Loại tận dụng hết lượng nước, song dung tích hồ phải lớn loại ( hình 1-14c) Do dung tích hồ điều tiết năm lớn nhiều so với hồ điều tiết ngày điều tiết tuần nên đồng thời tiến hành điều tiết ngày điều tiết tuần 4 Điều tiết nhiều năm. Khi hồ có dung tích lớn, tiến hành trữ nước thừa năm nhiều nước, để bổ sung cho năm nước Nghĩa tiến hành phân phối lại dòng chảy năm năm khác, làm tăng lực phát điện cảu năm nước điều hồ lực phát điệ năm Cách tập trung điều tiết lưu lượng năm gọi điều tiết nhiều năm Chu kỳ điều tiết số năm liên tục số (17)kiệt Do lượng nước tháo nhiều lượng nước bổ sung vào nên mực nước hồ nói chung ngày giảm xuống mực nước chết (MNC) vào đầu năm thứ Đến cuối năm thứ hồ lại tích đầy đến MNDBT năm có lũ lớn Các năm thứ 2,3,4 năm nước kiệt liên tục Dung tích hồ điều tiết nhiều năm có trị số lớn tính điều tiết cao Điều tiết năm điều tiết nhiều năm gọi chung điều tiết dài hạn Nhìn bề ngồi ta thấy điều tiết ngắn hạn điều tiết dài hạn có tính trái ngược Điều tiết ngắn hạn không làm cho lưu lượng điều hoà lại điều tiết dài hạn mà làm cho lưu lượng ổn định trở thành thay đổi Song thống chỗ dù điều tiết ngắn hạn hay điều tiết dài hạn nhằm mục đích tập trung lưu lượng để phân phối lại cho thích ứng với yêu cầu phát điện Để tập trung điều tiết lưu lượng cần phải tiến hành tính tốn điều tiết dịng chảy sở tài liệu thuỷ văn, yêu cầu dùng nước, điều kiện kinh tế kỹ thuật cơng trình Những cấn đề tính tốn điều tiết dịng chảy trình bày mơn học “ơthuỷvăn cơng trình” cịn vấn đề cần thiết ứng dụng tính tốn thuỷ xác định quy mơ cơng trình hồ chứa trạm thuỷ điện trình bày lại chương sau Để phán đốn mức độ điều tiết dịng nước hồ chứa, người ta dựa vào trị số dung tích tương đối có ích hồ chứa βh Đó tỉ số dung tích có ích hồ Vh với lượng dịng chảy năm tính trung bình nhiều năm W0 tuyến đập 0 h h W V = β Khi βh> 30%÷50% → Tính tốn hồ theo điều tiết nhiều năm h β > 2%~3% ÷ 25%~30% → Tính tốn hồ theo điều tiết năm h (18)§1-5 KHAI THÁC THUỶ NĂNG VÀ LỢI DỤNG TỔNG HỢP NGUỒN NƯỚC. I Yêu cầu dùng nước ngành kinh tế quốc dân đời sống Nước cần cho nhiều ngành kinh tế quốc dân đời sống nhân đan ta phát điện, tưới, cung cấp nước sinh hoạt, cho công nghiệp, giao thông vận tải thuỷ, nuôi cá, vv…àTuỳtheo ngành dùng nước mà có yêu cầu số lượng nước chất lượng nước khác Việc cung cấp nước cho đời sống sinh hoạt người ngồi u cầu chất lượng nước cao, cịn đòi hỏi lượng nước lớn để giải nhu cầu sinh hoạt như: ăn uống, tắm giặt, rửa ráy nhà cửa, nơi làm việc , tưới đường phố công viên vv… Theo số liệu thu thập thành phố khu công nghiệp nước ta nhiều nước giới thấy mức tiêu thụ nước sinh hoạt tính trung bình cho người ngày khoảng từ 50 đến 250 lit Giả sử thành phố có triệu dân với định mức 100lit/người ngày cần khoảng 10 vạn mét khối nước Đối với sản xuất cơng nghiệp, khối lượng nước địi hỏi lại lớn Thí dụ nhà máy sản xuất gang thép có sản lượng 1,5 triệu tấn/năm ngày cân khoảng triệu m3 nước ( gấp 10 lần lượng nước sinh hoạt cho thành phố triệu dân) Hoặc cung cấp nước cho trạm nhiệt điện (để làm lạnh thiết bị ngưng tụ ) có cơng suất khoảng 30 vạn kw, cần dùng lưu lượng từ 15 đến 20m3/s , xấp xỉ với lưu lượng thiết kế cho hệ thống thuỷ nông sông Cầu Hà Bắc tưới cho khoảng 28000 II Sự phù hợp mâu thuẫn yêu cầu cung cấp nước ngành tham gia lợi dụng tổng hợp. Yêu cầu dùng điện tháng năm, năm trước năm sau tương đối ổn định, song yêu cầu dùng điện ngày đêm tthay đổi lớn, trạm thuỷ điện cần phải thiến hành điều tiết ngày Vì mực nước sau trạm thuỷ điện thường thay đổi nhiều Tình hình có bất lợi giao thông vận tải thuỷ, việc bơm nước hay lấy nước tự chảy cho hệ thống tưới Khi lưu lượng trạm thuỷ điện làm việc theo yêu cầu biểu đồ phụ tải mà đảm bảo mực nước tối thiểu cho giao thông vận tải thuỷ lấy nước hạ lưu yêu cầu dùng nước phù hợp Trường hợp không đảm bảo mức tối thiểu , có phải tháo xuống motọ lưu lượng lớn cho giao thông vận tải thuỷ lấy nước cho cho ngành khác Mặc dù lưu lượng ngày dùng để phát điện làm giảm khả cung cấp điện trạm vào cao điểm Vì phải thoả mãn yêu cầu khác ngành dùng nước, nên phải có điều hồ đó, cho hiệu lợi dụng tổng hợp lớn Muốn đạt mục đích phải thơng qua tính tốn phân tích kinh tế kỹ thuật q trình thiết kế lợi dụng tổng hợp dòng chảy, cân nhắc tính tốn quy hoạch sử dụng tài nguyên nước (19)CHƯƠNG II CÁC HỘ DÙNG ĐIỆN KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI §2-1 CÁC HỘ DÙNG ĐIỆN BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI I Đặc điểm hộ dùng điện Tình hình cơng tác mọt trạm phát điện quan hệ mật thiết với tiêu thụ điện hộ dùng điện Cho nên đặc tính tiêu thụ điện hộ dùng điện trạm phát điện xây dựng thiết kế có ý nghĩa lớn Do tính chất quan trọng điện chia điện lượng tuỳ ý truyền xa đến địa điểm nào, điện trạm riêng biệt hay nhiều trạm phát luôn phân phối cho nhiều hộ dùng điện khác tiêu thụ Các hộ dùng điện sử dụng lượng điện thông qua thiết bị ( động điện), lò điện , bếp điện … nhiều máy móc khác Các thiết bị tiêu thụ điện biến lượng điện thành dạng lượng khác năng, nhiệt năng, hoá năng, quang năng… Nếu phân tích nghiên cứu cách tỉ mỉ tính cơng tác thiết bị tiêu thụ điện, để tổng hợp lại thành yêu cầu dùng điện chung hộ đạt kết xác Song thực tế khơng thể làm thực tế có nhiều hộ dùng điện, hộ dùng điện lại có nhiều thiết bị tiêu thụ điện, chúng không khác số lượng mà tính chất cơng tác chúng khác Do thực tế tính tốn thiết kế người ta dựa chủ yếu vào tính chất sản xuất hộ dùng điện tiến hành phân nhóm để tính u cầu cung cấp điện lập biểu đồ phụ tải Ở nước kinh tế phát triển giới, thường người ta chia hộ dùng điện thành nhóm sau: 1 Nhóm hộ dùng điện cơng nghiệp Ở nước có cơng nghiệp phát triển, nhu cầu điện cho công nghiệp ( kể công nghiệp xây dựng) chiếm tỉ lệ lớn 60-90% ( trung bình 75%) nhu cầu tồn Trong khoảng 2/3 điện dùng cho động điện càn lại dùng cho trình kỹ thuật tiêu thụ điện trình sản xuất kim loại màu, hoà chất… Chế độ làm việc họ dùng điện công nghiệp ngày khác Có xí nghiệp làm việc ca, có xí nghiệp việc ca sản xuất liên tục Phụ tải ngày đêm xí nghiệp làm việc liên tục điều hoà nhất, thứ đến chế độ làm việc ca, ca không chế độ làm việc ca Xét tuần có khác Có xí nghiệp sản xuất ngày có xí nghiệp sản xuất ngày Để tránh chênh lệch lớn phụ tải ngày làm việc ngày nghỉ, người ta thường bố trí ngày nghỉ xí nghiệp rải rác tuần (20)Trong năm, chế độ dùng điện cơng nghiệp thường thay đổi ( quy mơ sản xuất xí nghiệp ổn định) Trừ xí nghiệp cơng nghiệp sản xuất theo mùa Theo tiêu phát triển định mức tiêu thụ điện ngành, người ta tính nhu cầu điện cho tương lai Đối với vùng riêng rẽ, tính tốn nhu cầu điện cơng nghiệp người ta khơng tính nhu cầu cho thân mục đích sản xuất mà cịn chi phí điện cho việc khai thác, chế biến, vận chuyển sản phẩm cho xây dựng sửa chữa nhu cầu khác 2 Nhóm hộ dùng điện cho sinh hoạt cơng trình cơng cộng Nhu cầu dùng điện cho sinh hoạt cơng trình cơng cộng mọt nhu cầu quan trọng tăng nhanh theo trình độ phát triển kinh tế đời sống Ở số nước kinh tế phát triển, đời sống kinh tế văn hoá cao , điện dùng cho nhu cầu sinh hoạt công cộng chiếm tỉ lệ lớn ( chiếm 1/3 sản lượng điện hệ thống điện) Ở vài nước Bắc Âu Thuỵ Điển, Na Uy tỉ lệ cao Bình thường tỉ lệ vào khoảng 15-20% Điện dùng cho nhu cầu sinh hoạt công trình cơng cộng bao gồm điện thắp sáng nhà, đường phố cơng trình cơng cộng, điện dùng cho máy móc thiết bị phục vụ sinh hoạt, điện dùng việc cấp, nước giao thơng thành phố… 3 Nhóm hộ dùng điện cơng nghiệp Điện khí hố nơng nghiệp biện pháp quan trọng để đẩy mạnh sản xuất nơng nghiệp, góp phần xây dựng sở vật chất kỹ thuật cho chủ nghĩa xã hội Trong điều kiện nước ta, hộ dùng điện nông nghiệp chủ yếu trạm bơm tưới tiêu Trong năm vừa qua công suất lắp trạm bơm miền bắc lên đến hàng chục vạn kw, chiếm tỉ lệ lớn tổng công suất lắp máy tất trạm phát điện Điện dùng cho trạm bơm dùng mùa, lại tập trung cao vào thời gian tưới tiêu úng nước mưa mùa lũ 4 Nhóm dùng điện giao thơng vận tải Trong nhu cầu điện cho giao thông, nhu cầu để điện khí hố đường sắt chiếm tỉ lệ lớn nhất.Ngồi điện cho giao thơng vận tải dùng cho nhu cầu khác vận tải đường ống, dùng cho nhu cầu gara (bến xe), trạm phục vụ, dùng cho chiếu sáng đường ôtô, sân bay, cảng biển, chiếu sáng ga đường sở sửa chữa phương tiện giao thông vận tải Nhìn chung chế độ dùng điện năm ngành giao thông vận tải tương đối đồng đều, phụ tải ngày thường có lúc tăng vọt đầu máy khởi động chuyển bánh Tổng cộng nhu cầu nhóm hộ dùng điện lại ta yêu cầu dùng điện chung cho hộ Nhu cầu thường xuyên tăng vọt nhà máy xí nghiệp có sử dụng điện ngày rộng rãi sinh hoạt đời sống Mặt khác nhu cầu điện biến thiên nhiều theo thời gian ngày, tháng, năm Vì người ta thường biểu thị yêu cầu dùng điện hộ theo thời gian biểu đồ phụ tải Trong quan trọng biểu đồ phụ tải ngày, năm số tương ứng (21)II Biểu đồ phụ tải ngày đêm đường luỹ tích phụ tải. A Biểu đồ phụ tải ngày đêm đường luỹ tích phụ tải. 1 Biểu đồ phụ tải ngày đêm Đồ thị thể thay đổi phụ tải ngày đêm gọi biểu đồ phụ tải ngày đêm Biểu đồ phụ tải ngày đêm bao gồm yêu cầu hộ dùng điện, tổn thất lưới điện điện tự dùng trạm phát điện Biểu đồ phụ tải ngày đêm xây dựng cho hộ hay nhóm hộ cho toàn hộ dùng điện thuộc phạm vi trạm điện hay hệ thống điện Khi xây dựng biểu đồ phụ tải ngày đêm yêu cầu cần dùng điện tính từ định mức cho ngành hộ dùng điện, cịn phải tính thêm lượng điện tổn thất đường dây tải điện điện tự dùng trạm phát điện Trị số tổn thất đường dây hệ thống phụ thuộc vào mạng lươid điện cấu hệ thống Thường trị số khoảng 5-15% lượng điện phát vào mạng lưới Lượng điện tự dùng trạm phát điện phụ thuộc vào cấu hệ thống Đối với trạm nhiệt điện điện tự dùng vào khoảng5-10% sản lượng điện trạm Còn trạm thuỷ điện điện tự dùng vào khoảng 0,5-2% sản lượng điện trạm Trên thực tế, biểu đồ phụ tải ngày đêm có dạng cưa, nguyên nhân cơng suất khởi động máy móc lớn vận hành máy móc ngẫu nhiên, khơng theo thứ tự xắp xếp Một cách gần đúng, với tình hình biến hố phụ tải, người ta đưa đường cong trơn Để thuận lợi cho việc tính tốn, người ta vẽ theo đường bậc thang Trong bậc thang ứng với phụ tải bình quân ngày đêm ( xem hình 2-1a,b) Hình dạng biểu đồ phụ tải ngày đêm phụ thuộc vào số lượng, cấu chế độ làm việc hộ dùng điện vùng Đối với vùng công nghiệp biểu đồ phụ tải ngày đêm thường có hai điểm vào buổi sáng buổi chiều Đỉnh buổi sáng tăng phụ tải công nghiệp, tăng nhu cầu thắp sáng sinh hoạt Còn đỉnh buổi chiều chủ yếu tăng nhu cầu thắp sáng sinh hoạt Vào nghỉ trưa phụ tải có giảm mức độ giảm khơng nhiều buổi tối Vì buổi trưa có nhiều xí nghiệp lầm việc khơng tầm, cịn buổi tối có số xí nghiệp làm ca hoạt động hoạt động khác Cho nên phụ tải buổi tối giảm nhiều, trị số nhỏ thường vào đêm sáng p ' p p 0 24h P kW t (h) t (h) kWP 24h '' (22)Hình dạng biểu đồ phụ tải ngày đêm ngày năm khơng giống Trong thực tế tính tốn khơng thể sử dụng tồn 365 biểu đồ phụ tải ngày đêm Vì để đặc trưng cho thay đổi phụ tải, người ta thường dùng biểu đồ phụ thải ngày đêm điển hình: biểu đồ phụ tải ngày đêm lớn nhất, trung bình nhỏ Người ta chia biểu đồ phụ tải thành khu vực: Phần phụ tải nhỏ (P’) gọi phụ tải gốc Phần phụ tải nhỏ trung bình (P) gọi là phụ tải thân phần phụ tải trung bình lớn (P”) gọi phụ tải đỉnh Để đánh giá biểu đồ phụ tải so sánh với biểu đồ phụ tải ngày đêm khác, trị số P’, P, P” người ta dùng số sau: a Chỉ số sử dụng đồng thời: Chế độ làm việc hộ dùng điện khơng giống nên thời điểm địi hỏi cơng suất lớn khơng trùng nhau.Do phụ tải lớn ngày đêm luôn nhỏ tổng công suất lớn hộ dùng điện Tỉ số phụ tải lớn ngày đêm P” với tổng công suất lắp ráp máy hộ dùng điện gọi số sử dụng đồng thời ∑ = ρ hd lm '' N P b Chỉ số phụ tải gốc α: tỉ số phụ tải nhỏ P’ phụ tải trung bình P ngày đêm P P' = α c Chỉ số đồng β ( số biến hóa phụ tải ngày đêm): tỉ số phụ tải nhỏ nhất phụ tải lớn '' ' P P = β d Chỉ số sử dụng phụ tải lớn nhất: thể dạng: '' P P = δ Ta có quan hệ số α,β,δ là: =1 β δ α Nếu ta nhânδ với 24h ta số lợi dụng phụ tải lớn ngày ( h ngày ) '' '' P E P 24 P 24 h =δ = = Số lợi dụng phụ tải lớn ngày( h ngày) biểu thị số cần thiết trạm làm việc với phụ tải lớn nhất( P”) Để phát điện lượng điện lượng trạm làm việc theo biểu đồ phụ tải ngày đêm 20 40 60 80 % 0 12 18 24 P Hình 2-2 1- tổng phụ tải hệ thống điện lực 2- phụ tải công nghiệp 3- phụ tải dùng cho sinh hoạt cơng trình cơng cộng (23)Ta thấy δ tăng, số lợi dụng phụ tải lớn tăng, hay nói khác điện lượng tăng Doδ ảnh hưởng đến mức lợi dụng máy móc vậy, nên cần thiết phải nâng cao trị số δ cách: xếp hợp lý thời gian làm việc nghỉ hộ dùng điện cơng nghiệp điều hịa hợp lý việc dùng điện hộ thời gian 2 Đường lũy tích phụ tải ngày đêm Trong tính tốn lượng thường phải giải trường hợp: a Xác định điện lượng cần thiết để trạm phát điện làm việc với cơng suất biết vùng biểu đồ phụ tải ngày đêm b Xác định công suất mà trạm phát điện cần làm việc để phát hết điện lượng ngày đêm biết Muốn thực điều đó, cần phải có đường quan hệ phụ tải P điện lượng E ngày đêm Đường quan hệ gọi đường lũy tích phụ tải ngày đêm Nó xây dựng sở xem đường phân chia phụ tải trạm phát điện đường nằm ngang Phương pháp xây dựng đường lũy tích phụ tải dùng sai phân để giải phương trình ∫ = = P" 0 P dP t E Trong đó: t - số làm việc phụ tải t = f(P) Để vẽ đường lũy tích phụ tải ngày đêm ta chia biểu đồ phụ tải ngày đêm thành nhiều băng có trị số phụ tải ∆Pi tùy ý Diện tích băng điện lượng tương ứng∆Ei Khi có quan hệ ∆Pi ∆Ei tương ứng, ta dễ dàng xây dựng được đường luỹ tích phụ tải ngày đêm Cụ thể hình (2-4) ta chọn điểm A làm gốc toạ độ đường luỹ tích, trục phụ tải P hướng lên trục điện lượng E nằm ngang hướng phía phải gốc Tỷ lệ trục điện lượng chọn tuỳ ý Trên trục phụ tải, ta đặt liên tiếp trị số phụ tải ∆Pi, trục điện lượng ta đặt liên tiếp giá trị ∆Ei tương ứng Tại điểm mút cặp giá trị ∆Pi ∆Ei ta dóng ngang và dóng đứng giao điểm tương ứng Nối giao điểm lại với ta đường luỹ tích phụ tải ngày đêm Ta nhận thấy phần phụ tải gốc ( từ P=0 đến P=P’ ) đường luỹ tích phụ tải ngày đêm đoạn thẳng, phần gốc băng có trị số cơng suất, có điện lượng∆E=24∆P Do xây dựng đường luỹ tích phụ tải ngày đêm khơng cần thiết phải chia phần gốc thành nhiều băng, mà xem tồn phần băng có trị số điện lượng ∆E1=24∆P’ Trường hợp tính phụ tải từ xuống điện lượng tương ứng phải tính từ đường luỹ tích sang trái Đường luỹ tích phụ tải ngày đêm ứng dụng nhiều tính tốn lượng xác định cơng suất cơng tác lớn nhất, tìm vị trí cơng tác trạm biết cơng suất điện lượng nó, tìm điện lượng biết cơng suất ngược lại…Ngồi E1 E2 E3 E E1 P' E2 E3 24h E Kwh P Kw P Kw P'' Hình 2-3 P'' P Kw P Kw P' C D (24)căn đường luỹ tích phụ tải ngày đêm, ta dễ dàng xác định cơng suất bình quân biểu đồ phụ tải ngày đêm P, cách từ điểm D hạ đường thẳng đứng , cắt đường AB kéo dài điểm C Điểm C điểm đặc trưng cho phụ tải bình qn ngày đêm ( hình 2-4) Điều chứng minh dễ dàng qua việc xét tam giác đồng dạng ABH ACF Vì đường thẳng AC hình 2-4 gọi đường phụ tải bình quân gốc Tương tự từ điểm D ta vẽ đường DG song song với đường thẳng AC đường giúp cho ta xác định dễ dàng phụ tải bình quân phần đỉnh biểu đồ phụ tải Thí dụ với phụ ải phần đỉnh P phụ tải bình qn PE Do đó, đường DG gọi đường phụ tải bình quân đỉnh B Biểu đồ phụ tải năm Biểu đồ phụ tải năm đường trình thay đổi phụ tải năm Một năm có 365 ngày nối liền 365 đường phụ tải ngày ta đường phụ tải năm Trong thực tế xây dựng biểu đồ phụ tải cho ngày đêm suốt năm tới Mặt khác làm biểu đồ phụ tải năm khơng thuận tiện cho việc sử dụng, Trong thực tế người ta biểu thị phụ tải năm dạng đường cong đặc trưng sau đây: 1 Biểu đồ phụ tải lớn năm: Đường cong nối liền trị số phụ tải ngày đêm lớn lại với gọi biểu đồ phụ tải lớn năm Trong thực tế để tiện cho tính tốn, đường phụ tải năm vẽ dạng bậc thang Trong biểu đồ phụ tải lớn năm, chiều cao bậc thang tháng trị số lớn ngày cơng suất lớn tháng Vì đường bậc thang hồn tồn nằm phía đường cong trơn ( đường hình 2-5) 2 Biểu đồ phụ tải trung bình năm: Đường cong thể thay đổi phụ tải bình quân ngày đêm năm gọi biểu đồ phụ tải trung bình năm Nó đường nối đỉnh 12 trị số phụ tải trung bình tháng năm Để tiện cho tính tốn người ta đưa đường bậc thang Đường bậc thang nằm trung bình đường cong ( đường hình 2-5) 3 Biểu đồ phụ tải nhỏ năm: Đường cong thể thay đổi phụ tải nhỏ ngày đêm năm gọi biểu đồ phụ tải trung bình năm Nó nối đỉnh 12 trị số phụ tải ngày đêm nhỏ tháng năm Để tiện cho tính tốn người ta đưa đường bậc thang Lúc đường bậc thang hồn tồn nằm phía đường cong trơn (đường hình 2-5) Diện tích biểu đồ phụ tải trung bình năm trị số điện lượng mà hộ dùng điện tiêu thụ năm Trong thực tế tính tốn lượng hay dùng đường để xác định công suất lắp máy hệ thống trạm, cân cơng suất điện lượng, bố trí tổ máy kiểm tra sửa chữa Còn đường dùng để kiểm tra trị số công suất kỹ thuật nhỏ nhiệt điện hệ thống Cũng biểu đồ ngày, nghĩ tới phát triển phụ tải tương lai mà trạm phát điện phải cung cấp, để từ chọn mức phụ tải thiết kế, làm tài liệu gốc cho việc thiết kế trạm phát điện Nếu chọn năm thiết kế xa ( tức yêu cầu dùng điện lớn) thường dẫn đến tình trạng ngưng đọng vốn đầu tư nhiều gây tổn thất cho kinh tế quốc dân Ngược lại, chọn năm thiết kế gần ( yêu cầu dùng điện nhỏ) thường khơng phát huy đầy đủ tác dụng trạm thuỷ điện, không XII thaïng P Kw P'' P P' (25)lợi dụng triệt để nguồn tài nguyên thuỷ lợi Việc chọn mức năm phụ tải thiết kế thực chất vấn đề so sánh kinh tế để chọn mức thiết kế sau đây: - Mức năm thiết kế thứ năm thứ năm sau toàn tổ máy trạm thuỷ điện bước vào vận hành - Mức năm thiết kế thứ hai năm thứ năm sau toàn tổ máy trạm thuỷ điện bước vào vận hành - Mức năm thiết kế thứ ba năm thứ 15 sau toàn tổ máy trạm thuỷ điện bước vào vận hành Mức ứng dụng trương hợp sau mức năm thiết kế thứ mà điều kiện vận hành trạm thuỷ điện có thay đổi lớn Thơng thường lấy mức năm thiết kế thứ làm sở chủ yếu để thiết kế trạm thuỷ điện, chọn thông số xác định chế độ vận hành trạm Mức năm thiết kế thứ dùng để kiểm tra (26)§2-2 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN Nhiều trạm phát điện nối với liền với đường dây tải điện( không hay cáp ngầm đất) để cung cấp cho hộ dùng điện tạo thành hệ thống điện Như hệ thống điện bao gồm trạm phát điện, trạm tăng áp, đường dây tải điện, cá hộ tiêu thụ xí nghiệp phụ vv… Việc hợp số trạm phát điện trạm phát điện mang lại hiệu lớn kinh tế kỹ thuật cho kinh tế quốc dân Về mặt nhu cầu điện, cao điểm hộ tiêu thụ khác nên hệ thống giảm trị số phụ tải lớn Mặt khác nhờ phối hợp trạm điện hệ thống, giảm cơng suất dự trữ, lắp tổ máy có cơng suất lớn, tăng khả cung cấp điện an toàn, liên tục chất lượng cao, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho trạm phát điện làm việc thuận lợi để nâng cao hiệu ích kinh tế hạ giá thành điện Quy mô hệ thống điện lớn, hiệu ích kinh tế kỹ thuật cao Cho nên hệ thống điện nước ta nước khác ngày mở rộng Hệ thống điện tạo điều kiện sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền vùng xa khó vận chuyển sử dụng cơng suất điện lượng trạm thuỷ điện lớn thường xây dựng vùng rừng núi xa khu dân cư kinh tế Đồng thời tạo khả mở rộng phạm vi sử dụng điện nhiều vùng thiếu nhiên liệu thuỷ Trạm thuỷ điện thường nối với hệ thống đường tải điện cao áp Chính việc xây dựng trạm thuỷ điện lớn có tác dụng chủ yếu thúc đẩy việc phát triển kỹ thuật tải điện cao áp Trị số điện áp số đường tải điện phụ thuộc vào công suất tải khoảng cách từ trạm phát điện đến trạm hạ áp Đường tải điện dài, cơng suất tải lớn điện áp phải cao Điện áp lớn tiết diện dây dẫn nhỏ tổn thất cơng suất ∆Pgiảm phải tăng đầu tư cho thiết bị cách điện, thiết bị cao áp, máy biến áp… Để lựa chọn trị số điện án hợp lý phải thơng qua tính tốn kinh tế kỹ thuật 1 Phân loại: Căn vào cấu tạo, người ta chia hệ thống điện thành: a Hệ thống điện có trạm nhiệt điện sử dụng nhiên liệu Loại hệ thống không nghiên cứu b Hệ thống điện gồm trạm thuỷ điện Loại thường gặp vùng giàu lượng nước, khơng có nhiên liệu ( than, dầu, khí đốt vv…) c Hệ thống hỗn hợp gồm trạm thuỷ điện lẫn trạm nhiệt điện, kể trạm điện nguyên tử, điezen, turcbine Đây hệ thống phổ biến Vì nghiên cứu tình hình làm việc trạm thuỷ điện hệ thống Muốn ta phải nắm đặc điểm công tác loại trạm phát điện hệ thống (27)năng Ngoài số hệ thống điện cịn có trạm điện diezen, turbine Các trạm loại có tác dụng phủ phụ tải đỉnh, song chưa có ảnh hưởng định cấu nhiệt điện Ngày hệ thống điện điển hình hệ thống gồm trạm thuỷ điện, trạm nhiệt điện ( kiểu ngưng kiểu cung cấp nhiệt) Trong trạm thuỷ điện thường giao phụ tải đỉnh Trạm điện kiểu ngưng sử dụng loại nhiên liệu có hạn than đá, than bùn, khí đốt, vv… Bộ phận chủ yếu nhiệt nồi hơi, turbine ngưng Hơi nước từ nồi vào cánh turbine sau khỏi vào phận ngưng Nhờ ống nước lạnh, nước làm lạnh ngưng lại Hơi ngưng kết làm nóng trở lại dạng nước nóng nhờ máy bơm vào nồi Những trạm điện kiểu ngưng đại thường sử dụng áp lực đến 90, 130, 240 atm với nhiệt độ tương ứng 535o, 565o 680o C, công suất tổ máy đến 100, 200, 300 MW Säng 2 4 6 7 10 8 Các tổ máy lớn có thơng số cao thường bố trí theo sơ đồ khối nồi hơi, turbine, máy phát Nồi có khả xảy cố nhiều yêu cầu dừng tổ máy lâu để sửa chữa Do sơ đồ khối phải bố trí dự trữ cố, dự trữ sửa chữa lớn Ở trạm lớn, yêu cầu lưu lượng nước làm lạnh lớn thí dụ trạm có cơng suất 2,4 triệu kw, tháng mùa hè yêu cầu đến 120m3/s, 85-95% nước để làm lạnh ngưng Vì trạm nhiệt điện tương đối lớn thường bố trí gần sơng Khi dư nước dùng sơ đồ chảy trực tiếp để làm lạnh Nước lạnh lấy từ sông trả sơng nước nóng hấp thụ nhiệt ngưng ( hình 2-7) Khi khơng đủ nước trạm có cơng suất trung bình dùng sơ đồ kín ( quay vòng) để làm lạnh Nước hấp thụ nhiệt cho chảy hồ giữ nước làm lạnh, sử dụng trở lại Trạm điện kiểu cung cấp nhiệt vừa sản xuất điện vừa cung cấp nước cho công nghiệp đời sống Hơi từ nồi vào turbine sau với áp suất giảm vào ống dẫn đến hộ dùng nhiệt Do turbine sử dụng chênh lệch áp suất có áp suất cao từ nồi có áp suất thấp đầu ra, nên lượng công suất làm việc turbine phụ thuộc vào nhu cầu hộ dùng nhiệt Do trạm điện kiểu phải làm việc theo biểu đồ phụ tải bắt buộc Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý Trạm điện kiểu ngưng 1- Nồi hơi; 2- nhiệt; 3- ống dẫn hơi; 4- turbine hơi; 5- máy phát điện; 7- bơm ly tâm; 8- máy bơm; 9- bể cấp nước; (28)2 Đặc điểm trạm phát điện Trước hết nói trạm thuỷ điện địa điểm xây dựng trạm phụ thuộc vào nguồn nước, nên nói chung phải có đường dây dẫn đưa điện nơi trung tâm dùng điện Chế độ làm việc trạm thuỷ điện thay đổi nhiều, khơng phụ thuộc vào đặc tính thuỷ văn sơng ngịi, trình độ điều tiết hồ chứa, mà liên quan mật thiết với cột nước trạm thuỷ điện đặc tính làm việc turbine…Cho nên q trình làm việc trạm thuỷ điện cịn có thời kỳ thừa nước thiếu nước thi phát công suất điện lượng tối thiểu, tức chế độ cơng tác bình thường trạm bị phát hoại Lúc đó, trạm phát điện khác hệ thống không đủ khả thay phần cơng suất điện lượng thiếu hụt buộc phải cắt điện số hộ dùng Rõ ràng, chế độ làm việc trạm thuỷ điện thay đổi theo điều kiện thuỷ văn chế độ trạm nhiệt điện đồng thời phải biến đổi cho thích hợp Điều khơng có nghĩa mức bảo đảm làm việc bình thường trạm nhiệt điện phụ thuộc vào điều kiện thuỷ văn Mức bảo đảm làm việc bình thường trạm nhiệt điện xem 100% nhiên liệu chứa kho đầy đủ Còn trạm thuỷ điện khơng đạt mức bảo đảm làm việc bình thường 100% gần 100% Vốn đầu tư cho xây dựng trạm thuỷ điện thường tương đối lớn Trong vốn đầu tư cho xây dựng cơng trình lớn vốn đầu tư cho thiết bị điện Nhưng chi phí vận hành khơng phụ thuộc vào trị số điện phát ra, trạm thuỷ điện lợi dụng dòng chảy thiên nhiên để phát điện, khơng phải điện phát tăng lên mà cần phải tăng thêm chi phí vận hành Mặt khác, thiết bị trạm thuỷ điện đơn giản trạm nhiệt điện, tính linh hoạt cơng tác cao, nên thường đảm nhận phần phụ tải thay đổi nhanh chóng cung cấp điện hệ thống có cố Hiệu suất trạm thuỷ điện lớn so với hiệu suất trạm nhiệt điện Cũng thiết bị đơn giản ít, q trình biến đổi lượng khơng phức tạp, nên trạm thuỷ điện dễ tự động hoá, cần người phục vụ trạm nhiệt điện Đối với trạm nhiệt điện chi phí vận hành phụ thuộc vào điện lượng Vì muốn sản xuất điện, trạm nhiệt điện phải tiêu thụ nhiên liệu Muốn sản xuất nhiều điện phải có nhiều nhiên liệu, sở khai thác vận chuyển tàng trữ… Như thế, hệ thống điện có lợi, trạm thuỷ điện nên đảm nhận phần phụ tải với mức tối đa, cịn trạm nhiệt điện đảm nhận phần phụ tải lại Lúc lượng nhiên liệu tiết kiệm trường hợp phân chia phụ tải lớn Điều khơng nâng cao hiệu ích kinh tế cho tồn hệ thống điện mà cho phép sử dụng lượng nhiên liệu tiết kiệm vào ngành sản xuất khác cần nhà máy luyện kim, nhà máy hóa chất… Do q trình biến hố lượng thiết bị trạm nhiệt điện phức tạp, nên trình đóng, mở máy kéo dài hàng hao tổn nhiên liệu nhiều Muốn đảm nhận phụ tải thay đổi nhanh, thiết bị trạm nhiệt điện ln trạng thái sẵn sàng làm việc Có nghĩa nồi ln giữ nóng, phần nhiên liệu sử dụng không kinh tế (29)suất kỹ thuật nhỏ tổ máy nhiệt điện loại lớn vào khoảng 25-30% công suất lớn Đối với trạm nhiệt điện dùng loại than phẩm chất, công suất kỹ thuật nhỏ tổ máy vào khoảng 60-70% công suất lớn tổ máy) (30)§2-3 VAI TRỊ CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LỰC I Các thành phần công suất hệ thống. Đặc điểm sản xuất điện trình phát điện, tải điện dùng điện xảy đồng thời Để thoả mãn yêu cầu dùng điện hộ tiêu thụ thời điểm thời kỳ tính tốn cần phải có cần phát điện tiêu thụ điện Sự cân phải đảm bảo cơng suất điện lượng Cân công suất hệ thống điện có nghĩa thời điểm t tổng cơng suất trạm phát điện phải tổng phụ tải hộ dùng yêu cầu cộng với tổn thất mạng điện Trong đó: Nit - Công suất trạm phát điện thứ I (i=1,2…I) thời điểm t Pkt - Phụ tải hộ dùng điện thứ k (k=1,2…K) thời điểm t ∆Plt - Tổn thất thành phần thứ l ( l=1,2…L) mạng điện thời điểm t Chúng ta xét hành phần chủ yếu cân cơng suất Tổng công suất định mức máy phát hệ thống điện gọi công suất lắp máy hệ thống ( HT lm N ) Công suất tổng cơng suất giới hạn lớn máy phát điều kiện làm việc bình thường với điện áp cosϕtiêu chuẩn Phần công suất lắp máy hệ thống đảm nhận phần phụ tải bình thường thời điểm gọi công xuất công tác ( HT ct N ) Trên hình (2-9) ta thấy năm phụ tải có trị số lớn năm Rõ rang công suất lắp máy hệ thống không vượt trị số phụ tải lớn Công suất trạm điện phu tải lớn gọi công suất công tác lớn nhât hệ thống ( HT ct N max). Để đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục cho hộ dùng điện ( HT ct N max), hệ thống cần phải có thêm cơng suất dự trữ ( HT dt N ).Công suất dự trữ cần thiết để đảm bảo bổ sung hay thay phần công suất mà hệ thống ngun nhân đố khơng thể cung cấp cho hộ dùng điện Căn vào tác dụng công suất dự trữ người ta chia thành: dự trữ phụ tải (NdptHT ), dự trữ cố (NdscHT)và dự trữ sửa chữa( HT dsch N ) Cơng suất dự trữ phụ tải có tác dụng đảm nhận phần phụ tải dao động không định kỳ ( kế hoạch) thời gian ngắn động khởi động…Trị số công suất dự trữ phụ tải hệ thống điện phụ thuộc vào quy mô đặc điểm hộ dùng điện hệ thống Công suất dự trữ cố có tác dụng thay phần cơng suất tổ máy bị cố, để làm cho hộ dùng điện chịu hậu cố Sự cố tượng ngẫu nhiên, khơng thể biết xảy đâu Mặt khác khả sảy cố không giống trạm phat điện Thường trạm thuỷ điện ∑ ∑ ∑= = = + =Ll lt K k kt I i it P P N 1 (31)sự cố xảy so với trạm nhiệt điện, thiết bị trạm thuỷ điện đơn giản làm việc điều kiện tốt Trị số công suất dự trữ cố phụ thuộc vào cấu tạo hệ thống điện, công suất mức độ cố tổ máy Các tổ máy bị cố phải sau thời gian tương đối dài làm việc trở lại Cho nên muốn thay cơng suất tổ máy cơng suất dự trữ cố phải đảm bảo nước nhiên liệu Công suất dự trữ phụ tải dự trữ cố hệ thống có Cịn cơng suất dự trữ sửa chữa có hệ thống mà cơng suất tổ máy không làm việc phụ tải nhỏ không công suất tổ máy đưa vào sửa chữa thời đoạn Bây ta xét điều kiện cần thiết phải có hệ thống điện Sau thời gian hoạt động, số tổ máy trạm phát điện phải nghỉ làm việc để kiểm tra sửa chữa định kỳ Thường từ đến năm sửa chữa định kỳ lần Thời gian sửa chữa tổ máy nhiệt điện khoảng từ 15-30 ngày, thuỷ điện là 15 ngày Việc sửa chữa tổ mày tiến hành phụ trải hệ thống nhỏ trạm phát điện có số tổ máy chưa làm việc Thường tổ máy thuỷ điện bố trí sửa chữa mùa kiệt, để đến mùa lũ làm việc tồn cơng suất lắp máy để tận dụng lượng nước thiên nhiên đến Còn tổ máy trạm nhiệt điện bố trí sửa chữa mùa lũ Diện tích phần gạch biểu đồ phụ tải hình (2-7) biểu thị trị số điện lượng mà thời gian để tiến hành sửa chữa Cịn diện tích cần thiết để sửa chữa ( tương ứng với điện lượng cần thiết sửa chữa) tổ máy năm xác định sau: ∑ = = Z j ch s tmjT N F 1 Trong đó: Ts.ch - thời gian sửa chữa tổ máy Ntmj - công suất định mức tổ máy thứ j (j=1,2…Z) sửa chữa năm Nếu diện tích cần thiết sửa chữa lớn diện tích sửa chữa lúc hệ thống có thêm cơng suất dự trữ sửa chữa Trị số công suất dự trữ sửa chữa phụ thuộc vào hình dạng biểu đồ phụ tải lớn năm công suất tổ máy Như tổng công suất dự trữ cần thiết cho hệ thống bằng: HT dsch HT dsc HT dpt HT dt N N N N = + + Như để đảm bảo cung cấp điện an tồn liên tục, cơng suất lắp máy tối thiểu mà hệ thống phải có cơng suất cơng tác lớn cộng với công suất dự trữ HT dt HT ct HT lm N N N = max + Điều có nghĩa tổng công suất lắp máy trạm thuỷ điện nhiệt điện hệ thống không nhỏ công suất lắp máy tối thiểu hệ thống điện ( hay cịn gọi cơng suất tất yếu hệ thống NtyHT) XII thaïng P Kw Ntm (32)trạm thuỷ điện giảm nhỏ khơng có thay đổi công suất tương ứng trạm nhiệt điện, gọi công suất tất yếu thuỷ điện Tương tự trên, NTĐ ty bao gồm thành phần công suất công tác lớn công suất dự trữ: TĐ dt TĐ max ct TĐ ty N N N = + Trong số trường hợp công suất lắp máy hệ thống điện lớn công suất lắp máy cần thiết tối thiểu Phần công suất lắp máy thêm sử dụng trường hợp đặc biệt thay phần công suất hệ thống nghỉ khơng đảm nhận thời gian Vì người ta gọi cơng suất trùng (Ntrùng) Cơng suất trùng có trạm thuỷ điện, có khơng phải ngun nhân đảm bảo cung cấp điện an tồn mà ngun nhân có lợi mặt kinh tế Tất nhiên có cơng suất trùng, công suất lắp máy hệ thống không sử dụng hoàn toàn Khả lắp thêm cơng suất trùng trị số trình bày phần sau: Khi có cơng suất trùng, cơng suất lắp máy trạm thuỷ điện là: trùng dt ct trùng ty lm N N N N N N = + = max + + Công suất lắp máy hệ thống hệ thống viết dạng lm trùng ty HT lm N N N N = + + dt ct trùng dt ct HT lm N N N N N N = max + + + max + (2-1) Trong vận hành sử dụng hết công suất lắp máy trạm phát điện Một phần công suất lắp máy khơng có khả đảm nhận phụ tải, ngun nhân số tổ máy trạng thái sửa chữa định kỳ sửa chữa cố Riêng với trạm thuỷ điện cịn điều kiện thuỷ văn bất lợi ( thiếu nước cột nước thấp) Đối với trạm nhiệt điện nguyên nhân thiếu nhiên liệu nhiên liệu có chất lượng xấu, đốt lị khơng tốt, hạ thấp chân khơng thiếu nước.v.v… Phần công suất lắp máy hệ thống trạm phát điện khơng có khả đảm nhận phụ tải ( không làm việc ) nguyên nhân trên, gọi phần công suất bị hạn chế ( HT hc N ) Phần công suất lắp máy đảm nhận phụ tải có khả đảm nhận phụ tải gọi công suất dùng HT hc HT lm HT N N N = − (2-2) Trong số thời kỳ, công suất dùng hệ thống lớn công suất công tác cộng với công suất dự trữ cần thiết Khi hệ thống có cơng suất thừa, khơng sử dụng đến Phần cơng suất gọi cơng suất bỏ không (Nbk ) HT dt HT ct HT HT bk N N N N = − − Nếu gặp trường hợp công suất dùng nhỏ công suất công tác cần thiết, lúc hệ thống khơng thể đảm bảo cung cấp điện bình thường Cần ý công suất Nbk Nhc trị số cố định mà luôn thay đổi ngày, tháng năm Như điều kiện làm việc bình thường cơng suất dùng bao gồm công suất công tác, công suất dự trữ công suất bỏ không HT bk HT dt HT ct HT N N N (33)Từ (2-2) (2-3) ta biểu diễn công suất lắp máy hệ thống điều kiện vận hành dạng sau: HT hc HT bk HT dt HT ct HT lm N N N N N = + + + (2-4) Một cách tương tự ta viết biểu thức thể công suất lắp máy trạm thuỷ điện nhiệt điện sau: hc bk dt ct lm N N N N N = + + + hc bk dt ct lm N N N N N = + + + Đối với hệ thống điện hỗn hợp ( bao gồm trạm thuỷ điện nhiệt điện) biểu thức (2-4) viết dạng hc bk dt ct hc bk dt ct lm lm HT lm N N N N N N N N N N N = + = + + + + + + + (2-5) Biểu thức (2-5) khác (2-1) chỗ thành phần vế phải thay đổi theo thời gian luôn chuyển dịch cho nhau, chúng phụ thuộc thay đổi phụ tải điều kiện vận hành trạm phát điện ( điều kiện thuỷ văn, nhiên liệu, trạng thái thiết bị ) Biểu thức (2-5) cho ta biết thời điểm vận hành, công suất lắp máy bao gồm thành phần công suất nào, có nghĩa thể cân cơng suất hệ thống thời điểm Phương trình cân điện lượng hệ thống thời đoạn thể sau: HT E E E = + (2-6) Trong đó: EHT - Điện lượng hệ thống ETĐ - Điện lượng phát trạm thuỷ điện. ENĐ - Điện lượng phát trạm nhiệt điện. II Xây dựng biểu đồ cân công suất điện lượng 1 Mục đích xây dựng biểu đồ cân cơng suất điện lượng Muốn thể cân công suất điện lượng cho tất thời điểm thời đoạn ta phải dùng số lượng nhiều biểu thức (2-5 ) (2-6) Việc sử dụng khối lượng lớn biểu thức bất tiện Cho nên thường cân công suất điện lượng thể dạng đồ thị Các đồ thị gọi biểu đồ cân công suất điện lượng Xây dựng biểu đồ cân băng công suất điện lượng nhiệm vụ quan trọng xác định chế độ làm việc xác địn thong số lượng trạm thuỷ điện (34)Trạm nhiệt điện cung cấp nhiệt Trạm thủy điện Trạm thủy điện Ndtpt Ndtsc Hình 2-8 I- sửa chữa tổ máy nhiệt điện II- sửa chữa tổ máy thủy điện III- công suất dự trữ phụ tải trạm thủy điện IV- công suất dự trữ cố trạm thủy điện Phần lớn thông số trạm thuỷ điện chọn kiểm tra theo năm kiệt thiết kế, nên cần thiết phải xây dựng biểu đồ cân với năm Cịn năm nước trung bình năm đặc trưng cho điều kiện làm việc thường gặp trạm thuỷ điện, nên cần thiết phải xây dựng biểu đồ cân với năm Như với mục đích thiết kế trạm thuỷ điện, với tính chất tính tốn ta phải lập cân công suất hệ thống với năm nước tính tốn lập cân điện lượng với năm nước trung bình Cịn biểu đồ cân bằn công suất điện lượng năm nhiều nước kiệt nước thường xây dựng thiết kế trạm thuỷ điện lớn Xây dựng biểu đồ cân lượng hệ thống năm nhiều nước nhằm tìm hiểu khả sử dụng điện năng, xác định công suất điện lượng lớn tải qua đường dây, làm rõ điều kiện làm việc để làm rõ mức độ thoả mãn nhu cầu dùng điện ngồi giới hạn mức bảo đảm tính tốn Trong phần ý đến cân hệ thống phục vụ cho thiết kế trạm thuỷ điện 2 Xây dựng biểu đồ cân công suất. a Các tài liệu cần thiết ban đầu: Khi xây dựng biểu đồ cân lượng hệ thống, cần nắm vững tài liệu sau: -Tài liệu phụ tải, bao gồm biểu đồ phụ tải năm lớn biểu đồ phụ tải ngày đêm điển hình ( đặc trưng) Khi xây dựng biểu đồ phụ tải lớn năm thường có xét đến trình nối hộ dùng điện vào hệ thống Khi phụ tải, lớn cuối năm lớn đầu năm (đường hình 2-9).Nếu không xét đến việc nối thêm hộ dùng điện giá trị phụ tải lớn đầu cuối Khi chọn phụ tải ngày đêm điển hình phải nghiên cứu tình hình thuỷ văn sơng ngịi bao gồm thời kỳ khác (kỳ lũ , nghiên cứu biến hoá phụ tải Nói chung thiết kế thường dùng biểu đồ phụ tải ngày đêm điển hình đại diện cho mùa xuân hạ thu đông Cá biệt trạm thuỷ điện nhỏ thiết kế sơ dùng biểu đồ phụ tải ngày đêm điển hình thuộc mùa đơng hạ - Biểu đồ cơng suất trung bình thang năm đặc tính làm việc trạm thuỷ điện - Các thông số lượng đặc tính làm việc trạm phát điện khác hệ thống điện - Biểu đồ cân công suất bắt buộc theo chế độ nhiệt trạm nhiệt điện kiểu cung cấp nhiệt (35)b Các bước xây dựng biểu đồ cân công suất. Trên sở tài liệu có, ta xây dựng biểu đồ cân công suất theo bước sau đây: - Đặt thêm trị số công suất dự trữ phụ tải, dự trữ cố vào tung độ đường (1) ta đường ( 2) đường (3) hình (2-8) Đường (3) thể cơng suất dùng cần phải có trạm phát điện - Xây dựng đường tổng công suất lắp máy hệ thống Đường (6) hình (2-8) thể thay đổi tổng công suất lắp máy theo trình vào vận hành tổ máy vòng năm Khi xây dựng đường phải dựa vào tài liệu cụ thể biết Nếu không xét đến thay đổi đường tổng cơng suất lắp máy hệ thống đường nằm ngang - Xây dựng đường tổng công suất dùng hệ thống điện chưa xét sửa chữa tổ máy Muốn xây dựng đường tổng công suất dùng được, ta phải xác định phần công suất bị hạn chế loại trạm phát điện Khi xây dựng biểu đồ cân cơng suất ta xét nguyên nhân gây phân công suất hạn chế sau: Đối với trạm thuỷ điện, nguyên nhân gây phần công suất bị hạn chế cột nước giảm cột nước tính tốn Muốn xác định phần công suất này, cần phải dựa vào trình thay đổi cột nước đường đặc tính vận hành turbine ( xem hình 2-8) Khi cột nước trạm thuỷ điện nhỏ cột nước tính tốn thi turbine khơng thể phát cơng suất định mức, trạm thuỷ điện khơng phát công suất lắp máy Công suất bị hạn chế lớn cột nước giảm Đối với trạm điện cung cấp nhiệt phần cống suất bị hạn chế yêu cầu cung cấp nhiệt giảm, trạm điện kiểu ngưng độ chân không giảm, thiếu nước cho phận ngưng tụ mùa nước tháng nóng Đặt phần cơng suất bị hạn chế trạm phát xuống đường (6) ta đường (5) hình (2-8) Đường (5) thể cơng suất dùng hệ thống điện - Bố trí sửa chữa tổ máy Bố trí sửa chữa định kỳ tổ máy vào thời gian có phụ tải nhỏ Đối với trạm thuỷ điện, nên bố trí sửa chữa tổ máy vào thời kỳ nước khơng gây việc tháo bỏ nước.Cịn trạm nhiệt điện, nên bố trí vào thời kỳ phụ tải giảm nhỏ vào mùa lũ trạm thuỷ điện làm việc với công suất lớn Đối với trạm phát điện kiểu cung cấp nhiệt thi bố trí sửa chữa vào thời kỳ yêu cầu nhiệt thấp Đặt công suất tổ máy sửa chữa lên đường (3) ta đường (4) hình (2-8) Cần ý chọn thời gian sửa chữa tổ máy cho đường (4) không nằm cao đường tổng công suất dùng (5), khơng có cơng suất dự trữ sửa chữa - Xác đinh vị trí làm việc trạm phát điện Trước hết, ta bố trí phần cơng suất trạm phát điện làm việc theo yêu cầu bắt buộc nhiệt vào gốc biểu đồ cân ( đường 7) Nhờ cơng suất trung bình tháng đường luỹ tích phụ tải ngày đêm ta xác định cơng suất cơng tác lớn vị trí làm việc tương ứng tháng trạm thuỷ điện Đưa kết vừa xác định lên biểu đồ phụ tải lớn năm ta khả đảm nhận phụ tải trạm thuỷ điện cân hệ thống (36)điện Trạm thuỷ điện phần làm việc theo yêu cầu nhiệt trạm điện kiểu cung cấp nhiệt chiếm phần biểu đồ phụ tải lớn năm Phần biểu đồ phụ tải lại trạm nhiệt điện kiểu ngưng phần làm việc theo chế độ ngưng trạm nhiệt điện kiểu cung cấp nhiệt đảm nhận - Trên sở phân tích đặc điểm trạm thuỷ điện ta xác định khả đảm nhận loại dự trữ chúng Phần cơng suất dự trữ cịn lại hệ thống trạm nhiệt điện kiểu ngưng đảm nhận Việc xây dựng biểu đồ cân công suất xem đạt yêu cầu bảo đảm việc cung cấp điện an tồn cơng suất lắp máy hệ thống đạt trị số nhỏ nhất, kinh tế tế Nếu năm nước kiệt thiết kế mà sử dụng thời gian phụ tải giảm để sửa chữa định kỳ tổ máy hệ thống điện không cần dự trữ sửa chữa Trường hợp thể hình (2-8) 3 Xây dựng biểu đồ cân điện lượng. Biểu đồ phụ tải ngày đêm thể phân chia phụ tải trạm thuỷ điện nhiệt điện (hình 2-9) biểu đồ cân cơng suất, đồng thời biểu đồ cân điện lượng ngày đêm Như vây, cân công suất điện lượng có liên quan mật thiết với phải tiến hành xây dựng song song Trong thực tế người ta xây dựng biểu đồ cần bằn điện lượng dạng biểu đồ phân chia phụ tải trung bình ngày tháng hệ thống điện cho trạm thuỷ điện nhiệt điện NHT =NTĐ+NNĐ Muốn xây dựng biểu đồ cân điện lượng năm trước hết ta xây dựng biểu đồ phụ tải trung bình năm (đường hình 2-10) Tiếp theo ta đưa cơng suất trung bình tháng trạm thuỷ điện công suất làm việc theo yêu cầu nhiệt trạm nhiệt điện kiểu cung cấp nhiệt lên biểu đồ phụ tải trung bình năm, ta đường (2) đường (3) hình 2-10 Diện tích khống chế đường (1) (3) biểu đồ điện lượng trạm nhiệt điện kiểu ngưng điện lượng phần ngưng trạm nhiệt điện kiểu cung cấp nhiệt Phân tích tỉ mỉ biểu đồ cân công suất điện lượng năm kiệt thiết kế, năm trung bình nước nhiều nước ta kiểm tra thông số chọn trạm thuỷ điện thiết kế thấy rõ điều kiện làm việc hệ thống III Yêu cầu chủ yếu hệ thống điện chế độ làm việc trạm phát điện. Sau xét đặc điểm trạm phát điện, tính chất riêng biệt sản xuất điện năng, tương quan cân lượng, đề cập đến yêu cầu hệ thống điện trạm phát điện 0 P, N (Kw) 24 T.N.Đ T.T. Hình 2-9 Hình 2-10 T.N.Đ kiểu ngưng T.N.Đ kiểu cung cấp nhiệt T.T. P, N (Kw) (37)Yêu cầu chủ yếu thứ hệ thống điện trạm phát điện phải đảm bảo cung cấp đủ điện lượng công suất cho hộ dùng điện thời điểm Yêu cầu thứ hai trạm phát điện phải bảo đảm chất lượng điện (điện áp tần số dòng điện) cho hệ thống Yêu cầu thứ ba chế độ làm việc trạm phát điện phải góp phần nâng cao hiệu ích kinh tế chung cho toàn hệ thống Yêu cầu quan trọng, khơng thể tách rời khỏi yêu cầu Vì thay đổi chế độ làm việc trạm phát điện khơng thay đổi thơng số lượng than (khi thiết kế) mà cịn làm ảnh hưởng đến thông số chế độ làm việc tất trạm phát điện lại hệ thống Do phải dựa quan điểm có lợi cho toàn hệ thống để xét chế độ làm việc trạm phát điện Ngoài ra, trạm nhiệt điện kiểu cung cấp nhiệt trạm thuỷ điện chế độ làm việc chúng cịn phụ thuộc vào yêu cầu dùng nhiệt dùng nước số ngành kinh tế quốc dân Do đó, chế độ làm việc chúng cần bảo đảm hiệu ích kinh tế lớn kinh tế quốc dân IV Sự tham gia phủ biểu đồ phụ tải hệ thống trạm thuỷ điện Trong phần này, chủ yếu xét đến khả tham gia phủ biểu đồ phụ tải hệ thống loại trạm thuỷ điện điều kiện thuỷ văn khác Ta xét chế độ làm việc trạm thuỷ điện từ trường hợp đơn giản đến phức tạp 1 Sự tham gia trạm thuỷ điện không điều tiết. Đặc điểm trạmt thuỷ điện không điều tiết công suất thời điểm phụ thuộc hoàn toàn vào lưu lượng thiên nhiên Trong ngày đêm mùa kiệt lưu lượng thiên nhiê không thay đổi, nên công suất trạm thuỷ điện khơng điều tiết xem cố định ngày đêm Từ đặc điểm ta thấy trạm thuỷ điện khơng có hồ điều tiết tốt nên bố trí cho làm việc phần gốc biểu đồ phụ tải (hình 2-11) cho làm việc phần đỉnh phần thân khơng thể tránh khỏi tổn thất lượng phải tháo bỏ lượng nước thừa Điện lượng tổn thất có diện tích gạch hình (2-12) Mặt khác trường hợp phân phối phụ tải hình (2-11) trạm nhiệt điện làm việc với hiệu suất cao hơn, lượng tiêu thụ cho đơn vị điện lượng hơn, tổng lượng nhiên liệu tăng 0 P, N (Kw) 24 T.N.Đ T.T. T.N. 24 P, N (Kw) 0 Hình 2-11 Hình 2-12 T.N. Đ (38)T.T. T.N. Fsch Ndtpt N N Ndtsc T Ntr Nmax ( Kw) NTÂty T Nlm NlmN 365 ngaìy 0 T Ntr Hình 2-13 Do khơng có khả điều tiết nên công suất dùng công suất công tác trạm thuỷ điện cố định ngày đêm Nhưng ngày đêm khác nhau, trị số cơng suất thay đổi theo điều kiện thuỷ văn Bố trí trạm thuỷ điện khơng điều tiết làm việc phần gốc biểu đồ phụ tải năm ta biểu đồ phân chia phụ tải thể hình (2-13) Trong mùa lũ trạm thuỷ điện khơng điều tiết làm việc với tồn cơng suất lắp máy, cịn mùa nước cơng suất công tác, công suất dùng giảm xuống Đối với trạm thuỷ điện không điều tiết cột nước thấp, cơng suất dùng giảm ngày mùa lũ, mực nước hạ lưu mùa dâng cao làm cho cột nước giảm xuống thấp Điện lượng trạm thuỷ điện không điều tiết sản xuất ngày đêm vào mùa nước nhỏ Nhưng phụ tải lớn hệ thống lại thường trùng vào mùa nước Để đảm bảo điều kiện cung cấp điện an tồn, cơng suất tất yếu trạm thuỷ điện không điều tiết phải chọn mùa nước, nên có trị số nhỏ Để tận dụng triệt để lượng nước đến mùa lũ, giảm giá thành điện năng, tiết kiệm lượng nhiên liệu …người ta lắp thêm cơng suất trùng ( ngồi cơng suất tất yếu phải có) Trên ta xét đến khả tham gia đảm nhận phụ tải bình thường trạm thuỷ điện khơng điều tiết Để thấu rõ cách tồn diện vai trị cân cơng suất tồn hệ thống điện, ta phải xét thêm khả đảm nhận loại dự trữ Vì khơng có hồ nên trạm thuỷ điện khơng điều tiết ln ln làm việc với tồn cơng suất dùng khơng thể đảm nhận dự trữ phụ tải cần thiết cho việc điều chỉnh tần số hệ thống Muốn đảm nhận dự trữ cố hệ thống điện trạm thuỷ điện phải có lượng nước dự trữ định trạm thuỷ điện không điều tiết không đảm nhận loại dự trữ ( trường hợp trạm có lắp thêm cơng suất trùng vậy) Cơng suất trùng sử dụng làm chức dự trữ cố cho thân trạm thuỷ điện Thực có cơng suất trùng vào mùa kiệt trạm thuỷ điện ln ln có phần cơng suất thiếu nước chưa đảm nhận phụ tải, phần cơng suất dùng thay cho tổ máy thuỷ điện bị cố Cịn mùa nhiều nước, cơng suất trùng đóng vai trị cơng suất cơng tác thay phần công suất tương ứng trạm nhiệt điện Công suất dự trữ sửa chữa hệ thống có có giao cho trạm thuỷ điện không điều tiết dự trữ sửa chữa cần phải có dự trữ nước (39)0 A 24h E Kwh P,N ( Kw) P,N ( Kw) B C NTÂctmax T Engaìy Hình 2-14 một số tổ máy nhiệt điện có cơng suất tưng đương nghỉ làm việc để đưa vào sửa chữa Như vậy, ta thấy công suất trùng trạm thuỷ điện hoàn thành đồng thời nhiệm vụ: - Tăng điện lượng trạm thuỷ điện, tiết kiệm nhiên liệu cho hệ thống điện - Đảm nhận dự trữ cố dự trữ sửa chữa cho thân trạm thuỷ điện, đồng thời làm giảm trị số công suất dự trữ cố sửa chữa cho tồn hệ thống Hình (2-13) thể ví dụ cân cơng suất hệ thống điện có trạm thuỷ điện khơng điều tiết tham gia 2 Sự tham gia trạm thuỷ điện điều tiết ngày cân lượng. Hồ điều tiết ngày có nhiệm vụ phân phối lại lưu lượng thiên nhiên đến tương đối đồng ngày đêm cho phù hợp với biểu đồ phụ tải Tất nhiên phân phối phụ thuộc vào trị số lưu lượng thiên nhiên ngày đêm không làm thay đổi lượng nước thiên nhiên ngày đêm.Tại ta thấy điện lượng ngày đêm phụ thuộc hoàn toàn vào lượng nước thiên nhiên ngày đêm cơng suất có liên quan với Mặt khác thiết bị trạm thủy điện có tính linh hoạt cao, q trình thay đổi khơng gây tổn thất nên trạm thủy điện điều tiết ngày có đủ khả làm việc phần đỉnh biểu đồ phụ tải ngày đêm Khi làm việc phần đỉnh, trạm thủy điện sử dụng công suất tối đa, điện lượng ngày đêm nhỏ, đồng thời tạo điều kiện cho trạm nhiệt điện làm việc với cơng suất thay đổi, hiệu suất cao, lượng nhiên liệu tiêu thụ cho đơn vị điện lượng nhỏ Tất nhiên thời gian làm việc phần đỉnh phân thân nhiều hay tùy thuộc khả điều tiết hồ điều kiện thủy văn Trong mùa nhiều nước, để tận dụng lượng nước thiên nhiên đến phát điện lượng tối đa, tiếtkiệm nhiều nhien liệu cho hệ thống, lúc trạm thủy điện điều tiết ngày làm việc phần gốc biểu đồ phụ tải (40)365 ngaìy P,Nmax ( Kw) T.N. T.N. T Nlm t1 t2 t3 t4 NlmT Hình 2-15 Dịch chuyển hình tam giác ABC đưowngf lũy tích phụ tải ta tìm vị trí thỏa mãn: hai cạnh AB AC song song với hệ tọa độ, hai đỉnh B C nằm đường lũy tích phụ tải Vị trí vị trí làm việc trạm thủy điện mà ta cần tìm ( hình 2-14) Trên ta xét trường hợp hệ thống điện có trạm thủy điện Trong trường hợp hệ thống có số trạm thủy điện cách xác định vị trí làm việc Để đơn giản ta xét hai trạm thủy điện Nếu trạm thủy điện có hồ điều tiết ngày đêm, cịn trạm khơng có hồ điều tiết việc phân chia phụ tải đơn giản Trạm không điều tiết cần phải làm việc phần gốc biểu đồ phụ tải, cịn trạm điều tiết ngày vị trí làm việc xác định trình bày Nếu hai trạm thủy điện có khả điều tiết ngày cách xác định vị trí làm việc chúng sau: Đầu tiên xem hai trạm trạm có cơng suất NTĐ1+NTĐ2 điện lượng ETĐ1+ETĐ2 Dùng phương pháp trình bày ta xác định vị trí làm việc trạm thống Sau ta xây dựng hình tam giác vng có cạnh NTĐ1, ETĐ1 NTĐ2, ETĐ2 dịch chuyển hình tam giác đường lũy tích phụ tải ta tìm vị trí làm việc trạm Có thể xảy trường hợp vị trí làm việc trạm phải chia thành phần: phần nằm phần nằm vị trí làm việc trạm Trên cách xác định vị trí làm việc trạm thủy điện điều tiết ngày biểu đồ phụ tải ngày đêm Sau ta xét chế độ làm việc biểu đồ cân công suất năm hệ thống điện Như ta biết, công suất trung bình ngày đêm trạm thủy điện điều tiết ngày hoàn toàn phụ thuộc vào lưu lượng thiên nhiên ngày đêm riêng biệt không phụ thuộc vào chế độ làm việc ngày đêm khác Khi biết cơng suất trung bình ngày đêm vị trí làm việc trạm thủy điện phụ thuộc vào hình dạng biểu đồ phụ tải ta ln ln xác định vị trí làm việc trạm thủy điện ngày đêm phương pháp trình bày Nhờ đó, ta dễ dàng xây dựng biểu đồ cân công suất công tác năm hệ thống điện (Hình 2-15) (41)Biểu đồ cân cơng suất năm trình bày hình (2-15) xây dựng sở cho trạm thủy điện ln ln làm việc với tồn cơng suất, chưa xét đến điều kiện đại tu tổ máy trạm thủy điện Để thỏa mãn điều kiện đại tu số thời gian năm phải hạn chế bớt khả điều tiết ngày để số tổ máy nghỉ làm việc đưa chúng vào đại tu Tất nhiên việc đại tu tổ máy thủy điện nên tiến hành thời gian phụ tải hệ thống nhỏ lưu lượng thiên nhiên Nếu trạm thủy điện có lắp thêm cơng suất trùng mức độ cần thiết phải hạn chế điều tiết ngày giảm xuống Vì thời gian nước cơng suất trùng khơng thể đảm nhận phụ tải có khả đại tu số tổ máy Biểu đồ cân công suất cơng tác trường hợp thể hình (2-16) Hình (2-15) hình (2-16) xây dựng sở chưa xét khả sử dụng công suất trạm thủy điện để làm công suất dự trữ cho hệ thống Nhờ tính linh hoạt turbine nhờ có hồ điều tiết ngày mà trạm thủy điện đảm nhận phần dự trữ phụ tải cho hệ thống Trong thời gian nhiều nước phần công suất dự trữ phụ tải trạm thủy điện sử dụng để đảm nhận công suất công tác, nên trạm nhiệt điện phải đảm nhận dự trữ phụ tải Hồ điều tiết ngày tương đối nhỏ,nên khơng thể đảm nhận dự trữ cố dự trữ sửa chữa cho hệ thống điện Về mặt trạm thủy điện điều tiết ngày chẳng khác trạm thủy điện khơng điều tiết Nhưng trạm thủy điện điều tiết ngày có lắp thêm cơng suất trùng, biết, sử dụng cơng suất làm cơng suất dự trữ cố dự trữ sửa chữa cho thân trạm Hình (2-17) thể cách toàn diện khả tham gia vào cân cơng suất tồn hệ thống trạm thủy điện điều tiết ngày 3 Chế độ làm việc trạm thủy điện điều tiết năm cân hệ thống. Hồ điều tiết năm trạm thủy điện có khả phân phối lại dịng chảy năm cho phù hợp với yêu cầu dùng điện Mức độ phân phối lại dòng chảy năm phụ thuộc vào dung tích hồ Hình 2-16 T Nty NlmT T.N. T.N. P,Nmax ( Kw) 365 ngaìy T.N. NtrT HINh 2-19 T Nty NlmT T.N. T.N. P,Nmax ( Kw) 365 ngaìy T.N. (42)+ Thời kỳ thứ thời kỳ cấp nước Trong thời kỳ trạm thủy điện sử dụng lượng nước thiên nhiên phần lượng nước có hồ Tất nhiên hồ khơng thể phân phối lại lượng nước thiên nhiên, mà phân phối lại lượng nước hồ Dung tích tương đối hồ lớn việc điều chỉnh lưu lượng công suất trạm thủy điện dễ dàng Giữa trị số lưu lượng điều tiết công suất trạm thủy điện ngày thuộc mùa cấp có liên quan mật thiết với Nếu đầu thời kỳ cấp, trạm thủy điện làm việc với cơng suất lớn hồ chóng cạn phát công suất lớn vào cuối thời kỳ Mức độ giảm cơng suất điện lượng cuối thời kỳ cấp nhanh việc giảm lưu lượng cột nước công tác trạm thủy điện Ngược lại, đầu mùa cấp trạm làm việc với cơng suất nhỏ, cuối mùa cấp phát cơng suất lớn, lượng nước cịn lại hồ nhiều Chế độ làm việc trạm thủy điện mùa cấp rõ rang phụ thuộc vào chế độ dòng chảy thiên nhiên chế độ điều tiết hồ Hồ điều tiết năm có khả tiến hành điều tiết ngày Cho nên mùa cấp, trạm thủy điện điều tiết năm làm việc phần đỉnh biểu đồ phụ tải trạm thủy điện điều tiết ngày mùa nước + Thời kỳ thứ hai thời kỳ trữ nước Trong thời kỳ này, phần lưu lượng thiên nhiên đến trữ hồ, phần lại cho chảy qua turbine Rõ rang dung tích hữu ích nhỏ so với lượng nước mùa lũ phần lưu lượng chảy qua turbine thời kỳ lớn, nên công suất trạm thủy điện lớn Trường hợp dung tích hồ điều tiết năm tương đối nhỏ, trạm thủy điện làm việc phần gốc biểu đồ phụ tải với tồn cơng suất lắp máy thời kỳ lũ Ngược lại, dung tích hồ điều tiết năm tương đối lớn, để trữ đầy hồ thời kỳ trữ trạm thủy điện làm việc phần đỉnh biểu đồ phụ tải với công suất nhỏ Như tùy theo dung tích tương đối hồ điều tiết năm thời kỳ trữ, trạm thủy điện làm việc phần đỉnh hay phần gốc biểu đồ phụ tải Cần phải nói thêm rằng, chế độ làm việc trạm thủy điện mùa trữ phụ thuộc vào chế độ trữ nước sớm hay muộn hồ + Thời kỳ thứ thời kỳ xả nước thừa Thời kỳ xuất dung tích điều tiết năm nhỏ so với lưu lượng nước mùa lũ Khi hồ trữ đầy mà lưu lượng thiên nhiên đến lớn khả tháo nước lớn turbine phải xả lượng nước thừa Thời gian xả nước thừa kéo dài lưu lượng thiên nhiên đến khả tháo lớn turbine Như thời kỳ xả nước thừa chế độ làm việc trạm thủy điện hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện thủy văn, khơng có liên quan với thời kỳ khác hoàn toàn giống chế độ làm việc trạm thủy điện khơng có khả điều tiết + Thời kỳ thứ thời kỳ trạm thủy điện làm việc theo lưu lượng thiên nhiên Thời kỳ này xuất tiếp sau thời kỳ xả nước, lưu lượng thiên nhiên nhỏ khả tháo nước lớn turbine Mực nước hồ thời gian Q (m3/s) 365 ngaìy Qtn QmaxT Qât 0 (43)được trì mực nước dâng bình thường lưu lượng thiên nhiên không đủ đảm bảo công suất yêu cầu hệ thống Tiếp theo chu kỳ điều tiết khác lại bắt đầu Thực tế thời kỳ trạm thủy điện làm việc theo lưu lượng thiên nhiên, mực nước hồ mực nước dâng bình thường Vì thời kỳ này, trạm ln ln có khả điều tiết ngày, mực nước hồ giao động chu kỳ ngày đêm Song hồ điều tiết năm có diện tích lớn, nên giao động mực nước hồ điều tiết ngày không đáng kể Điện lượng ngày đêm trạm thủy điện điều tiết năm thời kỳ hoàn toàn phụ thuộc vào lưu lượng thiên nhiên Điện lượng ngày đêm trạm thủy điện điều tiết năm thời kỳ hoàn toàn phụ thuộc vào lưu lượng thiên nhiên đến Như thời kỳ trạm thủy điện làm việc theo lưu lượng thiên nhiên chế độ làm việc giống chế độ làm việc trạm thủy điện có hồ điều tiết ngày Đầu thời kỳ làm việc theo lưu lượng thiên nhiên, trạm làm việ phần gốc biểu đồ phụ tải Sau theo mức độ giảm lưu lượng thiên nhiên mà vị trí làm việc trạm thủy điện biểu đồ phụ tải năm cao dần lên Như biết, hồ điều tiết năm khơng có khả phân phối lại dòng chảy năm, nên với năm thủy văn khác nhau, chế độ làm việc trạm thủy điện khơng giống ( Trên hình 2-19 2-20 thể biểu đồ cân công suất đặc trưng cho năm nước năm nhiều nước) Trong năm nhiều nước, thời kỳ xả nước thừa thời kỳ làm việc với lưu lượng thiên nhiên tăng lên, thời kỳ cấp trữ nước giảm xuống Ngược lại với năm nước, thời kỳ cấp trữ nước tăng lên thời kỳ xả nước thừa thời kỳ làm việc với lưu lượng thiên nhiên giảm xuống có khơng có Khi hồ điều tiết năm tưong đối nhỏ, xảy trường hợp mà lũ cơng suất trung bình công suất công tác trạm thủy điện lớn trị số công suất cần thiết để đảm bảo an tồn cho hệ thống ( cơng suất bảo đảm Nbđ) Cịn mùa cấp thiếu nước nên cơng tác bình thường hệ thống bị phá hoại Đối với trạm thủy điện có cột nước thấp, xảy tượng ngược lại, cơng tác bình thường bị phá hoại mùa lũ, cịn mùa cấp làm việc với công suất lớn công suất bảo đảm Rõ ràng, 365 ngaìy T.N. T.N. T.N. T.T. 0 P'',Nmax ( Kw) ( Kw) P'',Nmax 365 ngaìy T.T. T.N. T.N. (44)thủy điện thời kỳ thỏa mãn yêu cầu cân lượng tồn năm hiệu ích kinh tế hệ thống lớn toàn chu kỳ Trạm thủy điện có hồ điều tiết năm, có đủ khả đảm nhận dự trữ phụ tải Tất nhiên, thời kỳ trạm thủy điện làm việc với tồn cơng suất lắp máy có cấu hướng nước mở hồn tồn trạm thủy điện khơng đảm nhận dự trữ phụ tải Khi dung tích hồ điều tiết năm lớn, trạm thủy điện lắp thêm công suất dự trữ cố Trong mùa lũ, phần công suất dự trữ cố trạm thủy điện sử dụng công suất công tác thay vào trạm nhiệt điện đảm nhận dự trữ cố cho hệ thống (45)CHƯƠNG III TÍNH TỐN THUỶ NĂNG VÀ CHỌN THƠNG SỐ CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN §3-1 MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA TÍNH TỐN THUỶ NĂNG. 1 Khái niệm tính tốn thuỷ năng. Tính tốn thuỷ tiếp tục phần tính tốn thuỷ lợi Nhiệm vụ tính tốn thuỷ lợi xác định trị số lưu lượng điều tiết (Qđt), dung tích hồ mực nước thượng hạ lưu trạm thuỷ điện v.v…Xác định trị số dựa vào phương pháp điều tiết dịng chảy Sau tính tốn thuỷ lợi xong, tiếp tục xác định cơng suất bảo đảm (Nbđ), tình hình vận hành trạm thuỷ điện hồ chứa v.v… gọi tính tốn thuỷ Tính tốn thuỷ liên quan mật thiết với tính tốn thuỷ lợi tiến hành sở tính tốn thuỷ lợi Vì người ta thường đem hai phần hợp lại, gọi tắt tính tốn thuỷ Chúng ta biết cơng thức tính tốn cơng suất trạm thuỷ điện N = 9,81.η Q.H Trong đó, Q lưu lượng chảy qua turbine trạm thuỷ điện Lưu lượng có liên quan mật thiết với lưu lượng thiên nhiên đến, lượng nước hồ tháo trữ lại, lượng nước tổn thất bốc hơi, thấm…của hồ lượng nước ngành dùng nước khác lấy Cịn cột nước H trạm thuỷ điện có liên quan chặt chẽ với mực nước thượng hạ lưu trạm loại tổn thất cột nước khác ηlà hiệu suất tổ máy trạm thuỷ điện, có liên quan với lưu lượng qua turbine cột nước trạm thuỷ điện Vì ta thấy việc tính tốn thuỷ khơng phải đơn giản việc thay số liệu vào công thức có kết quả, mà thường phải qua nhiều giai đoạn tính tốn phức tạp Ta biết rằng, tình hình thuỷ văn sơng ngịi nhu cầu điện hộ dùng điện luôn thay đổi, nên công suất trạm thuỷ điện luôn thay đổi theo Cho nên lấy trị số công suất đại biểu cho tồn đặc tính cơng suất trạm thuỷ điện hồn tồn khơng xác Muốn xác định tồn đặc tính cơng suất trạm thuỷ điện phải tiến hành tính tốn thuỷ tương đối nhiều để định trình thay đổi công suất theo thời gian N=f1(t) theo tần suất bảo đảm N=f2(p) Điện sản thời đoạn từ t1 đến t2 trạm thuỷ điện tính theo cơng thức sau: ∫ = 1 t t Ndt E ( kWh ) Trong thực tế để tính tốn đơn giản người ta dùng cơng thức sau: (46)Từ công thức ta thấy, cần biết q trình thay đổi cơng suất trạm thuỷ điện nhanh chóng tính điện lượng 2 Mục đích nhiệm vụ tính tốn thuỷ văn. Mục đích cuối tính tốn thuỷ dựa vào tình hình dịng chảy thiên nhiên đến, u cầu dùng điện hộ, tính điều tiết hồ chứa, đặc tính thay đổi cột nước trạm thuỷ điện mực nước thượng hạ lưu xét đến yêu cầu ảnh hưởng ngành…, nghiên cứu xem xét phạm vi làm để lợi dụng triệt để nhất, hợp lý nguồn tài ngun thuỷ lợi sơng ngịi Tuỳ điều kiện cụ thể mà nhiệm vụ tính tốn thuỷ có khác Tính tốn thuỷ chia làm trường hợp sau - Trường hợp trạm thuỷ điện xây dựng xong, vận hành: Lúc thông số chủ yếu trạm thuỷ điện mực nước dâng bình thường (MNDBT), độ sâu cơng tác có lợi hồ chữa (ho ct), công suất lắp máy (Nlm)… đã xác định Trường hợp nhiệm vụ tính tốn thuỷ xác định phương thức vận hành có lợi cho trạm thuỷ điện, từ xây dựng kế hoạch vận hành có hiệu cho trạm Loại tính tốn thuỷ nhiệm vụ chủ yếu ngành quản lý vận hành hệ thống điện lực trạm thuỷ điện - Trường hợp tính tốn thuỷ trạm thuỷ điện quy hoạch hay thiết kế: Nhiệm vụ tính tốn thuỷ trường hợp dựa vào lưu lượng thiên nhiên đến, yêu cầu dùng điện hộ, ngành nơi dùng nước có liên quan khác để chọn thơng số có lợi trạm thuỷ điện thiết kế Loại tính tốn thuỷ phận quan trọng công tác thiết kế trạm thuỷ điện Để tính tốn thơng số có lợi trạm thuỷ điện, phải tiến hành tính tốn hàng loạt phương án với việc giả định hàng loạt trị số thông số khác Q trình tính tốn thuỷ phương án định tiêu động chủ yếu Nbđ, Enăm…của phương án Phải thông qua so sánh phương án, chọn phương án có lợi kinh tế, hợp lý kỹ thuật, từ xác định thơng số có lợi trạm thuỷ điện Tức phải thông qua so sánh kinh tế cách tồn diện kêt tính tốn thuỷ tính tốn kinh tế phương án 3 Các phương pháp tính tốn thuỷ năng. Có hai phương pháp tính tốn thuỷ năng, phương pháp thống kê tốn học phương pháp tính theo thời gian Trong phương pháp tính theo thời gian gồm có phương pháp lập bảng phương pháp đồ giải (47)Thời gian làm việc bình thường Tổng thời gia vận hành §3-2 CHỌN MỨC BẢO ĐẢM TÍNH TỐN CHỌN CÁC NĂM TÍNH TOÁN VÀ CÁC NĂM ĐẶC TRƯNG THUỶ VĂN. I Chọn mức bảo đảm tính tốn. Khái niệm mức bảo đảm tính tốn Tình hình cơng tác trạm thuỷ điện ngành dùng nước khác trực tiếp chịu ảnh hưởng tình hình thuỷ văn Lúc bất lợi lưu lượng cột nước công tác trạm thuỷ điện không đạt yêu cầu tình hình cơng tác bình thường trạm thuỷ điện bị phá hoại Điều xảy gặp mùa nước kiệt đặc biệt, lưu lượng nhỏ, trạm cột nước thấp, mùa lũ lượng nước tháo xuống hạ lưu lớn khiến cho cột nước trạm thuỷ điện giảm thấp, hai trường hợp dẫn đến công suất trạm phát khơng đủ u cầu Khi việc cung cấp điện bình thường khơng đảm bảo, buộc phải giảm cắt điện, gây khó khăn thiệt hại cho hộ dùng điện Để đánh giá mức độ chắn việc cung cấp điện trạm thuỷ điện, người ta dùng khái niệm “mức bảo đảm”, biểu thị cơng thức sau: P= 100 Ý nghĩa biểu thức suốt trình làm việc trạm thuỷ điện đảm bảo cung cấp điện bình thường p% tổng thời gian cịn (100-p%) thời gian khơng cung cấp đầy đủ công suất điện lượng chế độ bình thường tình hình thuỷ văn bất lợi Dòng chảy tồn khách quan, muốn trạm thuỷ điện làm việc với mức bảo đảm cao phải chọn cơng suất trạm nhỏ Nhưng chọn công suất trạm nhỏ để mùa kiệt làm việc bình thường khơng tận dụng triệt để lượng nước tháng, năm nhiều nước Ngược lại, chọn mức bảo đảm thấp ( tức chọn cơng suất trạm lớn) thời gian không đủ nước để cung cấp điện theo chế độ định lớn, thiệt hại hộ dùng điện thiếu điện lớn Người ta gọi mức bảo đảm chọn để tính tốn thơng số trạm thuỷ điện “mức bảo đảm tính tốn” “tần suất thiết kế” trạm thuỷ điện Từ điều phân tích trên, ta thấy việc lựa chọn mức bảo đảm tính toán trạm thuỷ điện thực chất vấn đề tính tốn kinh tế phức tạp Trong thực tế dùng phương pháp tính tốn kinh tế để xác định mức bảo đảm tính tốn trạm thuỷ điện gặp nhiều khó khăn, chủ yếu việc xác định cách tương đối xác mức độ thiệt hại hộ dùng điện thiếu điện bị cắt điện Vì người ta tính tốn kinh tế để chọn mức bảo đảm tính tốn xác định rõ tiền đề tính tốn như: hộ dùng điện cụ thể mức độ thiệt hại kinh tế thiếu điện, cơng suất thay trạm không đủ điều kiện cung cấp tiêu kinh tế loại công suất thay này…Cịn thơng thường, xác định mức bảo đảm tính toán trạm thuỷ điện, dựa sở phân tích người ta ấn định trị số kinh nghiệm (48)1- Dựa vào quy mô trạm thuỷ điện: Công suất lắp máy trạm lớn mức bảo đảm tính tốn phải chọn lớn Vì thiệt hại chế độ làm việc bình thường trạm có cơng suất lắp máy lớn bị phá hoại nghiêm trọng so với trạm có cơng suất lắp máy nhỏ 2- Dựa vào tỉ trọng công suất lắp máy trạm thuỷ điện chiếm hệ thống Nếu tỉ trọng công suất chiếm hệ thống lớn, mức bảo đảm tính tốn phải chọn cao Vì trạm khơng làm việc bình thường cơng suất thiếu hụt khó bù so với trạm nhỏ, thời kỳ công suất dự trữ hệ thống sử dụng gần hết 3- Dựa vào đặc điểm, tính chất hộ dùng điện: Các hộ dùng điện quan trọng mặt kinh tế, khoa học, kỹ thuật mức bảo đảm tính tốn trạm cung cấp điện phải cao, lẽ thiếu điện tổn thất nghiêm trọng 4- Nếu trạm thuỷ điện có hồ điều tiết lớn, tính điều tiết tốt, phân bố dịng chảy sơng lại tương đối điều hồ chọn mức bảo đảm tính tốn cao mà lợi dụng phần lớn lượng nước thiên nhiên Ngược lại khơng có hồ điều tiết dài hạn, mà muốn lợi dụng lượng nước nhiều khơng nên chọn mức bảo đảm cao 5- Dựa vào địa vị trạm thuỷ điện cơng trình lợi dụng tổng hợp Nếu cơng trình lợi dụng tổng hợp lấy phát điện làm chính, theo nguyên tắc mà chọn Trong trường hợp chọn mức bảo đảm tính tốn trạm thuỷ điện cao Nhưng trạm thuỷ điện giữ vai trị thứ yếu cơng trình lợi dụng tổng hợp mức bảo đảm tính tốn trạm thuỷ điện phải phục tùng yêu cầu dùng nước chủ yếu mà chọn thấp cho thoả đáng Khi chọn mức bảo đảm tính tốn ngồi việc dựa vào nguyên tắc trên, phải ý đến triển vọng mở rộng hệ thống điện lực để biết tình hình tương lai phát triển mà chọn mức bảo đảm tính tốn cho thích hợp Kinh nghiệm nước thường dùng mức bảo đảm tính tốn sau đây: - Các trạm thuỷ điện lớn Nlm =50.000 kW p = ( 85 ÷ 95 )% - Các trạm thuỷ điện vừa, tỉ trọng công suất hệ thống không lớn p = ( 75 ÷ 85 )% - Các trạm thuỷ điện nhỏ làm việc độc lập tham gia hệ thống với tỉ trọng công suất 15-20% p = ( 50 ÷ 80 )% Ngày tính tốn thiết kế người ta dựa vào tiêu chuẩn TCVN 285-2002 để chọn mức bảo đảm tính tốn II Chọn năm tính tốn năm đặc trưng thuỷ văn Năm tính tốn năm đặc trưng thuỷ văn dùng để xác định thơng số cơng trình, để xem xét xác định chế độ làm việc trạm thuỷ điện hệ thống điện lực Do có khác chế độ sử dụng lượng nước trạm thuỷ điện có mức độ điều tiết khác nhau, nên việc chọn năm tính tốn năm đặc trưng khác Trạm thuỷ điện có hồ điều tiết mùa năm loại thường gặp nhiều Đối với loại này, người ta thường chọn năm sau (49)2 Năm nước trung bình 3 Năm nhiều nước với mức bảo đảm (100-P)% 4 Năm kiệt gọi năm đặc biệt thiếu nước Năm tính tốn (năm nước kiệt thiết kế) dùng để xác định công suất bảo đảm công suất lắp máy trạm thuỷ điện điều tiết mùa (năm) Do tần suất năm tính tốn mức bảo đảm tính tốn trạm thuỷ điện Năm nước trung bình năm nhiều nước dùng để xem xét tình hình lợi dụng lượng nước điều kiện dòng chảy dồi định chế độ làm việc trạm điều kiện Năm đặc biệt nước dùng để kiểm tra tình hình làm việc trạm thuỷ điện điều kiện thiếu hụt nước , từ xem xét khả huy động công suất dự trữ hệ thống điện lực bù cho thiếu hụt định chế độ cung cấp điện hạn chế cho hộ dùng điện Trong thực tế năm thực đo, số năm có tài liệu thực đo dài (50-60 năm) cách chọn tương đối đảm bảo Nếu số năm thực đo ( 15-20 năm ) cách chọn chưa đảm bảo Trong trường hợp người ta thường chọn năm có tần suất 99% theo phương pháp xử lý thông thường thuỷ văn Trong năm đặc trưng vừa nói trên, việc chọn năm kiệt thiết kế quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến thơng số cơng trình Khi chọn năm kiệt thiết kế, cần đặc biệt lưu ý đến lượng nước phân phối lưu lượng mùa kiệt dung tích hồ cần lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào yếu tố Cho nên chọn năm kiệt thiết kế việc đảm bảo tổng lượng nước năm có tần suất p% người ta chọn cho lượng nước mùa kiệt có tần suất xấp xỉ p% Trong tài liệu thực đo khơng gặp năm dùng phương pháp thu phóng năm mơ hình để đưa tần suất thiết kế p% Để tính điện lượng trung bình nhiều năm người ta dùng năm : năm nước kiệt thiết kế, năm nước trung bình năm nhiều nước Cách chọn năm tính tốn năm đặc trưng vừa nói thường dùng cho cơng trình quy mơ vừa nhỏ Ưu điểm của phương pháp khối lượng tính tốn khơng lớn, độ xác không cao tuỳ thuộc vào tài liệu thuỷ văn thực đo nhiều hay Đối với cơng trình quan trọng, xác định thơng số bản, người ta dùng liệt năm thuỷ văn Nếu liệt lớn chọn dãy năm đại biểu có hàng loạt năm nước, kể năm đặc biệt nước, lại có năm nhiều nước năm nước trung bình, cho trị số tổng lượng nước năm trung bình nhiều năm Wm dãy năm chọn gần trị số liệt năm thuỷ văn Wo Dãy năm đại biểu liệt năm thuỷ văn dùng để xác định điện lượng năm trung bình nhiều năm (50)(51)§3-3 MỰC NƯỚC DÂNG BÌNH THƯỜNG VÀ ĐỘ SÂU CƠNG TÁC CĨ LỢI CỦA HỒ CHỨA TRẠM THUỶ ĐIỆN. I Xác định mực nước dâng bình thường (MNDBT) Trình tự xác định thơng số trạm thuỷ điện điều tiết giống bước Trước hết phải xác định mực nước dâng bình thường (MNDBT), mực nước chết MNC (hay độ sâu cơng tác có lợi hồ chứa) dung tích có ích hồ chứa Vhi Từ tính cơng suất đảm bảo chọn cơng suất lắp máy trạm thuỷ điện Sau có cơng suất lắp máy, tính điện lượng năm trung bình nhiều năm điện lượng năm đặc trưng khác cần thiết cho việc cân điện lượng hệ thống điện Việc lựa chọn mực nước dâng bình thường phải dựa sở so sánh kinh tế phân tích yếu tố ảnh hưởng khác, nên phải tính cho nhiều phương án MNDBT lựa chọn Phải xuất phát từ điều kiện thiên nhiên ( địa hình, địa chất, thuỷ văn, khí tượng v.v…) nhiệm vụ kinh tế trị vùng( u cầu ngành cơng trình) mà dự kiến quy mơ cơng trình, định số phương án MNDBT cơng trình, tiến hành tính tốn theo trình tự nói Sau có kết tính tốn cho phương án, phân tích so sánh chọn phương án hợp lý Sau thức tính tốn, thiết kế theo trình tự nội dung theo phương án MNDBT chọn Khi phương án MNDBT chọn trùng với số phương án sơ cần tính bổ sung - Mực nước dâng bình thường có ảnh hưởng định đến nội dung tính hồ chứa, cột nước, lưu lượng, cơng suất bảo đảm điện lượng hàng năm trạm thuỷ điện - Mực nước dâng bình thường thơng số chủ yếu cơng trình thuỷ điện Đây mực nước cao hồ chứa ứng với điều kiện thuỷ văn chế độ làm việc bình thường tính tốn - Về mặt cơng trình, định chiều cao đập, kích thước cơng trình xả lũ, mặt kinh tế ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích ngập nước tổn thất ngập vùng hồ trực tiếp quan hệ đến vấn đề thoả mãn cách hợp lý yêu cầu ngành lợi dụng nước tổng hợp Vì việc chọn MNDBT phải tiến hành thận trọng Khi xem xét MNDBT cần ý đến số vấn đề ảnh hưởng đến Đứng u cầu điện cung cấp nước mà xét MNDBT cao có lợi, quy mơ cơng trình lớn, vốn đầu tư nhiều thiệt hại ngập lụt, phải đền bù vùng nhiều Đôi gặp trường hợp khó khăn ngập mỏ quý, di tích lịch sử đường giao thơng quan trọng Nếu dịng sơng mà ngồi cơng trình ta thiết kế, cịn có vài cơng trình xây dựng dự kiến xây dựng phía thượng lưu, nâng MNDBT lên gây ngập chân cơng trình phía trên, làm giảm cột nước phát điện, làm thay đổi chế độ điều kiện làm việc cơng trình trên, đơi làm thay đổi sơ đồ khai thác bậc thang (52)Mặt khác, số vùng mà lượng bốc lớn (chẳng hạn số vùng miền trung nước ta) chọn MNDBT cao, mặt hồ rộng, lượng nước bốc mặt hồ lớn, tác dụng lưu lượng mùa kiệt bị hạn chế Trong thực tế, thiết kế cơng trình, người ta vào yêu cầu dùng nước ngành tham gia lợi dụng tổng hợp, tình hình lượng nước đến bồi lắng , điều kiện địa hình, địa chất tồn khu vực hồ vị trí đập, tình hình ngập lụt tổn thất nước thấm bốc hơi… sơ xác định giới hạn MNDBT Trên sở người ta ấn định loạt phương án MNDBT chênh trị số ∆h Với phương án MNDBT tính vốn đầu tư xây dựng KTĐ chi phí vận hành hàng năm CTĐ định Khi mực nước tăng thêm h, phải xác định số vốn đầu tư tăng thêm KTĐ số tiền chi phí vận hành hàng năm tăng thêm CTĐ, kể tiền đầu tư chi phí cho hoạt động cơng trình, thiết bị …của trạm Khi có ngành khác tham gia lợi dụng tổng hợp phải xét tính thêm tăng giảm vốn đầu tư xây dựng chi phí vận hành tăng thêm ±∆ng.khác ngành dùng nước khác Nếu trạm nằm hệ thống bậc thang, MNDBT tăng thêm h, làm thay đổi thơng số cơng trình khác hệ thống phải xác định trị số vốn đầu tư thay đổi ±∆KBT chi phái vận hành thay đổi ±∆CBT Đồng thời phải xác định vốn đầu tư ±∆Kthaythế chi phí vận hành năm ±∆Cthaythế giảm trạm phát điện thay ( MNDBT tăng nên khả cung cấp điện trạm thuỷ điện tăng) Để đánh giá lợi ích mặt kinh tế việc nâng cao trình MNDBT từ cao trình lên cao trình khác, người ta tính số năm bù vốn chênh lệch số vốn đầu tư thêm theo công thức: BT khác ng thê thay thê thay BT khác ng C C C C K K K K T ∆ − ∆ ± ∆ ± ∆ ∆ − ∆ ± ∆ ± ∆ = (3-25) Nếu tính T theo (3-25) nhỏ To ( số năm bù vốn tiêu chuẩn) nâng MNDBT T=To Nếu tăng MNDBT thêm T>To , lúc thời gian bù vốn chênh lệch vượt thời hạn bù vốn tiêu chuẩn, việc tăng MNDBT không hợp lý II Xác định độ sâu cơng tác có lợi, mực nước chết dung tích có ích hồ chứa Khoảng cách từ mực dâng bình thường MNDBT đến MNC gọi độ sâu công tác hct hồ chứa Phần dung tích nằm MNDBT MNC gọi dung tích có ích Vci của hồ Phần dung tích nằm MNC gọi dung tích chết Vc (hình 3-1), vấn đề đặt (53)I Xác định độ sâu công tác có lợi hồ điều tiết năm. Khi thiết kế trạm thuỷ điện có hồ điều tiết năm, phương án MNDBT, việc chọn độ sâu công tác có lợi thường tiến hành theo cách sau đây: Giả thiết loạt độ sâu công tác, dựa vào đường đặc tính dung tích hồ chứa để xác định dung tích có ích tương ứng Căn vào dung tích có ích phương án độ sâu công tác mà tiến hành tính tốn điều tiết cho năm nước kiệt thiết kế, tìm quan hệ lưu lượng cột nước theo thời gian trạm, sở tính khả cung cấp điện mùa kiệt năm thiết kế Từ kết tính tốn lượng cho phương án độ sâu cơng tác mà xây dựng đường quan hệ điện lượng (hoặc công suất bảo đảm) mùa kiệt với độ sâu công tác hồ Từ biểu đồ ta tra độ sâu cơng tác cho hiệu ích phát điện cao nhất, độ sâu cơng tác có lợi Để hiểu rõ nội dung sử lý thoả đáng chọn độ sâu công tác trường hợp cụ thể, xem xét kỹ mối quan hệ công suất (hoặc điện lượng ) với độ sâu công tác Tức xét quan hệ N=f(hct) E = f(hct) Ta biết điện lượng ( công suất) mà kiệt phần lưu lượng nước không trữ ( lưu lượng thiên nhiên) phần lưu lượng nước trữ dung tích có ích hồ tạo thành: Emùa kiệt = Ekhông trữ + Ehồ (3-26) Trong : Ekhơng trữ = 0,00272 Wkhông trữ.Hthuỷ điện Ehồ = 0,00272Vci.Hthuỷ điện Wkhông trữ lượng nước thiên nhiên đến mùa cấp (mùa nước kiệt), trị số định năm tính tốn Muốn tăng Ekhơng trữ phải tăng cột nước bình quân mùa kiệt …nghĩa phải chọn độ sâu công tác hồ nhỏ Hay nói cách khác, Ekhơng trữ giảm độ sâu công tác hồ tăng Quan hệ biến đổi gần tuyến tính Ehồ biến đổi phức tạp hct thay đổi Muốn tăng Ehồ phải tăng Vci tức phải tăng hct Tăng hct khả cung cấp nước dung tích có ích lớn, nhưng cột nước trung bình mùa kiệt giảm Vì hct lớn, mức độ tăng Ehồ càng (hình 3-2) MNLKT MNLTK MNDBT MNC MNBC d1 d2 (54)Như vậy, giai đoạn đầu độ sâu công tác tăng điện lượng mùa kiệt tăng, tiếp tục tăng hct đến một trị số ta có trị số Emùa kiệt lớn Sau tiếp tục tăng hct đến trị số Emùa kiệt giảm vì phần điện lượng tăng thêm tăng lưu lượng điều tiết không kịp bù lại phần điện lượng cột nước giảm Trị số hct ứng với Emùa kiệt lớn gọi là độ sâu công tác có lợi Nếu lượng nước khơng trữ mùa kiệt lớn độ sâu cơng tác có lợi hồ nhỏ Đường gạch đứt qng hình 3-2 có ký hiệu (2) đường biểu diễn quan hệ Emùa kiệt = f(hct) năm có lượng nước mùa kiệt nhiều năm thiết kế Nếu dựa vào điện lượng màu kiệt để xác định độ sâu cơng tác có lợi chưa hẳn hợp lý, mà phải xem xét diễn biến điện lượng năm Trong thời kỳ trữ nước mực nước hồ thấp, nên khả phát điện bị hạn chế Bởi tăng độ sâu công tác hồ, điện lượng năm không tăng đáng kể so với độ tăng điện lượng mùa kiệt (xem hình 3-3) Do đó, trị số điện lượng năm lớn xuất hct nhỏ so với hct cho Emùakiệt lớn Mặt khác, trạm thuỷ điện thiết kế có số trạm thuỷ điện khác nằm hệ thống bậc thang, độ sâu cơng tác hồ lớn làm tăng sản lượng điện trạm Vì độ sâu cơng tác có lợi hồ thiết kế ứng với trị số điện lượng lớn bậc thang lớn độ sâu cơng tác có lợi ứng với điện lượng lớn cảu riêng trạm (xem hình 3-4) Nếu gọi điện lượng trạm thuỷ điện thiết kế ETĐ điện lượng tăng thêm trạm thuỷ điện bậc thang nhờ có độ sâu công tác hồ thiết kế ∆ Ebt điện lượng thu có cơng trình thiết kế ∆ Ebt + ETĐ Rõ ràng, qua phân tích ta thấy khơng có điểm mà có vùng xác định độ sâu cơng tác có lợi Vì trị số cuối độ sâu cơng tác có lợi phải xác định sở tính tốn 0 (1) (2) E hồ E không trữ (1) E không trữ (2) E mùa kiệt (1) E mùa kiệt (2) E kwh (m)hct hct(2) hct(1) Hình 3-2 0 kwh E hct (m) hct Enàm max hct Emùakiệt max E mùa kiệt E năm Hình 3-3 Hình 3-4 (m) hct hct ET hct ET + Ebt ET + Ebt ET 0 E (55)kinh tế kỹ thuật có xét tới ảnh hưởng biến đổi độ sâu công tác trạm thiết kế trạm bậc thang Trong tính tốn sơ bộ, để giảm khối lượng tính tốn, người ta thường xác định hct có lợi ứng với Emùakiệt lớn công suất bảo đảm mùa kiệt lớn Trong thực tế tính tốn có đường quan hệ E=f(hct) không xuất điểm cực trị, nghĩa tăng độ sâu cơng tác điện lượng Emùa kiệt tăng Điều có nghĩa điện lượng Ekhôngtrữ giảm tăng trị số hct, trị số giảm bớt ∆ Ekhôngtrữ chưa trị số tăng thêm Ehồ ∆Ehồ Trong trường hợp đường quan hệ E =f(hct) khơng có điểm cực trị, tức độ sâu công tác tăng có lợi, định chọn độ sâu công tác phải yêu cầu đảm bảo cho hồ có dung tích chết đủ chứa bùn cát lắng đọng thời kỳ vận hành, khai thác phù hợp với tuổi thọ tính tốn hồ chứa Mặt khác phải đảm bảo cột nước công tác khu vực hiệu suất cao, lưu lượng cần thiết không kéo theo bùn cát vv…cho turbine làm việc Theo điều kiện hiệu suất turbine hct≤ 1/3 Hmax (Hmax cột nước công tác lớn trạm thuỷ điện.) Nếu hồ chứa trạm thuỷ điện lợi dụng cho nhiều ngành dùng nước khác việc xác định độ sâu cơng tác có lợi phải thơng qua tính tốn cân lưu lượng cấp nước cân đối mực nước tối thiểu thượng hạ lưu cơng trình Thí dụ tưới, ngồi việc đảm bảo lưu lượng cần thiết, cịn phải ý lưu lượng xả xuống hạ lưu có đảm bảo cho mực nước hạ lưu có cao trình phù hợp với u cầu lấy nước cơng trình có hạ lưu Đối với giao thơng thủy hạ lưu phải đảm nướcđủ chiều sâu mớm nước loại tàu quy định cho tuyến đường thuỷ, thượng lưu mực nước khống chế phải đảm bảo thuận tiện cho tàu bè lại Trong q trình tính tốn điều tiết cân nước hồ chứa cho ngành, có yêu cầu mà khả nguồn nước dung tích hồ khơng thể đảm bảo phải cắt bớt yêu cầu vài ngành sở tính tốn hiệu ích kinh tế đảm bảo u cầu trị xã hội 2 Xác định độ sâu công tác cho hồ chứa trạm thuỷ điện điều tiết ngày. Đối với trạm thuỷ điện, điều kiện thuỷ văn cụ thể, tiến hành điều tiết ngày điện lượng giảm so với chế độ làm việc không điều tiết ngày (vì điều tiết ngày cột nước cơng tác trạm thuỷ điện nhỏ trường hợp không điều tiết ngày) Nhưng nhờ có điều tiết ngày mà khả phủ đỉnh biểu đồ phụ tải tăng, tạo điều kiện cho nhiệt điện làm việc ổn định, giảm bớt nhiên liệu tiêu thụ, tăng hiệu suất Mặt khác công suất lắp máy lớn hơn, nên vào mùa nhiều nước, điện lượng tăng Phần điện lượng tăng thêm thường lớn gấp nhiều lần so với phần giảm cột nước công tác Nếu hồ điều tiết ngày lớn khả phủ đỉnh biểu đồ phủ tải cao Nếu điều kiện địa hình địa chất thuận tiện tiến hành điều tiết ngày khơng hạn chế, chí bố trí thêm dung tích đề phịng trường hợp cố hệ thống điện Trong trường hợp khả điều tiết thuận lợi vấn đề đặt chọn độ sâu công tác hợp lý (56)Kinh nghiệm thiết kế cho thấy có điều kiện, nên chọn mực nước chết cao trình cửa lấy nước thấp, vừa tăng dung tích vừa đảm bảo đập dâng lên khơng cao (57)§3-4 TÍNH CƠNG SUẤT BẢO ĐẢM VÀ ĐIỆN LƯỢNG BÌNH QN NĂM CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN Tính cơng suất bảo đảm điện lượng bình quân năm thông số chủ yếu trạm thuỷ điện Công suất bảo đảm lớn hay nhỏ có ảnh hưởng trực tiếp đến công suất lắp máy trạm thuỷ điện Khi mực nước dâng bình thường xác định cơng suất bảo đảm hồn tồn phụ thuộc tính điều tiết hồ đặc trưng thuỷ văn sơng I Tính tốn cơng suất bảo đảm trạm thuỷ điện không điều tiết trạm thuỷ điện điều tiết ngày. 1 Trạm thuỷ điện khơng điều tiết. Khi trạm thuỷ điện khơng có hồ điều tiết, tức tiến hành phân phối lại dịng chảy, tình hình cơng tác trạm thuỷ điện định tình hình dịng chảy sơng ngịi Trong trường hợp đơn giản khơng có ngành dùng nước khác, trạm thuỷ điện khơng điều tiết lợi dụng tồn lưu lượng thiên nhiên sông để phát điện Nếu ngồi trạm thuỷ điện ra, cịn có ngành dùng nước khác cần lấy nước thượng lưu trạm thuỷ điện lúc lưu lượng qua turbine ứng với thời đoạn lưu lượng thiên nhiên trừ lưu lượng ngành dùng nước khác thượng lưu trạm Trong trường hợp có xét đến tổn thất trừ thêm phần tổn thất lưu lượng Mực nước thượng lưu trạm thuỷ điện hồ điều tiết xem khơng đổi, ln ln trì mực nước dâng bình thường ( trừ trường hợp tháo lũ đặc biệt) Mực nước hạ lưu trạm thuỷ điện định trị số lưu lượng tháo xuống hạ lưu đặc tính đường quan hệ mực nước hạ lưu lưu lượng Vì cơng suất bình qn trạm thuỷ điện thời đoạn vào lưu lượng thiên nhiên cột nước trạm thuỷ điện thời đoạn mà tính tốn Đối với trạm thuỷ điện khơng có hồ điều tiết, thời đoạn tính tốn thường lấy đơn vị ngày Vì lưu lượng bình quân ngày dịng chảy sơng ngịi thay đổi nên đảm bảo xác Để tiện việc tính tốn ta lập bảng sau: t (ngày) QTN Qng.khác QTT Q QTX ZTL ZHL H N=KQH Thời đoạn tính toán Lưu lượng thiên nhiên Lưu lượng dùng cho ngành khác Lưu lượng tổn thất Lưu lượng qua turbine Lưu lượng thừa xả xuống hạ lưu Cao trình mực nước thượng lưu Cao trình mực nước hạ lưu Cột nước trạm thuỷ điện Công suất (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m) (m) (m) (KW) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (58)suất để tính tần suất bảo đảm tương ứng chúng Căn vào kết tính tốn trên, ta vẽ đường quan hệ công suất tần suất hình 3-5 Dựa vào mức bảo đảm tính tốn (tần suất thiết kế trạm thuỷ điện ta xác định công suất bảo đảm tương ứng đường tần suất công suất N= f(p) Khi vẽ đường tần suất công suất ta dùng tài liệu thuỷ văn nhiều năm, phản ánh mức bảo đảm công suất công tác nhiều năm trạm thuỷ điện Vì để tính điện lượng bình quân nhiều năm ta biến đường tần suất cơng suất thành đường trữ cơng suất (hình 3-6) Muốn cần đổi trục tần suất p% đường tần suất công suất thành trục thời gian ( cho trị số tần suất 100% trùng với trị số 8760 năm) theo công thức % 100 % 8760 % p h = (3-27) Diện tích khống chế đường trì cơng suất, trục toạ độ đường năm ngang có tung độ công suất lắp máy trạm thuỷ điện điện lượng năm bình qn nhiều năm trạm thuỷ điện Qua hình (3-6) ta thấy phần điện vượt công suất lắp máy trạm thuỷ điện lợi dụng hạn chế công suất lắp máy Kết tính tốn xác ta tính tốn cơng suất cho liệt năm thuỷ văn Liệt thuỷ văn dài kết tính tốn xác, khối lượng tính tốn lớn Để đơn giản tính tốn, trạm thuỷ điện có cơng suất khơng lớn lắm, ta chọn năm đại biểu liệt năm thuỷ văn để tính tốn Năm đại biểu thường năm thuỷ văn điển hình: năm nhiều nước, năm nước năm trung bình Đơn giản nữa, chọn năm nước trung bình để tính tốn , tất nhiên kết xác Khi chọn năm đại biểu phải ý đến phân phối dòng chảy năm, cho đặc tính phân phối dịng chảy năm đại biểu chọn phải có tính chất đại biểu định theo liệt năm thuỷ văn 2 Trạm thuỷ điện điều tiết ngày. Phương pháp tính tốn cơng suất bảo đảm trạm thuỷ điện điều tiết ngày khơng khác so với trạm thuỷ điện khơng điều tiết Cơng suất bình qn ngày trạm thuỷ điện điều tiết ngày lấy lưu lượng bình qn ngày để tính tốn Chỗ khác mực nước thượng lưu trạm thuỷ điện có hồ điều tiết khơng phải mực nước dâng bình thường Do cột nước trạm thuỷ điện phải chênh lệch mực nước bình quân thượng lưu mực nước hạ lưu tương ứng với lưu lượng xả xuống hạ lưu Để tiện tính tốn ta lập bảng t (ngày) QTN Qng.khác QTT Q QTX ZTL ZHL H N=KQH Thời đoạn tính tốn Lưu lượng thiên nhiên Lưu lượng dùng cho ngành khác Lưu lượng tổn thất Lưu lượng qua turbine Lưu lượng thừa xả xuống hạ lưu Cao trình mực nước thượng lưu Cao trình mực nước hạ lưu Cột nước trạm thuỷ điện Công suất (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m) (m) (m) (KW) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (59)Mực nước bình qn thượng lưu hồ chứa lấy cách gần mực nước tương ứng 1/2 dung tích hữu ích hồ Sau tìm cơng suất bình qn thời đoạn tính tốn, việc xác định cơng suất bảo đảm điện lượng bình qn nhiều năm hồn tồn giống trạm thuỷ điện khơng điều tiết Tuy nhiên trạm thuỷ điện điều tiết ngày dựa vào hồ chứa để phân phối lại dòng chảy ngày, nên đặc điểm cơng tác hồn tồn khác với trạm thuỷ điện khơng điều tiết Điều nói kỹ phần sau II Tính cơng suất bảo đảm điện lượng bình quân nhiều năm trạm thuỷ điện điều tiết năm. Hồ điều tiết năm có khả phân phối lại tồn phần lượng dòng chảy năm cho phù hợp với yêu cầu dùng nước Nhờ có hồ điều tiết, tình hình nước thiên nhiên chảy đến khơng thời đoạn ngắn không ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng phát điện Do tình hình cơng tác trạm điều tiết năm khơng bị đặc tính thuỷ văn thời đoạn ngắn trực tiếp chi phối mà tổng lượng nước chảy đến mùa lũ mùa kiệt năm điều tiết dung tích hồ chứa lớn hay nhỏ định Mực nước thượng lưu hồ chứa năm diễn chu kỳ thay đổi mực nước chết mực nước dâng bình thường theo phương thức hồ chứa trữ nước mùa lũ cấp nước mùa kiệt Do ta thấy muốn tính cơng suất bình qn thời đoạn trạm thuỷ điện điều tiết năm cần phải tìm lưu lượng điều tiết cột nước bình qn thời đoạn Trong việc tính tốn cơng suất bảo đảm trạm thuỷ điện điều tiết năm thường dùng hai phương án sau đây: 1 Phương pháp điều tiết lưu lượng không đổi mùa kiệt Dưới ta lấy năm điều tiết để thuyết minh phương pháp bước tính tốn điều tiết lưu lượng khơng đổi mùa kiệt Trước tiên ta vẽ đường luỹ tích hiệu số nước đến năm thuỷ văn tính toán Đồng thời vẽ đường phụ trợ bên đường luỹ tích hiệu số nước đến cho đoạn thẳng đứng điểm tương ứng đường phụ trợ đường luỹ tích dung tích có ích hồ chứa Để lợi dụng đầy đủ lượng nước mùa lũ, việc trữ nước hồ chứa điều tiết năm thường lưu lượng thiên nhiên lớn khả qua nước lớn QT turbine trạm thuỷ điện Theo nguyên tắc đó, thời điểm A luỹ tích (hình 3-8) ta vẽ đường tiếp tuyến b Thời đoạn từ to đến t1 thời kỳ trữ nước hồ Hiệu số tung độ đường AB Ab lượng nước trữ vào hồ thời điểm Đến thời điểm t1 hiệu số Bb =Vci, , chứng tỏ hồ đã đầy nước Mực nước hồ từ mực nước chết thời điểm to dâng lên đến mực W (m3) Z ( m) MNC MNDBT Vci 2 Vci2 W MNDBT W MNC (60)Từ t1 đến t2 trạm thuỷ điện làm việc với lưu lượng QT hồ chứa đầy Nhưng lưu lượng thiên nhiên đến lớn QT , nước thừa phải xả bỏ qua đường tràn lũ Trong thời gian từ t1 đến t2 Hiệu số tung độ đường bc đường bg lượng nước thừa phải xả bỏ thời điểm tương ứng ta xét ( tr ong cg tổng lượng nước xả bỏ) Trong thời gian tháo nước thừa, hồ luôn đầy nên mực nước hồ ln mực nước dâng bình thường (Ag song song với đường xạ QT , cắt đường phụ trợ điểm b) Để xét tiếp ta vẽ đường tiếp tuyến chung cho đường luỹ tích hiệu số đường phụ trợ, tiếp điểm tương ứng d e Lưu lượng tương ứng với tiếp tuyến chung theo tỉ lệ xạ lượng điều tiết Qđt Từ t2 đến t3, lưu lượng thiên nhiên đến nhỏ QT lớn Qđt Để nâng cao lưu lượng điều tiết mùa kiệt thời đoạn từ t2 đến t3 hồ không cấp nước, trạm thuỷ điện làm việc với lưu lượng thiên nhiên Tất nhiên thời đoạn mực nước hồ mực nước dâng bình thường Từ t3 đến t4 lưu lượng thiên nhiên nhỏ lưu lượng điều tiết hồ phải cung cấp nước để nâng cao lưu lượng mùa kiệt trạm thuỷ điện làm việc với lưu lượng điều tiết Do hồ cấp nước, nên từ t3 trở mực nước hồ bắt đầu giảm xuống t4 thời kỳ cấp nước kết thúc, mực nước hồ từ mực nước dâng bình thường hạ xuống mực nước chết Trong thời đoạn từ t4 đến t5, lưu lượng thiên nhiên đến lớn Qđt nhỏ QT để lợi dụng đầy đủ lượng nước mùa lũ, tránh xả bỏ nước nhiều, lúc hồ tạm thời không trữ nước, trạm thuỷ điện làm việc theo lưu lượng thiên nhiên mực nước chết Từ thời điểm t5 trở đi, lưu lượng thiên nhiên đến bắt đầu lớn QT, hồ bắt đầu trữ nước từ bắt đầu chu kỳ điều tiết Trên trình tính tốn điều tiết nghiên cứu tình hình cơng tác nói chung trạm thuỷ điện điều tiết năm ứng với năm thuỷ văn tính tốn Các năm thuỷ văn khác tính tốn tương tự có điều ý tình hình nước thiên nhiên đến năm có khác nhau, nên Qđt khác dung tích có ích Vci khơng đổi Muốn tìm cơng suất bình qn thời đoạn tính tốn, ngồi lưu lượng nói trên, cần phải biết tình hình thay đổi cột nước trạm thuỷ điện, tức cần biết trình thay đổi mực nước thượng hạ lưu trạm thuỷ điện Mực nước thượng hạ lưu trạm thuỷ điện thay đổi theo thay đổi dung tích trữ nước hồ chứa Để đơn giản cho tính tốn, dùng dung tích bình qn hồ thời đoạn để xác định mực nước bình quân thượng lưu trạm thuỷ điện thời đoạn Dung tích hồ đầu cuối thời đoạn biết tính tốn điều tiết hồ chứa, nên việc tính tốn dung tích bình qn hồ thời đoạn tính tốn khơng có khó khăn Có dung tích bình qn hồ Hình 3-8 Z ( m) A B c QT b g Qdt t0 t1t2 t3 t4 t5 t1t2 t3 t0 t4 t5 Z ( m) (61)trong thời đoạn tính tốn, ta tìm mực nước thượng lưu bình qn thời đoạn nhờ đường quan hệ dung tích mực nước hồ Đối với mực nước bình quân hạ lưu trạm thuỷ điện thời đoạn vào lưu lượng xả xuống hạ lưu thời đoạn mà xác định đường quan hệ mực nước hạ lưu lưu lượng Có mực nước bình qn thượng hạ lưu thời đoạn, ta tìm cột nước bình quân trạm thuỷ điện Như dễ dàng xác định cơng suất bình quân trạm thuỷ điện thời đoạn tính tốn theo cơng thức quen thuộc N =K.Q.H Q trình tính tốn tiến hành theo bảng sau kể đến tổn thất bốc thấm hồ yêu cầu dùng nước ngành có (62)Thời đoạn tháng Lưu lượng thiên nhiên Lượng nước thiên nhiên Dung tích hồ cuối thời đoạn Dung tích bình qn hồ thời đoạn Diện tích mặt hồ tương ứng Tổn thất Lưu lượng phát điện Dung tích hồ cuối thời đoạn Dung tích bình qn hồ thời đoạn Mực nước thượng lưu bình quân Mực nước hạ lưu Cột nước bình qn trạm Cơng suất bình qn trạm Lượng bốc thời đoạn Tổn thất bốc mặt hồ Tổn thất ngấm Luỹ tích tổn thất bốc ngấm t QTN WTN Wc W F Zbh Wbh Wngấm Qpđ Wc W ZTL ZHL H N=K.Qpđ.H (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) Cột 1: Thời đoạn tính tốn , trạm TĐ điều tiết năm lấy dài so với trạm thuỷ điện điều tiết ngày, thời đoạn tương đối ngắn tính chất không lưu lượng thiên nhiên không trực tiếp ảnh hưởng đến lưu lượng phát điện, thường lấy thời đoạn tính tốn tháng Cột 2,3: Lưu lượng tổng lượng nước thiên nhiên đến thời đoạn tính tốn Cột 4: Dung tích hồ cuối thời đoạn tính tốn, đồng thời dung tích hồ đầu thời đoạn sau Cột 5: Dung tích bình qn hồ thời đoạn tính tốn, chưa kể đến tổn thất hồ chứa Cột 6: Diện tích mặt hồ ứng với dung tích bình qn hồ thời đoạn tính tốn, xác định từ W theo đường quan hệ mực nước với dung tích diện tích hồ Cột 7: lượng bốc thời đoạn tính, tài liệu thuỷ văn cung cấp Cột 8: Tổn thất bốc mặt hồ thời đoạn tính theo công thức sau Wbh=Zbh.F Cột 9: Tổn thất ngấm, lấy theo phần trăm dung tích hồ thời đoạn tính tốn tuỳ theo tình hình địa chất mà định Cột 10: Luỹ tích tổn thất bốc ngấm dùng để xác định đường luỹ tích hiệu số nước đến kể đến tổn thất bốc ngấm Cột 11: Lưu lượng phát điện kể đến tổn thất thời gian hồ trữ nước cấp nước , xác định đồ giải từ đường luỹ tích hiệu số nước đến kể tổn thất đường phụ trợ Cột 12: Dung tích hồ cuối thời đoạn tính tốn, đồng thời dung tích hồ đầu thời đoạn sau kể đến tổn thất Cột 13: Dung tích bình qn hồ thời đoạn tính tốn, kể đến tổn thất hồ chứa Cột 14: Mực nước thượng lưu bình quân Cột 15: Mực nước hạ lưu Cột 16: Cột nước bình qn H=ZTLZHL Cột 17: Cơng suất bình qn thời đoạn tính tốn (63)Sau tìm cơng suất bình qn tháng liệt năm tính tốn, ta vẽ đường tần suất cơng suất bình qn tháng Sau dựa vào tần suất thiết kế trạm thuỷ điện để xác định công suất bảo đảm trạm thuỷ điện Khi có suất cơng suất , ta đổi thành đường trì cơng suất xác định điện lượng năm bình quân nhiều năm cách trình bày (hình vẽ 3-9) Khi tính tốn điều tiết năm, lực qua nước lớn turbine QT số chưa biết Bởi tính tốn điều tiết cơng suất lắp máy trạm thuỷ điện chưa xác định Do tính tốn điều tiết cần dựa vào tính điều tiết hồ đặc điểm công tác trạm thuỷ điện mà sơ giả định trị số QT gần Kinh nghiệm QT lấy phạm vi QT= (2-5)Qđt Ở Qđt lưu lượng điều tiết năm kiệt thiết kế Do muốn giả thiết cách gần trị số QT, trước hết phải tiến hành tính tốn năm kiệt thiết kế, tìm Qđt, vào Qđt mà xác định QT Trị số QT giả thiết có được xác hay khơng phải kiểm tra lại xác định Nlm Rất rõ ràng trị số QT giả thiết không phù hợp với lực qua nước lớn của turbine ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng phần đường tần suất cơng suất bình qn tháng, khơng ảnh hưởng nhiều đến cơng suất bảo đảm xác định Điều chứng tỏ mức độ xác trị số QT giả thiết có ảnh hưởng định lượng phát điện bình qn nhiều năm Do muốn xác định điện lượng năm bình quân nhiều năm tương đối xác phải vào Nlm lần cuối mà tính Tính tốn theo phương pháp điều tiết lưu lượng không đổi mùa kiệt dựa vào năm đại biểu để tính tốn Ngun tắc chọn năm đại biểu hồn tồn giống nội dung trình bày phần trước 2 Phương pháp cơng suất bình qn mùa kiệt Trong phương pháp tính tốn điều tiết lưu lượng khơng đổi cơng suất bảo đảm trạm thuỷ điện xác định từ đường tần suất cơng suất bình qn tháng liệt năm tính tốn Trong trường hợp mùa kiệt hồ chứa cung cấp nước, mực nước thượng lưu ngày giảm, cơng suất bình quân trạm thuỷ điện tháng mùa khô ngày giảm Đối với trạm thuỷ điện điều tiết năm dựa vào tác dụng điều tiết hồ giữ cho công suất bình qn mùa kiệt khơng đổi Nghĩa lưu lượng phát điện tăng dần tương ứng với mực nước hồ rút xuống Rõ ràng kết cách điều tiết cho ta cơng suất bình quân bảo đảm mùa cấp nước lớn cơng suất bình qn đảm bảo điều tiết theo phương pháp lưu lượng Điều phản ánh rõ đặc điểm cơng tác hồ chứa điều tiết năm Cho nên áp dụng phương pháp tính tốn cơng suất bình qn mùa kiệt để xác định PTK Nbd ( Kw) N P% (64)Để tìm cơng suất bình quân mùa kiệt năm thuỷ văn tính tốn cần phải xác định lưu lượng bình quân cột nước bình quân mùa kiệt Lưu lượng bình qn Qđt, cịn cột nước bình quân dùng mực nước thượng lưu ứng với 1/2 dung tích có ích hồ mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng điều tiết để xác định Sau tìm cơng suất bình qn mùa kiệt năm liệt thuỷ văn tính tốn, ta vẽ đường tần suất công suất, dùng tần suất thiết kế trạm thuỷ điện để xác định công suất bảo đảm Có thể đơn giản lấy cơng suất bình quân mùa kiệt năm thiết kế làm công suất bảo đảm Đối với trạm thuỷ điện điều tiết năm khơng thể xác định điện lượng bình qn nhiều năm đường tần suất cơng suất mùa kiệt được, đường khơng phản ánh tình hình năm Để xác định điện lượng năm bình qn nhiều năm ta phải tính tốn thuỷ cho tất thời đoạn liệt năm thuỷ văn năm đại biểu Điện lượng năm bình quân nhiều năm Enăm xác định theo biểu thức: n E E n i i ∑ = = nam (3-28) Trong đó: Ei Điện lượng năm thứ i n Số năm tính tốn (65)§3-5 XÁC ĐỊNH CƠNG SUẤT LẮP MÁY CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN LÀM VIỆC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Công suất lắp máy trạm thuỷ điện tổng cơng suất định mức tổ máy Nó cơng suất tối đa mà trạm thuỷ điện phát làm việc với hệ số cosϕ tiêu chuẩn điện áp định mức Như ta biết, để đảm bảo cung cấp điện an tồn, liên tục tổng cơng suất lắp máy trạm thuỷ điện, nhiệt điện trạm khác làm việc hệ thống tối thiểu phải trị số công suất tất yếu định hệ thống HT dtr HT ct HT ty N N N = max + (3-29) HT dtr HT ct lm N N N = max + Trong đó: - Tổng cơng suất lắp máy tối thiểu trạm phát điện - Công suất công tác lớn hệ thống - Công suất dự trữ hệ thống Trong hệ thống điện lực, phụ tải hệ thống thuỷ điện nhiệt điệt đảm nhận Nên cách tương tự công suất lắp máy tối thiểu trạm thủy điện NTĐlmmin nói chung bao gồm hai thành phần : Công suất công tác lớn công suất dự trữ ct N max công suất dự trữ dtr N Dựa vào tác dụng công suất dự trữ người ta phân thành công suất dự trữ phụ tải, dự trữ cố công suất dự trữ sửa chữa ch dtrs dtrpt ct dtr ct lm N N N N N N min = max + = max + + . (3-30) Tuỳ thuộc vào độ lớn dung tích điều tiết hồ mà trạm thuỷ điện đảm nhận thành phần công suất dự trữ khác Trạm thuỷ điện không điều tiết khơng có khả đảm nhận dự trữ, nên cơng suất lắp máy tối thiểu bằng: ct lm N N min = max (3-31) Đối với trạm thuỷ điện điều tiết ngày thường đảm nhận công suất dự trữ phụ tải đó: dtrpt ct lm N N N = max + (3-32) Trạm thuỷ điện điều tiết năm có dung tích hồ chứa lớn có khả đảm nhận tất loại công suất dự trữ nên: sc dtr ch s dtr pt dtr ct lm N N N N N = max + + + (3-33) (66)máy tối thiểu trạm thuỷ điện giảm nhỏ khơng có thay công suất tương ứng trạm nhiệt điện gọi công suất tất yếu ty N dt ct ty N N N = max+ (3-34) Thành phần công suất công tác lớn trạm thuỷ điện phụ thuộc vào cơng suất bảo đảm mà cịn phụ thuộc vào nhiều vị trí làm việc trạm thuỷ điện biểu đồ phụ tải hệ thống Cùng trị số điện lượng, trạm thủy điện làm việc pthuỷgốc ct N maxcủa nhỏ so với trường hợp làm việc ở phần đỉnh biểu đồ phụ tải Mặt khác hình dạng biểu đồ phụ tải ảnh hưởng khơng đến trị số cơng suất công tác lớn trạm thuỷ điện làm việc phần đỉnh hay phần thân biểu đồ phụ tải (xem hình 3-10) Qua ta thấy, cơng trình thuỷ cơng khơng thay đổi (MNDBT =const), thay đổi cơng suất cơng tác lớn trạm thuỷ điện có điều tiết cách bố trí cho làm việc vị trí khác biểu đồ phụ tải Cho nên việc xác định vị trí làm việc hợp lý trạm thuỷ điện biểu đồ phụ tải vấn đề quan trọng xác định công suất lắp máy Phụ tải lớn hệ thống bình thường xảy vào thời kỳ mùa nước trạm thuỷ điện Trong điều kiện thiết kế đó, điện lượng trạm thuỷ điện mùa cấp nhỏ, ta cho trạm thuỷ điện có khả điều tiết ngày trở lên làm việc phần đỉnh biểu đồ phụ tải cơng suất cơng tác lớn tăng lên Do thay nhiều công suất công tác lớn trạm nhiệt điện Trong trường hợp vốn đầu tư chi phí vận hành giảm trạm nhiệt điên, nghĩa vốn đầu tư chi phí vận hành hệ thống giảm xuống, điều có lợi Do đó, điều kiện thiết kế nên bố trí cho trạm thuỷ điện có khả điều tiết ngày trở lên làm việc phần đỉnh biểu đồ phụ tải Về mùa lũ, để tận dụng tối đa lượng nước thiên nhiên đến để phát điện, người ta lắp thêm cơng suất (ngồi NtyTĐ có ) cho trạm thuỷ điện Phần cơng suất lắp thêm dùng mùa lũ khơng phải năm dùng được, nên khơng thay cho phận cơng suất lắp máy trạm nhiệt điện Rõ ràng có phần công suất nguyên nhân cung cấp điện an tồn mà ngun nhân có lợi kinh tế Cơng suất trùng có trạm thuỷ điện để lợi dụng lượng nước thiên nhiên mùa lũ có tác dụng giảm điện lượng trạm nhiệt điện để tiết kiệm chi phí nhiên liệu mùa nhiều nước mà thơi Do người ta gọi công suất trạm thuỷ điện cơng suất trùng hay cơng suất mùa Khi có cơng suất trùng, cơng suất lắp máy trạm thuỷ điện trùng dt ct trùng ty lm N N N N N N = + = max + + (3-35) Việc có lắp thêm cơng suất trùng hay khơng trị số lượng nước điều kiện kinh tế định Thường nên lắp trạm Nctmax Nctmax P P (67)có khả điều tiết mà mùa lũ kéo dài tương đối phổ biến nhiều năm thoả mãn điều kiện kinh tế việc lắp thêm công suất trùng mà ta xét sau Khi lắp thêm đơn vịn công suất trùng, vốn đầu tư trạm thuỷ điện tăng lên trị số ∆KTĐtrùng, chi phí tăng lên trị số pTĐ.∆KTĐtrùng vốn đầu tư vào trạm nhiệt điện không thay đổi (tức ∆KNĐ =0 ) , tiết kiệm chi phí nhiên liệu cho trạm nhiệt điện b.s.htrùng = ∆CNĐ Để đánh giá hiệu ích kinh tế cơng suất trùng, người ta vận dụng phương pháp tính tốn so sánh kinh tế nói tiết trước cách tính số năm bù vốn chênh lệch lắp thêm công suất trùng trùng trùng trùng trùng C C K C C K K T ∆ − ∆ ∆ = ∆ − ∆ ∆ − ∆ = (3-36) Tính T<To việc lắp thêm cơng suất trùng có lợi Nếu T>To khơng nên lắp thêm công suất trùng Thay giá trị ∆CNĐ= b.s.htrùng ∆CTĐtrùng = pTĐ.∆KTĐtrùng vào công thức (3-36) ta có: trùng trùng trùng K p h s b K T ∆ − ∆ = (3-37) Điều kiện có lợi để lắp thêm công suất trùng là; 0 .sh p K T b K trùng trùng trùng ≤ ∆ − ∆ (3-38) Trong : ho trùng - Số làm việc có lợi đơn vị công suất trùng năm htrùng - Số lợi dụng thực tế đơn vị công suất trùng năm ∆CTĐtrùng - Vốn đầu tư vào đơn vị công suất trùng (đồng) pTĐ - Hệ số chi phí khấu hao đại tu thiết bị thuỷ điện, thường lấy 5-6% giá trị thiết bị trạm thuỷ điện tính đ/kw b - Suất tiêu hao nhiên liệu kwh điện lượng trạm nhiệt điện (kg/kwh) S - Giá đơn vị nhiên liệu, tính đồng (đồng/kg) Ta biết rằng, trạm thuỷ điện điều tiết năm thường tận dụng khả phát điện mùa lũ cách cho chạy hết công suất tất yếu Nty lưu lượng lũ đầu mùa cho phép Phần nước thừa trữ dần lại hồ đến hồ đầy xả nước thừa qua đường tràn lũ Lưu lượng thừa từ thời điểm trở thực dùng để thay chạy cơng suất trùng (68)Trên sở xác định trị số công suất trùng ứng với số lợi dụng công suất trùng hợp lý theo cách tìm trị số trung bình: n h h n i i trùng trùng ∑ = (3-39) n- Số năm tiến hành tính toán để xác định chế độ nước thừa Đối với trạm thuỷ điện có chu kỳ điều tiết ngắn ( điều tiết tuần, điều tiết ngày, không điều tiết) cách tính tốn tìm đường q trình tháo nước thừa liệt năm thuỷ văn dãy năm đại biểu tương tự trên, thuận lợi I Xác định công suất công tác lớn nhất. Do trạm thuỷ điện điều tiết ngày có khả trữ lại nước thừa lúc yêu cầu phụ tải nhỏ trung bình để dùng lúc lớn, nên xác định Nctmax biểu đồ phụ tải ngày cao nhất, dùng trị số điện lượng ngày bảo đảm Ebđ ngày =24 Nbđ Khi có trị số Ebđ ngày biết vị trí làm việc có lợi phần đỉnh biểu đồ phụ tải, ta dễ dàng xác định trị số Nctmax đường luỹ tích biểu đồ phụ tải ngày lớn (xem hình 3-11) Phần phụ tải nằm phía đường AB trạm thuỷ điện điều tiết ngày phụ trách Tuy nhiên xác định Nctmax , cịn phải xem xét dung tích hồ điều tiết ngày có đủ để đảm nhận Nctmax hay khơng Do phải tiến hành kiểm tra trị số dung tích cần thiết hồ điều tiết ngày Muốn tìm lượng nước cần trữ hồ để điều tiết ngày (Wtrữ ) phải tính đổi điện cần trữ lượng nước cần trữ theo công thức Wtrữ = H 0,00272 Etru η (m3) (3-39) Wtrữ - Lượng nước cần trữ hay dung tích cần thiết hồ điều tiết ngày (m3) η - Hiệu suất trạm thuỷ điện. H - Cột nước trung bình ứng với mực nước thượng lưu tạo thành ½ dung tích hồ Etrữ - Phần điện cần trữ xác định đường luỹ tích phụ tải ngày lớn Trị số Etrữ xác định sau: Vẽ đường nằm ngang song song với AB cách AB đoạn Nbđ Đường nằm ngang cắt đường luỹ tích phụ tải điểm C Từ C ta xác định Etrữ (hình 3-11) Sau xác định Etrữ , ta xác định Wtrữ theo cơng thức (3-39) Có thể xảy trường hợp sau đây: - Sau xác định Wtrữ , thấy hồ cịn có khả chứa coi trạm có khả đảm nhận Nctmax xác định - Trường hợp dung tích hồ thực tế có hạn dựa vào trị số dung tích để tính khả phủ đỉnh Eđỉnh =0,00272.η.H.Vhồ (3-40) (69)Phần điện lượng lại (Ebđ ngày - Eđỉnh) trạm làm việc phần thân biểu đồ phụ tải với trị số công suất Nbđ Để tìm vị trí cụ thể, ta xây dựng tam giác vng CDE có cạnh CD tương ứng với (Ebđ ngày - Eđỉnh) CE tương ứng với Nbđ Trượt hình tam giác đường luỹ tích phụ tải ngày lớn để tìm vị trí mà điểm C điểm E nằm đường luỹ tích phụ tải, cịn hai cạnh CD CE song song với hệ trục toạ độ Từ điểm C E vẽ đường nằm ngang Phần biểu đồ phụ tải nằm đường vị trí làm việc phần thân trạm thuỷ điện Trong trường hợp công suất công tác lớn trạm thuỷ điện Nctmax = Nđỉnh + Nbđ Trường hợp trạm thuỷ điện hoàn tồn có khả đảm nhận phụ tải đỉnh, ngành dùng nước hạ lưu (tưới, giao thơng vận tải, thuỷ sản, cấp nước) địi hỏi ln ln phải có lưu lượng tối thiểu, nên cơng suất công tác lớn trường hợp gồm: Nctmax = Nđỉnh + Nbđ Trong đó: Ngốc - Công suất làm việc phần gốc để thoả mãn yêu cầu dùng nước hạ lưu của ngành Trị số bằng: Ngốc = 9,81 Qtt H η Nđỉnh - Là phần công suất làm việc phần đỉnh ứng với điện lượng Eđỉnh = Ebđ ngày – 24.Ngốc xác định theo cách trình bày (hình 3-13) 2 Xác định công suất dự trữ. A Ebâ ngaìy Nctmax C B P,N ( Kw) P,N( Kw) E Kwh 24h 0 Etrữ Nbâ Nâènh Hình 3-11 Nâènh Nbâ Eâènh 0 24h E Kwh P,N ( Kw) P,N ( Kw) c Ebâ-Eâènh d e Hình 3-12 P,N ( Kw) ( Kw)P,N E Kwh Eâènh Nâènh Ngốc Egốc (70)dung tích Theo kinh nghiệm, cơng suất dự trữ phụ tải hệ thống lấy (2-3)% công suất công tác lớn hệ thống lớn lấy 5% HT max ct N hệ thống nhỏ Thường trạm thuỷ điện điều tiết ngày có cơng suất cơng tác lớn TĐ max ct N =(10-20)% HT max ct N bố trí cho đảm nhận phần cơng suất dự trữ phụ tải Cịn cơng suất dự trữ cố giao cho trạm thuỷ điện điều tiết ngày, trừ trường hợp hồ khơng có khả điều tiết mùa đủ sức chứa sẵn lượng nước cho phần công suất dự trữ cố chạy liên tục khoảng 10-15 ngày ngồi đảm nhận việc điều tiết ngày Cơng suất dự trữ sửa chữa cho hệ thống thường không giao cho trạm thuỷ điện điều tiết ngày Trong trường hợp đặc biệt giao hồ có khả đảm bảo nước liên tục khoảng 10-15 ngày với công suất dự trữ sửa chữa Với trạm thuỷ điện điều tiết ngày làm việc hệ thống thường khơng bố trí cơng suất dự trữ sửa chữa dự trữ cố cho thân trạm Ở trạm có cơng suất trùng, dùng cơng suất làm cơng suất dự trữ sửa chữa cho tổ máy phải nghỉ làm việc để kiểm tra sửa chữa 3 Xác định công suất trùng trạm thuỷ điện điều tiết ngày. Trị số cong suất tất yếu trạm thuỷ điện điều tiết ngày xác định từ điều kiện thiết kế thường tương đối nhỏ, mùa lũ không tận dụng lượng nước thiên nhiên để phát thêm điện lượng Để khắc phục điều trạm thuỷ điện lắp thêm cơng suất trùng Cách xác định Ntrùng trạm thuỷ điện điều tiết ngày giống trạm điều tiết năm, khác khơng có hồ điều tiết năm, nên xác định lượng nước thừa công suất thừa lấy cơng suất bình qn thời đoạn trừ cơng suất tất yếu Nói chung xác định cơng suất trùng gồm bước sau a Xác định công suất tất yếu trạm thuỷ điện TĐ dt TĐ max ct TĐ ty N N N = + b Tiến hành tính tốn thuỷ liệt năm thuỷ văn năm đại biểu tìm đường q trình cơng suất bình qn thời đoạn dịng chảy thiên nhiên, vẽ đường q trình cơng suất dịng chảy thiên nhiên cơng suất tất yếu trạm thuỷ điện lợi dụng hình dễ dàng tìm đường q trình cơng suất tháo nước thừa năm tính tốn ( hình 3-14) Ví dụ tính cho năm đại biểu Bộ mơn Cơng trình Thủy, Khoa XD Thủy lợi-Thủy điện 70 Năm nhiều nước Năm nước trung bình Năm nước thiết kế NtyTĐ (71)c Sau tìm đường q trình cơng suất tháo nước thừa, ta tiến hành giả định số phương án công suất trùng ( công suất tháo nước thừa ) tìm tổng thời gian kéo dài tương ứng với cơng suất (hình 3-15) Ví dụ phương án Ntrùng1 thời gian kéo dài tương ứng với cơng suất ∑t1 13 12 11 1 t t t t = + + ∑ (giờ) Tương tự phương án Ntrùng2 ∑t2 =t21+t22+t23 (giờ) Các phương án khác làm tương tự d Ứng với phương án Ntrùng ( công suất tháo nước thừa ) ta tìm thời gian kéo dài bình qn năm nhiều năm ứng với cơng suất công thức n t h n 1 i i i ∑ = = ( n số năm tính tốn ) e Vẽ quan hệ Ntrùng i với hi ( dùng kết bước d để vẽ) f Dựa vào số làm việc đơn vị công suất trùng năm 0 0 ) ( T s b T p K htrùng = ∆ TĐtrùng + ta xác định công suất trùng cần tìm đường cơng suất Tóm lại trạm thuỷ điện điều tiết ngày, ngồi cơng suất cơng tác lớn thường bố trí thêm cơng suất dự trữ chủ yếu dự trữ phụ tải nhiều cịn có cơng suất trùng Do cơng suất lắp máy trạm thuỷ điện điều tiết ngày bao gồm: trùng dt ct lm N N N N = max + + (3-41) II Xác định công suất lắp máy trạm thuỷ điện không điều tiết. Đối với trạm thuỷ điện khơng điều tiết làm việc hệ thống cơng suất cơng tác lớn cơng suất bảo đảm Nctmax = Nbđ (72)Như công suất lắp máy trạm thuỷ điện không điều tiết làm việc hệ thống điện có thành phần Nlm = Nbđ + Ntrùng (3-42) Khi không lắp công suất cơng suất lắp máy trạm cơng suất bảo đảm III Xác định công suất lắp máy trạm thuỷ điện điêu tiết năm. 1 Xác định công suất công tác lớn nhất. So với trạm thuỷ điện điều tiết ngày, trạm thuỷ điện điều tiết năm có đặc điểm có khả phân phối lại điện lượng ngày cho thay nhiều công suất nhiệt điện biểu đồ phụ tải ngày lớn Trị số công suất bảo đảm trạm thuỷ điện điều tiết năm xác định theo cách trình bày 3-6 trị số cơng suất bình qn mùa kiệt Nhưng phụ tải mùa lại có ngày lớn ngày bé Do muốn thay nhiều cơng suất trạm nhiệt điện ngày phụ tải hệ thống lớn trạm thuỷ điện phải phát nhiều điện lượng lớn ngày khác Trị số điện lượng ngày lớn Engàymax đó trạm thuỷ điện điều tiết năm thường người ta lấy vào khoảng Engàymax =(1,1-1,3)Ebđ ngày với Ebđ ngày = 24.Nbđ Đồng thời trạm thuỷ điện điều tiết năm có khả điều tiết ngày, nên bố trí cho làm việc phần đỉnh biểu đồ phụ tải ngày để tăng trị số công suất công tác lớn NctmaxTĐ Khi biết phạm vi lam việc biểu đồ phụ tải điện lượng Engàymax cách xác định Nctmax trạm thuỷ điện điều tiết năm giống trạm thuỷ điện điều tiết ngày.(hình 3-17) 2 Xác định cơng suất dự trữ. Trạm thuỷ điện điều tiết năm có khả đảm nhận cơng suất dự trữ phụ tải hệ thống Ndt ptHT Nếu trạm thuỷ điện lớn giao tồn Ndt ptHT cho Trường hợp điều kiện kinh tế khơng cho phép đảm nhận tồn đảm nhận phần, phần lại giao cho trạm khác đảm nhận Có thể sơ phân chia sau: HT max ct TĐ max ct HT dtpt TĐ dtpt N N N N = Công suất dự trữ cố hệ thống thường vào khoảng NdtptHT =(3-10)% NHTctmax phải công suất tổ máy lớn hệ thống Công suất dự trữ cố hệ thống thường phân cho số trạm đảm nhận Cách phân chia tương tự như Nếu đặt công suất dự trữ cố trạm thuỷ điện điều tiết năm hồ chứa phải giành lại phần dung tích Mức dự trữ đủ đảm bảo cho cơng suất làm việc liên tục khoảng 10-15 ngày thời đoạn sửa chữa xong tổ máy bị cố 0 E Kwh P,N ( Kw) Nctmax E ngaìy max P,N ( Kw) 0 24h (73)Trường hợp hệ thống có lắp thêm cơng suất dự trữ sửa chữa trạm thuỷ điện điều tiết năm có khả đảm nhận, song đảm nhận phải thơng qua tính tốn kinh tế động 3 Xác định công suất trùng Chỉ trạm thuỷ điện điều tiết năm không hồn tồn (có nghĩa dung tích hồ nhỏ ) có khả lắp thêm cơng suất trùng (74)§3-6 XÁC ĐỊNH CƠNG SUẤT LẮP MÁY CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN LÀM VIỆC ĐỘC LẬP Trạm thuỷ điện làm việc độc lập cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải vùng định Thường mức bảo đảm (75-85)% Trị số công suất trạm thuỷ điện làm việc độc lập phụ thuộc vào yêu cầu phụ tải giao cho khả điều tiết hồ chứa I Xác định Nlm cho trạm thuỷ điện điều tiết năm làm việc độc lập 1 Xác định Nctmax Trường hợp biểu đồ phụ tải điện Nctmax xác định giống trạm thuỷ điện điều tiết năm làm việc hệ thống Điều kiện để trạm đảm nhận tồn biểu đồ phụ tải cơng suất bình qn biểu đồ phụ tải ngày cao không lớn (1,1-1,3)Nbđ trạm Nếu Nbđ trạm mà nhỏ cơng suất bình qn biểu đồ phụ tải ngày cao nhất, nghĩa trạm thuỷ điện điều tiết năm khơng đủ khả đảm nhận hồn tồn biểu đồ phụ tải, buộc phải cắt bớt số hộ dùng điện không quan trọng xây dựng thêm trạm phát điện khác thiết phải giữ nguyên yêu cầu dùng điện Trường hợp chưa xây dựng biểu đồ phụ tải, xác định công suất công tác lớn theo công thức kinh nghiệm sau đây: Nctmax = (2-5)Nbđ Trong lấy hệ số lớn hộ dùng điện có yêu cầu thay đổi nhiều lấy hệ số nhỏ yêu cầu dùng điện thay đổi Sau luận chứng kinh tế cách sánh với trạm phát điện thay theo phương pháp nói 2 Xác định cơng suất dự trữ Cơng suất dự trữ phụ tải lấy theo kinh nghiệm Đối với trạm thuỷ điện nhỏ cần lưu ý đến hộ dùng điện có cơng suất khởi động lớn để chọn Ndtpt lớn ít Trường hợp có nhiều hộ dùng điện quan trọng, việc cung cấp điện khơng thể ngừng cần bố trí cơng suất dự trữ cố sửa chữa cho trạm thuỷ điện Tất nhiên thiết kế cụ thể phải luận chứng kinh tế, kỹ thuật tính hợp lý thành phần cơng suất 3 Xác định Nmùa Nếu yêu cầu dùng điện vào thời kỳ nhiều nước lắp thêm cơng suất Nmùa ngồi cơng suất tất yếu xét Công suất mùa giống Ntrùng trạm thuỷ điện làm việc hệ thống, đều phải thơng qua tính tốn kinh tế để lựa chọn Như Nlm trạm thuỷ điện điều tiết năm làm việc độc lập gồm thành phần sau (75)II Xác định công suất lắp máy trạm thuỷ điện điều tiết ngày làm việc độc lập. Công suất công tác lớn trạm thuỷ điện điều tiết ngày làm việc độc lập xác định theo cách thường làm Điều kiện để trạm đảm nhận Nctmax phủ kín biểu đồ phụ tải giao cho nó cong suất bình quân biểu đồ phụ tải ngày cao Nngàytrungbình khơng lớn cơng suất bảo đảm Nbđ trạm thuỷ điện, đồng thời dung tích hồ phải đảm bảo được điều kiện nêu công thức (3-39) Vì có trường hợp Nbđ = ngày trungbình N nhưng dung tích hồ điều tiết ngày bị hạn chế nên trạm thuỷ điện phát công suất công suất lớn biểu đồ phụ tải ngày Nếu gặp trường hợp nêu trên, ta phải nghiên cứu khả tăng dung tích hồ để tăng cơng suất công tác trạm thuỷ điện điều chỉnh lại thời gian làm việc hộ dùng điện để giảm công suất lớn biểu đồ phụ tải Nếu dùng hai biện pháp mà không giải vấn đề buộc phải cắt bớt điện hộ dùng điện không quan trọng Gặp trường hợp Nbđ < Nngàytrungbình khơng thể tăng dung tích hồ điều tiết ngày thành hồ điều tiết mùa năm buộc phải cắt bớt hộ dùng điện không quan trọng Công suất dự trữ thường bố trí trạm loại Trong trường hợp hộ dùng điện có yêu cầu nghiêm khắc chế độ cung cấp điện lắp cơng suất dự trữ Ngồi lắp công suất mùa Nmùa để phát điện mùa lũ III Xác định công suất lắp máy trạm thuỷ điện không điều tiết làm việc độc lập. Với trạm thuỷ điện không điều tiết, công suất công tác lớn không lớn cơng suất bảo đảm, vào lúc phụ tải thấp hơn, nước bị xả vơ ích hạ lưu (76)CHƯƠNG IV XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN §4-1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THỦY NĂNG XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN Trong chương III nghiên cứu điều cần thiết việc xác định thông số trạm thủy điện, chưa xét đến ảnh hưởng chế độ làm việc có lợi Phương pháp thích hợp trạm thủy điện có khả điều tiết ngắn hạn giữ vai trị khơng quan trọng hệ thống điện Ngược lại trạm thủy điện có vai trị chủ chốt hệ thống có khả điều tiết dài việc xác định thơng số phải xuất phát từ chế độ làm việc có lợi cho hệ thống điện lực Mặt khác việc xác định chế độ làm việc có lợi điều cần thiết quản lý vận hành trạm thủy điện, làm việc hệ thống điện lực nói chung Chế độ làm việc trạm thủy điện vừa phụ thuộc vào tình hình thủy văn, lại vừa phụ thuộc vào phần biểu đồ phụ tải giao cho trạm Trong phần nghiên cứu khả phục vụ trạm thủy điện để thỏa mãn yêu cầu phụ tải với điều kiện thủy văn cụ thể, nghĩa nghiên cứu trình thay đổi công suất điện lượng trạm thủy điện theo thời gian cho có lợi hợp lý NTĐ =f (t) ETĐ = ϕ (t) Cơng việc thường gọi tính toán thủy xác định chế độ làm việc trạm thủy điện Có thể có trường hợp - Trường hợp thứ nhất: Tính tốn thủy có thơng số trạm thủy điện (cơng suất lắp máy, dung tích hồ, mực nước dâng bình thường…) Trường hợp việc tính tốn thủy phục vụ cho công tác quản lý vận hành trạm thủy điện - Trường hợp thứ hai: Tính tốn thủy giai đoạn thiết kế để định thông số trạm thủy điện Trường hợp khối lượng tính tốn nhiều phải tính cho nhiều phương án để lựa chọn Nói chung hai trường hợp, phương pháp tính tốn nhau, có điều khác trường hợp 2, tính N=9,81.Q.H η , ta chưa chọn turbine máy phát nên trị số η phải giả định Công suất trạm thủy điện phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố, chủ yếu lưu lượng cột nước Hai yếu tố liên quan mật thiết với có tác động qua lại, trạm có hồ điều tiết Để tính tốn thủy cho loại trạm dùng phương pháp khác trình bày tiết §3-1của chương III Để phù hợp với yêu cầu giảng dạy, chúng tơi trình bày phương pháp lập bảng phương pháp đồ giải để tính tốn thủy cho trường hợp đảm bảo chế độ công suất định (77)I Phương pháp lập bảng. Q trình tính tốn thủy tiến hành theo bảng sau Cột ghi trị số công suất lưu lượng thiên nhiên biết ứng với thời đoạn ∆t cột Cột ghi lưu lượng cần thiết phải qua turbine Qtđ thời đoạn để thu cơng suất biết Do biết xác trị số lưu lượng nên ban đầu phải giả thiết Khi giả thiết Qtđ tính lưu lượng hồ Qhồ lượn nước hồ ∆Vhồ mà hồ cấp hoặc trữ, dung tích đầu Vhđ, dung tích hồ cuối Vhcvà dung tích bình qn hồVh thời đoạn Căn vào trị số Vh , đường quan hệ dung tích hồ mà ta tìm mực nước thượng lưu bình quân Z tương ứng thời đoạn, ghi vào cột Còn mực nước hạ lưu tương ứng với Qtđ (cột 4) ta tìm quan hệ mực nước hạ lưu Sau tính cột nước H = Ztl-Zhl ghi vào cột 11 Nhờ có trị số Qtđ giả thiết cột nước H vừa tìm được, ta tính cơng suất bình quân thời đoạn theo công thức N = 9,81.Q.H.η Trị số N tính ghi vào cột 12 Trị số η công thức lấy từ đường đặc tính turbine máy phát theo kinh nghiệm Nếu trị số cơng suất tìm khơng trị số công suất biết, chứng tỏ lưu lượng chảy qua turbine giả thiết (cột ) chưa xác Trường hợp phải giả thiết lại Qtđ lặp lại q trình tính tốn trên trị số cơng suất tìm trị số cơng suất biết thơi Bảng tính toán chưa xét đến tổn thất yêu cầu dùng nước khác Khi cần xét đến ảnh hưởng việc thêm vào bảng cột tương ứng II Tính tốn thủy phương pháp đồ giải Matchiski. Tính tốn thủy biết công suất theo phương pháp lập bảng nhiều thời gian Để cho việc tính tốn dễ dàng, tiện lợi ta dùng phương pháp đồ giải Matchiski Khi tính tốn thủy phương pháp đồ giải Matchiski trước hết phải vẽ đường phụ trợ : đường đặc tính công tác hồ Ztl = Ztl (Qh) đường công suất cố định Đường đặc tính cơng tác hồ thể quan hệ mực nước hồ với lưu lượng hồ cấp (hoặc trữ) thời đoạn tính tốn ∆t có nghĩa Ztl = Ztl (Qh) Lưu lượng hồ có thể thể dạng tỉ số giưa dung tích với thời đoạn ∆t Bộ mơn Cơng trình Thủy, Khoa XD Thủy lợi-Thủy điện 77 Thời đoạn tính tốn t ∆ N Qtn (m3/s) Qtd (m3/s) Qhồ (m3/s) ∆ Vhồ = Qhồ ∆ t ( m ) Vh c = Vh đ ± ∆ Vhồ ( m ) C h h V V V ∆ ± ± = (m3) tl Z (m) hl Z (m) H=Ztl Zhl (m) N = 9, 81 Q H η ( kW ) (78)t V Q h h = ∆ Nên dễ dàng xây dựng đường đặc tính cơng tác từ đường đặc tính dung tích hồ Ztl = Ztl (Qh) Hình dạng đường đặc tính cơng tác phụ thuộc vào thời đoạn tính tốn ∆t (hình 4-1) Đường đặc tính cơng tác cho ta thấy biến đổi mực nước hồ hồ trữ cấp trị số lưu lượng Qh thời đoạn ∆t Đường công suất cố định thể quan hệ mực nước thượng lưu với lưu lượng hồ trạm thuỷ điện cần phát cơng suất cố định biết Có nghĩa Ztl = Ztl (Qh) N= const Để vẽ đường này, ta dùng bảng sau N = const Hi Qi Zhli Ztli 1 Trong cột ghi trị số công suất biết Ở cột ta ghi số trị số cột nước giả thiết Hi Nhờ công thức: i i H N Q 81 , = ta tìm lưu lượng tương ứng ghi vào cột Có trị số lưu lượng Qi đường quan hệ mực nước hạ lưu, ta dễ dàng tìm mực nước hạ lưu Zhli Ghi trị số Zhli vào cột Mực nước thượng lưu Ztli tương ứng với Hi Zhli tính theo công thức: Ztli = Hi + Zhli Sau ghi trị số Ztli vào cột Dựa vào kết quả ghi cột cột ta vẽ đường cơng suất cố định (hình 4-2) Đường quan hệ cho ta biết lưu lượng cần thiết tháo qua turbine ứng với mực nước thượng lưu để trạm thủy điện phát công suất cố định biết Vẽ hai đường phụ trợ vào hệ trục tọa độ ta biểu đồ Matchiski.(hình 4-3) Biểu đồ sở phương pháp đồ giải Dưới ta xét trường hợp Hình 4-1 Đường đặc tính cơng tác hồ 0 Ztl (m) m3/s MNDBT T1 T T3 Q 0 m3/s Q Ztl (m) N=const Hình 4-2 Dạng đường công suất cố định Ztl (m) Q m3/s N=const Ztl=f(Q) (79)1 Tính tốn thuận chiều. Trình tự tính tốn theo chiều thời gian Thí dụ, tính cho hồ thời kỳ cung cấp nước mực nước dâng bình thường tính xuống đến mực nước chết Cịn thời kỳ hồ trữ nước bắt đầu tính từ mực nước chết đến mực nước dâng bình thường a Sử dụng biểu đồ Matchiski để tính tốn thủy cho mùa cấp. Giả thiết mực nước hồ đầu thời đoạn biết Ztlđ Trên hình (4-4) ta vẽ đường nằm ngang tương ứng với mực nước Lấy đường đoạn ab có số đo theo tỉ lệ lưu lượng thiên nhiên Qtn đầu thời đoạn biết Từ hình vẽ ta thấy Ztlđ muốn phát công suất cho trước, hồ phải cấp thêm lưu lượng Qhd số đo đoạn bc Nếu suốt thời đoạn ∆t hồ luôn cấp trị số lưu lượng đầu thời đoạn (có nghĩa Qhd) dựa vào tính chất đường đặc tính cơng tác hồ ta dễ dàng tìm mực nước thượng lưu cuối thời đoạn Cách tìm sau: Từ điểm d (xem hình 4-4) ta lấy đoạn de = bc Qua e ta vẽ đường song song với trục tung, điểm giao e’ đường đường đặc tính cơng tác cho ta mực nước thượng lưu cuối thời đoạn Kết ta tịnh tiến theo phương ngang đường đặc tính cơng tác hồ điểm b( đường I’), từ c vẽ đường song song với trục tung cắt đường I’ c’ Điểm c’ mức nước thượng lưu cuối thời đoạn Nhưng mức nước hồ luôn giảm cột nước giảm, muốn đảm bảo cơng suất khơng đổi (N =const) lưu lượng hồ cấp phải tăng dần lên Vì mực nước thức tế hồ cuối thời đoạn thấp mực nước ứng với điểm e’ ta tìm Để tìm mực nước thực tế hồ cuối thời đoạn tính tốn, ta phải tìm lưu lượng bình quân mà hồ cấp (Qh ) thời đoạn Muốn làm điều đó, ta vẽ thêm đường cong qua điểm b chia khoảng cách đường nằm ngang Ztlđ đường I’ Đường cắt đường cơng suất cố định điểm f Qua f vẽ đường song song với trục tung, đường cắt đường I’ điểm h Điểm h biểu thị mực nước thực tế hồ cuối thời đoạn Cách xác định mực nước thực tế hồ cuối thời đoạn ta chứng minh đoạn lf đặc trưng cho Qh điểm f ứng với mực nước trung bình hồ thời đoạn ∆t Thật vây, theo cách vẽ gf = fh, có nghĩa điểm f đặc trưng cho mựcnước trung bình hồ thời đoạn ∆t Đoạn ci đường công suất cố định xem đoạn thẳng gf = fh cg =hi Do 2 ni bc lf = + có nghĩa lf đặc trưng cho lưu lượng bình quân hồ cấp thời đoạn ∆t Lấy mực nước cuối thời đoạn trước làm mực nước đầu thời đoạn sau tiến hành đồ giải trên, ta xác định trình thay đổi mực nước hồ mùa cấp b Sử dụng biểu đồ Matchiski để tính tốn thủy cho mùa trữ. Tính tốn thuận chiều tiến hành từ mực nước chết đến mực nước dâng bình thường Tính tốn cho mùa trữ cung tương tự cho mùa cấp Ở ta xét với trường hợp + Trường hợp không xét đến tổn thất: i h f g I' tl Z a MNDBT Q Ztl Qctâ cuối đầu Ztl Q tl Z tđ Qđ Qtn Qhđ a b c d e e' tl Zđầu cuối Ztl c' tđ c Q Qhc (80)Vẽ đường nằm ngang ứng với mực nước hồ đầu thời đoạn Ztlđ đă biết Trên đường lấy đoạn ab có số đo Qtn thời đoạn Tịnh tiến đường đặc tính cơng tác theo chiều cao điểm b ( đường I’) Qua b vẽ đường cong chia đôi khoảng cách đường Ztlđ I’, đường cắt đường N =const điểm f Qua f vẽ đường song song với trục tung, đường cắt đường I’ điểm h Điểm h đặc trưng cho mực nước cuối thời đoạn mà ta muốn tìm Các thời đoạn khác tính tốn tương tự, tìm quan hệ Ztl với thời gian mùa trữ (xem hình 4-5) + Trường hợp xét đến tổn thất: Trong q trình làm việc, có tổn thất nước Để xét đến tổn thất, ta phải xây dựng quan hệ lưu lượng tổn thất (Qtt ) với mực nước hồ (Ztl ), kí hiệu đường II hình ( 4-6) Tương tự trên, ta vẽ đường nằm ngang ứng với mực nước hồ đầu thời đoạn Ztlđ biết Trên đường lấy đoạn ab có số đo Qtn thời đoạn Nhưng có xét đến tổn thất nên điểm điểm b tiến đến b’ ( với bb’= đoạn 1-2 lưu lượng tổn thất bình quân suốt thời đoạn, xem hình 4-6) Tịnh tiến đường đặc tính công tác theo chiều cao điểm b’ ( đường I’) Qua b’ vẽ đường cong chia đôi khoảng cách đường Ztlđ I’, đường cắt đường N =const điểm f Qua f vẽ đường song song với trục tung, đường cắt đường I’ điểm h Điểm h điểm đặc trưng cho mực nước cuối thời đoạn mà ta muốn tìm có xét đến tổn thất Ta thấy rằng, dùng trị số tổn thất đầu thời đoạn (đoạn 1-2) làm trị số tổn thất tính tốn thời đoạn bé Vì thời gian trữ nước, trị số tổn thất thực tế lớn Cho nên cách lấy trị số tổn thất gần Khi cần tính tốn tương đối xác dùng phương pháp tính tốn dần Trước tiên không xét đến điểm tổn thất, ta xác định mực nước thượng lưu bình quân Ztl trong thời gian đoạn đó, nghĩa tìm giá trí tổn thất tính tốn bình qn cho thời đoạn 2 Tính tốn ngược chiều Trường hợp tính tốn thuận chiều, chiều tính tốn theo chiều thời gian Mùa cấp tính từ mực dâng bình thường tính đến Bộ mơn Cơng trình Thủy, Khoa XD Thủy lợi-Thủy điện 80 Hình 4-6 đầu Ztl b I II MNDBT Q Ztl g k (m3/s) (m3/s) 1 Qtn N=const tth f b' Q tl Z h I' tl Zcuèi Mùa cấp Mùa trữ MNC MNDBT MNDBT (81)mực nước chết, cịn mùa trữ tính từ MNC đến MNDBT ( xem hình 4-7) Trong thực tế có nhiều trường hợp ta phải tính tốn theo chiều ngược lại với chiều thời gian tức mùa trữ tính từ MNDBT tính xuống đến MNC, cịn mùa cấp tính từ MNC tính lên đến MNDBT ( hình 4-8) Trong trường hợp tính tốn ngược chiều mực nước hồ cuối thời đoạn Ztlc biết, phải tìm mực nước hồ đầu thời đoạn Ztlđ Cách tính tốn tương tự trường hợp thuận chiều khác phải tính dần Cũng giống trường hợp tính tốn thuận chiều ta tính tốn cho trường hợp hồ cấp nước hồ trữ nước a Sử dụng biểu đồ Matchiski để tính tốn thủy cho mùa cấp. Giả thiết mực nước hồ cuối thời đoạn biết Ztlc Trên hình (4-9) ta vẽ đường nằm ngang ∆1 tương ứng với mực nước Lấy ∆1 đoạn kl có số đo theo tỉ lệ lưu lượng thiên nhiên Qtn thời đoạn tính tốn Qua điểm l vẽ đường dy song song với trục tung Trên đường cách tính thử dần tìm điểm b biểu thị cao trình mực nước thượng lưu đầu thời đoạn (kí hiệu ∆2 ) Để kết ta phải tiến hành giả thiết nhiều cao trình mực nước thượng lưu khác ( Tức giả thiết nhiều điểm b khác đường song song với trục tung) Ứng với điểm b giả thiết ta tịnh tiến đường đặc tính cơng tác theo phương nằm ngang điểm b ( đường I’) Qua b vẽ đường cong II chia đôi khoảng cách đường nằm ngang ∆2 I’ Đường cắt đường công suất cố định điểm g Qua g vẽ đường song song với trục tung, đường cắt đường ∆2 điểm h ∆1 f Nếu đoạn gh = gf điểm b giả thiết Nghĩa nói điểm b biểu thị mực nước thượng lưu đầu thời đoạn mà ta cần tìm Ngược lại, điểm g khơng cách ∆1 và ∆2 , điểm b chưa phải cao trình mực nước thượng lưu đầu thời đoạn.Khi ta phải tiến hành giả thiết lại điểm b lặp lại trình đồ giải thử dần Cách xác định mực nước thực tế hồ đầu thời đoạn ta chứng minh đoạn ij đặc trưng cho lưu lượng bình quân tháo qua turbine để phát công suất cố định thời đoạn Thật vậy, g cách ∆1 ∆2 gh = gf Mặt khác do tính chất đường II ta có gh =gf’, ta có gf=gf’=gh Nghĩa điểm f trùng với điểm f’, đoạn ig lưu lượng bình qn tháo qua turbine để phát cơng suất cố định thời đoạn Trong thực tế, để giải nhanh ta cần tìm giới hạn điểm b Ta biết đường ∆1 cắt đường đặc tính cơng tác j’ cắt đường công suất cố định j Để phát công suất cố định mức nước thượng lưu cuối thời đoạn ngồi phần lưu lượng thiên nhiên đến hồ phải cung cấp thêm lưu lượng có trị số đoạn jl Giả thiết suốt thời đoạn hồ phải cung cấp lưu lượng jl đầu thời đoạn mực nước hồ phải cao trình điểm m Cách xác định điểm m sau: Lấy đoạn j’l’ = jl (hình 4-9) Qua điểm l’ kẻ đường thẳng song song vói trục tung, đường cắt đường đặc tính cơng suất điểm m Qua điểm m kẻ đường nằm ngang , cắt đường dy b’ Điểm b’ giới hạn điểm b cần tìm Một cách hồn tồn tương tự ta tính với thời đoạn khác Cuối ta tìm q trình biến hóa mực nước hồ thời kỳ hồ cấp nước Đường biến hóa cho ta biết , trạm lam việc với công suất cố định điều kiện cuối thời kỳ cấp nước lượng nước hồ đủ dùng mực nước hồ N= const I I' MNDBT g f L' h L c h Q f tl Zcuối đầu Ztl m b Ztl Q ' i k b' j j' Qch Qtn II 2 1 (82)Tính tốn ngược chiều thời kỳ hồ trữ nước bắt đầu tính từ MNDBT tính xuống đến MNC có xét đến tổn thất Mực nước thượng lưu cuối thời đoạn Ztlc biết biểu thị đường nằm ngang ∆1 (hình 4-10) Trên đường ∆1 lấy đoạn kl’ có số đo theo tỉ lệ (Qtn-Qtt) ứng với Ztlctrong thời đoạn ta xét Lấy tổn thất cuối thời đoạn thiên lớn Qua l’ kẻ đường song song với trục tung Tương tự để giải nhanh, trước hết ta cần tìm cao trình giới hạn mực nước hồ đầu thời đoạn tính tốn Phương pháp xác định giới hạn tương tự tính tốn ngược thời kỳ hồ cấp nước Cụ thể lấy đoạn j’l” =jl’ Qua điểm l” hạ đường thẳng đứng, cắt đường đặc tính cơng tác m’ Cao trình điểm m’ cao trình giới hạn mực nước hồ lúc đầu thời đoạn tính tốn Mực nước thực tế đầu thời đoạn cao điểm m Dùng phương pháp tính thử dần tương tự xác định mực nước hồ đầu thời đoạn tính tốn mà ta cần tìm điểm g thỏa mãn điều kiện gh = gf Tương tự ta tiếp tục tính tốn cho tất thời đoạn khác thời kỳ hồ trữ nước tìm đường q trình biến hóa mực nước hồ thời kỳ hồ trữ nước trạm làm việc với công suất cố định điều kiện cuối thời kỳ trữ nước hồ đảm bảo trữ đầy 3 Tính tốn ngược chiều khơng qua giai đoạn thử dần Muốn tính tốn ngược khơng qua giai đoạn thử dần, ta cần thay đổi đường phụ trợ đặc tính cơng tác hồ Phần trước, để xây dựng đường đặc tính cơng tác hồ ta sử dụng đường đặc tính dung tích hồ vẽ ngược ( tức tính cộng dồn MNDBT tính xuống) Trong phần ta dùng đường đặc tính dung tích hồ vẽ thuận để xây dựng đường đặc tính cơng tác (hình vẽ 4-11) cách: Có lượng nước hồ cần cấp (hay trữ) WA, dựa vào đường đặc tính dung tích ta xác định mực nước thượng lưu ZTL Lưu lượng hồ cấp (hoặc trữ) thể dạng tỉ số dung tích với thời đoạn ∆t t A A W Q ∆ − = Tương tự nếu có lượng nước WB, ta xác định Tức ta xấy dựng đường phụ trợ đặc tính cơng tác hồ (ZTL~Q) Ứng với giá trị ∆t =const khác nhau, ta xây dựng được họ đường đặc tính cơng tác khác (hình 4-12) (m3/s) (m3/s) i f tl Z Q MNDBT I b Ztl đầu cuối Ztl h Ztl Q g j' j L' b' m' L'' tt - Qc Qtn c Qtt 2 (83)Sau xây dựng đường đặc tính cơng tác ta vẽ hai đường phụ trợ đặc tính cơng tác cơng suất cố định vào hệ trục tọa độ Ta dùng biểu đồ để tiến hành đồ giải cho trường hợp sau: a Trường hợp hồ cấp nước. Tương tự trên, biết Ztlcvà biểu thị đường nằm ngang ∆1 Trên đường ∆1 lấy một đoạn ab có số đo QTN Ta tịnh tiến đường đặc tính cơng tác theo phương nằm ngang đến điểm b đường I’ Vẽ đường II cách ∆1 I’ Đường cắt đường công suất cố định g Qua g vẽ đường thẳng đứng cắt đường I’ h ∆1 f Điểm h biểu thị mực ước thượng lưu đầu thời đoạn mà ta cần tìm Cách xác định ta chứng minh ig lưu lượng bình qn chảy vào turbine thời đoạn tính tốn để phát cơng suất cố định Muốn qua điểm h ta kẻ đường nằm ngang ∆2 (hình vẽ 4-13) cách gần ta coi đoạn cj thẳng dùng hai tam giác vuông ghj gfc để chứng minh vấn đề Thật Hai tam giác vuông ghj gfc có hai cạnh góc vng gh= gf (do tính chất đường II ) góc đối đỉnh hgj =cgf Từ ta rút đoạn jh=fc hay nói cách khác 2 ac kj ig= + Điều có nghĩa ig lưu lượng bình quân chảy vào turbine thời đoạn tính tốn để phát cơng suất cố định Tương tự tính tốn cho thời đoạn khác ta vẽ đường quan hệ biến hóa mực nước hồ theo thời gian mùa cấp b Trường hợp hồ trữ nước Tương tự trường hợp hồ cấp nước, biết Ztlcvà biểu thị đường nằm ngang ∆1 Trên đường ∆1 lấy đoạn ab có số đo QTN Ta tịnh tiến đường đặc tính cơng tác theo phương nằm ngang đến điểm b đường I’ Vẽ đường II cách ∆1 và I’ Đường cắt đường công suất cố định g Qua g vẽ đường thẳng đứng cắt đường I’ h ∆1 f Điểm h biểu thị mực ước thượng lưu đầu thời đoạn mà ta cần tìm Cách chứng minh ig lưu lượng bình quân chảy qua turbine thời đoạn để phát cơng suất cố định cách hoàn toàn tương tự trường hợp Các bước tính tốn phù hợp với điều kiện thời đoạn trạm thủy điện làm việc với công suất cố định Nhưng thời đoạn, trạm thủy (m3) tl Z W ZB A Z A W WB QA QB ZA B Z Q Ztl (m3/s) t Hình 4-11 Hình 4-12 Q tl Z j h g f c b a k i tn Q N=const I I' II MNDBT tl Zđầu cuối Ztl Hình 4-13 tl Zcuối (84)điện làm việc với cơng suất định phương pháp tính tốn khơng có thay đổi Trong trường hợp ta phải xây dựng nhiều đường N=const tính tốn cho thời đoạn dùng N=const ứng với thời đoạn (85)§4-2 NHỮNG TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CÓ LỢI CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CÓ LỢI CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN A NHỮNG TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CÓ LỢI CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN Ta biết rằng, chế độ làm việc trạm thủy điện xuất phát từ phương án phụ tải định Phần phụ tải giao cho trạm thủy điện chiếm vị trí định biểu đồ phụ tải hệ thống chế độ làm việc trạm thủy điện thay đổi ảnh hưởng đến chế độ làm việc tất trạm phát điện khác hệ thống Để khắc phục điều phải địn chế độ làm việc trạm thủy điện có lợi chung cho toàn hệ thống Đồng thời trạm có hồ điều tiết dài hạn phải có lợi cho tồn chu kỳ điều tiết Vì nói trên, cơng suất trạm thời điểm chu kỳ điều tiết có liên quan mật thiêt với Chế độ có lợi trước hết chế độ thỏa mãn điều kiện an tồn cung cấp điện cho hệ thống Vì điện lượng trạm thủy điện thay đổi theo tình hình thủy văn nên măt an toàn người ta thường chia điều kiện thủy văn thành: năm nhiều nước, nước trung bình, kiệt nước thiết kế năm kiệt nước Chế độ làm việc trạm thủy điện năm phụ thuộc vào tiêu chuẩn đánh giá Tiêu chuẩn chung để đánh giá chế độ có lợi tổng chi phí tính tốn hệ thống nhỏ Zht= Đây tiêu chuẩn cần phải tuân theo xác định thông số trạm thủy điện thiết kế xác định chế độ trạm thủy điện vận hành Tuy nhiên tùy theo điều kiện thủy văn cụ thể, cấu hệ thống, trạng thái cân nhiên liệu cân lượng chung mà tiêu chuẩn thể dạng khác Sau ta xét tiêu chuẩn đánh giá chế độ có lợi trạm thủy điện năm thuỷ văn đặc trưng I Tiêu chuẩn đánh giá chế độ có lợi trạm thủy điện năm kiệt thiết kế. Xuất phát từ yêu cầu phụ tải hệ thống điện lực, việc xác định thành phần Nctmax trong Nlm trạm thủy điện phụ thuộc vào điều kiện bảo đảm cân công suất cho tồn hệ thống năm kiệt thiết kế Vì chế độ làm việc trạm thủy điện năm có ảnh hưởng định trị số cơng suất Nếu bố trí chế độ làm việc trạm thủy điện hợp lý tăng công suất Nctmax trạm thủy điện, đồng thời giảm Nctmax trạm nhiệt điện Lúc vốn đầu tư vào trạm thủy điện có tăng phần tăng phần vốn giảm trạm nhiệt điên Do vốn đầu tư vào toàn hệ thống giảm Như vậy, trạm thủy điện thay nhiều Nctmax trạm nhiệt có lợi Từ ta thấy chế độ làm việc có lợi của trạm thủy điện năm kiệt thiết kế chế độ bảo đảm giảm đến tối thiểu công suất cần thiết lớn trạm nhiệt điện cần công suất hệ thống điện, tức NNĐ ctmax =min Do suy tiêu chuẩn đánh giá chế độ làm việc có lợi trạm thuỷ điện năm kiệt thiết kế thay đến mức tối đa công suất trạm nhiệt điện cân băng tức cho NNĐ (86)Như nói trên, vốn đầu tư hệ thống xác định theo điều kiện thiết kế Cho nên chế độ trạm thủy điện năm nước trung bình khơng làm thay đổi vốn đầu tư mà ảnh hưởng đến chi phí vận hành hệ thống mà thơi Trong năm nước trung bình, trạm thủy điện có khả phát công suất lớn công suất bảo đảm mà chi phí vận hành khơng thay đổi Vì chi phí hồn tồn khơng phụ thuộc vào chế độ làm việc (tiền lương, khấu hao…) phụ thuộc khơng đáng kể (chi phí sửa chữa thường xuyên…) Nhưng trạm thủy điện đảm nhận nhiều phụ tải phần nhiệt điện phải đảm bảo giảm phần chi phí nhiên liệu trạm nhiệt điện hệ thống giảm Từ ta thấy, chế độ có lợi trạm thủy điện năm nước trung bình chế độ đảm bảo cho tổng chi phí nhiên liệu trạm nhiệt điện hệ thống nhỏ CNĐ∑= Nếu trạm nhiệt điện dùng nhiên liệu đơn giá tiêu chuẩn tổng lượng nhiên liệu dùng năm B∑= Trong điều kiện nhiên liệu thiếu tiết kiệm nhiên liệu vấn đề tối cần thiết kinh tế quốc dân, lúc nên chọn chế độ làm việc trạm thủy điện theo tiêu chuẩnB∑= Cần phải nói thêm tổng nhiên liệu trạm nhiệt điện giảm điện lượng trạm thủy điện tăng, kết tính tốn theoB∑= ETĐ=max ( điện lượng trạm thủy điện lớn nhất) không trùng Hai tiêu chuẩn này trùng 1kwh trạm thủy điện thời điểm thay lượng nhiên liệu Tuy tiêu chuẩn ETĐ=max tiêu chuẩn gần đúng, dùng tiêu chuẩn việc xác định chế độ làm việc có lợi đơn giản Trong bước tính tốn sơ để xác định chế độ làm việc có lợi trạm thủy điện dùng tiêu chuẩn ETĐ=max Đối với năm nước nhiều, chế độ có lợi trạm thủy điện chế độ mà lượng nước xả bỏ Trong trường hợp này, trạm thủy điện làm việc với công suất tối đa thời kỳ lưu lượng chảy đến thừa sức bảo đảm chế độ mà việc theo thiết kế (về chế độ công suất chế độ trữ nước hồ) III Tiêu chuẩn đánh giá chế độ có lợi trạm thủy điện năm nước kiệt. Trong năm nước kiệt, trạm thủy điện phát công suất điện lượng đảm bảo Do phải giảm mức dự trữ hệ thống hạn chế lượng điện cung cấp cho hộ dùng Tiêu chuẩn chung để đánh giá chế độ làm việc trạm thủy điện năm nước kiệt chi phí thiệt hại thiếu điện gây cho kinh tế quốc dân nhỏ Tuy nhiên việc đánh giá phức tạp khó xác nên việc sử dụng tiêu chuẩn có khó khăn Trong thực tế, thường dùng tiêu chuẩn bảo đảm cung cấp điện an toàn Khi dùng tiêu chuẩn để xác định chế độ làm việc trạm thủy điện cần phải xét đặc điểm cụ thể hệ thống hộ dùng điện Ví dụ: trường hợp hệ thống thiếu điện lượng chế độ có lợi chế độ đảm bảo điện lượng phát lớn Lúc trị số điện lượng thiếu hệ thống nhất, khả cung cấp điện an toàn (87)1.Xác định chế độ làm việc có lợi trạm thủy điện năm nước kiệt thiết kế. Hiệu lượng trạm thủy điện điều tiết ngày đêm phụ thuộc chủ yếu vào chế độ làm việc ngày đêm Có chế độ làm việc năm xác định hoàn toàn dựa sở chế độ làm việc ngày năm có xét thêm yêu cầu sửa chữa Trong phần trước trình bày tương đối đầy đủ điều cần thiết để xác định chế độ làm việc trạm thủy điện điều tiết ngày đêm Ở phần không đề cập đến Đối với trạm thủy điện điều tiết dài hạn (năm, nhiều năm), điện lượng ngày năm có liên quan mật thiết với nhau, nên hiệu lượng phụ thuộc chủ yếu vào chế độ làm việc năm Do cách xác định chế độ làm việc trạm thủy điện loại tương đối phức tạp Như biết, chế độ làm việc trạm thủy điện năm nước kiệt thiết kế phải thỏa mãn tiêu chuẩn thay nhiều công suất trạm nhiệt điện cân hệ thống điện lực Mục đích việc xác định chế độ làm việc có lợi để tìm thành phần cơng suất cơng tác lớn trạm thủy điện ( TĐ max ct N ) hợp lý Để đạt tiêu chuẩn trên, trạm thủy điện phải đảm nhận phần phụ tải đỉnh để tăng công suất mà phải tuân theo phân phối phụ tải hợp lý tồn năm Ta chứng minh phân chia phụ tải hợp lý phải theo đường thẳng nằm ngang (đường AB hình 4-15a) Phần phụ tải nằm đường AB trạm thủy điện đảm nhận, phần lại trạm nhiệt điện đảm nhận Ứng với đường phân chia phụ tải ta có NĐ max ct N trạm nhiệt điện NĐ ctAB N Vậy trị số NĐ max ct N trạm nhiệt điện thay đổi phân chia phụ tải không theo đường AB Giả sử thời đoạn ta, ta cho trạm thủy điện đảm nhận thêm phần phụ tải ∆Na lượng nước cần thời đoạn tăng Nhưng lượng nước của trạm thủy điện năm trị số định, nên thời đoạn tb ta phải giảm trị số ∆Nb công suất trạm để bù lượng nước tăng ta Như tại tb trạm nhiệt điện phải làm việc với công suất NNĐctB Rõ ràng để đảm bảo điều kiện cân công suất hệ thống NĐ max ct N phải có trị số NĐ ctB N trị số lớn trị số NĐ ctAB N Vậy muốn cho NĐ max ct N đạt trị số nhỏ cân cơng suất hệ thống đường phân chia phụ tải đường nằm ngang Nhưng phân chia trạm nhiệt điện phải làm việc suốt năm với công suất cố định không tiến hành sửa chữa Để sửa chữa tổ máy thời gian phụ tải hệ thống giảm nhỏ, nước trạm thủy điện nhiều, ta giảm công suất trạm nhiệt điện xuống trị số cơng suất cân thiết sửa chữa ∆Nsc (hình 4-15b) Diện tích hình CDEG diện tích cần thiết sửa chữa tổ máy nhiệt điện năm Đường DE khơng thiết đường nằm ngang Hình dạng phụ thuộc vào bố trí sửa chữa cụ thể Do muốn TĐ max ct N đạt trị số TĐ ctAB N NĐ max ct N có trị số NĐ ctAB (88)Trong thiết kế biết điện lượng năm lớn (Enămmax ) ứng với độ sâu cơng tác có lợi trạm thủy điện (xác định chương III) tìm vị trí đường ACDEGB sau: Giả thiết vị trí đường ACDEGB ứng với trị số TĐ max ct N Phần biểu đồ phụ tải nằm đường thể thay đổi công suất công tác (Nct ) trạm thủy điện tháng năm Có trị số Nct tháng nhờ đường lũy tích phụ tải ta tìm điện lượng Engày sau điện lượng Etháng ( Etháng= Engàyx30 ngày) tương ứng Tổng điên lượng tháng năm điện lượng năm mà trạm thủy điện cần phải có (Enăm C) để đảm bảo đường phân chia phụ tải giả thiết ( TĐ max ct N giả thiết) Như ứng với đường phân chia phụ tải giả thiết ( TĐ max ct N giả thiết ) đòi hỏi phải có Enăm C định Giả thiết số vị trí đường phân chia phụ tải TĐ max ct N tính tốn ta tìm quan hệ TĐ max ct N với Enăm C (hình 4-15c) Đặt trị số Enămmax lên đường quan hệ ta tìm trị số NTĐctmax tương ứng từ xác định vị trí đường ACDEGB mà ta cần tìm Phần biểu đồ phụ tải nằm đường phân chia phụ tải ACDEGB mà ta vừa tìm biểu thị chế độ cần thiết trạm thủy điện để bảo đảm cung cấp điện an toàn cho hệ thống gọi biểu đồ công suất công tác bảo đảm Cịn biểu đồ thể cơng suất bình quân thời đoạn (ứng với biểu đồ cơng suất nói trên) gọi biểu đồ cơng suất bảo đảm Cách xác định chế độ làm việc có lợi thích hợp với trạm thủy điện điều tiết năm hoàn toàn điều tiết nhiều năm Đối với trạm thủy điện điều tiết mùa ta cho làm việc mùa lũ theo chế độ bảo đảm phải tháo bỏ bớt nước Để tận dụng lượng nước chế độ làm việc trạm thủy điện điều tiết mùa xác định theo tiêu chuẩn phương pháp dùng cho năm nước trung bình nhiều nước ( xem phần sau) Cịn chế độ làm việc mùa cấp theo tiêu chuẩn NNĐ = Cụ thể ta phải tìm vị trí đường phân chia phụ tải trong mùa cấp (đường AA’ BB’ hình 4-15d) cho điện lượng mùa cấp trạm thủy điện cần thiết phủ phần phụ tải nằm đường điện lượng mùa cấp lớn (Emkmax) ứng với độ sâu cơng tác có lợi biết Cách xác định vị trí đường phân chia tương tự có khác ta phải tìm quan hệ TĐ max ct N với Emùa cấp NTĐctmax với Enăm Cịn có đường quan hệ TĐ max ct N với Emùa kiệt Emkmax ta dễ dàng xác định đường AA’ BB’cần tìm II Xác định chế độ trạm năm nước trung bình. 1 Đối với trạm thủy điện vận hành. Xác định chế độ có lợi trạm thủy điện vận hành năm nước trung bình trạm thủy điện điều tiết năm (mùa ) phức tạp, trị số N, Q,H,η ẩn số, đồng thời hàm nhiều biến số khác Muốn tính nhanh, xác ta phải dùng máy tính, ta nói chất vật lý nội dung tốn học mà khơng nói tới phương pháp giải 1)Bài tốn: (89)Để tìm chế độ làm việc có lợi, trước hết phải thành lập hàm mục tiêu sau tìm cực trị hàm cho phù hợp với tiêu chuẩn định Nhưng chế độ làm việc trạm thủy điện thời điểm đặc trưng nhiều thông số như: mực nước thượng lưu Ztl, dung tích hồ Vh, lưu lượng hồ Qh, cơng suất N, v.v…Vì vậy, phải chọn một thơng số làm biến số khơng phụ thuộc Việc xác định chế độ có lợi lúc xác định tập hợp biến số không phụ thuộc cho thỏa mãn hàm mục tiêu Ta xét hàm mục tiêu tiêu chuẩn đánh giá chế độ làm việc có lợi là: min C C L 1 l nl nl =∑ = = ∑ Ở đây: Cnl∑- chi phí nhiên liệu trạmnhiệt điện thứ l (I =1,2…L) Tổng chi phí nhiên liệu trạm nhiệt điện thời gian T chu kỳ điều tiết xác định theo cơng thức: ∫ ∑ = ∑ = T NĐ l L l l nl S B (N (t))dt C Trong đó: Sl - Giá đơn vị nhiên liệu trạm nhiệt điện thứ l )) t ( N ( B NĐ l - Đặc tính tiêu thụ nhiên liệu trạm nhiệt điện thứ l Công suất trạm nhiệt điện thời điểm t xác định từ điều kiện cân công suất hệ thống ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 1 1 t P t N t N t N t N M ld m kd K k HT L l = −∑ −∑ +∆ ∑ = = = (4-2) Trong biểu thức này: PHT(t) - biểu đồ phụ tải hệ thống. ) ( t N M m kd ∑ = - biểu đồ phụ tải tất trạm thủy điện nhiệt điện khơng có khả điều chỉnh ) ( 1 t N K k ∑ = - tổng công suất trạm thủy điện có khả điều tiết ) (t Nld ∆ - tổn thất công suất lưới điện. Công suất trạm thủy điện thứ k xác định theo công thức sau: ) ( ) ( 81 , ) (t Q t H t NTDk = ηTDk TDk k (4-3) Hiệu suất ηTDk hàm số lưu lượng QTĐk cột nước Hk TDk η =ηTDk(QTDk(t);Hk(t)) Thay (4-3) vào (4-2) lúc hàm mục tiêu có dạng: (90)Nhưng chế độ làm việc trạm thủy điện thời đoạn phụ thuộc vào số ràng buộc Cho nên cực trị hàm mục tiêu phải thỏa mãn ràng buộc Sau số ràng buộc chế độ mà ta thường gặp: (91)§4 - KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ BIỂU ĐỒ QUẢN LÝ HỒ CHỨA I Ý nghĩa nội dung biểu đồ quản lý hồ chứa. Như biết, chế độ trạm thủy điện phải chế độ có lợi cho tồn chu kỳ điều tiết Đối với trạm thủy điện có hồ điều tiết dài hạn, việc xác định chế độ có lợi điều kiện thủy văn khác gặp nhiều khó khăn Nguyên nhân chủ yếu dự báo thủy văn dài hạn chưa đảm bảo mức độ xác cần thiết, nên chưa thể biết trước thời đoạn trạm thủy điện nên làm việc với công suất tồn chu kỳ có lợi Nếu thời đoạn ta cho trạm thủy điện làm việc với cơng suất lớn thời đoạn khác, chế độ cung cấp điện an tồn khơng đảm bảo Ngược lại, cho cho trạm thủy điện làm việc với cơng suất nhỏ lượng nước xả bỏ tăng lên, không tiết kiệm nhiên liệu Hậu giảm đến mức tối thiểu ta sử dụng hồ hợp lý Cho nên điều kiện tài liệu dự bảo thủy văn dài hạn khơng xác phải quản lý hồ chứa theo phương pháp đặc biệt, gọi điều phối Điều phối tập hợp số nguyên tắc dẫn sử dụng hồ Các ngun tắc thường thể hình vẽ hình vẽ gọi biểu đồ quản lý hồ chứa Biểu đồ quản lý hồ chứa xây dựng sở phân tích chế độ có lợi trạm thủy điện hệ thống năm đặc trưng cho tình hình thủy văn quan trắc khứ Để đáp ứng yêu cầu bảo đảm cung cấp điện nâng cao hiệu ích kinh tế, biểu đồ quản lý hồ chứa phải thể đường đặc trưng sau 1 đường cung cấp công suất bảo đảm Đường hạn chế cơng suất 3 Đường phịng ngừa nước thừa II Cách xây dựng biểu đồ quản lý hồ chứa điều tiết năm 1 Vẽ đường cung cấp công suất bảo đảm Yêu cầu công tác hồ chứa điều tiết năm muộn vào cuối mùa lũ hồ phải đạt đến MNDBT, cuối mùa kiệt phải vừa vặn rút xuống MNC Nhiệm vụ đường cung cấp nước theo công suất bảo đảm định lượng nước cung cấp tăng thêm lúc mà việc cung cấp nước bình thường đảm bảo Hay nói khác , đường cung cấp công suất bảo đảm cho biết tăng cơng suất trạm thủy điện mà đảm bảo cung cấp điện an toàn cho hệ thống Muốn phải thơng qua tính tốn điều tiết dịng chảy vẽ thành đường dẫn tình hình trữ nước hồ chứa (92)độ làm việc tương ứng hồ, có nghĩa xác định đường thay đổi mực nước hồ mùa cấp (nhánh cấp nước) Ztl = Ztl(t) Để tính tốn ta dùng phương pháp lập bảng hay đồ giải Matchiski Từ kết tính tốn, ta vẽ nhánh cấp nước Ztl = Ztl(t) (đường hình 4-16) Sau chọn số năm kiệt có lượng nước Wi gần lượng nước năm kiệt thiết kế Wtk, phân phối dòng chảy năm khác Để cho năm tương đương với năm thiết kế, lấy lưu lượng bình quân tháng chúng nhân với tỉ số i TK W W Sau tiến hành tính tốn thủy cho năm ( tính tốn cho năm kiệt thiết kế), ta nhóm đường cấp nước (hình 4-16) Vẽ đường bao nhóm đường (đường I) ta nhánh đường cung cấp công suất bảo đảm Đối với mùa trữ, tăng công suất bảo đảm mà gặp lũ nhỏ hồ khơng đầy vào cuối mùa Như mùa tiếp theo, trạm không đủ nước để phát công suất bảo đảm Do cần phải tìm điều kiện cho phép tăng cơng suất mà hồ đầy đến MNDBT vào cuối mùa trữ Muốn thỏa mãn điều , ta tiến hành tính tốn thủy từ MNDBT đến MNC Cách vẽ nhóm đường trữ nước giống cách vẽ nhóm đường cấp nước Đường bao nhóm đường trữ ( đường I hình 4-17) nhánh trữ đường cugn cấp công suất bảo đảm Ghép nhánh trữ nhánh cấp lại với ta đường cung cấp công suất bảo đảm (đường I hình 4-19).Đường thể lượng nước tối thiểu cần phải dự trữ hồ thời đoạn chu kỳ điều tiết để trạm thủy điện bảo đảm cho hệ thống làm việc bình thường năm thủy văn trừ năm kiệt Đó ranh giới vùng làm việc N>Nbđ N=Nbđ 2 Vẽ đường hạn chế công suất Đối với năm nước kiệt, trạm thủyđiện phát công suất điện lượng đảm bảo, nhiệm vụ điều phối hạn chế đến mức tối thiểu phá hoại chế độ làm việc bình thường hệ thống Lúc đó, trước hết cần biết điều kiện cần cho trạm thủy điện làm việc với N<Nbđ Đường thể điều kiện gọi đường hạn chế cơng suất Vì nhóm đường cấp (hình 4-16) nhóm đường trữ (hình 4-17) ta vẽ thỏa mãn điều kiện cung cấp điện an toàn nên vùng chúng chiếm biểuđồ vùng trạm thủy điện làm việc với cơng suất bảo MNDBT Ztl MNC t II 1 I Hình 4-16 t MNC tl Z MNDBT II 1 I (93)đảm Vẽ đường bao hai nhóm đường ta hai nhánh đường hạn chế cơng suất (đường II hình 4-16 4-17) Từ hình vẽ ta thấy điểm cuối nhánh hạn chế công suất mùa cấp trùng với điểm bắt đầu mùa lũ sớm Đó thiếu sót nhánh Vì năm kiệt ta trì mực nước hồ theo nhánh mà mùa lũ lại đến muộn cuối mùa kiệt trạm thủy điện bắt buộc làm việc với lưu lượng thiên nhiên cơng suất giảm xuống cách đáng kể Để tránh tình trạng trên, điểm tận nhánh hạn chế công suất nhánh cung cấp công suất bảo đảm phải trùng Từ suy cách vẽ nhánh hạn chế công suất mùa cấp sau: nối điểm đầu đường bao điểm cuối đường bao theo dạng theo dạng đường cong đường thẳng tùy ý (hình 4-18) Ghép nhánh mùa cấp với nhánh mùa trữ ta đường hạn chế công suất (đường II hình 4-19) 3 Vẽ đường phịng ngừa nước thừa. Đường phịng ngừa nước thừa có tác dụng điều kiện trạm làm việc với cơng suất tối đa để hạn chế lượng nước xả bỏ năm nhiều nước Muốn thỏa mãn điều kiện đó, ta dựa vào công suất tối đa trạm thủy điện tài liệu thủy văn năm nhiều nước để vẽ đường đó.Cách vẽ đường phịng ngừa nước thừa sau: Ta chọn số năm có lượng nước mùa kiệt Wk gần lượng nước màu kiệt năm nhiều nước Wknn (Wknn ứng với mức bảo đảm 1-p) Sau lấy lưu lượng bình quân tháng chúng nhân với tỉ số ki knn W W Dựa vào trị số lưu lượng vừa tìm năm trị số công suất tối đa trạm thủy điện, ta tiến hành tính tốn thủy ngược chiều phương pháp lập bảng hay đồ giải Matchiski Từ kết tính tốn vẽ nhóm đường cấp Vẽ đường bao nhóm đường đó, ta có nhánh phịng ngừa nước thừa cấp Đối với mùa trữ, ta chọn số năm bảo đảm (1-p) Các bước tính tốn giống mùa cấp Dựa vào kết tính tốn ta vẽ nhóm đường trữ, đường bao nhóm đường nhánh phịng ngừa nước thừa mùa trữ Trên hình (4-19), đường phịng ngừa nước thừa đường III 4 Biểu đồ quản lý hồ chứa Ta vẽ đường: cung cấp công suất bảo đảm, hạn chế cơng suất phịng ngừa nước thừa lên hình vẽ ta biểu đồ quản lý hồ chứa (hình 4-19) Bộ mơn Cơng trình Thủy, Khoa XD Thủy lợi-Thủy điện 93 I II t MNC tl Z MNDBT Hình 4-18 MNDBT Ztl MNC t II I III III I II C A B D B A C (94)Vị trí tương quan đường biểu đồ phụ thuộc vào dung tích tương đối hồ Ví dụ: hồ nhỏ đường bị gián đoạn khoảng cuối mùa cấp đầu mùa trữ Ba đường chia biểu đồ quản lý hồ chứa thành vùng sau đây: a Vùng làm việc với công suất bảo đảm Vùng nằm đường cung cấp công suất bảo đảm đường hạn chế công suất (vùng A hình 4-19) b Vùng làm việc với công suất lớn công suất bảo đảm nằm hai đường: cung cấp công suất bảo đảm phịng ngừa nước thừa (vùng B hình 4-19) c Vùng nằm đường cung cấp công suất bảo đảm vùng làm việc với công suất nhỏ công suất bảo đảm (vùng C hình 4-19) d Vùng nằm đường phịng ngừa nước thừa Đối với vùng này, trạm thủy điện làm việc với cơng suất tối đa Việc phân biểu đồ quản lý hồ chứa thành vùng tương đối Tùy thuộc vào đặc điểmvà nhiệm vụ hồ mà biểu đồ quản lý hồ chứa có vùng định Ví dụ: Đối với lợi dụng tổng hợp, biểu đồ quản lý hồ chứa cịn có vùng cung cấp nước bảo đảm cho ngành dùng nước phòng lũ cho hạ lưu III Sử dụng biểu đồ quản lý hồ chứa điều tiết năm để xác định chế độ trạm thủy điện Biểu đồ quản lý hồ chứa giúp ta xác định chế độ làm việc hợp lý trạm thủy điện chưa biết cách xác tài liệu dự báo thủy văn dài hạn.Muốn ta phải xác định thêm mực nước thực tế hồ thời đoạn nằm vùng biểu đồ quản lý Từ ta tìm cơng suất bình qn vị trí làm việc tương ứng trạm thủy điện biểu đồ phụ tải Sau ta xét cách xác định chế độ trạm thủy điện vùng biểu đồ quản lý hồ chứa 1 Xác định chế độ làm việc trạm thủy điện vùng A Khi mực nước thực tế hồ thời đoạn nằm vùng A ta biết chắn thời đoạn trạm làm việc với công suất bảo đảm tương ứng Cịn vị trí làm việc biểu đồ phụ tải xác định từ điều kiện cân công suất năm thiết kế Cho nên trường hợp ta khơng phải tính tốn thêm 2 Xác định chế độ làm việc trạm thủy điện vùng D Nếu mực nước thực tế thời đoạn nằm vùng D biểu đồ quản lý hồ chứa việc xác định chế độ làm việc trạm thủy điện đơn giản Đối với trường hợp để hạn chế lượng nước thừa xả bỏ, trạm thủy điện phải làm việc phần gốc biểu đồ phụ tải với cơng suất dùng tối đa 3 Xác định chế độ làm việc trạm thủy điện vùng B (95)thêm phụ thuộc vào biện pháp sử dụng nước thừa ( so với lượng nước phát cơng suất bảo đảm) Vì trước hết phải xét biện pháp sử dụng nước thừa Sử dụng nước thừa tốt tuân theo tiêu chuẩn đánh giá chế độ có lợi trạm thủy điện năm nước trung bình Cách xác định chế độ trạm thủy điện vận hành theo tiêu chuẩn ta xét mục B §4-2 Dưới ta đề cập số biện pháp sử dụng nước thừa, chủ yếu dùng giai đoạn thiết kế Giả sử thời điểm ti, mực nước thự tế hồ cào mực nước tương ứng nằm trên đường cung câp công suất bảo đảm đoạn ∆Zi (hình 4-20) Biết ∆Zi, nhờ đường quan hệ Ztl = Ztl(Vh) ta tìm lượng nước thừa ∆Vi Lượng nước thừa có thể sử dụng theo biện pháp sau đây: a biện pháp thứ sử dụng ∆Vi sau hình thành để tăng cơng suất trạm thủy điện b Biện pháp thứ hai giữ ∆Vi lại hồ thời gian dùng để tăng cơng suất trước lũ đến c Biện pháp thứ ba sử dụng ∆Vi để tăng công suất suốt thời gian từ ngay sau hình thành đến thời điểm đầu mùa trữ Mỗi biện pháp sử dụng nước thừa thích hợp với điều kiện cụ thể trạm thủy điện Đối với hồ điều tiết mùa có dung tích tương đối nhỏ nên sử dụng nước thừa theo phương pháp thứ dung tích tự để chứa nước lũ nhiều so với biện pháp khác hạn chế lượng nước xả bỏ Biện pháp thứ thích hợp với điều kiện thủy văn khơng ổn định (lũ xuất sớm bất thường) Nhưng nhược điểm biện pháp công suất trạm thủy điện tăng nhanh gây khó khăn cho việc vận hành trạm nhiệt điện Nếu hồ lớn, ta giữ lại lượng nước thừa số thời gian mà không sợ phải xả bỏ gặp lũ bất thường Trường hợp nên sử dụng biện pháp thứ hai Biện pháp thứ hai có ưu điểm mực nước hồ suốt thời gian chưa sử dụng lượng nước thừa ∆Vi cao so với đường cung cấp cơng suất bảo đảm (hình 4-21) Như lượng nước thiên nhiên mùa cấp sử dụng với cột nước cao dẫn đến điện lượng toàn trạm thủy điện tăng lên Nhưng nhược điểm cơng suất trạm thủy điện tăng nhanh thời đoạn ∆t ngắn vào đầu mùa lũ (hình 4-22) làm cho vận hành trạm nhiệt điện gặp khó khăn Biện pháp thứ ba trung gian hai biện pháp thường sử dụng Khi sử dụng lượng nước thừa ∆Vi theo biện pháp này,mực nước hồ giảm dần dần (hình 4-23) cơng suất trạm thủy điện tăng suốt thời gian từ t1 đến t2 Nhưng nhịp độ tăng cơng suất (hình 4-24), nhanh dần ( đường hình 4-25) chậm dần (đường hình 4-25) Đối với hồ nhỏ biện pháp sử dụng nước thừa giống với biện pháp thể đường 1, hồ lớn dòng chảy ổn định, biện pháp sử dụng nước thừa giống với đường i Z t tc t t MNC MNDBT tl Z â Z1 Hình -20 Ztl MNDBT MNC 1 t t2 t3 t Z1 t t3 t t1 t Nbâ N N (kw) Hình -21 N Hình -22 Nbâ (kw) N 1 2 1 Z MNDBT tl Z N (kw) bâ (96)Trong mùa trữ nước, tiến hành điều phối tương tự mùa cấp Những biện pháp sử dụng nước thừa nêu sử dụng cho mùa trữ Nhưng mùa này, chưa biết trước thời điểm bắt đầu kết thúc mùa lũ, khoảng thời gian hai thời điểm thường ngắn nên biện pháp hay dùng biện pháp thứ Trong điều kiện đó, ta dùng biện pháp thứ hai lượng nước xả bỏ tăng lên không lợi Như qua phân tích điều kiện làm việc cụ thể trạm thủy điện ta chọn biện pháp sử dụng nước thừa hợp lý Trên sở ta tìm lượng nước mà trạm thủy điện sử dụng thời đoạn cơng suất bình qn ngày đêm tương ứngN Dựa vào trị sốnày đường lũy tích phụ tải ta dễ dàng xác định vị trí làm việc trạm thủy điện biểu đồ phụ tải 4 Xác định chế độ làm việc trạm thủy điện vùng C Vùng C biểu đồ quản lý hồ chứa đặc trưng cho chế độ làm việc trạm thủy điện năm nước kiệt, phát công suất điện lượng đảm bảo Chế độ trạm thủy điện điều kiện ảnh hưởng đến việc cung cấp điện bình thường hệ thống Nhưng mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào vai trò trạm thủy điện cân Cho nên phải vào vai trò trạm thủy điện để chọn biện pháp giảm công suất cho phù hợp Nếu trạm thủy điện có cơng suất tương đối nhỏ so với cơng suất lắp máy hệ thống việc giảm cơng suất khơng gây ảnh hưởng đáng kể chế độ làm việc bình thường hệ thống Bởi sử dụng cơng suất dự trữ trạm nhiệt điện để bù vào công suất bị thiếu trạm thủy điện, mà khơng có khả bù lại hồn tồn ta phải ngừng cung cấp điện cho hộ không quan trọng, trường hợp nên hạn chế công suất trạm thủy điện theo biện pháp sau đây: Khi phát có nước thiếu, ta tiếp tục cho trạm thủy điện làm việc với Nbđ khi hết dung tích hữu ích Sau trạm thủy điện chuyển sang làm việc với lưu lượng thiên nhiên mực nước chết Nếu lưu lượng thiên nhiên nhỏ, trạm thủy điện phải giảm công suất đột ngột (đường hình 4-26) Nhưng phần cơng st bị hạn chế ( H Q ) trường hợp tương đối nhỏ Phương pháp giảm công suất đơn giảm rút ngắn đến mức thời gian làm việc khơng bình thường hệ thống Đối với trường hợp công suất trạm thủy điện tương đối lớn so với công suât lắp máy hệ thống, ta sử dụng biện pháp giảm công suất Vì theo biện pháp phần cơng suất bị hạn chế lớn công suất dự trữ trạm nhiệt điện bù lại Do phải t N (kw) 1 2 bâ N (97)ngừng cung cấp điện hộ không quan trọng mà hộ quan trọng Cho nên trạm có cơng st tương đối lớn, vấn đề đặt phải giảm phần công suất bị hạn chế đến mức nhỏ Muốn đạt mục đích đó, ta phải dùng biện pháp kéo dài thời gian làm việc khơng bình thường hệ thống, có nghĩa giảm dần cơng suất bình qn trạm thủy điện từ trước sử dụng dung tích hữu ích (đường hình 4-26) Hồ trường hợp giảm từ từ tăng điện lượng trạm thủy điện Dựa vào biện pháp giảm cơng suất chọn, ta tìm lượng nước từ suy Ncủa trạm thủy điện ứng với thời đoạn Vị trí làm việc trạm thủy điện năm kiệt phần đỉnh biểu đồ phụ tải Vị trí làm việc có hai ưu điểm sau: a- Tăng khả tham gia trạm thủy điện vào việc phủ tải lớn cho hệ thống (98)CHƯƠNG V QUY HOẠCH VÀ KHAI THÁC THỦY NĂNG §5-1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TÁC QUY HOẠCH VÀ KHAI THÁC THỦY NĂNG I Ý nghĩa, mục đích nhiệm vụ công tác quy hoạch khai thác thủy năng. Nước cần cho sống ngày người ngành kinh tế quốc dân để trì phát triển sản suất phục vụ đời sống nhân dân Để khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên nước cần có phân tích, nghiên cứu kỹ khả điều kiện thiên nhiên nguồn nước: nguồn nước nhiều hay ít, phân bố nó, điều kiện khai thác biện pháp khai thác, nghĩa phải tiến hành nghiên cứu lập quy hoạch khai thác nguồn tài nguyên nước hay nói cách khác phải quy hoạch thủy lợi Quy hoạch thủy lợi phải nghiên cứu xây dựng sở: - Kế hoạch phát triển ngành kinh tế quốc dân có liên quan đến vấn đề dùng nước - Đặc điểm khả nguồn tài nguyên nước Quy hoạch thủy lợi quy hoạch tổng hợp mặt có liên quan nước trị thủy, tưới, cung cấp nước công nghiệp dân sinh, giao thông vận tải thủy, nuôi cá, phát điện… Trong quy hoạch thủy lợi, vấn đề thủy lợi nghiên cứu kỹ lưỡng nguyên tắc cân thủy lợi, tức cân khả đáp ứng nguồn nước với nhu cầu nhiều mặt ngành toàn lưu vực cần thiết cân thủy lợi lưu vực lân cận có liên quan nguyên tắc điều hòa quyền lợi vùng ngành kinh tế quốc dân để lợi dụng tổng hợp nguồn nước cách tương đối triệt để hợp lý Việc cân thủy lợi thường phải tiến hành hai, ba vòng tùy tình hình cụ thể đơn giản hay phức tạp Thông thường, muốn lập quy hoạch thủy lợi tổng hợp phải tiến hành quy hoạch mặt cân thủy lợi tổng hợp, phát sinh mâu thuẫn chưa giải lại phải điều chỉnh quy hoạch mặt lại cân thủy lợi lần Khi làm quy hoạch mặt, lưu ý đến yêu cầu ngành liên quan cân thủy lợi quy hoạch tổng hợp mâu thuẫn nhiêu Quy hoạch khai thác thủy mặt quy hoạch thủy lợi, nhằm lập phương án sử dụng nguồn lượng nước để phát điện Hay nói khác đi, quy hoạch khai thác thủy quy hoạch phát triển thủy điện quy hoạch thủy lợi nói chung (99)trong việc chống lũ giao thông thủy qua âu tàu, v.v thường phát huy hiệu ích cơng trình hồn thành 2 Các đoạn sơng phần thượng nguồn phần lớn thích hợp với yêu cầu phát triển thủy điện, ngành khác hưởng lợi, phần lớn nhờ khả điều tiết nước mùa kiệt cơng trình đó, làm giảm nhẹ nhiệm vụ điều tiết căng thẳng cơng trình hồ chứa phía Vì ta thấy quy hoạch dịng sơng, số lượng cơng trình thủy điện thường nhiều cơng trình lợi dụng tổng hợp có ngồi cơng trình thủy điện riêng biệt 3 Nếu thủy điện phát triển, trạm thủy điện có hồ điều tiết dài hạn nhánh sông thành hệ thống bậc thang cơng trình sơng u cầu ngành khác (như giảm lưu lượng lũ để chống lụt, tăng lưu lượng mùa kiệt để cung cấp nước cho công nơng nghiệp, giao thơng vận tải thủy ) thỏa mãn hoàn toàn phần lớn Do thủy điện có vị trí quan trọng quy hoạch khai thác sử dụng tài nguyên nước, nên việc quy hoạch khai thác thủy sông suối để phát triển thủy điện phải coi trọng mức Khi làm quy hoạch khai thác thủy phải tính đến khả nguồn nước, điều kiện thiên nhiên khả khai thác, lựa chọn sơ đồ khai thác thủy có lợi nhất, đồng thời phải đảm bảo giải yêu cầu nước ngành khác Mục đích việc quy hoạch khai thác thủy chọn sơ đồ khai thác hợp lý cho sơng, lưu vực tồn vùng Trên sở phân tích yêu cầu phát triển kinh tế khả cơng trình dự kiến điều kiện xây dựng mà nghiên cứu đề xuất kế hoạch dài hạn bước để xây dựng cơng trình quy hoạch II Nội dung quy hoạch khai thác thủy năng. Nội dung quy hoạch khai thác thủy tóm tắt sau: - Trên sở tài liệu địa hình, địa chất vùng rộng phần qua quan sát thực địa tính trữ lý thuyết lưu vực toàn miền để đánh giá mật độ phân bố trữ - Xem xét vị trí xây dựng cơng trình thủy điện, từ tính tốn trữ kỹ thuật để có khái niệm rõ ràng khả mức độ khai thác thủy với điều kiện thiên nhiên cho phép - Trên sở trữ kỹ thuật, xét vị trí cơng trình xây dựng cách kinh tế, lại cân đối phù hợp với ngành dùng nước khác, để có kết luận trữ kinh tế làm sở cho việc lập kế hoạch, khai thác bước nguồn thủy kiến nghị cơng trình xây dựng đợt đầu - Việc tính trữ lý thuyết tiến hành sở hai tài liệu là: a Bản đồ tỉ lệ 1:100.000 để xác định diện tích lưu vực, chiều dài độ dốc lịng sơng (100)Khi tính trữ lý thuyết, chưa đề cập đến tính thực việc khai thác mà đánh giá khả tự nhiên nguồn nước, công tác khảo sát thực địa chưa cần nhiều, chí dựa hồn tồn tài liệu sẵn có để tính tốn Tínhtrữ kỹ thuật sơng lưu vực xét vị trí tập trung lượng để khai thác với mức độ tối đa mà mặt kỹ thuật cho phép, nghĩa tính trữ với điều kiện khai thác tương đối thực chưa ý đến tiêu kinh tế cho việc xây dựng công trình Vấn đề nói rõ phần tính trữ kinh tế Khi tính tốn trữ kỹ thuật, cần xem xét tình hình cụ thể vị trí dự kiến đợt khảo sát tổng hợp để tránh lầm lẫn tài liệu xác gây Cịn tính trữ kinh tế cần phải phác tính khối lượng cơng trình ước tính tiêu kinh tế, hiệu ích cơng trình (dù tính theo tiêu mở rộng hay lấy tương tự ) để làm rõ khả khai thác có lợi vị trí dự kiến Trong q trình xem xét tính tốn trữ kỹ thuật tính trữ kinh tế thường đề cập đến phần lợi ích việc khai thác nguồn nước phục vụ cho nhiều ngành kinh tế quốc dân, chủ yếu xuất phát từ yêu cầu khai thác tối đa nguồn lượng nước Giai đoạn quy hoạch khai thác thủy giai đoạn có ý nghĩa định quy hoạch phải định sơ đồ khai thác thủy sở phân tích, tính tốn nhiều phương án so sánh lựa chọn cho vừa tận dụng khả phát điện nguồn nước lại vừa đảm bảo thỏa đáng nhu cầu ngành tham gia lợi dụng tổng hợp quy hoạch III Quan hệ quy hoạch khai thác thủy quy hoạch thủy lợi nói chung. Như nói, quy hoạch khai thác thủy mặt quy hoạch thủy lợi, trình dự kiến sơ đồ khai thác thủy thiết phải đề cập đến yêu cầu ngành kinh tế khác thơng qua tính tốn cân thủy lợi để đạt hiệu ích tổng hợp cao Nếu sơ đồ khai thác thủy dịng sơng lưu vực có nhiều cơng trình hồ chứa với lực điều tiết lớn lợi ích phát điện thường khơng mâu thuẫn mâu thuẫn với lợi ích ngành khác Một có nhiều cơng trình hồ chứa lớn, khả cắt lũ nhiều làm cho nhiệm vụ chống lũ bớt căng thẳng Khả điều tiết hồ chứa lớn tăng lưu lượng điều tiết mùa kiệt để thỏa mãn nhu cầu tưới, cung cấp nước, giao thông vận tải Ngược lại, khả điều tiết hồ chứa trạm thủy điện nhỏ chế độ làm việc trạm thủy điện phụ thuộc vào chế độ cấp nước bảo đảm cho ngành khác Chẳng hạn để tăng khả phát điện, nhằm giảm công suất lắp máy trạm nhiệt điện nên cho trạm thủy điện làm việc với cơng suất bình qn mùa kiệt tương đối điều hòa Nhưng yêu cầu cấp nước nhiều vào tháng 1, tháng nên tháng khác mùa kiệt lưu lựong phát điện phải hạn chế (101)§5-2 CƠNG TÁC ĐIỀU TRA, KHẢO SÁT Để tiến hành cơng tác quy hoạch, trước hết phải chuẩn bị tài liệu tài liệu địa hình, địa chất, khí tượng, thủy văn, dân sinh kinh tế, v.v… Công tác tài liệu tiến hành theo nguyên tắc thu thập, phân tích, đánh giá chỉnh lý tài liệu sẵn có ngồi ngành nhằm tận dụng nguồn liệu có Những vấn đề cịn thiếu, chưa rõ, tiến hành điều tra khảo sát để bổ sung cho hoàn chỉnh Yêu cầu tài liệu giai đoạn quy hoạch sau: I Tài liệu địa hình Các tài liệu địa hình phục vụ cho việc phân chia sông đoạn, bậc để khai thác, xác định vùng tuyến cơng trình, xác định khối lượng cơng trình xác định diện ngập lụt Các tài liệu địa hình phải xuất phát từ hệ thống nhà nước Tài liệu địa hình dùng quy hoạch khai thác thủy quy hoạch thủy lợi nói chung thường có tỷ lệ sau: Bình đồ khu tuyến xây dựng cơng trình có tỷ lệ 1:10.000 cơng trình lớn, 1:2000 ÷ 1:5000 cơng trình loại vừa 1:1000 ÷ 1:2000 cơng trình nhỏ Bình đồ lịng hồ (vùng ngập lụt hồ) thường đo với tỷ lệ 1:10.000 ÷ 1:25000 Mặt cắt lịng sơng với tỷ lệ ngang: 1:100.000, cao 1:100 đến 1: 200 cho sông lớn vừa, cịn sơng nhỏ suối tỷ lệ ngang: 1: 25.000, cao 1: 100 ÷ 1:200 II Tài liệu địa chất tài liệu thủy văn Cần thu thập tài liệu đặc điểm địa chất vùng quy hoạch, dự kiến đoạn bố trí cơng trình, thực địa nghiên cứu xác định đoạn thung lũng sông dự kiến phát đoạn tuyến khác có Các tài liệu trắc hội địa chất đoạn sông để xác định điều kiện địa chất cơng trình cho vùng tuyến vùng hồ Trong trường hợp công tác trắc hội làm rõ điềukiện phải tiến hành khoan thăm dị làm số thí nghiệm cần thiết địa chất cơng trình địa chất thủy văn, Ở tuyến dự kiến xây dựng cơng trình quy mơ lớn phức tạp nhiều giai đoạn quy hoạch phải khoan vài ba tuyến cơng trình cho cơng trình cơng trình phụ Tài liệu địa chất thu thập chỉnh lý thăm dò, khảo sát bổ sung xác minh, phải làm rõ tình hình cấu tạo địa chất, cấu tạo thạch học tầng phủ lịng sơng, vai đập, tính chất nứt nẻ độ thấm đất đá móng vai đập…Đối với cơng trình dự kiến xây dựng đợt đầu quy hoạch , công tác khảo sát địa chất phải đánh giá cường độ chịu lực đất đá (102)Ngồi cơng tác khảo sát thăm dò địa chất cho giai đoạn quy hoạch phải cung cấp số liệu vè tình hình trữ lượng vật liệu xây dựng cho cơng trình nghiên cứu Kinh nghiệm thực tế cho thấy trữ lượng vật liệu xây dựng ( đất đá, sỏi, cát…) gấp 2,3 lần khối lượng yêu cầu coi đủ đáp ứng cho việc khai thác sử dụng sau III Tài liệu khí tượng thủy văn Các tài liệu khí tượng thủy văn cung cấp số liệu đặc trưng cho quy luật yếu tố khí tượng thủy văn, làm rõ chế độ thuỷ văn khí tượng để phục vụ cho tính tốn cơng trình cân thủy lợi quy hoạch Các tài liệu khí tượng phải bao gồm trị số bình quân nhiều năm, cực đại, cực tiểu yếu tố: nhiệt độ khơng khí, mưa, bốc hơi, gió,v.v… Các tài liệu thủy văn phải bao gồm yếu tố sau đây: đặc trưng dòng chảy, chế độ dòng chảy (mực nước, lưu lượng, tổng lượng dòng chảy…), đặc trưng dòng chảy rắn, chế độ nước ngầm,v.v… IV.Tài liệu dân sinh kinh tế. Các tài liệu dân sinh kinh tế phải nêu rõ trạng phương hướng phát triển kinh tế quốc dân vùng hưởng lợi cơng trình quy hoạch Phải xác định mức phát triển kinh tế làm mốc cho việc tính tốn thiết kế cơng trình, phải nêu rõ u cầu cung cấp đảm bảo nước, điện cho ngành kinh tế quốc dân theo quy mô phát triển chúng Riêng lượng, tài liệu kinh tế phải nêu yêu cầu chung điện xuất phát từ kế hoạch phát triển ngành kinh tế quốc dân, nhịp độ phát triển nhà máy nhiệt điện thủy điện Phải phân tích đánh giá tài nguyên thiên nhiên, khả triển vọng khai thác chúng, khả nguồn lao động để phục vụ cho việc xây dựng cơng trình phát triển công nông nghiệp vùng Phải phối hợp với ngành nhà nước nghiên cứu ý nghĩa tạo vùng dân cư, kinh tế liên quan đến việc thực quy hoạch khai thác thủy năng, dự kiến tình hình phát triển dân số vùng hưởng lợi Phải đánh giá tổn thất ngập lụt, đền bù ngập lụt vùng hồ
- Xem thêm -

Xem thêm: Bài Giảng Thủy Điện 1,

Hình ảnh liên quan

Bảng 1.1 Trữ lượng thủy năng trín thế giới theo B. Xlebinger - Bài Giảng Thủy Điện 1

Bảng 1.1.

Trữ lượng thủy năng trín thế giới theo B. Xlebinger Xem tại trang 1 của tài liệu.
Bảng 1.2 Trữ năng lý thuyết vă kinh tế-kỹ thuật một số lưu vực lớn ở Việt Nam - Bài Giảng Thủy Điện 1

Bảng 1.2.

Trữ năng lý thuyết vă kinh tế-kỹ thuật một số lưu vực lớn ở Việt Nam Xem tại trang 2 của tài liệu.
Bảng 1.3: Trữ năng kỹ thuật câc lưu vực lớn ở Việt Nam - Bài Giảng Thủy Điện 1

Bảng 1.3.

Trữ năng kỹ thuật câc lưu vực lớn ở Việt Nam Xem tại trang 2 của tài liệu.
Bảng 1.4 Thống kí một số TTĐ lớn ở Việt Nam - Bài Giảng Thủy Điện 1

Bảng 1.4.

Thống kí một số TTĐ lớn ở Việt Nam Xem tại trang 3 của tài liệu.
- Cột nước địa hình: Hđ h= (Z 1- Z2) - Bài Giảng Thủy Điện 1

t.

nước địa hình: Hđ h= (Z 1- Z2) Xem tại trang 4 của tài liệu.
Hình 1-4 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 1.

4 Xem tại trang 10 của tài liệu.
Hình 1-5 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 1.

5 Xem tại trang 10 của tài liệu.
Đối với sơ đồ khai thâc năy tuỳ tình hình vă yíu cầu cụ thể mă có thím câc công trình   phụ   khâc   như:   cầu   mâng,   xi   phông,   bể   âp   lực,   thâp   điều   âp,   bể   điều   tiết  ngăy.vv… - Bài Giảng Thủy Điện 1

i.

với sơ đồ khai thâc năy tuỳ tình hình vă yíu cầu cụ thể mă có thím câc công trình phụ khâc như: cầu mâng, xi phông, bể âp lực, thâp điều âp, bể điều tiết ngăy.vv… Xem tại trang 11 của tài liệu.
Hình 1-8 Câc vị trí tập trung cột nước bằng đường dẫn thuận lợi - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 1.

8 Câc vị trí tập trung cột nước bằng đường dẫn thuận lợi Xem tại trang 12 của tài liệu.
Hình 1-10 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 1.

10 Xem tại trang 14 của tài liệu.
Hình 1-11 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 1.

11 Xem tại trang 15 của tài liệu.
Hình 2-8 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 2.

8 Xem tại trang 34 của tài liệu.
Hình 2-11 Hình 2-12 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 2.

11 Hình 2-12 Xem tại trang 37 của tài liệu.
Hình 2-13 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 2.

13 Xem tại trang 38 của tài liệu.
Hình 2-15 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 2.

15 Xem tại trang 40 của tài liệu.
Hình 2-19 Hình 2-20 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 2.

19 Hình 2-20 Xem tại trang 43 của tài liệu.
Hình 3-2 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 3.

2 Xem tại trang 54 của tài liệu.
Hình 3-3 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 3.

3 Xem tại trang 54 của tài liệu.
Hình 3-5 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 3.

5 Xem tại trang 58 của tài liệu.
Cột 9: Tổn thất do ngấm, lấy theo phần trăm của dung tích hồ trong thời đoạn tính toân tuỳ theo tình hình địa chất mă quyết định. - Bài Giảng Thủy Điện 1

t.

9: Tổn thất do ngấm, lấy theo phần trăm của dung tích hồ trong thời đoạn tính toân tuỳ theo tình hình địa chất mă quyết định Xem tại trang 62 của tài liệu.
Hình 3-12 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 3.

12 Xem tại trang 69 của tài liệu.
Hình 3-11 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 3.

11 Xem tại trang 69 của tài liệu.
I. Phương phâp lập bảng. - Bài Giảng Thủy Điện 1

h.

ương phâp lập bảng Xem tại trang 77 của tài liệu.
Hình 4-6 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 4.

6 Xem tại trang 80 của tài liệu.
Hình 4-10 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 4.

10 Xem tại trang 82 của tài liệu.
Hình 4-11 Hình 4-12 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 4.

11 Hình 4-12 Xem tại trang 83 của tài liệu.
Hình 4-16 - Bài Giảng Thủy Điện 1

Hình 4.

16 Xem tại trang 92 của tài liệu.
a. biện phâp thứ nhất lă sử dụng ngay ∆Vi sau khi nó hình thănh để tăng công suất của trạm thủy điện. - Bài Giảng Thủy Điện 1

a..

biện phâp thứ nhất lă sử dụng ngay ∆Vi sau khi nó hình thănh để tăng công suất của trạm thủy điện Xem tại trang 95 của tài liệu.