Bài giảng Thủy năng - Thủy điện - Chương 2: Tài nguyên nước và quy hoạch khai thác

Tính lưu lượng trung bình Q 0 dòng chảy và thể tích nước đến hồ trong 1 năm.[r]

(1)

1/12/2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT & QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

PGS TS.NGUYỄN THỐNG

Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/ index/

Tél (08) 38 691 592- 098 99 66 719

PGS TS Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác

2 Chương : Tổng quan

Chương : Tài nguyên nước quy hoạch khai thác

Chương : Các phương pháp khai thác lượng nước

Chương : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện Chương : Đập dâng & cơng trình tháo lũ.

Chương : Cơng trình lấy nước dẫn nước Chương : Tháp (giếng) điều áp

Chương : Đường ống áp lực & tượng nước va

Chương : Nhà máy Thuỷ điện

3 TÀI NGUYÊN NƯỚC & KHAI THÁC

NĂNG LƯỢNG

1. TÀI NGUYÊN NƯỚC - Địa hình

- Thuỷ văn

2 HẠNG MỤC CƠNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN

- Mơ tả tổng quát - Tính chất - Năng lượng

4

LƯU VỰC

(km2) (tỷ lệ 1/50000)

GIỚI HẠN MỘT LƯU VỰC

Đường dốc nhất Nối đỉnh

S

s1

Tiểu lưu vực TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

I. ĐỊA HÌNH

Ranh giới lưu vực đến v/trí S

5 LƯU VỰC: Diện tích thu nước rơi đến vị trí

thoát nước S

- Giới hạn đường nối đỉnh địa hình, đường có độ dốc lớn vị trí nối điểm nước

- Diện tích Sb gia tăng vị trí S di chuyển hạ lưu

- Sbđược xác định từ đồ có tỷ lệ 1/50000 

1/200000 - Đơn vị sử dụng km2 :

 Lưu vực bé : Sb<10-50 km2

 Lưu vực trung bình : 10-50km2 <S

b<800-1000 km2

 Lưu vực lớn : Sb>1000 km2

6 TRẮC DỌC DÒNG CHẢY : Đường trung vị C

mặt thoáng tự với lưu lượng Q cho

Z

S 0

m

S z

M(s,z) C

C s

Độ dốc i=dz/dS (m/km) (0.1  50)

(2)

7 THUỶ VĂN

Nghiên cứu nước thiên nhiên các yếu tố: cường độ, phân bố, chu kỳ (trên mặt đất đất)

 Cường độ mưa (mm/h, l/s/ha)

Thấm vào đất

 Bốc

8

 Lưu lượng Q: thể tích nước ngang

qua một diện tích ướt đơn vị thời

gian (s)

 Lưu lượng trung bình ngày: Thể tích nước 24h / 86400.

 Lưu lượng trung bình tháng: Thể tích nước tháng/Thời gian tháng

 Module dòng chảy qm(l/s/km2)

qm=Q0/Sb (Q0: lưu lượng trung bình năm

lưu vực, Sb diện tích lưu vực)

9

Ví dụ vùng Vu Gia-Thu Bồn : qm = 40  90

l/s/km2)

 Xét lưu vực 200km2, lưu vực có

qm=60l/s/km2  Lưu lượng Q0 của khu

vực là:

Q0 =200*60/1000 = 12m3/s

(Q0 lưu lượng trung bình năm)

10 CHUỖI DÒNG CHẢY THEO THỜI GIAN

•Nếu xét Q lưu lượng dịng sơng  ý nghĩa vật lý  Q >=0 (ngoại trừ trường hợp dịng chảy có ảnh hưởng thủy triều)

Qm (m3/s)

T(th) 0

Qi (m3/s)

Ti

Q(t)

11 CHUỖI LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN W(t)

T(th) W (m3)

0

tan(α)=ΔW/ ΔT=Qi

Ti

Chú ý: Đường luôn tăng nằm ngang Qi>=0



  



i i t

0

t Q dt ) t ( Q ) t ( W

12

• DÒNG CHẢY LŨ Qmax-p=0.1% Q (m

3/s)

0

p=0.1% (tần suất xuất hiện)

p=0.2% Qmax-p=0.2%

ĐẶC TRƯNG:

- Lưu lượng đỉnh lũ

- Tổng thể tích trận lũ

- Dạng đường dòng chảy lũ

- Thời gian kéo dài trận lũ

T (h) p=5%

(3)

13 LƯU LƯỢNG CHẤT RẮN

(khối lớn, sỏi, sạn, cát, bụi min…)

 Vận chuyển đáy

 Vận chuyển lơ lửng

Nguyên nhân gây cạn hồ chứa  giảm thể tích hửu ích !

 Tác động xấu đến tuổi thọ tuabin !

 Nghiên cứu lý thuyết khó có nhiều yếu tố khó xác định can thiệp vào tượng 

nghiên cứu thực nghiệm

14

ẢNH HƯỞNG MNDBT

Thể tích bùn cát lắng đọng

ĐẬP

ĐÁY HỒ

Bùn cát lắng đọng sau N năm

Màng chống thấm

Hạ lưu Hồ chứa

Thượng lưu

Vết nứt

15

“Lưỡi” bùn cát

16

HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH CHÍNH DỰ ÁN THUỶ ĐIỆN

Tổng quát gồm hạng mục theo trình tự qua nước:

 Đập dâng, CTTL… (tuyến áp lực);

 Cơng trình lấy nước;

 Cơng trình dẫn nước (tuyến lượng);

 Nhà máy TĐ  Trạm biến

17

THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

(Lưới chắn rác)

(4)

19 (Trạm tăng áp)

20

21 Kênh dẫn

NMáy Cửa lấy

nước

Bể áp lực

Đường ống áp lực

Đập

Kênh hạ lưu

MẶT BẰNG

Hồ

A

F

F A

Mặt chuẩn

TRẮC DỌC

B

S S

22 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN

CÔNG SUẤT SẢN XUẤT PHỤ THUỘC VÀO CỘT NƯỚC H VÀ LƯU LƯỢNG Q CHẢY QUA

TUABIN Cột nước tổng : Ht =ZA-ZF

Công suất thiên nhiên: Pt =gQ(HA-HF)

Với HA=ZA+pA/γ + V2A/2g (ZA>>pA/γ + V2A/2g)

 Pt = gQ(ZA-ZF) = gQHt watt

Nếu Pt kW, Q m3/s Ht m:

Pt = 9.81QHt kW

23

CỘT NƯỚC HỬU ÍCH Hhi

Đó cột nước địa hình trừ tất

các tổn thất lượng dòng chảy

(đường dài cục bộ) di chuyển từ:  cửa lấy nước

 qua đường dẫn

 đường ống áp lực đến trước tuabin

24

F

TRẮC DỌC

CỘT NƯỚC HỬU ÍCH Hhi



 



 t duongdai cucbo

hi H dh dh

H

dhduongdai

dhcucbo

 Tổng tổn thất đường dài: hầm, áp lực

Tổng tổn thất cục bộ: chắn rác, tiết diện đổi đ/ngột, đổi phương d/chảy

(5)

25 CÔNG SUẤT CĨ ÍCH TẠI MÁY PHÁT

 Pe = tPt = tgQHt (Watt)

Với t hiệu suất tổng NM, phụ thuộc vào:

- Mất dòng chảy từ hồ đến NM (58%)

- Mất tuabin (515%) - Mất máy phát (13%)

t dao động khoảng 76%88%

Với t trung bình 82%, ta có:

Pe = 8QHt (kW)

26 CHÚ Ý

CƠNG SUẤT CĨ ÍCH THIÊN NHIÊN TRƯỚC TUA BIN

P1 = gQHhi (watt)

CƠNG SUẤT CĨ ÍCH SAU MÁY PHÁT Trong trường hợp tính theo Hhi:

Pe = tuabin mayphat *P1

= tuabin mayphat gQHhi (watt)

27 MẤT NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG DÀI

• Manning (kênh):

• Hazen-Williams (hầm):

Với : hệ số đường dài, L: chiều dài, D (b/k thủy lực kênh),d: đường kính, V: vận tốc trung bình, Q: lưu lượng, CHW tham số, dh1:

) m ( g 2 V . D L dh

2 1

85 ,

HW 87

C Q d

L 68 , 10

dh 

     

28 Bài tập Dự án thuỷ điện có thơng số

sau:

- Cột nước địa hình (tổng): Ht =300 m - Lưu lượng qua tua bin: Q=50 m3/s a Xác định công suất thiên nhiên (MW) b Giả sử hiệu suất tổng NM t=0.80 Tính

công suất phát từ NM (MW)

29

Bài tập 2. Lấy lại số liệu NM có đường

hầm đường kính 4m, dài 5km Đường ống áp lực đường kính 3m dài 500m

a Xác định tổn thất lượng đường hầm đường ống áp lực theo Manning với 1=10-2 cho đường hầm với

2=0.8*10-2 cho đường ống áp lực

b.Tính cột nước hiệu ích cơng suất hửu

ích (MW) cuối đường ống tương ứng

30

Bài tập 3 Lấy số liệu với đường dẫn

nước kênh hình thang dài 5km có độ dốc i=0.001 (giả thiết chảy đều) Đường ống áp lực d=3m dài 500m

a Tính đường ống áp lực tính theo Hazen-Williams với CHW=130 b Tính cột nước hiệu ích

c Công suất phát từ NM, cho biết hiệu

(6)

31

CÔNG SUẤT LẮP MÁY PI

 Công suất lắp đặt nhà máy thủy điện (Powerhouse)

32

Công suất lắp máy:

 Pi = gQmaxHtt (W)

Qmax: lưu lượng lớn qua NM

Htt : cột nước tính toán

Htt xác định hàm cột

nước hiệu ích chuỗi điều tiết (xem sau)

: tích hiệu suất tuabin & máy phát

33

Giá trị tham khảo :

= tuabin mayphat

tuabin = 0.85  0.94 mayphat = 0.95  0.98

34 CỘT NƯỚC TÍNH TỐN KINH NGHIỆM (1)

(2)

CHÚ Ý:

• Hhi_min < Htt < Hhi_max

• (2) dùng dao động mực nước hồ bé N

H H

voi N

hi tb





tb tt 92.5%H

H 

[ 1 , 0 ] voi

) H H

( H

Htt hi_min hi_max hi_min 



 

 



 

i i t

hi H dh

H

35 Note:

- Htt < Hhi_max = MNDBT – MNHL – dhmax (hồ chứa đầy, MNDBT, Qmax tổn thất

max  Hhi_max)

- Htt> Hhi_min = MNC - MNHL – dhmax

(mực nước hồ nhỏ nhất, MNC, Qmax năng max  Hhi_min)

 TRONG THỰC TẾ SẢN XUẤT  Htt XÁC

ĐỊNH TỪ BÀI TOÁN KINH TẾ

36 NĂNG LƯỢNG CỘNG DỒN E Theo định nghĩa:

E =P(watt).t(s) (joule=watt-seconde) Với E= P.t /1000/3600 (kWh)

Công suất thiên nhiên: Pt=9.81QHt (kW)

Giả thiết Ht không đổi khoảng thời gian T(s) Năng lượng E khoảng t/gian T(s) là:

u t T

t T

tdt H Qdt HV

P kj

E( ) 9.81 9.81

0

0  

(7)

37 Vu thể tích nước vào hồ từ (s)  T (s) Tính E theo kWh:

Giả thiết hiệu suất tổng NM t=0.74 ta có:

Ý nghĩa: Với Vu=1m3 nước chứa cao độ

Ht=500m so với mặt chuẩn phát

lượng E=1 kWh

367 V H 3600

V H 81 . 9 ) kWh (

E  t u t u

500 V H 367

V H ) kWh (

E  t u  t u

38

Bài tập 4 Một dự án thuỷ điện có tham số:

- Lưu vực : S =400km2

- Module dòng chảy : qm =60 l/s/km2

- Cột nước tổng : Ht = 500m

a. Tính lưu lượng trung bình Q0 dịng chảy thể tích nước đến hồ năm

b Tính gần lượng tích trử năm (Etb, tr.kWh), giả thiết hiệu suất tổng NM là 0.74

39

SỐ GIỜ CHẠY CÔNG SUẤT LẮP MÁY (T)

T=Eanuelle/Pi (h)

Eanuelle: lượng trung bình hàng năm

Pi: cơng suất lắp MN

NM trung bình & lớn : (3500h4200h) NM nhỏ : ( 5000h(?) > T >4000h)

Nhận xét:

T > 6000h  Có thể lắp thêm công suất  mở rộng NM

T < 3000h  NM có cơng suất lắp “thừa !!!”

40

KHẢ NĂNG ĐIỀU TIẾT CỦA HỒ

 = Whi/Va (01)

Whi dung tích hữu ích hồ (niv Min  niv Max)

Va thể tích nước đến hồ TB năm

- Hồ điều tiết ngày :  < 12%

- Hồ điều tiết tuần, tháng:  : 1-2%5-6%

- Hồ điều tiết năm  : 5-6%12-14%

- Hồ điều tiết nhiều năm  >12-14%

41 THỜI GIAN LÀM ĐẦY HỒ (TÍCH NƯỚC)

Tr =Vu/Qa (h)

Vu dung tích hữu ích (m3) Qa lưu lượng TB (m3/h)

1 Tr < h : NM máy chạy theo lưu lượng thiên nhiên

2 2h<Tr<400h : NM với cống điều tiết (điều

tiết ngày, tuần)

3 Tr > 400 h : NM với hồ (điều tiết tháng, năm, nhiều năm)

42 Bài tập Dự án TĐ có tham số sau: - Lưu lượng TB : Q0 = 90m3/s - Cột nước tính tốn : Htt = 120m

a. Giả thiết hiệu suất tổng =0,74, tính gần đúng lượng TB năm lấy Ht=Htt

b. Giả thiết số chạy công suất lắp máy 4200h, tính cơng suất lắp máy Pi(MW)

c Giả thiết hiệu suất tuabin & máy phát t=0.80, tính lưu lượng max Qmax(m3/s) d Cho biết dung tích hữu ích hồ 350 tr.m3

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	421,13 KB