Bài giảng Thủy năng - Thủy điện - Chương 4: Điều tiết nước hồ chứa thủy điện

(Chú ý: Nguyên lý tính giống như tính dung tích điều hòa trong mạng lưới cấp nước). - Độ dốc của tiếp tuyến với đường cong luỹ[r]

(1)

PGS TS Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện

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

Tél (08) 38 691 592 -098 99 66 719 PGS TS Nguyễn Thống

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

2

ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA THUỶ ĐIỆN

 Giới thiệu

 Phương pháp điều tiết

đường thẳng

3

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện GIỚI THIỆU

 Dòng chảy thiên nhiên thay đổi theo thời gian (mùa mưa, mùa khơ)

 Hồ chứa nhằm mục đích “trữ nước” vào mùa nhiều nước tăng lưu lượng vào

mùa khô so với lưu lượng tự nhiên  điều

hồ dịng chảy theo thời gian (giảm khác biệt lưu lượng mùa nhiều nước & mùa nước lấy từ hồ chứa để phục vụ

phát điện xả thừa)

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện GIỚI THIỆU

 Một cách tổng quát hồ lớn  khả điều hoà dịng chảy lớn (điều hồ ngày, tuần, tháng, năm, nhiều năm)

5

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện THÔNG SỐ HỒ CHỨA

6

MNDBT MNGC

MNC WHI

VBC

Z (m)

V (mil.m3)

F (km2)

V=g(z) F=f(z)

MNGC: mực nước cao xảy có lũ kiểm tra MNDBT: mực nước hồ cao khai thác bình thường MNC: mực nước hồ thấp khai thác bình thường Whi: dung tích hửu ích hồ chứa

(2)

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện THIẾT LẬP ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH HỒ (bản đồ tỷ lệ 1/10000  1/25000)

 Fi =f1(zi)  V=f2(z)

i i i i i

i Z

3 F F F F

V    

  

7

Zi Fi

Fi+1

Z

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA

hồ = Whi/Va (01)

hồ hệ số dung tích hồ

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

Va thể tích nước trung bình vào hồ năm

- Hồ điều tiết ngày : hồ < 12%

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

- Hồ điều tiết năm hồ : 5-6%12-14%

- Hồ điều tiết nhiều năm hồ >12-14%

8

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện

9

HỒ ĐIỀU TIẾT HOÀN TOÀN & KHƠNG HỒN TỒN

10

KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA THUỶ ĐIỆN

Wđến=Wcấp Wđến> Wcấp

Giai đoạn xã tràn Q đến

Q dùng

11

KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU TIẾT NGÀY HỒ CHỨA THUỶ ĐIỆN

W cấp nước

G/đ trữ nước

G/đ cấp nước

W trữ nước

Bài tập 1: Một hồ chứa thuỷ điện nhỏ

điều tiết ngày đêm (24h) Lưu lượng

max NM Qmax=20 m3/s Tính V hồ cần

thiết để NM chạy liên tục trường hợp sau (giả thiết thể tích nước đến hồ & thể tích nước qua NM ngày đêm nhau):

1 h/ngày-đêm 2 h/ngày-đêm

(3)

Bài tập 2: Giả thiết NM thuỷ điện có hồ chứa điều tiết ngày đêm hồn tồn Yêu cầu hệ thống NM làm việc 5h/ngày, cụ thể:

Lần 1: Từ 9h  12h Lần 2: Từ 18h  20h

Biết Qmax NM 18m3/s Giả thiết dịng chảy đến 24h.Tính dung tích hữu ích cần cócủa hồ hồ

(Chú ý: Nguyên lý tính giốngnhư tính dung tích điều hòa mạng lưới cấp nước)

13

Hướng dẫn:

14 24h T Q

9h 12h 18h 20h

Wyc 1=Qmax*3*3600 m3

Qtb=Wyc/24h

Qtb Qmax

0

Hồ trữ nước

W0

W1=W0+Qtb*9h

W2

W3

W4

Hồ cấp nước bổ sung W5=W0

W lũy tích hồ

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện LƯU LƯỢNG & LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN

THEO THỜI GIAN

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

1 10 11 12 T (mois)

Q

m

(

m

3/s

)

15 Lưu lượng

theo thời gian Q=f(t)

T (tháng)

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN

(Đường lũy tích lưu lượng)

Gọi Q(t) lưu lượng theo t, lưu lượng cộng dồn W(t) xác định bởi:

 Với t cho trước  xác định W(t)  gọi là lưu lượng cộng dồn

16 

 t

t Qdt

t W

0

) (

Trong thực hành:

• Với Qt xem số thời đoạn Δt gọi bước thời gian (đơn vịs or h)

17

t Q Qdt t

W

t

t t t

t  

 

 

0

) (

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện NHẬN XÉT

- Tại vị trí sơng có dịng chảy chiều Đường lưu lượng cộng dồn tăng nằm ngang (khi Q=0) theo t - Độ dốc tiếp tuyến với đường cong luỹ

tích lưu lượng lưu lượng dòng chảy thời điểm t tương ứng

18 )

( i

i tg

(4)

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện W(m3)

19

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

0 10 11 12

Ta có: Q5=0 ; Q6 =tg(α) α

Đường luỹ tích l/lượng W(t)

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập & 2: Tính trình bày đồ thị lưu

lượng lưu lượng công dồn W(t) chuỗi số liệu sau (lấy 1th=30ngày) Tính lưu lượng trung bình Q0 (m3/s)

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q(m3/s) 70 40 25 20 20 35 40 60 150 170 150 120

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q(m3/s) 60 40 25 35 120 170 250 400 300 200 120 80

20

[1]

[2]

Tham khảo:

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

1 10 11 12 T (mois)

Q

m

(

m

3/s

)

21

Chuỗi t/gian Q=f(t)

Lời giải (Q0=75m3/s): Lưu lượng cộng dồn:

0 500 1000 1500 2000 2500

1 10 11 12

T (mois)

W

(m

il

m

3)

Tháng 1 2 3 4 5 6 W (mil.m3) 181 285 350 402 454 544

22

Tháng 7 8 9 10 11 12 W (mil.m3) 648 804 1192 1633 2022 2333

Lời giải 2: Chuỗi thời gian Qm

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

1 10 11 12 T (mois)

Q

m

(

m

3/s

)

23

• Solution (Q0=150m3/s): Lưu lượng cộng dồn

Tháng 1 2 3 4 5 6

W (mil.m3) 156 259 324 415 726 1166

Mois 7 8 9 10 11 12

W (mil.m3) 1814 2851 3629 4147 4458 4666

24

0 1000 2000 3000 4000 5000

1 10 11 12

T (mois)

W

(m

il

m

(5)

Bài tập 3: Tính vẽ đồ thị lưu lượng công dồn W:

Tháng 1 2 3 4 5 6 Q(m3/s) 30 40 70 90 0 120

Tháng 7 8 9 10 11 12 Q(m3/s) 130 200 255 150 100 15

25

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện • Solution:

Tháng 1 2 3 4 5 6 W (mil.m3) 78 181 363 596 596 907

Tháng 7 8 9 10 11 12

W (mil.m3) 1244 1763 2424 2812 3072 3110 26

Bài tập 4: Lưu lượng cộng dồn W theo tháng chuỗi dòng chảy 12 tháng sau Trình bày số liệu lên đồ thị tính giá trị lưu lượng tháng thứ 2, 5, 12 Lấy 30ngày/tháng

Tháng 1 2 3 4 5 6

W(tri.m3) 155.52 220.32 272.16 311.04 336.96 375.84

Tháng 7 8 9 10 11 12

W(tri.m3) 458.78 601.34 860.54 1171.58 1689.98 2052.86

27

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện

28

LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN TRONG TỌA ĐỘ XIÊN

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện GIẢI THÍCH BẰNG ĐỒ THỊ

29 T

W T*

Lưu lượng cộng dồn W=f(t)

(Q0t) 

Lũy tích giá trị TB

0

30 T

W T*

W=f(t) (Q0t)

0 W*

(6)

31 T* Cơng thức tính W trong toạ độ xiên:

W=(Q-Q0)t

0 W*

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN TRONG

TOẠ ĐỘ XIÊN

Cho chuỗi dịng chảy Q(m3/s) có lưu lượng trung bình Q0 Lưu lượng cộng dồn W(t) trong toạ độ xiên định nghĩa bởi:

32 t Q t Q dt

Q Q t

W

t

t t t

t

0 0( 0) )

(     

 

Tổng thể tích nước vào hồ từ t=0 t

Dạng tổng quát W(t):

33 -800

-600 -400 -200 200 400

0 10 11 12

α

W(m3)

t(s)

Q<Q0 Q>Q0

Q=Q0

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện NHẬN XÉT

 W(t) tăng giảm theo t

 W(t) tăng Qt>Q0 ngược lại

 W(t) có chu kỳ cho chuỗi dòng chảy nghiên cứu  Giá trị W đầu cuối chu kỳ nhau

 Lưu lượng dòng chảy thời điểm t:

 tg(α) >= - Q0 (vì Qt>=0)

34

) (

0 tg 

Q

Qt  

Bài tập & 2: Tính vẽ đường lưu lượng cộng dồn toạ độ xiên (30ngày/tháng)

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q

(m3/s) 70 40 25 20 20 35 40 60 150 170 150 120

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q

(m3/s) 60 40 25 35 120 170 250 400 300 200 120 80 35

Lời giải 1: Q0=75m3/s

tháng 1 2 3 4 5 6

W(mil.m3) -13.0 -103.7 -233.3 -375.8 -518.4 -622.1

tháng 7 8 9 10 11 12

W(mil.m3) -712.8 -751.7 -557.3 -311.0 -116.6 0.0

36

-1000 -800 -600 -400 -200

0 10 11 12

T (mois)

W

(m

il

m

(7)

• Solution 2: Q0=150m3/s

-2000 -1500 -1000 -500 500

0 10 11 12

T (mois)

W

(

m

il

m

3)

Tháng 1 2 3 4 5 6

W(mil.m3) -233 -518 -842 -1140 -1218 -1166

37 Tháng 7 8 9 10 11 12

W(mil.m3) -907 -259 130 259 181 0

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 3: Số liệu W(t) dòng chảy toạ độ xiên

như sau Biết lưu lượng trung bình dịng chảy 80m3/s (1 tháng có 30ngày) Vẽ W(t) lên đồ thị Xác định lưu lượng tháng 2, 5, 10

Tháng 1 2 3 4 5 6

W(tr.m3) -15.0 -110.7 -245.3 -380 -520 -620

38

Tháng 7 8 9 10 11 12

W(tr.m3) -700 -780 -540 -310 -110 0.0

ĐƯỜNG LUỸ TÍCH LƯU LƯỢNG & ĐƯỜNG BỔ

TRỢ TRONG TOẠ ĐỘ XIÊN

39

Đường bổ trợ của W=f(t)

W(mil m3)

T(mois) 0

B

A

T0

Lưu lượng cộng dồn trong TĐX W=f(t)

Z

Whi C

D

t

Dung tích nước có trong hồ lúc t

Biểu thị hồ MNC

Biểu thị hồ MNDBT

CHÚ Ý

Xét “hành lang” giới hạn đường lũy tích lưu lượng đường bổ trợ

 Xét điểm M hành lang, KHOẢNG

CÁCH THẲNG ĐỨNG từ điểm xét đến đường LŨY

TÍCH biểu thị DUNG TÍCH NƯỚC CÓ hồ thời điểm t tương ứng

 Điểm nằm đường lũy tích  HỒ CẠN: MNC

 Điểm nằm đường bổ trợ  HỒ ĐẦY: MNDBT

40

Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 4: Xét tọa độ xiên Các số liệu:

A=50tr.m3; B=150tr.m3; C=-10tr.m3; D=50tr.m3 Lưu

lượng TB chuỗi Q0=15m3/s Tính lưu lượng TB

tháng Qi với i=1,12 (lấy 30ngày/tháng)

41 W(tr m3)

T(th) 0

B

A

Luỹ tích lưu lượng TĐX W=f(t)

Z

C D

tA=1th tB=2th tC=7th

tD=8th

tZ=12th

Lưu lượng hằng số từ tháng 

Bài tập 5: Lấy số liệu tập Vẽ đường bổ trợ với dung tích hửu ích Whi=80 tr m3

Tính giá trị lưu lượng tia điều tiết O1AB1CD1Z