Giáo trình Nhà máy thủy điện (Nghề Vận hành thuỷ điện)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƢỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH NỘI BỘ MƠN: NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NGHỀ : VẬN HÀNH THỦY ĐIỆN (Áp dụng cho trình độ Trung cấp) LƢU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2019 LỜI GIỚI THIỆU Nhà máy thủy điện môn học chuyên môn biên soạn dựa chương trình khung chương trình dạy nghề Bộ Lao động - Thương binh Xã hội Tổng cục Dạy nghề ban hành dành cho hệ Cao Đẳng Trung Cấp Nghề Vận hành nhà máy thủy điện Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu nhất, có ví dụ tập áp dụng để làm sáng tỏ lý thuyết Khi biên soạn, tác giả dựa kinh nghiệm giảng dậy, tham khảo đồng nghiệp tham khảo nhiều giáo trình có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung môn học gồm có chương: Chƣơng 1: Khái quát thuỷ nguyên lý khai thác Chƣơng 2: Các công trình thiết bị nhà máy thuỷ điện Chƣơng 3: Các loại nhà máy thuỷ điện Chƣơng 4: Các thông số nhà máy thuỷ điện Trong q trình biên soạn có nhiều cố gắng song khó tránh khỏi sai sót, nhầm lẫn khiếm khuyết Tôi mong nhận góp ý Quý đồng nghiệp bạn Học sinh - Sinh viên toàn Trường để giáo trình ngày hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp, cảm ơn Khoa Điện-Điện tử, Trường Cao đẳng Lào Cai tạo điều kiện giúp đỡ cho tơi hồn thành giáo trình Lào Cai, ngày tháng năm 2019 Ngƣời biên soạn GV Ngô Đức Hiếu MỤC LỤC Nội dung TRANG Chƣơng 1: Khái quát thuỷ nguyên lý khai thác Năng lượng dòng nước khả sử dụng Vấn đề sử dụng tổng hợp lợi ích hồ chứa 15 Chƣơng 2: Các cơng trình thiết bị nhà máy thuỷ điện 16 Cơng trình dẫn nước 16 Thiết bị biến đổi lượng 25 3.Trạm phân phối điện 35 Hệ thống thiết bị phụ 38 Chƣơng 3: Các loại nhà máy thuỷ điện 44 Nhà máy thuỷ điện kiểu đập 44 Nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn 45 Nhà máy thuỷ điện kiểu hỗn hợp 45 Một vài nhà máy thuỷ điện dạng khác 46 So sánh ưu, nhược điểm nhà máy thuỷ điện với nhà máy 49 điện khác Chƣơng 4: Các thông số nhà máy thuỷ điện 51 Các thông số bản, trình tự xác định 51 Xác định nhiệm vụ cung cấp nước chọn mức nước tính tốn 55 Chọn năm tính tốn nước dự trữ 56 Cách xác định thơng số nhà máy thuỷ điện 57 Tài liệu tham khảo 66 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN MỤC TIÊU MƠ ĐUN: * Kiến thức - Trình bày nguyên lý chung, dạng nhà máy Thuỷ điện; cơng trình nhà máy Thuỷ điện, nguyên tác xác định trữ lượng thuỷ lợi ích tổng hợp nguồn nước * Kỹ - Phân biệt cơng trình nhà máy Thuỷ điện; hiểu tầm quan nhà máy Thuỷ điện hệ thống điện Quốc gia; - Chỉ đặc tính, thơng số, tiêu kỹ thuật hệ thống, phận nhà máy thuỷ điện * Năng lực tự chủ trách nhiệm - Vận dụng kiến thức học vào việc vận hành an tồn nhà máy - Có thái độ nghiêm túc học tập NỘI DUNG: CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ THỦY NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ KHÁI THÁC Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Nhận biết loại máy điện; - Vận dụng định luật dùng để nghiên cứu máy điện; - Phân biệt loại vật liệu dùng máy điện; - Giải thích q trình phát nóng làm mát máy điện - Tích cực chủ động học tập Nội dung: Năng lƣợng dòng nƣớc khả sử dụng: 1.1 Thuỷ 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 nhiều khó khăn, chưa khai thác Cơ nước thiên nhiên thể mưa rơi, dịng 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 sơng, 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, 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 lƣợng thủy giới theo B Xlebinger Diện tích Trữ lượng Mật độ công (103 Km2) (106 Kw) suất Châu Âu 11.609 200 17,3 (Kw/Km2) Châu Á 41.839 2.309 55,0 Châu Phi 30.292 1.155 38,2 Bắc Mỹ 24.244 717 29,5 Nam Mỹ 17.798 1.110 62,5 Châu Ũc Châu Đ 8.557 119 13,9 Đại Dương Tổng cộng toàn trái 134.339 5.610 41,7 đất Vùng Theo số tài liệu nghiên cứu, nước ta có 1000 sơng suối (chiều dài > 10Km) với trữ tiềm tàng khoảng 260 - 280 tỷ Kwh Trong lưu vực sơng Đà, Lơ - Gâm sơng Đồng Nai có nguồn lượng lớn Đánh giá trữ lý thuyết trữ kinh tế kỹ thuật Việt Nam thống kê Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.2 Trữ lý thuyết kinh tế-kỹ thuật số lƣu vực lớn Việt Nam Tên lưu vực sông E0 lý thuyết E0 kỹ thuật 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 Tổng cộng KWh) (10 39.600 25.963 71.100 12.070 10.950 15.564 5.269 10.027 21.723 13.575 27.719 249.090 KWh) (10 4.752 7.572 31.175 1.256 2.556 4.575 1.688 1.239 7.948 2.636 10.335 68.917 (%) 12 29 43 10 23 30 32 12 39 20 37 27,5 Bảng 1.3: Trữ kỹ thuật lƣu 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 Tổng cộng 138 18 28 21 14 28 247 12.600 1.400 1.500 1.600 2.000 2.100 21.200 * Tính cơng suất điện lƣợng cho đoạn sông Muốn xác định lượng tiềm tàng dịng 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: 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: Ý nghĩa ký hiệu biểu thức (1-2) giống ký hiệu (1-1) Vậy lượng tiềm tàng đoạn sơng là: 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: Nghĩa là: E1-2 = 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: - Cột nước lưu tốc: 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 Nghĩa coi Bỏ qua sai số không đáng kể biểu thức (1-3) viết dạng đơn giản: - Z2 ) (Jun) (1-6) - Z2 (1-7) Biểu thức (1-7) cơng thức cho phép ta xác định lượng tiềm tàng đoạn sông E = 9,81.103.H.Q.t (Jun) (1-8) Nếu thay đơn vị điện lượng jun kwh với 1kwh =3600.103 jun, ta Ta có: E = HQt/367,2 (kWh) (1-9) Từ biểu thức (1-8) (1-9) ta xác định cơng suất N dịng nước đoạn sơng theo cơng thức chung: N = E/t 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 công thức để tính tốn thuỷ Nó thường áp dụng nhiều công tác quy hoạch, khảo sát, điều tra trữ lượng thủy tiềm tàng sơng ngịi * Tính trữ lƣợng thuỷ cho sơng: Muốn tính tữ lượng thuỷ nặng cho mọt sơng, 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: + 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 Đó nguyên tắc chọn mặt cắt phận đoạn cịn phải lưu ý vị trí thuận tiện có lợi cho việc khai thác, nơi có khả chọn làm tuyến xây dựng cơng trình thuỷ điện sau b) Cách tiến hành điều tra khảo sát thu thập tài liệu 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 cơng 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 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 nhánh 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 -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 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 công tác nghiên cứu lập quy hoạch khai thác thuỷ điện sửa đổi quy hoạch cần thiết * Khả lợi dụng lƣợng tiềm tàng dòng nƣớc a) Những hạn chế việc lợi dụng lượng tiềm tàng đoạn sông Về lý luận, ta tính lượng tiềm tàng đoạn sơng Thực tế lợi dụng hết lượng đó, nguyên nhân sau: - Có thể đoạn sơng khơng thể lợi dụng khó khăn kỹ thuật, ngập lụt công 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… cao tốt (trong phạm vi có thể) phục vụ mục đích chống lũ lụt NMTĐ Hịa Bình có MNDBT 115 m, MNDCB ban đầu tính 117 m (hiện nâng lên mức 118 m) - Dung tích có ích ( Vci); Dung tích hữu ích hồ phần tích hồ nằm MNDBT MNC (vùng Vhi hình vẽ) Về ý nghĩa dung tích hữu ích hồ phần thể tích sử dụng để điều tiết dịng chảy Dung tích hữu ích nhỏ nhiều so với dung tích tổng cộng hồ điều kiện bình thường khơng vận hành mức nước bên MNDBT bên MNC Dung tích hữu ích thơng số quan trọng hồ chứa nước, sử dụng hầu hết tính tốn thiết kế vận hành NMTĐ - Dung tích dự trữ Dung tích dự trữ phần thể tích hồ nằm MNDBT MNDCB Về ý nghĩa sử dụng dung tích dự trữ phần thể tích hồ phép sử dụng thêm điều kiện thiên tai, lũ lụt - Dung tích phịng lũ mức nước trước lũ Dung tích phịng lũ (Vphl) phần dung tích hồ dùng cho mục đích điều tiết nhằm hạn chế thiên tai, lũ lụt Dựa sở số liệu dự báo khí tượng thủy văn (dự báo đỉnh lũ) hàng năm cần tiến hành tính tốn xác định dung tích phịng lũ cần thiết (bài tốn điều tiết lũ) u cầu tốn đảm bảo an tồn cho thân cơng trình thủy điện tránh ngập lụt phía hạ lưu thời gian xuất đỉnh lũ Dung tích phịng lũ tính từ MNDCB xuống đến mức nước gọi mức nước trước lũ (MNTL) Dung tích phịng lũ thường lớn dung tích dự trữ nên MNTL nằm MNDBT có phần thể tích dùng chung mục đích điều tiết lũ điều chỉnh công suất vận hành Khi đó, điều tiết lũ ảnh hưởng đến sản lượng điện (giảm thấp) Dung tích dự trữ lớn điều tiết lũ ảnh hưởng đến sản xuất điện - Dung tích chết Dung tích chết phần thể tích hồ nằm MNC Phần thể tích khơng tham gia vào q trình điều tiết cần thiết (dung tích tối thiểu) để đảm bảo mơi sinh lịng hồ vấn đề khác - Dung tích bồi lắng Dung tích bồi lắng phần dung tích hồ ứng với cao trình bồi lắng Đây phần dung tích hồ sẵn sàng làm nhiệm vụ lưu trữ lượng bùn cát lắng đọng từ dòng chảy đảm bảo cho hồ chứa làm việc bình thường Có thể sau thời gian dài phần bị dâng cao lấn chiếm phần Khi cần có biện pháp kỹ thuật để cải tạo lòng hồ (nạo vét, xả lắng mùa lũ) - Công suất lắp máy (Nlm); - Công suất đảm bảo (Nđb); - Điện lượng ( Enăm) 1.2 Trình tự xác định thông số 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, việc đảm bảo lưu lượng cần thiết, phải ý lưu lượng xả xuống hạ lưu có đảm bảo cho mực nước hạ lưu có cao trình phù hợp với yêu cầu lấy nước cơng trình có hạ lưu Đối với giao thông 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 yêu cầu trị xã hội Xác định nhiệm vụ cung cấp nƣớc chọn mức nƣớc tính tốn 2.1 Yêu cầu dùng nƣớc nhiệm vụ nhà máy thuỷ điện; Trong trường hợp khả điều tiết ngày bị hạn chế việc tạo dung tích lớn có khó khăn, vấn đề nên chọn dung tích hợp lý Trong hai trường hợp, tính tốn chọn độ sâu cơng tác dung tích điều tiết ngày việc xác định mực nước chết, từ tính mực nước thượng lưu cao điều kiện làm việc bình thường.Như xác định độ sâu cơng tác 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 Do độ sâu cơng tác, dung tích hồ điều tiết ngày cơng suất lắp máy hồn tồn phụ thuộc lẫn ( số khơng có thơng số xác định trước cách độc lập), việc chọn lựa chúng thường xác định đồng thời, qua nhiều phương án tính thử so sánh kinh tế 2.2 Mức nước tính tốn nhà máy thuỷ điện yêu cầu dùng nước ngành kinh tế khác Dung tích hữu ích hồ phần tích hồ nằm MNDBT MNC (vùng Vhi hình vẽ) Về ý nghĩa dung tích hữu ích hồ phần thể tích sử dụng để điều tiết dịng chảy Dung tích hữu ích nhỏ nhiều so với dung tích tổng cộng hồ điều kiện bình thường không vận hành mức nước bên MNDBT bên MNC Dung tích hữu ích thơng số quan trọng hồ chứa nước, sử dụng hầu hết tính tốn thiết kế vận hành NMTĐ - Dung tích dự trữ Dung tích dự trữ phần thể tích hồ nằm MNDBT MNDCB Về ý nghĩa sử dụng dung tích dự trữ phần thể tích hồ phép sử dụng thêm điều kiện thiên tai, lũ lụt Chọn năm tính tốn nƣớc dự trữ: 3.1 Năm nhiều nƣớc; - 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 3.2 Năm nƣớc trung bình; Do điều kiện địa hình, nhiều khơng thể tăng MNDBT cao chiều dài chiều cao đập tăng, phải làm hàng loạt đập phụ xung quanh hồ Ngay trường hợp địa hình thuận lợi, có khơng thể nâng MNDBT q cao bị hạn chế điều kiện địa chất, móng, vấn đề thấm nước…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 3.3 Năm nƣớc kiệt (năm tính tốn); 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 ±∆Ct 3.4 Năm nƣớc kiệt Trong hệ thống điện lực, phụ tải hệ thống thuỷ điện nhiệt điệt dtr đảm nhận Nên cách tương tự công suất lắp máy tối thiểu trạm thủy điện N TĐ lm nói chung bao gồm hai thành phần : Công suất công tác lớn công suất dự N TĐ ct max công suất dự trữ N TĐ dtr 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 Cách xác định thông số nhà máy thuỷ điện 4.1 Xác định mực nƣớc dâng bình thƣờng; Trình tự xác định thông 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 công 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( yêu cầu ngành công 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 yêu 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 Đơi gặp trường hợp khó khăn ngập mỏ quý, di tích lịch sử đường giao thông 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 Do điều kiện địa hình, nhiều khơng thể tăng MNDBT cao chiều dài chiều cao đập tăng, phải làm hàng loạt đập phụ xung quanh hồ Ngay trường hợp địa hình thuận lợi, có khơng thể nâng MNDBT q cao bị hạn chế điều kiện địa chất, móng, vấn đề thấm nước…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 thông 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 cơng thức: 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 4.2 Xác định mực nƣớc chết dung tích có ích (MNC; Vci); 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 hồ Phần dung tích nằm MNC gọi dung tích chết Vc (hình 3-1), vấn đề đặt nên chọn độ sâu công tác hct là hợp lý ứng với phương án MNDBT định Dưới xem xét phân tích cách xác định độ sâu cơng tác có lợi cho trường hợp hồ có tính điều tiết khác a) 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 cơng 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 công 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: Wkhơng 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 qn 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, cột nước trung bình mùa kiệt giảm Vì hct lớn, mức độ tăng Ehồ (hình 3-2) Như vậy, giai đoạn đầu độ sâu cơng tác tăng điện lượng mùa kiệt tăng, tiếp tục tăng hct đến 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 cột nước không kịp bù lại phần điện lượng cột nước giảm Trị số hct ứng với Emùa kiệt lớn gọi độ sâu canh tác có lợi Nếu lượng nước khơng trữ mùa kiệt lớn độ sâu cơng tác có lợi hồ nhỏ Đường gạch đứt quãng 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 công 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 công 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 cơng 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 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 công tác điện lượng Emùa kiệt tăng Điều có nghĩa điện lượng Ekhôngtrữ giảm tăng trị số hct, trị số giảm bớt khôngtrữ 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, 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 thông 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 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 yêu cầu trị xã hội b) 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 khơng điều tiết ngày (vì điều tiết ngày cột nước công tác trạm thuỷ điện nhỏ trường hợp khơng 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 Trong trường hợp khả điều tiết ngày bị hạn chế việc tạo dung tích lớn có khó khăn, vấn đề nên chọn dung tích hợp lý Trong hai trường hợp, tính tốn chọn độ sâu cơng tác dung tích điều tiết ngày việc xác định mực nước chết, từ tính mực nước thượng lưu cao điều kiện làm việc bình thường.Như xác định độ sâu cơng tác 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 Do độ sâu cơng tác, dung tích hồ điều tiết ngày cơng suất lắp máy hồn tồn phụ thuộc lẫn ( số khơng có thơng số xác định trước cách độc lập), việc chọn lựa chúng thường xác định đồng thời, qua nhiều phương án tính thử so sánh kinh tế 4.3 Xác định công suất lắp máy (Nlm) ; Công suất lắp máy trạm thuỷ điện tổng công suất định mức tổ máy Nó cơng suất tối đa mà trạm thuỷ điện phát làm việc với hệ số cos 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 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 dtr đảm nhận Nên cách tương tự công suất lắp máy tối thiểu trạm thủy điện N TĐ lm nói chung bao gồm hai thành phần : Công suất công tác lớn công suất dự N TĐ ct max công suất dự trữ N TĐ dtr 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 Tuỳ thuộc vào độ lớn dung tích điều tiết hồ mà trạm thuỷ điện đảm nhận thành phần cơng 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: Đối với trạm thuỷ điện điều tiết ngày thường đảm nhận công suất dự trữ phụ tải đó: Trạm thuỷ điện điều tiết năm có dung tích hồ chứa lớn có khả đảm nhận tất loại công suất dự trữ nên: Trên ta xét điều kiện kỹ thuật cho phép đảm nhận thành phần công suất dự trữ loại trạm thuỷ điện trị số thành phần công suất dự trữ lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào vai trò trạm thuỷ điện hệ thống điện điều kiện kinh tế cụ thể trạm sở tính tốn kinh tế động mà định Công suất lắp máy tối thiểu trạm thuỷ điện đề cập phần công suất cần thiết phải có để đảm bảo cung cấp điện an tồn cho hệ thống Phần cơng suất lắp máy tối thiểu trạm thuỷ điện giảm nhỏ khơng có thay cơng suất tương ứng trạm nhiệt điện gọi công suất tất yếu N TĐ ty 4.4 Xác định công suất đảm bảo (Nđb); 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: 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 4.5 Xác định Điện lƣợng ( Enăm) Hệ thống cung cấp nước kỹ thuật dùng nguồn nước khác Nguồn cung cấp nước tốt cho nhà máy thượng hạ lưu nhà máy thuỷ điện, trường hợp hồ chứa có nhiều tạp chất dùng giếng khoan lấy nước cung cấp cho tổ máy Nguồn cung cấp nước kỹ thuật có quan hệ đến cột nước trạm thuỷ điện, cơng trình xây dựng thường áp dụng phương thức sau để lấy nước cung cấp cho tổ máy: 1) Khi cột nước 10 m cao 4050 m : dùng máy bơm bơm nước hạ lưu cung cấp cho tổ máy 2) Khi cột nước 10 15m đến 4050 m : áp dụng hình thức lấy nước tự chảy thượng lưu hồ chứa, trạm thuỷ điện sau đập lấy nước đường ống tua bin 3) Khi cột nước trạm thuỷ điện cao 4050 m lấy nước thượng lưu hồ chứa đường ống tua bin qua thiết bị giảm áp trạm thuỷ điện cột nước dao động lớn sử dụng hình thức cấp nước hỗn hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO - Nhà máy Thuỷ điện - Lã Văn Út, Đặng Quốc Thống, Ngô Văn Dưỡng- NXB Khoa học kỹ thuật- 2007 - Giáo trình Thuỷ - Tập thể Bộ mơn Thuỷ điện - Trường ĐH Thủy lợi –NXB nông thôn - Công trình trạm Thuỷ điện - PGS.TS Hồ Sỹ Dự; PGS-TS Nguyễn Duy Hạnh; TS Huỳnh Tấn Lượng- NXB Xây dựng- 2003 - Thuỷ công - Tập thể trường ĐH Thuỷ Lợi (GS.TS Ngơ Trí Viềng chủ biên)- NXB Xây dựng -200 ... phối điện 35 Hệ thống thiết bị phụ 38 Chƣơng 3: Các loại nhà máy thuỷ điện 44 Nhà máy thuỷ điện kiểu đập 44 Nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn 45 Nhà máy thuỷ điện kiểu hỗn hợp 45 Một vài nhà máy thuỷ. .. số nhà máy thuỷ điện 57 Tài liệu tham khảo 66 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN MỤC TIÊU MÔ ĐUN: * Kiến thức - Trình bày nguyên lý chung, dạng nhà máy Thuỷ điện; cơng trình nhà máy Thuỷ điện, ... LOẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Mục tiêu: - Liệt kê loại nhà máy thuỷ điện có giới; - Trình bày đặc điểm nhà máy thuỷ điện so với nhà máy nhiệt điện - Tích cực, chủ động học tập Nội dung: Nhà máy thuỷ điện