II. Tớnh cụng suất bảo đảm vă điện lượng bỡnh quđn nhiều năm của trạm thuỷ điện điều tiết năm.
1. Phương phõp đ iều tiết lưu lượng khụng đổi trong mựa kiệt
Dưới đđy ta lấy một năm điều tiết để thuyết minh về phương phõp vă cõc bước tớnh toõn điều tiết lưu lượng khụng đổi trong mựa kiệt.
Trước tiớn ta vẽ đường luỹ tớch hiệu số nước đến của năm thuỷ văn tớnh toõn . Đồng thời vẽ đường phụ trợ bớn dưới đường luỹ tớch hiệu số nước đến sao cho đoạn
W (m3) Z Z ( m) MNC MNDBT Vci 2 2 Vci W MNDBT W MNC Hỡnh 3-7
thẳng đứng giữa cõc điểm tương ứng trớn đường phụ trợ vă đường luỹ tớch đều bằng dung tớch cú ớch của hồ chứa.
Để lợi dụng được đầy đủ lượng nước trong mựa lũ, việc trữ nước của hồ chứa điều tiết năm thường bắt đầu từ khi lưu lượng thiớn nhiớn lớn hơn khả năng qua nước lớn nhất QT của cõc turbine trong trạm thuỷ điện. Theo nguyớn tắc đú, tại thời điểm A của luỹ tớch (hỡnh 3-8) ta vẽ đường tiếp tuyến b. Thời đoạn từ to đến t1 chớnh lă thời kỳ trữ nước của hồ. Hiệu số tung độ giữa 2 đường AB vă Ab chớnh lă lượng nước đờ trữ văo hồ ở từng thời điểm. Đến thời điểm t1 thỡ hiệu số đú lă Bb =Vci, như vậy , chứng tỏ hồ đờ đầy nước. Mực nước trong hồ từ mực nước chết ở thời điểm to dđng lớn đến mực
nước dđng bỡnh thường ở thời điểm t1 (hỡnh 3-8).
Từ t1 đến t2 trạm thuỷ điện vẫn lăm việc với lưu lượng QT vă hồ chứa đờ đầy. Nhưng lưu lượng thiớn nhiớn đến vẫn lớn hơn QT , nước thừa phải xả bỏ qua đường trăn lũ. Trong thời gian từ t1 đến t2 . Hiệu số tung độ giữa đường bc vă đường bg chớnh lă lượng nước thừa phải xả bỏ ở cõc thời điểm tương ứng ta xĩt ( trong đú cg chớnh lă tổng lượng nước xả bỏ). Trong thời gian thõo nước thừa, hồ luụn luụn đầy nớn mực nước trong hồ luụn luụn ở mực nước dđng bỡnh thường. (Ag song song với đường bức xạ QT , cắt đường phụ trợ tại điểm b)
Để xĩt tiếp ta vẽ đường tiếp tuyến chung cho đường luỹ tớch hiệu số vă đường phụ trợ, cõc tiếp điểm tương ứng lă d vă e. Lưu lượng tương ứng với tiếp tuyến chung đú theo tỉ lệ bức xạ chớnh lă lượng điều tiết Qđt. Từ t2 đến t3, lưu lượng thiớn nhiớn đến tuy nhỏ hơn QT nhưng vẫn lớn hơn Qđt . Để nđng cao lưu lượng điều tiết mựa kiệt trong thời đoạn từ t2 đến t3 hồ khụng cấp nước, trạm thuỷ điện lăm việc với lưu lượng thiớn nhiớn. Tất nhiớn trong thời đoạn năy mực nước hồ vẫn ở mực nước dđng bỡnh thường.
Từ t3 đến t4 lưu lượng thiớn nhiớn nhỏ hơn lưu lượng điều tiết do đú hồ phải cung cấp nước để nđng cao lưu lượng mựa kiệt vă trạm thuỷ điện lăm việc với lưu lượng điều tiết. Do hồ cấp nước, nớn từ t3 trở đi mực nước hồ bắt đầu giảm xuống t4 thỡ thời kỳ cấp nước kết thỳc, mực nước trong hồ từ mực nước dđng bỡnh thường hạ xuống mực nước chết.
Trong thời đoạn từ t4 đến t5, lưu lượng thiớn nhiớn đến lớn hơn Qđt nhưng nhỏ hơn QT để lợi dụng đầy đủ lượng nước mựa lũ, trõnh xả bỏ nước quõ nhiều, lỳc năy hồ tạm thời khụng trữ nước, trạm thuỷ điện lăm việc theo lưu lượng thiớn nhiớn ở mực nước chết.
Từ thời điểm t5 trở đi, lưu lượng thiớn nhiớn đến bắt đầu lớn hơn QT, hồ bắt đầu trữ nước vă từ đú bắt đầu một chu kỳ điều tiết mới.
Trớn đđy lă quõ trỡnh tớnh toõn điều tiết vă nghiớn cứu tỡnh hỡnh cụng tõc núi chung của trạm thuỷ điện điều tiết năm ứng với một năm thuỷ văn tớnh toõn năo đấy. Cõc năm thuỷ văn khõc cũng tớnh toõn tương tự chỉ cú điều chỳ ý lă tỡnh hỡnh nước thiớn nhiớn đến mỗi năm cú khõc nhau, nớn Qđt cũng khõc nhau mặc dự dung tớch cú ớch Vci khụng đổi. Hỡnh 3-8 Z ( m) A B c QT b g Qdt t0 t1t2 t3 t4 t5 t1t2 t3 t0 t4 t5 Z ( m) t
Muốn tỡm được cụng suất bỡnh quđn của cõc thời đoạn tớnh toõn, ngoăi lưu lượng đờ núi ở trớn, cần phải biết tỡnh hỡnh thay đổi cột nước của trạm thuỷ điện, tức lă cần biết quõ trỡnh thay đổi mực nước thượng hạ lưu của trạm thuỷ điện.
Mực nước thượng hạ lưu của trạm thuỷ điện thay đổi theo sự thay đổi dung tớch trữ nước trong hồ chứa. Để đơn giản cho tớnh toõn, cú thể dựng dung tớch bỡnh quđn của hồ trong một thời đoạn để xõc định mực nước bỡnh quđn thượng lưu của trạm thuỷ điện trong thời đoạn đú. Dung tớch của hồ ở đầu vă cuối mỗi thời đoạn đều đờ được biết trong khi tớnh toõn điều tiết hồ chứa, nớn việc tớnh toõn dung tớch bỡnh quđn của hồ trong thời đoạn tớnh toõn đú khụng cú gỡ lă khú khăn. Cú dung tớch bỡnh quđn của hồ trong mỗi thời đoạn tớnh toõn, ta cú thể tỡm được mực nước thượng lưu bỡnh quđn của thời đoạn đú nhờ đường quan hệ dung tớch vă mực nước hồ.
Đối với mực nước bỡnh quđn hạ lưu của trạm thuỷ điện ở cõc thời đoạn cú thể căn cứ văo lưu lượng xả xuống hạ lưu trong thời đoạn đú mă xõc định trớn đường quan hệ giữa mực nước hạ lưu vă lưu lượng.
Cú mực nước bỡnh quđn thượng hạ lưu của cõc thời đoạn, ta tỡm được cột nước bỡnh quđn của trạm thuỷ điện. Như vậy chỳng ta dễ dăng xõc định được cụng suất bỡnh quđn của trạm thuỷ điện trong cõc thời đoạn tớnh toõn theo cụng thức quen thuộc N =K.Q.H. Quõ trỡnh tớnh toõn cú thể tiến hănh theo bảng sau khi kể đến tổn thất bốc hơi vă thấm trong hồ vă cõc yớu cầu dựng nước của cõc ngănh nếu cú.
Bộ mụn Cụng trỡnh Thủy, Khoa XD Thủy lợi-Thủy điện 61 Tổn thất Thời đoạn thõng Lưu lượng thiớn nhiớn Lượng nước thiớn nhiớn Dung tớch hồ cuối thời đoạn Dung tớch bỡnh quđn hồ giữa thời đoạn Diện tớch mặt hồ tương ứng Lượng bốc hơi trong từng thời đoạn Tổn thất do bốc hơi mặt hồ Tổn thất do ngấm Luỹ tớch tổn thất bốc hơi vă ngấm Lưu lượng phõt điện Dung tớch hồ cuối thời đoạn Dung tớch bỡnh quđn hồ giữa thời đoạn Mực nước thượng lưu bỡnh quđn Mực nước hạ lưu Cột nước bỡnh quđn của trạm Cụng suất bỡnh quđn của trạm 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 tớnh toõn , đối với trạm TĐđiều tiết năm cú thể lấy dăi hơn so với trạm thuỷđiện điều tiết ngăy, bởi vỡ trong một thời đoạn tương đối ngắn tớnh chất khụng đều của lưu lượng thiớn nhiớn khụng trực tiếp ảnh hưởng đến lưu lượng phõt điện, thường lấy thời đoạn tớnh toõn lă thõng.
Cột 2,3: Lưu lượng vă tổng lượng nước thiớn nhiớn đến trong thời đoạn tớnh toõn.
Cột 4: Dung tớch hồ cuối thời đoạn tớnh toõn, đồng thời cũng lă dung tớch hồđầu thời đoạn sau. Cột 5: Dung tớch bỡnh quđn của hồ giữa thời đoạn tớnh toõn, khi chưa kểđến tổn thất trong hồ chứa.
Cột 6: Diện tớch mặt hồứng với dung tớch bỡnh quđn của hồ giữa thời đoạn tớnh toõn, xõc định từW theo cõc đường quan hệ giữa mực nước với dung tớch vă diện tớch hồ.
Cột 7: lượng bốc hơi trong từng thời đoạn tớnh, tăi liệu năy do thuỷ văn cung cấp.
Cột 8: Tổn thất do bốc hơi mặt hồ trong từng thời đoạn tớnh theo cụng thức sau đđy Wbh=Zbh.F
Cột 9: Tổn thất do ngấm, lấy theo phần trăm của dung tớch hồ trong thời đoạn tớnh toõn tuỳ theo tỡnh hỡnh địa chất mă quyết định. Cột 10: Luỹ tớch tổn thất bốc hơi vă ngấm dựng để xõc định đường luỹ tớch hiệu số nước đến khi đờ kểđến tổn thất bốc hơi vă ngấm.
Cột 11: Lưu lượng phõt điện khi đờ kểđến tổn thất trong thời gian hồ trữ nước vă cấp nước , được xõc định bằng đồ giải từđường luỹ tớch hiệu số nước đến đờ kể tổn thất vă đường phụ trợ.
Cột 12: Dung tớch hồ cuối thời đoạn tớnh toõn, đồng thời cũng lă dung tớch hồđầu thời đoạn sau khi đờ kểđến tổn thất. Cột 13: Dung tớch bỡnh quđn của hồ giữa thời đoạn tớnh toõn, khi đờ kểđến tổn thất trong hồ chứa.
Cột 14: Mực nước thượng lưu bỡnh quđn Cột 15: Mực nước hạ lưu.
Cột 16: Cột nước bỡnh quđn H=ZTL−ZHL
Sau khi tỡm được cụng suất bỡnh quđn thõng của liệt năm tớnh toõn, ta vẽ đường tần suất cụng suất bỡnh quđn thõng. Sau đú dựa văo tần suất thiết kế của trạm thuỷ điện để xõc định cụng suất bảo đảm của trạm thuỷ điện. Khi đờ cú tấn suất cụng suất , ta đổi nú thănh đường duy trỡ cụng suất vă xõc định điện lượng năm bỡnh quđn nhiều năm như cõch trỡnh băy ở trớn. (hỡnh vẽ 3-9)
Khi tớnh toõn điều tiết năm, thỡ năng lực qua nước lớn nhất của turbine QT lă một số chưa biết. Bởi vỡ khi tớnh toõn điều tiết thỡ cụng suất lắp mõy của trạm thuỷ điện chưa xõc định được. Do đú khi tớnh toõn điều tiết cần dựa văo tớnh năng điều tiết của hồ vă đặc điểm cụng tõc của trạm thuỷ điện mă sơ bộ giả định một trị số QT gần đỳng. Kinh nghiệm QT cú thể lấy trong phạm vi QT= (2-5)Qđt. Ở đđy Qđt lă lưu lượng điều tiết của năm kiệt thiết kế. Do đú muốn giả thiết một cõch gần đỳng trị số QT, trước hết phải tiến hănh tớnh toõn năm kiệt thiết kế, tỡm ra Qđt, rồi căn cứ văo Qđt mă xõc định QT. Trị số QT giả thiết cú được chớnh xõc hay khụng phải kiểm tra lại khi đờ xõc định được Nlm.
Rất rừ răng lă trị số QT giả thiết khụng phự hợp với năng lực qua nước lớn nhất của turbine thỡ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hỡnh dạng phần trớn của đường tần suất cụng suất bỡnh quđn thõng, do đú khụng ảnh hưởng nhiều đến cụng suất bảo đảm đờ xõc định. Điều đú chứng tỏ rằng mức độ chớnh xõc của trị số QT giả thiết chỉ cú ảnh hưởng nhất định đối với lượng phõt điện bỡnh quđn trong nhiều năm. Do đú muốn xõc định điện lượng năm bỡnh quđn trong nhiều năm tương đối chớnh xõc phải căn cứ văo Nlm đờ được lần cuối cựng mă tớnh ra.
Tớnh toõn theo phương phõp điều tiết lưu lượng khụng đổi trong mựa kiệt cũng cú thể dựa văo năm đại biểu để tớnh toõn. Nguyớn tắc chọn năm đại biểu hoăn toăn giống như nội dung đờ trỡnh băy ở phần trước.
2. Phương phõp cụng suất bỡnh quđn mựa kiệt.
Trong phương phõp tớnh toõn điều tiết lưu lượng khụng đổi thỡ cụng suất bảo đảm của trạm thuỷ điện được xõc định từ đường tần suất cụng suất bỡnh quđn thõng của liệt năm tớnh toõn. Trong trường hợp năy vỡ mựa kiệt hồ chứa cung cấp nước, mực nước thượng lưu căng ngăy căng giảm, do đú cụng suất bỡnh quđn của trạm thuỷ điện trong cõc thõng mựa khụ sẽ căng ngăy căng giảm.
Đối với trạm thuỷ điện điều tiết năm cú thể dựa văo tõc dụng điều tiết của hồ giữ cho cụng suất bỡnh quđn trong cả mựa kiệt khụng đổi. Nghĩa lă lưu lượng phõt điện tăng dần tương ứng với mực nước trong hồ rỳt xuống. Rừ răng kết quả cõch điều tiết năy sẽ cho ta một cụng suất bỡnh quđn cú thể bảo đảm được trong mựa cấp nước lớn hơn cụng suất bỡnh quđn cú thể đảm bảo khi điều tiết theo phương phõp cựng lưu lượng. Điều đú căng phản õnh rừ hơn đặc điểm cụng tõc của hồ chứa điều tiết năm. Cho nớn õp dụng phương phõp tớnh toõn cụng suất bỡnh quđn mựa kiệt để xõc định cụng suất bảo đảm của trạm thuỷ điện tương đối hợp lý hơn.
PTK
Nbd ( Kw)N
P%
Để tỡm được cụng suất bỡnh quđn trong mựa kiệt của cõc năm thuỷ văn tớnh toõn cần phải xõc định lưu lượng bỡnh quđn vă cột nước bỡnh quđn trong mựa kiệt. Lưu lượng bỡnh quđn chớnh lă Qđt, cũn cột nước bỡnh quđn thỡ dựng mực nước thượng lưu ứng với 1/2 dung tớch cú ớch của hồ vă mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng điều tiết để xõc định. Sau khi tỡm ra cụng suất bỡnh quđn mựa kiệt của cõc năm trong liệt thuỷ văn tớnh toõn, ta vẽ đường tần suất cụng suất, vă dựng tần suất thiết kế của trạm thuỷ điện để xõc định cụng suất bảo đảm. Cú thể đơn giản hơn lấy cụng suất bỡnh quđn mựa kiệt của năm thiết kế lăm cụng suất bảo đảm.
Đối với trạm thuỷ điện điều tiết năm thỡ khụng thể xõc định điện lượng bỡnh quđn nhiều năm bằng đường tần suất cụng suất mựa kiệt được, bởi vỡ đường năy khụng phản õnh tỡnh hỡnh cả năm. Để xõc định được điện lượng năm bỡnh quđn nhiều năm ta phải tớnh toõn thuỷ năng cho tất cả cõc thời đoạn trong liệt năm thuỷ văn hoặc cõc năm đại biểu. Điện lượng năm bỡnh quđn nhiều năm Enăm được xõc định theo biểu thức: n E E n i i ∑ = = 1 nam (3-28)
Trong đú: Ei Điện lượng của năm thứ i n Số năm tớnh toõn.
Hoặc từ cõc trị số cụng suất bỡnh quđn thõng của cõc liệt năm thuỷ văn tớnh toõn ở trớn ta sẽ xđy dựng được đường duy trỡ cụng suất vă dựng đường năy ta cũng cú thể xõc định được điện lượng năm bỡnh quđn nhiều năm.
Đ3-5 XÂC ĐỊNH CễNG SUẤT LẮP MÂY CỦA TRẠM THUỶĐIỆN LĂM VIỆC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Cụng suất lắp mõy của trạm thuỷ điện lă tổng cụng suất định mức của cõc tổ mõy. Nú chớnh lă cụng suất tối đa mă trạm thuỷ điện cú thể phõt ra khi nú lăm việc với hệ số cosϕ tiớu chuẩn vă điện õp định mức.
Như ta đờ biết, để đảm bảo cung cấp điện an toăn, liớn tục tổng cụng suất lắp mõy của cõc trạm thuỷ điện, nhiệt điện vă cõc trạm khõc lăm việc trong hệ thống tối thiểu phải bằng một trị số cụng suất tất yếu nhất định của hệ thống.
HTdtr dtr HT ct HT ty N N N = max+ (3-29) HT dtr HT ct lm N N N min = max + Trong đú:
- Tổng cụng suất lắp mõy tối thiểu của cõc trạm phõt điện. - Cụng suất cụng tõc lớn nhất của hệ thống.
- Cụng suất dự trữ của hệ thống.
Trong hệ thống điện lực, phụ tải của hệ thống do cả thuỷ điện vă nhiệt điệt đảm nhận. Nớn một cõch tương tự cụng suất lắp mõy tối thiểu của trạm thủy điện NTĐlmmin
núi chung cũng bao gồm hai thănh phần : Cụng suất cụng tõc lớn nhất vă cụng suất dự trữ TĐ
ct
N max vă cụng suất dự trữ TĐ
dtr
N . Dựa văo tõc dụng của cụng suất dự trữ người ta phđn thănh cụng suất dự trữ phụ tải, dự trữ sự cố vă cụng suất dự trữ sửa chữa.
TĐch ch dtrs TĐ dtrpt TĐ ct TĐ dtr TĐ ct TĐ lm N N N N N
N min = max + = max + + . (3-30)
Tuỳ thuộc văo độ lớn dung tớch điều tiết của hồ mă trạm thuỷ điện cú thể đảm nhận được những thănh phần cụng suất dự trữ khõc nhau.
Trạm thuỷ điện khụng điều tiết khụng cú khả năng đảm nhận dự trữ, nớn cụng suất lắp mõy tối thiểu bằng:
TĐ
ct TĐ
lm N
N min = max (3-31)
Đối với trạm thuỷ điện điều tiết ngăy thường chỉ đảm nhận được cụng suất dự trữ phụ tải do đú: TĐ dtrpt TĐ ct TĐ lm N N N min = max + (3-32)
Trạm thuỷ điện điều tiết năm cú dung tớch hồ chứa lớn cú khả năng đảm nhận được tất cả cõc loại cụng suất dự trữ nớn:
TĐsc sc dtr TĐ ch s dtr TĐ pt dtr TĐ ct TĐ lm N N N N N min = max + + . + (3-33)
Trớn đđy ta mới chỉ xĩt điều kiện kỹ thuật cho phĩp đảm nhận cõc thănh phần của cụng suất dự trữ đối với cõc loại trạm thuỷ điện. trị số cõc thănh phần cụng suất dự trữ đú lớn hay nhỏ tuỳ thuộc văo vai trũ của trạm thuỷ điện trong hệ thống điện vă điều kiện kinh tế cụ thể của từng trạm trớn cơ sở tớnh toõn kinh tế động năng mă quyết