II. PHƯƠNG PHÁP VÀ TIÊU CHUẨN SO CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.1.Tính toán thủy năng, thuỷ lợi
Tính toán thủy năng về bản chất là mô phỏng quá trình vận hành của công trình thủy điện nhằm đáp ứng các nhu cầu sử dụng nước của công trình. Do công trình chỉ có mục tiêu phát điện nên mô phỏng vận hành sẽ được thực hiện trên nguyên tắc tối ưu sản lượng điện mà nhà máy có thể cung cấp cho hệ thống. Mục đích của tính toán thủy năng là xác định các thông số của công trình như MNDBT, MNC, công suất đảm bảo (Nđb), công suất lắp máy (Nlm), điện lượng trung bình (E0), lưu lượng và cột nước thiết kế (Qmax, Htt)… ứng với các phương án nghiên cứu làm cơ sở cho việc chọn phương án, xác định qui mô, bố trí và nguyên tắc vận hành tối ưu cho công trình. Tính toán thủy năng phương án chọn cung cấp các phương án chọn cung cấp các thông số đầu vào của dự án cho phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế và tài chính công trình.
Tính toán thủy năng công trình thủy điện Hà Tây được thực hiện trên mô hình tính toán thông dụng đã được kiểm nghiệm và sử dụng trong tính toán thủy năng cho công trình thủy điện nói chung. Mô hình này cho phép mô phỏng quá trình vận hành bậc thang các công trình thủy điện theo các sơ đồ khai thác thực tế và theo thời đoạn mô phỏng khác nhau.
BVTC
Xuất phát từ chuỗi dòng chảy thủy văn trung bình tháng có độ dài 28 năm giai đoạn (1978-2005) tại tuyến công trình, tiến hành tính toán vận hành hồ chứa Hà Tây cho từng thời đoạn tính toán, ở đây là tháng, và đưa ra các thông số thuỷ năng thuỷ lợi của công trình.
Hồ chứa Hà Tây xây dựng không có dung tích điều tiết lớn, mà chỉ có dung tích điều tiết ngày đêm. Mô phỏng quá trình tính toán điều tiết dòng chảy:
- Mùa lũ: từ tháng 8 đến tháng 12, thời kỳ này thuỷ điện Hà Tây làm việc với mục tiêu điện năng ngày max, thời gian 24h/24h, công suất phát điện là công suất khả dụng.
- Mùa kiệt: từ tháng 1 đến tháng 7, thời kỳ này thuỷ điện Hà Tây làm việc theo chế độ ngày không hoàn toàn, lưu lượng đến hồ nhỏ không đủ để chạy toàn bộ số tổ máy, nên chỉ chạy 1 tổ máy với Qđảm bảo ngày 85% của dòng chảy, để nhà máy phát điện vào giờ cao điểm trong ngày mùa kiệt bắt buộc nhà máy ngừng toàn bộ trong một thời gian nhất định để tích nước vào hồ.
- Các thời gian còn lại khi lưu lượng đến hồ không đủ lớn để chạy toàn bộ số tổ máy thì tuỳ theo diễn biến thực tế quá trình dòng chảy đến hồ mà cho nhà máy vận hành 1 tổ, 2 tổ hoặc 3 tổ máy với mục tiêu phát công suất nhỏ nhất bằng công suất đảm bảo ứng với Qmin.
Hồ chứa Hà Tây chỉ có khả năng điều tiết ngày đêm, hệ số điều tiết hồ nhỏ (dung tích điều tiết vào giờ cao điểm Whi= 0,44 triệu m3) nên khi lưu lượng đến hồ được điều tiết với nguyên tắc lưu lượng đến lớn hơn lưu lượng toàn bộ tổ máy thì lấy lưu lượng lớn nhất qua nhà máy cộng với một lượng nước tích vào hồ còn lại xả thừa; lưu lượng đến nhỏ hơn Qmin của 1 tổ máy tích vào hồ và chỉ vận hành nhà máy khi lưu lượng tối thiểu bằng Qmin của 1 tổ máy.
Các kết quả tính toán bao gồm: Các giá trị trung bình thời đoạn tính toán bao gồm: tổn thất lưu lượng thấm, bay hơi, lưu lượng qua tua bin; các công trình tràn (xả thừa), lưu lượng và tổng lượng tích vào (hay lấy ra từ hồ chứa), các giá trị mực nước thượng hạ lưu, dung tích hồ chứa ở cuối thời đoạn hay giá trị trung bình; các giá trị trung bình của cột nước phát điện, công suất phát và điện năng.
Theo quy hoạch hệ thống thuỷ điện trên suối Đăk Pơ Tang có hai công trình thuỷ điện là thuỷ điện Đăk Đoa và thuỷ Điện Hà Tây. Do đó việc tính thuỷ năng cho công trình thuỷ điện Hà Tây sẽ phải xét đến sự ảnh hưởng của công trình thuỷ điện Đăk Đoa ở phía trên. Cụ thể việc tính toán thuỷ năng sẽ được tính theo sơ đồ bậc thang gồm bậc thang Đăk Đoa và Hà Tây. Chuỗi lưu lượng đến hồ chứa thuỷ điện Hà Tây được tính bằng tổng lưu lượng điều tiết của thuỷ điện Đăk Đoa và lưu lượng của khu giữa. Q Hà Tây = Q Đăk Đoa + Q Khu giữa.
Mặt khác hồ thuỷ điện Đăk Đoa là hồ điều tiết mùa nên trong quá trình tính toán không xét đến việc tính toán thuỷ năng cho công trình thuỷ điện Hà Tây theo chuối dòng chảy trung bình ngày đêm mà chỉ tính toán với chuỗi dòng chảy trung bình tháng.
Để tính toán thủy lợi, thủy năng hồ thủy điện Hà Tây, đã sử dụng hai phương pháp tính toán:
- Sử dụng phần mềm HEC-5 của Quân đội Mỹ, phiên bản 8.0 tháng 11 năm 1998, để tính toán điện năng trung bình tháng, trung bình năm và các thông số thủy lợi, thủy năng khác.
BVTC
- Sử dụng phương pháp kết hợp giữa phần mềm HEC-5 và lập bảng điều tiết vận hành tính để tính toán điện năng trung bình tháng, trung bình năm, điện năng giờ cao điểm, điện năng giờ thấp điểm, điện năng giờ bình thường và các thông số thủy lợi, thủy năng khác.
Với các phương trình cơ bản được sử dụng là phương trình năng lượng và phương trình cân bằng nước hồ chứa.
Phương trình năng lượng:
H Q N = 9,81ηTD T N E =
Trong đó: N: là công suất phát điện trung bình thời đoạn (kW) E: là điện năng thu được trong thời đoạn (kWh) Q: là lưu lượng trung bình thời đoạn (m3/s)
H: là cột nước phát điện trung bình thời đoạn đã trừ tổn thất cột nước trên tuyến năng lượng (m cột nước)
T: là thời gian tính bằng giờ của thời đoạn tính toán
ηTD: là hiệu suất thủy điện (gồm hiệu suất tuốc bin, hiệu suất máy phát điện và hiệu suất truyền động)
Phương trình cân bằng nước hồ chứa:
X T E TD TN D C V W W W W W V = + − − − −
Trong đó: VC: là dung tích hồ cuối thời đoạn tính toán (m3) VD: là dung tích hồ đầu thời đoạn tính toán (m3)
WTN: là lượng nước thiên nhiên chảy đến hồ trong thời đoạn (m3) WTD: là lượng nước chảy qua NMTĐ để phát điện trong thời đoạn (m3) WE: là lượng nước tổn thất bốc hơi mặt hồ trong thời đoạn (m3)
WT: là lượng nước tổn thất thấm trong thời đoạn (m3)
WX: là lượng nước xả qua công trình tháo lũ trong thời đoạn (m3) Với điều kiện dung tích hồ chứa ở thời điểm bất kỳ phải nằm trong phạm vi giữa dung tích chết (VC) và dung tích ứng với MNDBT (VΣ).
Công suất đảm bảo là công suất nhà máy có thể cung cấp với mức đảm bảo 85%, tức là công suất phát của nhà máy không nhỏ hơn công suất 85% thời gian mô phỏng, chỉ có 15% số năm nhà máy không thoả mãn điều kiện này. Mức đảm bảo 85% là mức được áp dụng cho các công trình có quy mô như nhà máy thủy điện Hà Tây theo quy phạm.
2.1.2. Số liệu cơ bản sử dụng trong tính toán (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a. Tài liệu địa hình
Đặc trưng địa hình của hồ chứa được xây dựng trên cơ sở đo vẽ từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2.000. Kết quả xây dựng đường quan hệ giữa diện tích, dung tích với cao trình F, W= f(Z). Xem bảng phần phụ lục tính toán.
BVTC
Quan hệ mực nước hạ lưu nhà máy thuỷ điện được xác định dựa trên bản đồ tỷ lệ 1:2000 xây dựng được các mặt cắt ngang, trắc dọc tuyến công trình, xây dựng được quan hệ Q = f(H) tuyến nhà máy, chi tiết xem trong phụ lục tính toán.
Bảng 4.1. Đường quan hệ F, W=f(Z) tuyến đầu mối
Z(m) 552 556 558 560 562 564 566 568 570 572 574 576 578 580 F(km2) 0,00 0,04 0,07 0,11 0,15 0,21 0,35 0,59 0,86 1,28 1,83 2,24 2,58 2,99
V
(106m3) 0,00 0,04 0,11 0,18 0,26 0,36 0,55 0,92 1,44 2,13 3,10 4,07 4,82 5,57 Bảng 4.2 Đường quan hệ Q=f(Zhl) tuyến nhà máy
Q(m3/s) 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 Zhl(m) 544,7 545,6 545,9 546,1 546,3 546,5 546,6 546,8 546,9 547,0 547,1
b. Tài liệu địa chất
Tài liệu địa chất liên quan đến tính toán thuỷ năng nhằm mục đích đánh giá mức độ thấm mất nước từ lòng hồ và bờ hồ. Để tính toán lượng thấm mất nước này, trong giai đoạn DAĐT tạm lấy theo kinh nghiệm bằng 0,5% dung tích trung bình của hồ trong mỗi thời đoạn. Lượng tổn thất này chỉ diễn ra trong một thời gian đầu vận hành và sẽ giảm dần do quá trình bồi lắng - thời gian đó dài hay ngắn phụ thuộc vào điều kiện địa chất lòng hồ và bờ hồ. Do chưa xác định được thời gian mất nước do thấm nên trong tính thuỷ năng xem như lượng tổn thất này tồn tại vĩnh viễn.
Tổn thất thấm qua tuyến năng lượng và rò rỉ qua cửa van cũng lấy theo kinh nghiệm bằng 0,1l/s.m và cũng không thay đổi theo thời gian.
Tổng tổn thất lưu lượng của công trình tính là 1% lưu lượng trung bình thời đoạn đối với nhà máy kiểu sau đập.
c. Tài liệu thuỷ văn
Dòng chảy đến: dòng chảy đến tuyến công trình là chuỗi dòng chảy trung bình tháng dài 28 năm từ 1978-2005 mùa lũ bắt đầu từ tháng 8 đến tháng 12, mùa kiệt từ tháng 1 đến tháng 7 năm sau.
Bảng 4.3: Đặc trưng dòng chảy năm.
Tuyến Qo(m3/s) Cv Cs Qp%(m
3/s)
5 10 25 50 75 85 90
Tuyến đập 24,1 0,19 1,2 32,5 29,8 26,1 22,9 20,7 19,7 19,2 Phân phối dòng chảy tháng trong năm: sau khi tính toán được chuỗi dòng chảy tháng, năm của các tuyến công trình hồ Hà Tây, sử dụng chỉ tiêu vượt trung bình để phân mùa dòng chảy. Kết quả phân mùa, mùa lũ bắt đầu từ tháng VIII và kết thúc vào tháng XII, mùa kiệt từ tháng I đến tháng VII năm sau.
Dòng chảy đến: dòng chảy đến tuyến công trình là chuỗi dòng chảy trung bình tháng dài 30 năm từ 1978-2007 mùa lũ bắt đầu từ tháng 8 đến tháng 12, mùa kiệt từ tháng 1 đến tháng 7 năm sau.
BVTC
Năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
TB 19.9 14.6 11.3 11.8 12.3 25.5 23.8 40.1 42.2 37.3 27.6 23.0 24.1 1978 17.7 13.0 10.1 10.5 10.9 22.7 21.2 35.7 37.5 33.2 24.5 20.4 21.4 1979 25.7 19.0 14.7 15.3 15.9 33.0 30.8 51.9 54.6 48.3 35.7 29.8 31.2 1980 23.0 17.0 13.1 13.7 14.2 29.5 27.5 46.4 48.8 43.2 31.9 26.6 27.9 1981 25.7 19.0 14.7 15.3 15.9 33.0 30.8 51.9 54.6 48.3 35.7 29.8 31.2 1982 17.8 13.1 10.1 10.6 11.0 22.8 21.3 35.9 37.7 33.4 24.6 20.6 21.6 1983 18.2 13.4 10.4 10.8 11.2 23.3 21.8 36.7 38.6 34.1 25.2 21.0 22.1 1984 25.5 18.8 14.5 15.2 15.7 32.7 30.5 51.4 54.0 47.8 35.3 29.5 30.9 1985 19.6 14.4 11.2 11.7 12.1 25.1 23.4 39.5 41.5 36.7 27.1 22.7 23.8 1986 23.3 17.2 13.3 13.9 14.4 29.8 27.9 47.0 49.4 43.7 32.3 26.9 28.2 1987 15.3 11.3 8.7 9.1 9.5 19.6 18.3 30.9 32.5 28.7 21.2 17.7 18.6 1988 15.1 11.2 8.6 9.0 9.4 19.4 18.1 30.6 32.1 28.4 21.0 17.5 18.4 1989 18.1 13.3 10.3 10.8 11.2 23.2 21.7 36.5 38.4 34.0 25.1 20.9 22.0 1990 20.6 15.2 11.8 12.3 12.7 26.4 24.7 41.6 43.8 38.7 28.6 23.9 25.0 1991 19.5 14.4 11.1 11.6 12.1 25.0 23.4 39.4 41.4 36.6 27.1 22.6 23.7 1992 18.4 13.6 10.5 10.9 11.4 23.6 22.0 37.1 39.0 34.5 25.5 21.3 22.3 1993 15.2 11.2 8.7 9.0 9.4 19.5 18.2 30.6 32.2 28.5 21.0 17.6 18.4 1994 21.6 16.0 12.4 12.9 13.4 27.8 25.9 43.7 46.0 40.6 30.0 25.1 26.3 1995 17.3 12.7 9.9 10.3 10.7 22.1 20.7 34.8 36.6 32.4 23.9 20.0 20.9 1996 29.5 21.8 16.9 17.6 18.3 37.9 35.4 59.6 62.7 55.5 41.0 34.2 35.9 1997 19.9 14.7 11.4 11.9 12.3 25.6 23.9 40.3 42.3 37.4 27.7 23.1 24.2 1998 13.3 9.8 7.6 7.9 8.2 17.1 15.9 26.9 28.3 25.0 18.5 15.4 16.2 1999 23.6 17.4 13.5 14.0 14.6 30.3 28.3 47.6 50.1 44.3 32.7 27.3 28.6 2000 24.5 18.1 14.0 14.6 15.2 31.5 29.4 49.5 52.1 46.1 34.0 28.4 29.8 2001 18.5 13.7 10.6 11.0 11.5 23.8 22.2 37.4 39.3 34.8 25.7 21.5 22.5 2002 19.6 14.4 11.2 11.7 12.1 25.1 23.4 39.5 41.5 36.7 27.1 22.6 23.7 2003 17.1 12.6 9.8 10.2 10.6 22.0 20.5 34.6 36.4 32.2 23.8 19.8 20.8 2004 14.3 10.5 8.2 8.5 8.8 18.3 17.1 28.9 30.4 26.8 19.8 16.6 17.4 2005 17.5 12.9 10.0 10.4 10.8 22.5 21.0 35.4 37.2 32.9 24.3 20.3 21.3 2006 20.3 14.9 11.6 12.1 12.5 26.0 24.3 40.9 43.0 38.1 28.1 23.5 24.6 2007 20.3 15.0 11.6 12.1 12.6 26.1 24.4 41.0 43.2 38.2 28.2 23.5 24.7
Số liệu dòng chảy tới thủy điện Đăk Đoa và lưu lượng khu giữa thủy điện Đăk Đoa và Hà Tây xem phụ lục kèm theo
Đặc trưng bùn cát: lượng bùn cát đến các tuyến đập tính từ tài liệu quan trắc bùn cát trạm thuỷ văn Kon Tum. Kết quả tính toán như sau:
Bảng 4.5: Kết quả tính toán lượng bùn cát hàng năm đến các tuyến công trình Tuyến Công trình kmFlv2 Q0 m3/s Lơ lửng Di đáy Bùn cát tổng cộng 103tấn 103m3 103tấn 103m3 103tấn 103m3 Tuyến CT 675 24,1 45,02 40,93 13,51 9,31 58,53 50,24
BVTC
Tài liệu khí tượng được kể đến trong tính toán thuỷ năng là đánh giá tổn thất bốc hơi từ mặt hồ. Lượng tổn thất bốc hơi được xác định bằng hiệu số giữa bốc hơi mặt nước và bốc hơi mặt đất, đó chính là lượng bốc hơi tăng lên khi có hồ chứa. Tổn thất bốc hơi lấy bằng tổn thất trung bình nhiều năm và được phân phối theo từng tháng trong năm. Tổn thất bốc hơi từ hồ chứa thuỷ điện Hà Tây trình bày ở bảng 4.6.
Bảng 4.6: Phân phối tổn thất bốc hơi từ hồ chứa(mm) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm
∆Z(mm) 25,19 30,03 44,52 46,25 42,45 46,94 52,46 52,46 31,41 20,71 17,60 18,98 425,2
e. Tổn thất cột nước qua tuyến năng lượng
Tổn thất cột nước, trong tính toán thuỷ năng đã tính đến tổn thất cột nước trên toàn bộ tuyến năng lượng bao gồm tổn thất ở cửa lấy nước, tuyến áp lực. Tổn thất cột nước cho tuyến năng lượng trong giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công được tính toán theo công thức thuỷ lực (kết quả tính toán xem phụ lục tính toán).
Bảng 4.7: Đường quan hệ tổn thất tuyến năng lượng
Q(m3/s) 1,5 6,0 10,5 15,0 19,5 24,0 28,5 33,0 37,5 42,0 46,5 51,0 55,5 60,0
Hw(m) 0 0,01 0,03 0,05 0,09 0,14 0,19 0,26 0,34 0,42 0,52 0,62 0,74 0,86
f. Tài liệu tổ máy
Với cột nước và lưu lượng qua nhà máy thủy điện Hà Tây lựa chọn tuabin Chong chóng trục đứng cho các phương án so sánh. Hệ số công suất trong tính toán so chọn thông số được lấy sơ bộ là A = 8,46 (ηTB=0,905; ηmf=0,953).
Với phương án chọn, trên cơ sở loại và đặc tính vận hành của tuabin, hiệu suất tuabin và hiệu suất máy phát sẽ được chính xác lại.