Tài liệu Luận văn tốt nghiệp thiết kế sơ bộ trạm thủy điện h4

z ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ ĐIỆN H4 MỤC LỤC TỔNG QUAN...................................................................................................................3 CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH..................................................3 II.Nhiệm vụ.....................................................................................................7 TÍNH TOÁN THUỶ NĂNG...........................................................................11 III : CHỌN MỨC BẢO ĐẢM TÍNH TOÁN CHO TTĐ-H4......................14  2.4: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TTĐ H4........................15 I : XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC DÂNG BÌNH THƯỜNG (MNBT)................15  2.3: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT BẢO ĐẢM....................................................29 I.KHÁI NIỆM..................................................................................................29 II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT BẢO ĐẢM (NBĐ) CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN ĐIỀU TIẾT NGÀY......................................................29 I. ĐỊNH NGHĨA...............................................................................................33 II. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT LẮP MÁY CỦA TTĐ....................................33 III. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT LẮP MÁY NLM CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN H4: ...........................................................................................................................35 IV. XÁC ĐỊNH CÁC CỘT NƯỚC ĐẶC TRƯNG CỦA TTĐ....................36 LỜI NÓI ĐẦU Thuỷ năng là một dạng năng lượng tiềm tàng trong nước.Năng lượng tiềm tàng đó thể hiện dưới ba dạng: Hoá năng- nhiệt năng - cơ năng Hoá năng của nước thể hiện trong việc làm thành các dung dịch muối hoà tan , các loại trong nước sông đẻ biến thành năng lượng . Nhiệt năng của nước sinh ra do sự chênh lệch nhiệt đọ giữa các lớp nước trên mặt và dưới đáy sông,biển,giữa nước trên mặt đất và trong các mỏ nước ngầm . Hai dang năng lượng của nước nêu trên tuy có trữ lượng lớn , nhưng phân bố rời rạc khó khai thác . Cơ năng của nước thể hiện trong mưa , trong dòng chảy của sông suối , trong sóng nước và thuỷ triều . Trong đó năng lượng của dòng sông là nguồn năng lượng rất lớn và khai thác thuận tiện hơn cả.Trong khi đó sông suối nhỏ được phân bố ở nhiều nơi, việc xây dựng trạm thuỷ điện và việc sử dụng thiết bị điện lại đơn giản hơn so với việc sử dụng các năng lượng khác. Do những đặc đIểm trênviệc sử dụng thuỷ năng để phát điện đã trở thành phổ biến . Kể từ năm 1934 tại Pháp , sau đó tại Nga , người ta đã chế tạo thành công các turbin nước để phát điện. Cho đến nay việc sử dụng các turbin nước đẻ phát điện ngày càng phát triển mạnh mẽ hơn. Tại nước ta có trên 1000 con sông suối với trữ năng tiềm tàng rất lớn . Trong đó có các con sông Đà , sông Lô , hệ thống sông Đồng Nai có nguồn năng lượng lớn hơn cả . Những năm gần đây nhịp độ phát triển của Việt Nam ngày càng tăng , đặc biệt là nhà máy điện Hoà Bình . Một công trình lớn nhất khu vực ĐNA đem lại nguồn lợi kinh tế rất lớn . Bên cạnh đó các nhà máy thuỷ điện Thác Bà ,Thác Mơ,Trị An,Yaly…đang đóng góp tích cực cho công ngiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Hiện nay chúng ta đang tiến hành khẩn trương viêc ngiên cứu khai thác thuỷ năng và lợi dụng tổng hợp nguồn nước ở các con sông lớn nhỏ trên khắp đất nước.Hệ thống sông Đông Nai được chú ý quan tâm hơn cả bởi trên hệ thống này sẽ đươc xây dựng nhiều nhà máy thuỷ điện,tiến tới sẽ hình thành một hệ thống các bậc thang thuỷ điện . Với đồ án tốt ngiệp của tôI được giao thiết kế sơ bộ TTĐ trên sông Spêpook thuộc hệ thống sông Đồng Nai nằm ở tỉnh Đăc Lắc với nhưng tài liệu thiết kế cần thiết sau: Nhiệm vụ của công trình Tài liệu dân sinh kinh tế Tài liệu về địa hình Tài liệu về địa chất Tài liệu về khí tượng thuỷ văn PHẦN I TỔNG QUAN CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH $1.1. Đặc điểm vị trí địa lý * Vị trí và sự hình thành lưu vực Hồ trước của trạm thuỷ điện nằm trên sông Eakrông thuộc một đoạn sông Spêpook thuộc tỉnh Đăc Lắc Trực tuyến đập theo hướng Tây Bắc - Đông Nam $1.2.Đặc điểm địa hình - địa chất I.Đặc điểm địa hình Địa hình sông Spêpook chảy trên lãnh thổ Việt Nam theo hướng Bắc và Tây Bắc, qua vùng địa thế đa dạng và phức tạp, nhiều núi non hiểm trở, xen kẽ đầm lầy rừng rậm rừng thưa và các vùng đất thoai thoải phủ cỏ và các cây thấp. Địa hình lưu vực sông này có thể chia làm 3 đoạn như sau: - Đoạn I: Từ thượng lưu buôn Tulanh, vùng núi cao có độ trung bình 1000m, dân cư thưa thớt, xa trục lộ giao thông chính và cơ sở kinh tế hầu như không có gì. - Đoạn II: Từ buôn Tulanh đến buôn Bray, địa hình có độ cao trung bình 450m  500m, thung lũng của khu vực chủ yếu là đầm lầy, có những hồ chứa nước thiên nhiên khá to nằm giữa các dãy núi, ăn thông với sông. Phía trên buôn Bray là hợp lưu của hai dòng Eakrông và Krôngkro, lưu vực nói chung còn hoang vắng, ít người, giao thông khó khăn. - Đoạn III: Phần còn lại đến biên giới Việt Nam - Campuchia. Đoạn sông này chảy siết, độ dốc lớn và độ uốn cong lớn, nhiều thác ghềnh, lưu vực phần lớn là đồi núi thấp, thoai thoải, độ cao trung bình là 280  300m, do đường quốc lộ 14 cắt ngang sông ở đoạn gần tuyến công trình, dân cư chỉ tập trung gần đường quốc lộ và ven sông II.Điều kiện địa chất công trình vùng xây dựng - Công trình xây dựng dự định ở thượng lưu phần lớn nằm trên nhánh sông Krôngkro, khu vực này nằm trong cấu tạo Đắk lưu thuộc đới uốn nếp Đà lạt. Các lớp địa chất tạo thành ở đây thuộc lớp trầm tích Juza hệ tầng bản đơn T1-2 và phun trào Bazan độ tứ cuội kết và vối nhét, thế nằm của nó tạo thành bộ uốn nếp, có hướng nằm Tây - Tây- Nam hoặc Đông Nam, trong lưu vực có một vài nếp gãy kiến tạo cắt qua theo hướng Tây Bắc - Đông Nam ở phía Tây Bắc Đrâylinh ở vùng Krongpack có khe nứt khe nứt theo hướng Đông Bắc từ buôn Bray về thượng nguồn có các trầm tích đội tứ gồm các cuội , sỏi cuội, đá tảng và đá Granit III.Đặc điểm khí tượng thuỷ văn 1. Nhiệt độ nhiệt độ cao nhất thường xuất hiên tháng 4 đạt tới 39  40oC thấp nhất vào tháng 12 xuống tới 7  4oC, nhiệt độ trung bìn năm tăng 23  24oc ( theo tài liệu của trạm khí tượng Buôn Mê Thuật) 2. Độ ẩm Lượng bình quân 82,4%, nhỏ nhất 40,5%. Tháng có độ ẩm lớn nhất là tháng 9, tháng có độ ẩm thấp nhất là tháng 3. Khí hậu Buôn Mê Thụt mang tính chất khí hậu cao nguyên trung bộ 3. Chế độ mưa Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10, bão thường xảy ra vào tháng 9, tháng 10, mưa lớn nhất vào tháng 8,9,10. Trong lưu vực có một số tram đo mưa: Buôn Mê Thuật Krong Bruc Chư Hlam 4. Tài liệu dòng chảy Trong lưu vực có một số trạm đo thuỷ văn như: Draylinh Buôn Mê Thuật Krong Buk Trạm thuỷ văn Draylinh với diện tích lưu vực 8880 km 2 có 12 năm tài liệu dòng chay, là trạm thủy văm đáng chú ý nhất, dòng chảy năm bình quân ở 1 số tuyến theo các tần suất, ở đây chỉ lấy chế độ dòng chả ở tuyến công trình. Phân phối dòng chảy các tháng trong năm được tính toán theo mô hình trạm Đraylinh $1.3. Tình hình vật liệu xây dựng Vật liệu tại chỗm theo khảo sát chung trong vùng vật liệu khá phong phú, chúng phân bố rộng rãi bao gồm các loại đá, cát, cuội, sỏi, đất. 1.Đá Đá phân bố rộng rãi trong phạm vi công trình và lân cận bao gồm các loại đá granít, bazaít… 2. Vật liệu cát, cuội sỏi… Vùng xây dựng công trình lòng sông thoải dần nên, về phía thượng lưu của công trình có nhiều bãi bồi lớn, đó là nơi tập trung các bãi cuội, sỏi, cát có trữ lượng lớn. 3. Các loại vật liệu khác Về xi măng, sắt thép, do ở địa phương chưa phát triển về ngành này nên phải đi mua ở nơi khác $1.4. Tình hình giao thông vận tải Mạng lưới giao thông trong vùng chưa phát triển, chỉ có đường mòn nối các khu dân cư trong vùng, nhưng có một thuận lợi là giao thông bằng đường thuỷ $1.5. Yêu cầu về sử dụng nước - Công trinh trạm thuỷ điêm được xây dựng chủ yếu cho phát điện và cung cấp điện cho địa phương. - Vấn đề tưới và giao thông thuỷ ở phía thượng lưu, hạ lưu công trình cũng được đặt ra, nhưng do sự phát triển kinh tế, nhu cầu có sử dụng của địa phương không đòi hỏi phải nhất thiết có, nên khi hồ chứa hình thành thì yêu cầu này vẫn đảm bảo. $1.6. Tình hình dân sinh kinh tế $1.7. Chọn tuyến công trình Trên cơ sở những tài liệu thăm dò, khảo sát và điều tra cơ bản như điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn, vật liệu xây dựng, dân sinh kinh tế. Tiến hành so sánh các phương án tuyến công trình trong giai đoạn quy hoạch thuỷ lợi,đặc biệt là quy hoạch thuỷ năng, và quyết định chọn tuyến BBB là tuyến công trình được coi là hợp lý nhất vì những lý do sau đây: -Địa hình thuận lợi, tuyến đập được bố trí giữa hai khe núi như vậy giảm được khối lượng đào đắp -Về địa chất: Địa chất khu vực xây dựng có nền đá cứng, ít nứt nẻ. Như vây đảm bảo tốt vấn đề ổn đình của Công trình, giảm nhỏ khối lượng sử lý nền móng. -Bố trí Công trình liên quan được thuận lợi như: đập dâng, đập tràn và các đập phụ khác. -Vấn đề bố trí hiện trường thi công được thuận tiện, tại vị trí xây dựng Trạm thuỷ điện địa hình khá bằng phẳng, tiện cho việc bố trí và xây dựng đường giao thông. Đập chính được xây dựng gần bãi vật liệu, tiện cho việc vận chuyển, giảm được giá thành xây CHƯƠNGII :TÀI LIỆU THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH $2.1. ý nghĩa và nhiệm vụ của Trạm thuỷ điện H4 I. Ý nghĩa Qua tình hình của tỉnh Đắc Lắc và lưu vực sông Spêpook thấy việc xây dựng Trạm thuỷ điện H4 có ý nghĩa lớn với cả vùng, có tác dụng thúc đẩy sự phát triển kinh tế của cả vùng và của tỉnh, thúc đẩy sự phát triển kinh tế của các ngành sử dụng điện, nước đảm bảo cung cấp điện tại chỗ. Đồng thời đóng góp cho hệ thống điện quốc gia một lượng điện năng đáng kểm đời sống người dân nâng cao. II.Nhiệm vụ Trạm thuỷ điện H4 có nhiệm vụ chính là phát điện. Ngoài ta còn có thể lợi dụng tổng hợp: phòng lũ, tưới, giao thông, dịch vụ… $2.2.Tài liệu thiết kế 1. Bình đồ lưu vực: Tỷ lệ 1 2. Đường đặc tính lòng hồ Ztl(m) F(km2) W.106.m3 3. 340 4,8 267,9 435 6,8 405,8  500 436 7,6 569,12 437 8,1 636,0 438 8,2 645,0 Quan hệ: Q ~ Zhl Q( m3/s ) Zhạ(m) 47,4 64,0 99,1 124 210 412,2 412,4 413,1 413,4 414,9 II. Tài liệu thuỷ văn 1.Tài liệu nước đến của 3 năm điểm hình Tháng Qth 10% Qth 50% Qth 90% 7 138 182 55,4 8 157 151 125 9 413 298 205 10 460 264 255 11 180 144 107 12 122 136 66,1 2.Tài liệu mưa và bốc hơi Bốc hơi Tháng h(mm) Tháng h(mm) 1 52 7 22 Tháng Xi( mm) w% 2 60 8 21 3 73 9 19 4 72 10 20 5 37 11 26,5 6 20 12 27,5 Mưa 1 2 3 4 5 6 1,7 6,4 25,5 86,3 228 232 79,8 72,8 73,7 87,1 85,4 87,1 7 8 9 10 11 12 268 325 307 221 69,5 194 87, 88,8 87,3 85,5 83,3 82,1 8 Lưu lượng mưa của cả năm là 1790 mm III.Các tài liệu khác Tuổi thọ Công trình : T=90 năm Hàm lượng bùn cát trong nước là :  bc =0,081kg/m3 Hàm lượng riêng bùn cát  bc = 1,5 T/m3 Chế độ dòng chảy ở tuyến Công trình (km2) Flv 3860 Qđến ( m3/s) 123 Và các tài liệu khác Mo ( l/s-km2) 32 Cv Cs 0,25 2.Cv Qp % (m3/s) 10% 50% 90% 164 121 86 biÓu ®å quan hÖ ztl & f Ztl (m) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 F ( km 2) biÓu ®å quan hÖ f & v F (km2 ) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 V ( 106 m3 ) biÓu ®å quan hÖ ztl & v Ztl 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 V ( 106 m3 ) biÓu ®å quan hÖ q ~ z hl Zhl 415.5 415 414.5 414 413.5 413 412.5 412 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 Q PHẦN II TÍNH TOÁN THUỶ NĂNG CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CƠ BẢN CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THUỶ NĂNG CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN  1.1 MỤC ĐÍCH Mục đích tính toán thủy năng là xác định các thông số cơ bản của hồ chứa và trạm thủy điện: 1. Thông số của hồ chứa: - Mực nước dâng bình thường (MNDBT). - Mực nước chết ( MNC ), hay là độ sâu công tác (hct). - Dung tích hữu ích ( Vhi ). 2. Thông số năng lượng của tram thủy điện(TTĐ): - Công suất bảo đảm (Nbđ). - Công suất lắp máy (Nlm). - Điện lượng bình quân nhiều năm (Enn). - Số giờ lợi dụng công suất lắp máy (h). 3. Các cột nước đặc trưng của TTĐ: - Cột nước lớn nhất (H max ). - Cột nước nhỏ nhất (H min ). - Cột nước bình quân (H tb ). - Cột nước tính toán (H tt ). * Các thông số đó làm cơ sở cho việc tính toán chọn thiết bị cho nhà máy, xác định kích thước đường dẫn nhà máy, công trình thủy công và các vấn đề liên quan khác.  2-2 PHƯƠNG THỨC KHAI THÁC THỦY NĂNG Việc chọn phương thức khai thác thủy năng phải dựa vào điều kiện cụ thể của từng công trình, điều kiện thiên nhiên, điều kiện địa chất, đia chất thuỷ văn, bản đồ địa hình và tình hình kinh tết xã hội để lựa chọn. Qua việc nghiên cứu các tài liệu nêu trên tôi có nhận về khu vực xây dựng TTĐ H4 như sau: - Công trình TTĐ H4 là một trạm trên sông Spêpook.Do địa hình thuận lợi ,tuyến đập được bố trí giữa hai khe núi,như vậy sẽ giảm được khối lượng đào đắp.Và ta dựa vào tài liệu bình đồ khu vực xây dựng công trình thuỷ điện H4 đã cho . Dựa vào các nhận xét trên tôi chọn phương thức khai thác kiểu nhà máy thuỷ điện sau đập.Vây ta chọn phương thức khai thác thuỷ năng kiểu đập dâng tạo cột nước.  2-3 CHỌN MỨC BẢO TÍNH TOÁN I. KHÁI NIỆM VỀ MỨC BẢO ĐẢM TÍNH TOÁN: 1. Ý nghĩa của mức bảo đẩm tinh toán: Ta biết rằng tình hình làm việc của Trạm thuỷ điện(TTĐ) luôn phụ thuộc vào tình hình thuỷ văn. Trong điều kiện lưu lượng thiên nhiên thuận lợi thì TTĐ đảm bảo an toàn cung cấp điện, còn trong những năm ít nước thì TTĐ không đảm bảo cung cấp điện an toàn. Mặt khác đối với một số TTĐ kiểu đập có cột nước thấp thì TTĐ có thể không đảm bảo cung cấp điện ngay trong mùa nhiều nước (do mực nước ở hạ lưu dâng cao ngay trong thời kỳ này, làm cho cột nước của TTĐ giảm nhiều). Khi đó ta phải cắt giảm các hộ dùng điện, điều đó cũng có nghĩa là sẽ gây ra thiệt hại đối với nền kinh tế Quốc dân. Do vậy để đặc trưng cho mức bảo đảm an toàn cung cấp điện của TTĐ, người ta đưa ra chỉ tiêu Ptt gọi là mức bảo đảm an toàn hay tần suất. Mức bảo đảm được tính theo công thức sau: P Thêi gian lµm viÖc binh thêng  100% Tæng thêi gian vËn hµnh Tức là trong suốt thời gian làm việc (vận hành), TTĐ sẽ đảm bảo cung cấp điện bình thường trong P% tổng thời gian còn (100-P)% thời gian không thể cung cấp đầy đủ công suất và điện lượng do tình hình thủy văn bất lợi. 2. Nguyên lý lựa chọn mức bảo đảm: Mức bảo đảm được dùng để xác định các thông số của TTĐ và dùng để xác định vai trò N của TTĐ trong cân bằng công suất của hệ thống gọi là mức bảo đảm tính toán (Ptt). Ta thấy nếu Ptt mà tăng lên thì công suất bảo đảm của TTĐ (Nbđ) sẽ giảm xuống, có nghĩa là công suất tất yếu của TTĐ sẽ giảm xuống. Điều đó đồng nghĩa với việc: N 100% P% - Vốn đầu tư vào TTĐ giảm đi một lượng (  KTĐ), nhưng do NtyTĐ giảm => NlmNĐ tăng lên (do cân bằng hệ thống điên) => vốn đầu tư vào nhà máy Nhiệt điện tăng lên một lượng (  KNĐ), nhưng  KNĐ tăng >  KTĐ giảm => Vốn đầu tư của toàn bộ hệ thống tăng lên. Nhưng thời gian bảo đảm an toàn tăng lên, làm cho thiệt hại do thiếu điện giảm. Do vậy P tt tốt nhất là tần suất làm cho tổng chi phí (có xét đến thiệt hại) của hệ thống là nhỏ nhất. 3. Nguyên tắc chọn P tt: Việc tính toán thiệt hại do thiếu điện là rất phức tạp và trong nhiều trường hợp chúng ta không thể thực hiện được nếu như không đưa ra một số giả thiết ban đầu. Cho nên việc xây dựng mức bảo đảm tính toán thường được tiến hành theo kinh nghiệm và theo các định mức. Cụ thể là: Để chọn mức bảo đảm tính toán của TTĐ người ta dựa vào các nguyên tắc sau: +.Công suất lắp máy của TTĐ càng lớn thì mức bảo đảm phải chọn càng cao, vì thiệt hại do chế độ làm việc bình thường của TTĐ có công suất lắp máy lớn bị phá vỡ nghiêm trọng so với trạm có công suất lắp máy nhỏ. +.Trạm thuỷ điện có công suất càng lớn so với tổng công suất của toàn hệ thống điện lực thì mức bảo đảm tính toán phải chọn càng cao, vì khi TTĐ không làm việc bình thường thì công suất thiếu hụt khó bù hơn so với các trạm nhỏ, nhất là trong thời kỳ công suất dự trữ đã sử dụng gần hết. +.Các hộ dùng điện càng quan trọng về mặt khinh tế, khoa học kỹ thuật thì mức bảo đảm tính toán của trạm cung điện càng cao vì lẽ nếu thiếu điện tổn thất sẽ càng nghiêm trọng. +.Nếu trạm thuỷ điện có hồ điều tiết càng lớn, hệ số điều tiết cao, sự phân bố dòng chảy trong sông lại tương đối đều thì có thể chọn mức bảo đảm tính toán cao mà vẫn lợi dụng được phần lớn năng lượng nước thiên nhiên. Trong trường hợp không có hồ điều tiết dài hạn, muốn lợi dụng năng lượng nước được nhiều không nên chọn mức bảo đảm tính toán cao. +. Nếu TTĐ đóng vai trò chính trong công trình lợi dụng tổng hợp hoặc chỉ có nhiệm vụ phát điện ngoài ra không còn ngành dùng nước nào khác tham gia thì mức bảo đảm tính toán cứ theo các nguyên tắc trên để chọn.Trong trường hợp có thể chọn mức bảo đảm khá cao, nhưng khi TTĐ chỉ giữ vai trò thứ yếu trong công trình lợi dụng tổng hợp mức bảo đảm tính toán của TTĐ phải phục tùng yêu cầu dùng nước chủ yếu mà chọn thấp hơn cho thỏa đáng. Kinh nghiệm cho thấy thường dùng ở mức đảm bảo sau: - Các trạm thuỷ điện có công suất lớn: Nlm > 50MW P = 85 - 95%. - Các trạm thuỷ điện vừa, tỷ trọng công suất không lớn lắm : P=75-85%. - Các TTĐ nhỏ, làm việc độc lập hoặc tham gia trong hệ thống với tỷ trọng công suất dưới 15 - 20% : P = 50-80%. III : CHỌN MỨC BẢO ĐẢM TÍNH TOÁN CHO TTĐ-H4 Căn cứ vào nhiệm vụ cụ thể của công trình thuỷ điện H4 với nhiệm vụ phát điện là chính và theo đánh giá sơ bộ tại tuyến xây dựng công trình TTĐ H4 có công suất khoảng ( 200  400 ) MW Theo tiêu chuẩn TCVN 50-60-90 chọn mức bảo đảm cho TTĐ H4 là p=90%.  2.4: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TTĐ H4 NỘI DUNG: 1)Xác định mực nước dâng bình thường (MNBT). 2) Xác định độ sâu công tác (hct), mực nước chết (MNC), dung tích hữu ích (Vhi). 3) Xác định công suất bảo đảm ( Nbđ ), công suất lắp máy ( Nlm ). ____ 4) Tính điện lượng bình quân nhiều năm ( E nn ), số giờ lợi dụng công suất lắp máy(hNln). 5) Xác định các cột nước đặc trưng của TTĐ H4. CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN: I : XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC DÂNG BÌNH THƯỜNG (MNBT). 1.Định nghĩa: Mực nước dâng bình thường là mực nước cao nhất của hồ chứa trong điều kiện làm việc bình thường của nhà máy thuỷ điện. Mực nước dâng bình thường là một thông số chủ chốt của công trình thủy điện. Nó có ảnh hưởng quyết định đến dung tích hồ chứa, cột nước, lưu lượng, công suất bảo đảm và điện lượng hàng năm của TTĐ. Về mặt công trình nó quyết định đến chiều cao đập, kích thước công trình xả lũ, số lượng và kích thước các đập phụ. Về mặt kinh tế: vùng hồ, nó ảnh hưởng trực tiết đến diện tích vùng ngập nước và các tổn thất do nước ngập ở vùng hồ. Vì vậy việc chọn MNDBT phải được tiến hành thận trọng. Khi tính toán lựa chọn MNDBT cần chú ý đến một số yếu tố ảnh hưởng quan trọng sau: * Mối quan hệ giữa NMDBT và lợi ích. +Phát điện: Khi NMDBT tăng thì khả năng phát điện của TTĐ tăng, dẫn đến điện lương hàng năm của của TTĐ tăng, nhưng đến một lúc nào đó thì độ tăng giảm do lượng nước bốc hơi lớn. Trường hợp có công trình nào đó đã xây dựng hoặc dự kiến xây dựng ở phía thượng lưu công trình thì khi tăng NMDBT có thể sẽ gây ngập chân công trình phía trên. Nếu độ ngập đó đáng kể sẽ làm giảm cột nước phát điện, làm thay đổi chế độ, và điều kiện làm việc của công trình phía trên. +Phòng lũ: Khi NMDBT tăng thì dung tích hữu ích tăng, khả năng cắt lũ lớn do đó giảm bớt biện pháp phòng lũ và thiệt hại phía hạ lưu. +Yêu cầu sử dụng nước: Khi NMDBT tăng, dung tích hưu ích của hồ tăng, lưu lượng điều tiết tăng, việc cung cấp nước cho hạ lưu tăng. +Giao thông thủy: Khi NMDBT , dung tích hồ chứa tăng, khả năng chuyên chở thượng, hạ lưu tăng. * Mối quan hệ giữa NMDBT và chi phí. Khi NMDBT làm cho chiều dài, chiều cao đập tăng đồng thời cũng ảnh hưởng đến số lượng và kích thước các đập phụ xung quanh hồ dẫn đến vốn đầu tư, chi phí hàng năm tăng nhanh. NMDBT tăng, diện tích ngập lụt tăng, nhiều khi giây ngập các mỏ khoáng sản quí hiếm, gây ngập các di tích lịch sử, thay đổi môi trường sinh thái, cảnh quan khu vực xây dựng công trình dẫn đến chí đền bù thiệt hại tăng, xử lý nền móng và thấm phức tạp. Vì vậy chi phí cho công trình lớn. 2.Xác định mực nước dâng bình thường. Việc xác định MNDBT phải dựa trên cở sở phân tích so sánh các phương án theo các yếu tố liên quan. Để xác định được hết lợi ích và thiệt hại của từng phương án là một vấn đề hết sức khó khăn vì sự ảnh hưởng về mặt xã hội và môi trường là không rõ ràng. Tuy nhiên để đánh gía về mặt kinh tế cho việc thay đổi MNDBT người ta sử dụng các tiêu chuẩn kinh tế như sau: - Gá trị thu nhập dòng quy về thời điểm hiện tại là lớn nhất. n Bt  Ct NPV  B  C   t i 1 (1  i ) Trong đó: NPV: Giá trị thu nhập dòng n: Số năm tính toán . B : `dụng tổng hợp thì B là tất cả các thu nhập từ các ngành trong lợi dụng tổng hợp. C : Tổng chi phí quy về thời điển hiện tại. t: Năm tính toán thứ t Bt: Thu nhập năm thứ t. Ct: Chi phí năm thứ t. i: Lãi xuất . So sánh giữa các phương án, phương án nào có NPV lớn nhất thì chọn. - Tiêu chuẩn chi phí tính toán quy về thời điểm hiện tại là nhỏ nhất (Cmin). Trong trường hợp các phương án đưa ra đều đạt lợi ích như nhau thì có thể chọn theo tiêu chuẩn chi phí tính toán quy về thời điểm hiện tại là nhỏ nhất: Chi phí tính toán quy về hiện tại là: K t  C hnt Trong đó t t 1  1  i  n C tt   Kt: Là vốn đâu tư ở năm thứ t. Chnt: Là chi phí hàng năm của nhà máy thuỷ điện ở năm thứ t. i: Lãi suất. C tt : Là chi phí tính toán quy về hiện tại. Trong các phương án được đưa ra phương án nào có C tt nhỏ nhất thì chọn. Khi tính toán xác định MNDBT để giảm bớt khối lượng tính toán người ta tiến hành xác định giá trị giới hạn trên và giới hạn dưới của MNDBT. - Giới hạn dưới của MNDBT phụ thuộc vào các yếu tố : + Yêu cầu tưới tự chẩy. + Căn cứ vào yêu cầu phụ tải đảm nhận của nhà máy. +Căn cứ yêu cầu của các ngành lợi dụng tổng hợp. - Giới hạn trên của MNDBT phụ thuộc vào các yếu tố: +Điều kiện địa chất tuyến xây dựng công trình . +Điều kiện địa hình ngập lụt và tình hình dân sinh kinh tế. +Các yếu tố về văn hoá xã hội. Trên cơ sở phạm vi giới hạn MNDBT, ta định ra hàng loạt phương án MNDBT chênh nhau khoảng  h = (2  5) m. Tiến hành tính toán với từng phương án MNDBT cụ thể, xác định các thông số: Công suất bảo đảm (N bđ), Công suất lắp máy (Nlm), điện lượng bình quân nhiều năm (Enn) cho mỗi phương án. Tính chênh lệch công suất  N và điện lượng cho từng phương án. - Xác định lợi ích tăng thêm cho các ngành lợi dụng tổng hợp của mỗi phương án. - Xác định vốn đầu tư xây dựng công trình và phần vốn tăng thêm  k cho mỗi phương án. - Xác định phần chi phí tăng thêm  C do tăng MNDBT bao gồm cả tri phí vận hành, chi phí đền bù ngập lụt. - Tính lợi ích về mặt kinh tế do công trình mang lại sau khi có kết quả tính toán cho các phương án sẽ phân tích so sánh và chọn ra phương án hợp lý nhất. Việc tính toán như vậy đòi hỏi phải có nhiều thời gian và đầy đủ các tài liệu như định mức, đơn giá và các chỉ tiêu cần thiết. Trong thiết kế sơ bộ do thời gian có hạn, tài liệu không đầy đủ nên tôi không thực hiện việc tính toán để xác định MNDBT mà được giao cho thiết sơ bộ TTĐ H4 với MNDBT= 433 m. 3. Xác định độ sâu công tác (hct), mược nước chết (MNC), dung tích hữu ích(V hi) của hồ chứa. 1.khái niệm. - Độ sâu công tác của hồ chứa (hct) là khoảng cách tính từ MNC đến MNDBT  hct = MNDBT – MNC - MNC là mực nước thấp nhất trong điều kiện làm việc bình thường của hồ chứa - Phần dung tích nằm dưới MNC gọi là dung tích chết (Vc). - Phần dung tích nằm giữa MNDBT và MNC được gọi là dung tích hữu ích của hồ chứa (Vhi). Đối với mỗi phương án MNDBT thì vấn đề đặt ra là nên chọn độ sâu công tác (h ct) là bao nhiêu là có lợi nhất. 2.xác định độ sâu công tác có lợi của hồ chứa (hct). Để xác định độ sâu công tác có lợi của hồ chứa được thỏa đáng ta tiến hành xem xét kỹ hơn về mối quan hệ N = (hct), E = f (hct). Ta biết rằng điện lượng (hoặc công suất) mùa kiệt một phần do lượng nước không trữ (lưu lượng thiên nhiên) và một phần do lượng nước trữ trong dung tích có ích của hồ tạo thành. Emk = Ektr + Eh . Ektr sẽ giảm khi độ sâu công tác của hồ tăng. Quan hệ biến đổi này gần như tuyến tính, cứ tăng độ sâu công tác thêm một mét thì phần năng lượng này sẽ giảm một trị số gần bằng nhau. Eh biến đổi phức tạp hơn khi h ct thay đổi. Độ sâu công tác càng lớn thì khả năng cung cấp nước của dung tích có ích càng lớn và cột nước trung bình mùa kiệt càng giảm. Vì vậy h ct càng lớn mức độ tăng của Eh càng ít. Vì thế trong giai đoạn đầu, khi độ sâu công tác (h ct) tăng thì điện lượng mùa kiệt cũng tăng, nhưng nếu tiếp tục tăng hct đến một trị số nào đó, ta sẽ có trị số E mk lớn nhất, sau đó tiếp tục tăng hct, thì trị số Emk sẽ giảm vì phần điện lượng tăng thêm do tăng lưu lượng điều tiết không kịp bù lại phần điện lượng mất đi do cột nước giảm. Trị số hct khi Emk đạt tới trị số lớn nhất gọi là độ sâu công tác có lợi nhất. Nếu lượng nước không trữ trong mùa kiệt càng lớn thì độ sâu công tác có lợi của hồ chứa càng nhỏ.(Hình vẽ) 0 (1) E kwh (2) Eh hct (1) hct (2) E mk (2) E ktr (1) E ktr (2) E mk (1) hct (m) Tuy nhiên, nếu chỉ dựa vào điện lượng mùa kiệt để xác định độ sâu công tác có lợi nhất thì chưa hẳn đã hợp lý mà còn phải xem xét diễn biến của điện lượng năm. Trong thời kỳ trữ nước do mực nước trong hồ thấp nên khả năng phát điện bị hạn chế. Bởi vậy khi tăng độ sâu công tác của hồ, điện lượng năm sẽ tăng không đáng kể so với điện lượng mùa kiệt. Vì vậy, trị số điện lượng năm lớn nhất sẽ xuất hiện khi h ct nhỏ hơn so với hct cho Emk lớn nhất. Mặt khác, nếu dưới TTĐ thiết kế có một số TTĐ nằm trong hệ thống bậc thang thì độ sâu công tác của hồ chứa trên càng lớn càng làm tăng sản lượng điện ở các trạm dưới. Vì vậy độ sâu công tác có lợi nhất của hồ đang thiết kế ứng với trị số điện lượng lớn nhất sẽ lớn hơn độ sâu công tác có lợi nhất ứng với điện lượng lớn nhất của riêng trạm đó. Từ phân tích trên, ta thấy không phải là chỉ có một điểm mà là có cả một vùng xác địmh độ sâu công tác có lợi nhất, vì vậy, trị số cuối cùng của độ sâu công tác có lợi phải được xác định trên cơ sở phân tích tính toán kinh tế kỹ thuật trong đó có xét tới mọi ảnh hưởng của sự biến đổi độ sâu công tác ở trạm thiết kế và các trạm trong hệ thống bậc thang. Trong trường hợp đường quan hệ E = f (hct). không có điểm cực trị, tức là độ sâu công tác càng tăng càng có lợi thì việc quyết định nên dừng h ct ở mức nào cho hợp lý phải dựa trên yêu cầu đảm cho hồ có dung tích chết đủ chứa bùn cát lắng đọng trong thời kỳ vận hành, khai thác phù hợp với tuổi thọ tính toán của hồ chứa, mặt khác phải đảm bảo cột nước công tác,và khu vực hiệu suất cao, lưu lượng cần thiết không kéo theo bùn cát…cho Turbin làm việc. * Tiêu chuẩn để chọn độ sâu công tác. Chi phí tính toán của hệ thống là nhỏ nhất hay lợi nhuận thu được do xây dựng TTĐ là lớn nhất (1). Độ sâu công tác đảm bảo cho điện lượng mùa cấp (E mk) hay điện lượng năm (En) là lớn nhất(2). Đồng thời nó còn phải thoả mãn các điều kiện ràng buộc sau: + Phải có cột nước để Turbin làm việc trong vùng có hiệu suất cao + Phải đảm bảo hồ chứa có dung tích chết chứa hết lượng bùn cát lắng đọng trong thời kỳ khai thác, vận hành. Việc xác định hct theo tiêu chuẩn (1) là rất phức tạp, đòi hỏi nhiều thời gian. Trong thiết kế sơ bộ để giảm bớt khối lượng tính toán tôi sử dụng tiêu chuẩn điện lượng mùa cấp lớn nhất (Emkmax) để xác định độ sâu công tác cho hồ chứa của TTĐ H4. Để xác định độ sâu công tác có lợi của hồ chứa trước hết ta đi xác định độ sâu công tác cho phép của hồ chứa. a)Xác định độ sâu công tác cho phép của hồ chứa theo điều kiện làm việc của Turbin ( h TB ). ct h TB  ct 1 H max (1) ( TTĐ H4 là TTĐ sau đập ) 3 Trong đó :Hmax:Cột nước làm việc lớn nhất của NMTĐ Hmax = MNDBT – ZHL(Qmin). ZHL(Qmin): Mực nước hạ lưu nhỏ nhất khi lưu lượng xả xuống hạ lưu là nhỏ nhất(Qmin) Qmin lấy theo yêu cầu về lợi dụng tổng hợp. Do chưa có yêu cầu về lợi dụng tổng hợp ở hạ lưu nên sơ bộ lấy Qmin = min ( Qi ), với ( Qi ) là lưu lượng của tháng thứ i trong 3 năm điển hình. Theo tài liệu 3 năm điển hình ta có: Qmin = min(Qi) =17.2(m3/s) Với Qmin = 17.2 (m3/s) tra quan hệ Q ~ ZHL ta được: ZHL(Qmin) = 411 (m) Với MNDBT = 433 m  Hmax = 433 – 411 =22 (m) TB Thay vào (1) ta được: hct  1 .22  7.33( m ) 3 Khi đó MNC là: TB MNC = MNDBT - h ct = 433 – 7.33= 425.67 (m) b)Xác định độ sâu công tác cho phép của hồ chứa theo điều kiện tuổi thọ công trình ( h BC ct ) Để đảm bảo công trình làm việc, vận hành an toàn trong suốt thời gian khai thác, hồ chứa cần có một dung tích để chứa toàn bộ lượng bùn cát mà dòng chảy mang đến lắng đọng xuống hồ, đồng thời không để bùn cát chui vào đường ống làm ảnh hưởng đến chế độ làm việc BC bình thường của TTĐ khi đó h ct được xác định như sau: Hình vẽ MNDBT h ct MNC h2 D Z bc h1 h BC = MNDBT – MNC ct MNC = Zbc+ h1 + D + h2 Trong đó: MNDBT = 433 m : cao trình mực nước dâng bình thường của hồ. MNC: cao trình mực nước chết của hồ chứa. h2: Khoảng cách từ MNC đến điểm cao nhất của cửa lấy nước, h 2 phải đảm bảo tránh không khí lọt vào đường ống sơ bộ lấy h2 =1 m h1:Khoảng cách từ cao trình bùn cát đến điểm thấp nhất của cửa lấy nước, h 1 phải đảm bảo sao cho bùn cát không chui vào đường ống dẫn nước vào nhà máy sơ bộ lấy h1= 1 m. Zbc: cao trình bùn cát lắng đọng trong hồ chứa trong thời gian hoạt động của công trình. D: chiều cao cửa lấy nước. + xác định cao trình bùn cát lắng đọng.(Zbc) Dung tích bùn cát lắng đọng được xác định theo công thức: Vbc  K ρ T  Wo γ bc Trong đó: T: Thời gian làm việc của hồ chứa T = 30 năm 3 6 Wo :dòng chảy bình quân nhiều năm (m ) : Wo =45825.52  10 ρ : Lượng chuyển bùn cát trung bình ρ = 0.081(kg/s) γ bc : Trọng lượng riêng của bùn cát γ bc = 1.5(T/m3). K: Hệ số lắng đọng bùn cát, với TTĐ điều tiết năm K =0.7  1.0 lấy K= 0.8 0.8  0.081  45825.52  10 6  30  59.39  10 6 (m 3 ) 1.5  10 3 với Vbc =59.39  106 tra quan hệ Ztl & W ta được Zbc= 422.44 m + xác định chiều cao cửa lấy nước (D). lượng điều tiết trung bình mùa kiệt xác định theo công thức: Vbc  mk Q mk  Q tn  Vhi m  2.62  10 6 ( tính với năm nước kiệt thiết kế). Trong đó: mk Q tn : Lưu lượng dòng chẩy thiên nhiên trung bình mùa kiệt của năm nước kiệt thiết kế: 6 mk Q tn  Q mk tni i 1 6  31.3(m 3 / s) Vhi: Dung tích hữu ích của hồ chứa. Vì theo cả hai điều kiện (điều kiện Turbin, điều kiện tuổi thọ công trình) để xác định độ sâu công tác cho phép của hồ chứa đều nhằm mục đích xác định được h ct sao cho đảm bảo thiết bị làm việc trong vùng hiệu suất cao và đảm bảo tuổi thọ của công trình nên ở đây lấy V hi bằng dung tích hữu ính theo điều kiện Turbin: Vhi = VMNDBT –VTB MNC Với MNCTB = 425.67 tra quan hệ Ztl & W Ta có: VTB MNC =148.48  106 (m3) Với MNDBT = 433 tra quan hệ ZTL ~ W Ta có: VMNDBT =350.64  106(m3) Thay số ta có: Vhi = 350.64  106 – 148.48  106 Vhi = 202.16  106(m3) m: số tháng trong mùa kiệt m = 6 tháng. 202.16  10 6 3 Q mk  31.3  6  44.16( m / s ) 6  2.62  10 mk T§ Theo kinh nghiệm thì lưu lượng lớn nhất qua TTĐ là: Q max = (2  4) Q tn