Tài liệu Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thuỷ điện thuỷ lợi điều tiết ngăn hạn

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn CƠ QUAN CHỦ QUẢN: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trường Đại học Thủy lợi CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Th.S. Lê Ngọc Sơn Hà Nội, Tháng 3-2010 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn CƠ QUAN CHỦ TRÌ TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HIỆU TRƯỞNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Th.S. Lê Ngọc Sơn Hà Nội, Tháng 3-2010 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn CƠ QUAN CHỦ QUẢN: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trường Đại học Thủy lợi NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN TT 1 2 3 4 5 6 Họ và tên Lê Ngọc Sơn Nguyễn Văn Sơn Nguyễn Văn Nghĩa Nguyễn Thị Nhớ Lê Thị Minh Giang Hồ Ngọc Dung Cơ quan công tác Khoa Năng lượng - ĐHTL -nt-nt-nt-nt-nt- Hà Nội, Tháng 3-2010 Chức vụ Chủ nhiệm đề tài Thành viên Thành viên Thư ký đề tài Thành viên Thành viên BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn CƠ QUAN CHỦ QUẢN: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trường Đại học Thủy lợi CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Th.S. Lê Ngọc Sơn Hà Nội, Tháng 3-2010 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn CƠ QUAN CHỦ TRÌ TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HIỆU TRƯỞNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Th.S. Lê Ngọc Sơn Hà Nội, Tháng 3-2010 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn CƠ QUAN CHỦ QUẢN: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trường Đại học Thủy lợi NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN TT 1 2 3 4 5 6 Họ và tên Lê Ngọc Sơn Nguyễn Văn Sơn Nguyễn Văn Nghĩa Nguyễn Thị Nhớ Lê Thị Minh Giang Hồ Ngọc Dung Cơ quan công tác Khoa Năng lượng - ĐHTL -nt-nt-nt-nt-nt- Hà Nội, Tháng 3-2010 Chức vụ Chủ nhiệm đề tài Thành viên Thành viên Thư ký đề tài Thành viên Thành viên BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** CÁC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn CƠ QUAN CHỦ QUẢN: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trường Đại học Thủy lợi CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Th.S. Lê Ngọc Sơn Hà Nội, Tháng 3-2010 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** CÁC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn CƠ QUAN CHỦ TRÌ TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HIỆU TRƯỞNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Th.S. Lê Ngọc Sơn Hà Nội, Tháng 3-2010 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** CÁC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn CƠ QUAN CHỦ QUẢN: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trường Đại học Thủy lợi NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN TT 1 2 3 4 5 6 Họ và tên Lê Ngọc Sơn Nguyễn Văn Sơn Nguyễn Văn Nghĩa Nguyễn Thị Nhớ Lê Thị Minh Giang Hồ Ngọc Dung Cơ quan công tác Khoa Năng lượng - ĐHTL -nt-nt-nt-nt-nt- Hà Nội, Tháng 3-2010 Chức vụ Chủ nhiệm đề tài Thành viên Thành viên Thư ký đề tài Thành viên Thành viên BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 1: TỔNG QUAN BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 3: THỰC NGHIỆM TÍNH TOÁN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn THÀNH PHẦN HỒ SƠ ĐÃ ĐƯỢC NGHIỆM THU Kết quả của đề tài được thể hiện dưới dạng các sản phẩm khoa học sau:  01 báo cáo tổng hợp;  01 báo cáo tóm tắt;  03 báo cáo chuyên đề cùng cơ sở dữ liệu các công trình tính toán;  01 bài báo tiếng Anh báo cáo tại Hội nghị đập lớn quốc tế tại Hà Nội ICOLD 2010. CƠ QUAN CHỦ QUẢN: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trường Đại học Thủy lợi CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Th.S. Lê Ngọc Sơn Hà Nội, Tháng 3-2010 BÁO CÁO TIẾP THU CHỈNH SỬA THEO Ý KIẾN CỦA PHẢN BIỆN VÀ HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU ĐỀ TÀI NCKH & PTCN CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Th.S. Lê Ngọc Sơn Tên đề tài: Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn Căn cứ và tiếp thu các ý kiến của các Phản biện và của các thành viên Hội đồng trong cuộc họp Nghiệm thu đề tài, Chủ nhiệm đề tài đã tiến hành chỉnh sửa hoàn thiện báo cáo theo các mục cụ thể như sau: A- Chỉnh sửa các báo cáo: 1. Báo cáo tóm tắt: Chỉnh sửa số liệu cho bảng 1.4 cho chính xác, phù hợp với lo gic tính toán. 2. Báo cáo Tổng kết: Bổ sung tên các hình vẽ trang 31, 32, 35, 51,52,55. Chỉnh sửa số liệu cho bảng 4.8, 4.9 cho chính xác, phù hợp với lo gic tính toán. 3. Các báo cáo chuyên đề: Chỉnh sửa số liệu cho bảng 4.8, 4.9 cho chính xác, phù hợp với lo gic tính toán. B- Thống kê lại các vấn đề chính đã trả lời trước Phản biện và Hội đồng: 1. Phạm vi đề tài: đề tài đề cập đến nâng hiệu quả phát điện và cấp nước với bước thời gian tính toán là điều tiết ngày. Vấn đề phân phối điện giữa các giờ (cao điểm, thấp điểm) và truyền lũ là chưa được đề cập và là một bài toán khác được gợi ý cho phát triển trong tương lai. 2. Khả năng áp dụng: Làm rõ thêm là phương pháp điều phối tối ưu áp dụng khi hồ chứa đủ lớn có dự phòng cho điều tiết dài hạn hơn (như điều tiết tuần hay mùa…), cửa lấy nước được bố trí dưới sâu đảm bảo mục đích này 3. Vấn đề phục vụ đào tạo và chuyển giao sản phẩm: Đề tài ghi nhận gợi ý là đưa vào phục vụ giảng dạy, chuyển giao sử dụng cho sinh viên. Đề tài nên phát triển tiếp theo hướng phục vụ sản xuất và chuyển giao công nghệ vì đề tài cho thấy tính thực tiễn và tiềm năng tốt khi mà thị trường là nhiều hồ chứa đã, đang được xây dựng và đi vào vận hành. C- Kết luận: Toàn bộ các ý kiến của Hội đồng đã được tiếp thu, chỉnh sửa và giải trình. Kính đề nghị Cơ quan quản lý đề tài nghiệm thu sản phẩm đã được hoàn thiện nộp kèm theo. Hà Nội, ngày 12 tháng 4 năm 2010 - CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Th.S. Lê Ngọc Sơn GIỚI THIỆU TÓM TẮT VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Hồ chứa đóng vai trò quan trọng trong cung cấp nước cho các ngành kinh tế, đóng góp vào phát triển kinh tế của nhiều quốc gia. Với dân số và nhu cầu nước và năng lượng tăng nhanh như hiện nay thì phát triển và quản lí hồ chứa đứng trước những thách thức và cần có cách tiếp cận mới. Phát triển bền vững đòi hỏi quản lí nguồn nước nói chung và hồ chứa nói riêng theo hướng lợi dụng tổng hợp, đa mục tiêu và hiệu quả nguồn nước (IAHS, 1998). Sự tác động của các yếu tố ngẫu nhiên, biến đổi khí hậu và con người cần được xét đến trong phát triển và quản lí hồ chứa và hệ thống nguồn nước.Các thách thức và cơ hội trong bối cảnh một thế giới đang chuyển đổi đòi hỏi một cách tiếp cận mới. Mặc dù nước cần cho mọi nhu cầu dân sinh, kinh tế nhưng qua thống kê của Uỷ ban quốc tế về đập (WDC) thì hầu như các hồ chứa đã xây dựng chưa bảo đảm khai thác, sử dụng nước có hiệu quả nhất. Nhiều hồ chứa thuỷ lợi-thuỷ điện hiện nay ở các nước đang phát triển chỉ chú trọng phát triển về số lượng mà thiếu quan tâm đúng mức đến vận hành sao cho có hiệu quả, đem lại lợi ích lớn nhất. Vấn đề tìm ra một hướng đi cụ thể còn đang được nghiên cứu tiếp hơn nữa của các nhà khoa học, phù hợp với từng điều kiện cụ thể từng quốc gia, từng vùng và hệ thống nguồn nước. Nhiều công trình nghiên cứu về vận hành hồ chứa được công bố trong thời gian gần đây trên các tạp chí quốc tế như Water Management, Water Resoources Planning and Management và các hội thảo như Hydropower in Asia 2006 tại Băng cốc và 2008 tại Đà Nẵng..vv. cho thấy mối quan tâm của thế giới về vấn đề này và đòi hỏi cần có các nghiên cứu chuyên sâu để kiểm nghiệm, cải tiến và ứng dụng vào Việt Nam. Nước ta là nước nông nghiệp với nhu cầu nước từ nông nghiệp là rất lớn. Trong những năm gần đây, thuỷ điện đóng vai trò chủ yếu trong cung cấp điện cho hệ thống với nhu cầu điện tăng rất nhanh và dự báo khoảng 15%-17% trong những năm tới. Điều này đòi hỏi cần xây dựng nhiều hồ chứa và công trình thuỷ điện đáp ứng nhu cầu cấp nước và phát điện. Với lợi thế thủy điện là năng lượng tái tạo và cung cấp cho nhu cầu ở vùng sâu vùng xa thì trong những năm qua thuỷ điện được Chính phủ ưu tiên xây dựng. Hiện nay ở nước ta đang xây dựng rất nhiều hồ chứa thủy điện – thủy lợi vừa và nhỏ với khoảng 4.000 hồ đập đã được hoàn thành, nhiều công trình thuỷ điện và khoảng 480 hồ thuỷ điện nhỏ đã và đang xây dựng với tổng công suất khoảng 300 MW và nhiều công trình sẽ còn tiếp tục xây dựng để khai thác hết tiềm năng thuỷ điện nhỏ khoảng 2000 MW. Với nguồn nước hạn hẹp và nhu cầu nước từ các ngành đang tăng lên nhanh chóng thì vấn đề đặt ra là cần phải khai thác hiệu quả nguồn nước nói chung và các hồ chứa thủy điện-thủy lợi nói riêng. Nhiều hồ chứa được xây dựng tuy nhiên quan tâm đến quản lí vận hành chưa được đầu tư thích đáng nhất là với các hồ chứa nhỏ, điều tiết ngắn hạn. Hiện nay chúng ta chỉ có một số chương trình nghiên cứu quản lý vận hành cấp nước và chống lũ cho các hồ chứa và lưu vực lớn như sông Hồng-Thái Bình, Đồng Nai, sông Ba…và gần như đang dừng ở mức độ quy hoạch và cân bằng nước tổng thể. Nhiều hồ chứa phát điện đã và đang xây dựng để đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế và việc nâng cao hiệu quả sử dụng hồ chứa sẽ mang lại lợi ích tích lũy lớn và bền vững. Do đó việc nghiên nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước trong quá trình vận hành các hồ chứa này là rất cần thiết, mang tính thực tiễn cao, làm cho hồ chứa đóng vai trò tích cực hơn nữa trong việc phát triến vùng, cấp điện và nước tưới cho nông nghiệp, dân sinh, góp 1 phần xóa đói giảm nghèo cho các vùng sâu vùng xa. Với các đòi hỏi thực tiễn nêu trên thì đề tài “Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn” là hết sức cần thiết. 1.2. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu: Nghiên cứu, đề xuất chế độ vận hành hồ chứa thủy điện-thủy lợi điều tiết ngắn hạn nhằm nâng cao hiệu quả khai thác nguồn nước. Phạm vi nghiên cứu: Với thời gian và kinh phí hạn hẹp nên đề tài tập trung vào nghiên cứu vận hành có dự báo thủy văn cho hồ chứa trạm thủy điện có công suất lắp máy nhỏ, điều tiết ngắn hạn (điều tiết ngày đêm) với mục đích chính là phát điện phục vụ nhu cầu điện, các yêu cầu nước của các ngành khác là các ràng buộc trong vận hành. 1.3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu tổng quan các công trình nghiên cứu tiên tiến trong lĩnh vực liên quan đến đề tài, biên dịch các bài báo công trình khoa học trong nước và quốc tế. Đánh giá điều kiện ứng dụng của các phương pháp được nêu trong các nghiên cứu. Chọn lựa và đề xuất một phương pháp có khả năng áp dụng vào thực tiễn nước ta. Áp dụng thử nghiệm phương pháp đó trên công trình thực tế với sự trợ giúp của máy tính. Để kế thừa các nghiên cứu đã có trên thế giới và Việt Nam, từ đó đưa ra một cách tiếp cận phù hợp với điều kiện cụ thể của công trình, tiếp cận vào mục tiêu nghiên cứu đề tài được tiến hành theo các bước như sau: - Thống kê và đánh giá các phương pháp tiếp cận tiên tiến trên thế giới - Đánh giá, đề xuất phương pháp luận và mô hình tính toán vận hành hồ chứa thuỷ điện-thuỷ lợi điều tiết ngắn hạn. - Kiểm nghiệm mô hình lấy số liệu từ một số công trình thực tế. - Phân tích kết quả và rút ra nhận xét - Kết luận và đề xuất chế độ vận hành phù hợp cho hồ chứa 1.4. Nội dung nghiên cứu ứng dụng và triển khai thực nghiệm Nội dung đề tài được chia làm các phần lớn như là các chuyên đề trung gian, sau đó được tổng hợp lại ở các báo cáo tổng hợp và báo cáo tóm tắt. 4.1. Chuyên đề 1: Tổng quan: Nghiên cứu tổng quan về tình hình phát triển hồ chứa, các phương pháp và mô hình vận hành hồ chứa thuỷ điện - thuỷ lợi tiên tiến đã và đang áp dụng trong nước và ngoài nước. Các nghiên cứu và đề tài trước đây liên quan. 4.2. Chuyên đề 2: Phương pháp và mô hình tính toán: Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan ở trên, đề tài đánh giá, đề xuất phương pháp và mô hình tính toán bao gồm: (1) mô hình mạng trí tuệ nhân tạo ANN cho dự báo thủy văn; (2) mô 2 hình quy hoạch động (DP) cho tối ưu; (3) mô hình HEC-Ressim cho mô phỏng vận hành hệ thống hồ chứa và nguồn nước trên lưu vực. 4.3. Chuyên đề 3 Tính toán thực nghiệm: Với các công cụ là các mô hình đã chọn ở Chương 2, đề tài áp dụng cho thực nghiệm tính toán cho một số công trình hồ chứa thuỷ điện-thủy lợi cụ thể ở Việt Nam là: (1) công trình thủy điện Nậm Phàng (tỉnh Lào Cai); (2) các hồ chứa trên hệ thống lưu vực sông Ba. Phân tích kết quả và nhận xét. Phần này cùng bao gồm các tóm tắt, nhận xét đánh giá chung và kết luận về kết quả nghiên cứu, đề xuất định hướng cho các nghiên cứu trong tương lai. 1.5. Kết quả và đóng góp của đề tài Các nội dung chính của đề tài đạt được thể hiện qua các bước thực hiện như sau: 1. Nghiên cứu tổng quan. Thu thập nhiều bài báo và công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, biên dịch và tổng hợp, đánh giá một cách có hệ thống. Làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu và giảng dạy. 2. Thu thập các tài liệu khí tượng, thủy văn, địa hình, các tài liệu về hệ thống công trình hồ chứa và công trình lấy nước, tài liệu về nhu cầu dùng nước liên quan, các tài liệu quan trắc vận hành và lập cơ sở dữ liệu của đề tài lưu trữ dưới dạng số. 3. Bổ sung, khôi phục số liệu, phân tích tính toán thủy văn và nhu cầu nước phục vụ cho bài toán vận hành hệ thống. 4. Nghiên cứu phương pháp dự báo dòng chảy ngày đêm phục vụ công tác điều hành hồ chứa. 5. Thiết lập mô hình và xây dựng các chương trình tính toán tối ưu hồ chứa độc lập và mô phỏng hệ thống hồ chứa 6. Nghiên cứu chế độ vận hành của hồ chứa và hệ thống hồ chứa, phân tích kết quả cho các kịch bản vận hành. Kiến nghị quy trình vận hành hồ chứa và hệ thống. Kết quả của đề tài được thể hiện dưới dạng các sản phẩm khoa học sau:  01 báo cáo tổng hợp; 01 báo cáo tóm tắt; 03 báo cáo chuyên đề cùng cơ sở dữ liệu các công trình tính toán;  02 đề tài NCKH sinh viên đã báo cáo trong Hội nghị NCKHSV 2009;  01 bài báo tiếng Anh đã được Ban Tổ chức thẩm định, chấp nhận và sẽ báo cáo tại Hội nghị đập lớn quốc tế tại Hà Nội ICOLD 2010. Với số lượng các hồ chứa ở Việt Nam nhiều và nghiên cứu triển khai còn ít thì đề tài này là hết sức cần thiết và mang tính thời sự. Nếu được quan tâm phát triển tiếp các kết quả bước 3 đầu của đề tài này với mức đầu tư thích đáng thì cơ hội tham gia thị trường rất cao với rất nhiều hồ chứa lớn nhỏ đã, đang và sẽ được xây dựng. Hy vọng đề tài này sẽ là tiền đề thuận lợi cho các bước phát triển sau này phục vụ đào tạo, nghiên cứu cũng như chuyển giao công nghệ, thương mại hóa sản phẩm công nghệ. 4 5