Tài liệu Xây dựng chương trình tính toán vận hành tối ưu cho nhà máy thủy điện đại ninh trong thị trường điện

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN Học viên: Nguyễn Đăng Tuấn Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 Khóa: 33ĐL Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt –Vấn đề đặt ra của đề tài là cần xây dựng chương trình tính toán vận hành tối ưu phục vụ công tác chào giá và vận hành nhà máy thủy điện Đại Ninh trong thị trường điện cạnh tranh, đảm bảo tối đa hóa doanh thu. Đồng thời thỏa mãn các ràng buộc về kỹ thuật, môi trường, đặc biệt là yêu cầu đảm bảo cấp nước vùng hạ du tỉnh Bình Thuận. Luận văn đã xây dựng mô hình bài toán để phục vụ cho việc xây dựng thuật toán và chương trình tính toán lập kế hoạch vận hành tối ưu bằng phương pháp quy hoạch tuyến tính, hàm mục tiêu là Maximum doanh thu phát điện. Chương trình được viết bằng phần mềm MATLAB, trong đó sử dụng hàm “linprog” để giải bài toán quy hoạch tuyến tính của gói công cụ “Otimization toolbox” để giải quyết bài toán. Ngoài ra, chương trình tính toán được xây dựng trên nền giao diện người dùng “Guide” của phần mềm MATLAB. Áp dụng chương trình tính toán vận hành tối ưu để tính toán lập kế hoạch vận hành tối ưu năm, tuần và ngày cho nhà máy thủy điện Đại Ninh trong thị trường điện. Kết quả tính toán của chương trình đã đáp ứng được yêu cầu về đặc điểm vận hành của nhà máy, đáp ứng được yêu cầu về cấp nước hạ du và các ràng buộc khác. Ngoài ra, kết quả đã cho thấy rằng có hiệu quả khi áp dụng chương trình so với vận hành thực tế. Từ khóa –Vận hành tối ưu, thị trường điện, quy hoạch tuyến tính, BUILDING THE OPTIMAL OPERATION CALCULATION PROGRAM FOR DAI NINH HYDRO POWER PLANT IN THE ELECTRICITY MARKET Abstract - The issue of the project is to develop an optimal operational calculation program for the bidding and operation of the Dai Ninh Hydropower Plant in the electricity market, ensuring maximum revenue. At the same time, it satisfies the technical and environmental constraints, especially the requirement for water supply in the downstream area of Binh Thuan province. The thesis has developed a problem model for the development of algorithms and calculation programs for optimal planning by linear programming method, the objective is Maximum generating power. The program is written in MATLAB software, which uses the "linprog" function of the "Otimization toolbox" to solve the linear programming problem. In addition, the calculation program is based on the GUIDE of the MATLAB software. Apply the optimal operational calculation program to calculate the optimal year, week and day planning for the Dai Ninh hydropower plant in the electricity market. Calculation results of the program have met the requirements of operation characteristics of the plant, meeting the requirement for water supply and other constraints. In addition, the results have shown that it is effective when applying the program compared to actual operation. Key words - Optimal operation, the electricity market, linear programming. MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................1 4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................1 5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn .......................................................................2 6. Bố cục đề tài .........................................................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN ............................................................................3 1.1. Tổng quan về lưu vực sông Đồng Nai và Dự ánnhà máy thủy điện Đại Ninh .....3 1.1.1. Giới thiệu về lưu vực sông Đồng Nai, đặc điểm lưu vực của hồ chứa Đại Ninh ..........................................................................................................................3 1.1.1.1. Tổng quan về hệ thống sông Đồng Nai ....................................................3 1.1.1.2. Đặc điểm tự nhiên ....................................................................................3 1.1.1.3. Đặc điểm thủy văn....................................................................................4 1.1.2. Giới thiệu về tổng quan công trình chính, nhà máy và Trạm phân phối Đại Ninh. .........................................................................................................................7 1.1.2.1. Tổng quan công trình thủy điện Đại Ninh................................................7 1.1.2.2. Tuyến đầu mối:.........................................................................................8 1.1.2.3. Tuyến năng lượng.....................................................................................8 1.1.2.4. Turbine: ....................................................................................................9 1.1.2.5. Tailrace: ....................................................................................................9 1.1.2.6. Máy phát: ..................................................................................................9 1.1.2.7. Máy biến áp: .............................................................................................9 1.1.2.8. Trạm phân phối: .....................................................................................10 1.1.2.9. Nhà xưởng, nhà ở và văn phòng. ...........................................................10 1.2. Thông số kỹ thuật chính của nhà máy thủy điện Đại Ninh:................................10 1.2.1. Thủy văn: ......................................................................................................10 1.2.2. Các đập chính, đập phụ, đập tràn hồ chứa: ...................................................11 1.2.2.1. Đập chính: ..............................................................................................11 1.2.2.2. Đập phụ: .................................................................................................11 1.2.2.3. Đập tràn: .................................................................................................11 1.2.2.4. Đập tràn sự cố.........................................................................................11 1.2.2.5. Kênh nối hai hồ: .....................................................................................11 1.2.2.6. Kênh dẫn vào cửa nhận nước: ................................................................11 1.2.2.7. Cửa nhận nước: ......................................................................................12 1.2.2.8. Đường hầm dẫn nước: ............................................................................12 1.2.2.9. Giếng điều áp: ........................................................................................12 1.2.2.10. Đường ống áp lực: ................................................................................12 1.2.2.11. Nhà máy: ..............................................................................................12 1.2.2.12. Hầm xả: ................................................................................................14 1.2.2.13. Kênh xả: ...............................................................................................14 1.3. Thị trường điện cạnh tranh Việt Nam .................................................................14 1.3.1. Tổng quan .....................................................................................................14 1.3.1.1. Mục đích phát triển thị trường điện........................................................14 1.3.1.2. Lộ trình phát triển thị trường điện tại Việt Nam. ...................................14 1.3.1.3. Các cấp độ phát triển của thị trường ......................................................15 1.3.1.4. Thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam ............................................16 1.3.1.5. Hệ thống các văn bản pháp luật liên quan đến thị trường điện ..............17 1.4. Hệ thống điện Việt Nam và khu vực Miền Nam ................................................19 1.4.1. Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam; ........................................................19 1.4.2. Tổng quan về hệ thống điện Miền Nam .......................................................22 1.4.3. Vị trí vai trò của dự án thủy điện Đại Ninh trong khu vực và cơ hội trong thị trường phát điện cạnh tranh. ...................................................................................23 1.5. Kết Luận ..............................................................................................................23 CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH BÀI TOÁN LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH ..........................................................................24 2.1. Mô hình nhà máy thủy điện ................................................................................24 2.2. Mô hình bài toán lập kế hoạch vận hành tối ưu ..................................................25 2.2.1. Hàm mục tiêu ................................................................................................25 2.2.2. Các ràng buộc ...............................................................................................25 2.2.2.1. Phương trình cân bằng nước của hồ chứa ..............................................25 2.2.2.2. Giới hạn dung tích hồ chứa ....................................................................26 2.2.2.3. Giới hạn lưu lượng qua turbine của tổ máy ...........................................26 2.2.2.4. Ràng buộc về giới hạn công suất phát của tổ máy .................................26 2.2.2.5. Đặc tính quan hệ giữa công suất và lưu lượng chạy máy ......................27 2.2.2.6. Ràng buộc về lưu lượng chạy máy tối thiểu để đảm bảo nhu cầu nước hạ du theo quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Đồng Nai ...............27 2.3. Kế hoạch vận hành tối ưu....................................................................................27 2.3.1. Kế hoạch vận hành tối ưu dài hạn (kế hoạch hàng năm) ..............................28 2.3.2. Kế hoạch vận hành tối ưu ngắn hạn (kế hoạch hàng tuần, ngày) .................28 2.4. Kết luận ...............................................................................................................29 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ...30 3.1. Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu ........................................................30 3.2. Phương pháp quy hoạch tuyến tính .....................................................................30 3.2.1. Tổng quan .....................................................................................................30 3.2.2. Các thuật toán ...............................................................................................31 3.2.2.1. Thuật toán đơn hình [7] ..........................................................................31 3.2.2.2. Ví dụ sử dụng thuật toán đơn hình để giải bài toán quy hoạch[7] .........33 3.3. Ngôn ngữ tính toán kỹ thuật Matlab ...................................................................35 3.3.1. Tổng quan .....................................................................................................35 3.3.2. Giải bài toán quy hoạch tuyến tính bằng phần mềm MATLAB [9] .............35 3.3.3. Ví dụ về giải bài toán quy hoạch tuyến tính bằng phần mềm Matlab ..........38 3.4. Chương trình tính toán ........................................................................................39 3.4.1. Thiết lập bài toán ..........................................................................................39 3.4.1.1. Bài toán lập kế hoạch vận hành năm: .....................................................39 3.4.1.2. Bài toán lập kế hoạch vận hành tuần: .....................................................40 3.4.1.3. Bài toán lập kế hoạch vận hành ngày: ....................................................41 3.4.2. Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán ............................................41 3.4.2.1. Thuật toán chương trình .........................................................................41 3.4.2.2. Chương trình tính toán ...........................................................................43 3.5. Kết luận ...............................................................................................................44 CHƯƠNG 4. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH TỐI ƯU NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH ....................................................................................45 4.1. Tính toán vận hành tối ưu năm, chu kỳ tính toán là 1 tháng. .............................45 4.1.1. Các dữ liệu của bài toán ................................................................................45 4.1.1.1. Hàm mục tiêu .........................................................................................45 4.1.1.2. Dữ liệu đầu vào ......................................................................................45 4.1.1.3. Các ràng buộc .........................................................................................47 4.1.1.4. Dữ liệu đầu ra .........................................................................................49 4.1.2. Áp dụng chương trình và kết quả tính toán ..................................................49 4.1.2.1. Chương trình áp dụng .............................................................................49 4.1.2.2. Kết quả tính toán ....................................................................................50 4.1.2.3. Đánh giá kết quả tính toán......................................................................54 4.2. Xây dựng chương trình vận hành tối ưu tuần, chu kỳ tính toán là 1 ngày. .........55 4.2.1. Các dữ liệu của bài toán ................................................................................55 4.2.1.1. Hàm mục tiêu .........................................................................................55 4.2.1.2. Dữ liệu đầu vào ......................................................................................55 4.2.1.3. Các ràng buộc .........................................................................................56 4.2.1.4. Dữ liệu đầu ra .........................................................................................58 4.2.2. Áp dụng chương trình và kết quả tính toán ..................................................58 4.2.2.1. Chương trình áp dụng .............................................................................58 4.2.2.2. Kết quả tính toán ....................................................................................59 4.2.2.3. Đánh giá kết quả tính toán......................................................................63 4.3. Xây dựng chương trình vận hành tối ưu ngày, chu kỳ tính toán là 1 giờ. ..........64 4.3.1. Các dữ liệu của bài toán ................................................................................64 4.3.1.1. Hàm mục tiêu .........................................................................................64 4.3.1.2. Dữ liệu đầu vào ......................................................................................64 4.3.1.3. Các ràng buộc .........................................................................................65 4.3.1.4. Dữ liệu đầu ra .........................................................................................69 4.3.2. Chương trình áp dụng và kết quả tính toán ..................................................69 4.3.2.1. Chương trình áp dụng .............................................................................69 4.3.2.2. Kết quả tính toán ....................................................................................70 4.3.2.3. Đánh giá kết quả tính toán......................................................................72 4.4. Đánh giá kết quả chương trình ............................................................................73 4.5. Kết luận. ..............................................................................................................73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................76 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1) P: Công suất tác dụng 2) Q: Lưu lượng 3) V: dung tích hồ chứa 4) T: thời gian 5) h: giờ 6) s: giây 7) MVA: mega vôn Ampe 8) MW: megaWatt 9) kW: kiloWatt 10) kV: kilo vôn 11) A: Ampe 12) m: mét 13) m3: mét khối 14) m3/s: mét khối trên giây 15) VNĐ: Việt nam đồng 16) km: kilo mét 17) km2: kilo mét vuông 18) mm: milimet 19) A0: Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 20) MBA: Máy biến áp 21) ĐNI: Công ty thủy điện Đại Ninh 22) HTĐ: hệ thống điện 23) EVN: Tập đoàn điện lực Việt Nam 24) TBK: Tua bin khí 25) NMTĐ: nhà máy thủy điện 26) SMO: Đơn vị vận hành hệ thống điện và thị trường điện 27) MNGH: Mực nước giới hạn 28) MNDBT: Mực nước dâng bình thường DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang Lượng mưa trung bình tháng, năm và lượng mưa ngày lớn nhất tại 1.1 một số trạm trong thời kỳ quan trắc (mm) (Nguồn: Trung tâm dự báo KTTV Trung ương) 5 1.2 Thông số thủy văn lưu vực và hồ chứa Đại Ninh (Nguồn ĐNI) 10 1.3 Thông số kỹ thuật đập chính (Nguồn ĐNI) 11 1.4 Thông số kỹ thuật các đập phụ hồ chứa 11 4.1 Quan hệ mực nước hồ với diện tích và dung tích hồ chứa (Nguồn ĐNI) 45 4.2 Lưu lượng về hồ trung bình nhiều năm các tháng theo tần suất 65% 46 4.3 Giá điện dự báo thị trường λT trong 12 tháng của năm 47 4.4 Mực nước tối đa của hồ chứa từng tháng 48 4.5 Bảng số liệu yêu cầu nước hạ du 49 4.6 Mực nước tối thiểu của từng tháng 49 4.7 Công suất phát trung bình từng tháng của chu kỳ khảo sát 51 4.8 Sản lượng điện năng (MWh) từng tháng trong năm khảo sát 51 4.9 Lưu lượng chạy máy (m3/s) từng tháng trong năm khảo sát 52 4.10 Mực nước và dung tích hồ cuối từng tháng trong năm khảo sát 53 4.11 Bảng so sánh kết quả tính toán và thực tế vận hành năm 2012 54 4.12 Lưu lượng về hồ dự báo trong tuần 56 4.13 Giá điện dự báo thị trường λT trong tuần 56 4.14 Bảng số liệu yêu cầu nước hạ du 58 4.15 Công suất phát trung bình từng ngày của tuần khảo sát 60 4.16 Sản lượng điện năng (MWh) từng ngày trong tuần khảo sát 60 4.17 Lưu lượng chạy máy (m3/s) từng ngày trong tuần khảo sát 61 4.18 Mực nước và dung tích hồ cuối ngày trong tuần khảo sát 62 4.19 Bảng so sánh kết quả tính toán và thực tế của 01 tuần 63 4.20 Giá điện dự báo thị trường λT từng giờ của ngày 65 4.21 Thông số đặc tính phát nhà máy thủy điện Đại Ninh (Nguồn ĐNI) 69 4.22 Công suất phát từng giờ của chu kỳ khảo sát 70 4.23 Doanh thu (Đồng) từng giờ trong ngày khảo sát 71 4.24 Bảng so sánh kết quả tính toán và thực tế của 01 ngày 73 DANH MỤC CÁC HÌNH Số Tên hình hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Bản đồ lưu vực sông Đồng Nai (Nguồn: Hội đập lớn và phát triển nguồn nước Việt Nam) Các dự án thủy điện trên lưu vực sông Đồng Nai (Nguồn: Công ty thủy điện Đồng Nai 2014) Sơ đồ mối liên hệ giữa các đối tượng tham gia thị trường phát điện cạnh tranh Tỷ trọng công suất đặt các loại hình sản xuất điện năng trong HTĐ Việt Nam (Nguồn A0 2016) Tỷ trọng sở hữu nguồn điện trong HTĐ Việt Nam (Nguồn: A0 2013) Trang 3 7 17 20 21 1.6 Đồ thị tăng trưởng phụ tải qua các năm 21 2.1 Mô hình nhà máy thủy điện 24 3.1 Chương trình giải bài toán tối ưu bằng matlab và kết quả 39 3.2 Lưu đồ thuật toán chương trình tính toán lập kế hoạch vận hành tối ưu 42 3.3 Giao diện giới thiệu chương trình 43 3.4 Giao diện chính của chương trình 44 4.1 Quan hệ mực nước, diện tích và dung tích hồ chứa thủy điện Đại Ninh (Nguồn ĐNI) 46 4.2 Giao diện tính toán lập kế hoạch vận hành năm 50 4.3 Biểu đồ phân bố công suất tối ưu từng tháng trong năm 52 4.4 Biểu đồ điện năng từng tháng trong năm 52 4.5 Biểu đồ lưu lượng chạy máy trung bình trong năm 53 4.6 Đồ thị diễn biến MNH trong năm 54 4.7 Giao diện chương trình tính toán lập kế hoạch tuần 59 4.8 Biểu đồ phân bố công suất tối ưu tuần 60 4.9 Biểu đồ sản lượng tuần 61 4.10 Biểu đồ lưu lượng chạy máy trung bình ngày trong tuần 62 4.11 Đồ thị diễn biến mực nước hồ trong tuần 63 4.12 Tuyến tính hóa tường đoạn đặc tính máy phát 67 Số hiệu Tên hình Trang 4.13 Đặc tính hiệu suất tua bin ở cột áp 627 m (Nguồn ĐNI) 68 4.14 Giao diện tính toán lập kế hoạch vận hành ngày 70 4.15 Biểu đồ phân bố công suất tối ưu ngày 72 4.16 Biểu đồ doanh thu tối ưu ngày 72 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công trình Thủy điện Đại Ninh thuộc hệ thống bậc thang thủy điện của sông Đồng Nai; Nhà máy cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 260 km về phía Đông Bắc và cách thành phố Đà Lạt khoảng 45 km về phía Tây Nam. Công trình thủy điện Đại Ninh được khởi công xây dựng vào ngày 10/05/2003; có nhiệm vụ phát điện cung cấp cho hệ thống điện Quốc Gia, và chuyển nước từ lưu vực sông Đồng Nai sang lưu vực sông Lũy để tưới và cấp nước cho tỉnh Bình Thuận. Đặc điểm của hồ chứa Đại Ninh có dung tích nhỏ (khoảng 320 triệu m3), tuy nhiên hàng năm cần phải đảm bảo cung cấp nước phục vụ tưới tiêu khu vực tỉnh Bình Thuận (khoảng 500 triệu m3). Mặt khác lưu lượng nước về hồ trong những năm gần đây không thuận lợi, thấp hơn so với trung bình nhiều năm. Bên cạnh đó, dự án Thủy điện Đại Ninh nằm ở khu vực có phụ tải điện cao, trong những năm gần đây cũng như những năm tiếp theo vẫn còn tình trạng thiếu nguồn, vì vậy nhà máy Đại Ninh có vai trò hết sức quan trong trong hệ thống điện Miền Nam. Ngoài ra, giá điện hợp đồng của nhà máy thủy điện Đại Ninh rất thấp (chỉ khoảng hơn 400 đồng/kWh) do vậy cần tốt đa hóa doanh thu trong thị trường điện. Xuất phát từ những đặc điểm nêu trên, vấn đề “Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán vận hành tối ưu cho nhà máy thủy điện Đại Ninh trong thị trường điện.” cần được giải quyết. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán vận hành tối ưu phục vụ công tác chào giá và vận hành nhà máy thủy điện Đại Ninh trong thị trường điện cạnh tranh và đảm bảo cấp nước vùng hạ du tỉnh Bình Thuận. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nhà máy thủy điện Đại Ninh. Phạm vi nghiên cứu: Kế hoạch vận hành tối ưu nhà máy thủy điện Đại Ninh. 4. Phương pháp nghiên cứu Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu là kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm: Về lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu khoa học về vận hành các nhà máy thủy điện trong thị trường điện cạnh tranh; các quy định của thị trường phát điện cạnh tranh. Xây dựng mô hình bài toán vận hành tối ưu (các hàm mục tiêu và các ràng buộc); Nghiên cứu các phương pháp để giải quyết bài toán tối ưu. 2 Về thực nghiệm: thu thập dữ liệu vận hành của nhà máy thủy điện Đại Ninh và phần mềm Matlab để giải bài toán tối ưu. 5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn Vận dụng để tham khảo tính toán lập kế hoạch vận hành nhà máy thủy điện Đại Ninh. Vận dụng để tham khảo tính toán xây dựng chiến lược chào giá ngày tới trong thị trường phát điện cạnh tranh. 6. Bố cục đề tài Ngoài các phần mở đầu và kết luận kiến nghị, nội dung đề tài có 4 chương bao gồm: Chương 1: Tổng quan về hoạt động của nhà máy thủy điện Đại Ninh trong thị trường điện. Chương 2: Mô hình bài toán lập kế hoạch vận hành tối ưu nhà máy thủy điện Đại Ninh. Chương 3: Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán. Chương 4: Áp dụng tính toán lập kế hoạch vận hành tối ưu nhà máy thủy điện Đại Ninh. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN 1.1. Tổng quan về lưu vực sông Đồng Nai và Dự ánnhà máy thủy điện Đại Ninh 1.1.1. Giới thiệu về lưu vực sông Đồng Nai, đặc điểm lưu vực của hồ chứa Đại Ninh [1] 1.1.1.1. Tổng quan về hệ thống sông Đồng Nai Sông Đồng Nai là hệ thống sông lớn thứ hai ở phía Nam, và đứng thứ ba toàn quốc, lưu vực rộng lớn của nó gần như nằm trọn trong địa phận nước ta, chỉ có một bộ phận nhỏ nằm ở nước ngoài (Campuchia). Sông Đồng Nai chảy qua địa phận hành chính của 9 tỉnh/thành phố là: Lâm Đồng, Đắc Nông, Bình Phước, Bình Thuận, Đồng Nai, Bình Dương, Tây Ninh, TP. Hồ Chí Minh (TPHCM), Long An. Ngoài ra, hai tỉnh vùng phụ cận ven biển có liên quan đến sử dụng nguồn nước của lưu vực là Ninh Thuận và Bà Rịa – Vũng Tàu với tổng diện tích 49.643,53 km2. Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Đồng Nai (Nguồn: Hội đập lớn và phát triển nguồn nước Việt Nam) 1.1.1.2. Đặc điểm tự nhiên Sông Đồng Nai có nhiều uốn khúc, quanh co, hệ số uốn khúc trung bình 1,3 đặc 4 biệt trên cao nguyên Di Linh và Đà Lạt có nhiều uốn khúc lớn, nhưng nhìn chung dòng chảy của sông có hai hướng chính: Hướng Tây Bắc - Đông Nam chủ yếu ở phần thượng lưu Hướng Đông Bắc - Tây Nam chủ yếu ở trung và hạ lưu. Điều đó khá phù hợp với kiến trúc địa tầng trong mỗi khu vực. Do tác động của tạo sơn Tân sinh, sông Đồng Nai là sông già trẻ lại, biểu hiện qua các cao nguyên xếp tầng như Lang Biang với độ cao trung bình: 1500 m, Di Linh với độ cao trên 1000 m, các cao nguyên Mạ, Mnông với độ cao bình quân khoảng 750 m và cuối cùng là đồng bằng Nam Bộ. Vì vậy trắc diện dọc của sông cũng có dạng bậc thang khá điển hình. Tuy vậy vẫn có thể chia chiều dài của sông chính ra thành ba đoạn: Đoạn thượng lưu: Đây là một đoạn ngắn từ nguồn về tới ĐanKia ( Lâm Đồng) có diện tích hứng nước vào khoảng 3.300 km2 gồm hai sông Đạ Đờng và Đa Nhim. Đoạn trung lưu: Đoạn này từ ĐanKia, phía dưới Liên Khương đến Trị An dài khoảng 300 km, dòng sông mở rộng uốn khúc quanh co, độ dốc bình quân dưới 1‰.Tuy nhiên ở những chỗ chuyển tiếp của các bậc thềm, độ dốc tăng, hình thành những thác, ghềnh, tạo điều kiện tốt cho việc xây dựng các nhà máy thủy điện. Đoạn hạ lưu: Từ Tân Uyên ra đến cửa biển Xoài Rạp dài xấp xỉ 143 km, đoạn này lòng sông khá rộng từ 1 km đến 4,5 km, có chỗ sâu tới 18 m, nước sông chịu ảnh hưởng mạnh bởi chế độ bán nhật triều vùng cửa sông. 1.1.1.3. Đặc điểm thủy văn Lưu vực hệ thống sông Đồng Nai nằm trong khu vực đón gió mùa Tây Nam nên lượng mưa ở đây khá phong phú, lượng mưa bình quân năm từ 2400 - 2800 mm, khác hẳn với vùng ven biển Bình Thuận nằm kề (có lượng mưa thấp nhất trong cả nước). Tương ứng với hai mùa khí hậu (mùa khô, mùa mưa) thì mùa khô trùng với mùa cạn, mùa mưa trùng với mùa lũ, thời gian bắt đầu và kết thúc hai mùa phụ thuộc vào chế độ khí hậu trong khu vực, mỗi năm có sự xê dịch nhất định, tùy thuộc vào phân bố mưa mỗi năm. Về cơ bản mùa mưa bắt đầu từ tháng V tới hết tháng X, có năm mưa sớm hơn vào nửa cuối tháng IV, cũng có năm kết thúc muộn hơn vào nửa đầu tháng XI... Mùa khô từ tháng XII năm trước cho đến tháng IV năm sau. Lượng mưa trong mùa mưa chiếm 80-90% tổng lượng mưa cả năm, số ngày mưa trong các tháng mùa mưa từ 24-30 ngày, tổng số ngày mưa trong năm khoảng từ 5 185-320 ngày. Đặc điểm mưa: Mưa trên khu vực chủ yếu là mưa đối lưu được đặc trưng bởi mưa rào địa phương kéo dài khoảng 100phút, lượng mưa trong từng trận thường từ 10mm-30mm. Những trận mưa trên 50mm chỉ có khoảng từ 5-10 trận trong một năm. Ngoài dạng mưa đối lưu chính, khu vực còn bị ảnh hưởng của các trận bão và áp thấp ngoài biển Đông nên thường có mưa lớn và kéo dài liên tục trong nhiều ngày trên diện rộng gây ra lũ lớn. Thời gian mưa tuỳ thuộc vào thời gian hoạt động của bão và áp thấp ngoài biển Đông. Bảng 1.1: Lượng mưa trung bình tháng, năm và lượng mưa ngày lớn nhất tại một số trạm trong thời kỳ quan trắc (mm) (Nguồn: Trung tâm dự báo KTTV Trung ương) Tháng Di Linh Bảo Lộc Đăk Nông Tà Lài I 18.0 49.6 13.4 13.4 II 20.0 44.8 39.1 7.9 III 48.0 102.1 92.1 52.1 IV 140.0 179.3 167.0 110.2 V 202.0 241.3 263.9 250.8 VI 209.0 306.6 348.1 432.8 VII 228.0 365.3 394.3 415.7 VIII 267.0 452.2 454.9 601.8 IX 300.0 386.1 395.1 411.2 X 242.0 319.4 275.8 323.4 XI 87.0 154.6 75.1 124.0 XII 37.0 80.4 25.7 37.4 ∑ mưa năm(mm) 1797 2682 2544 2781 Mưa 1 ngày max 185 254 325.4 278 Năm xuất hiện 1952 1952 1999 1987 Mùa mưa: Mùa mưa ở lưu vực sông Đồng Nai và La Ngà bắt đầu từ tháng V, song mùa lũ chính thức bắt đầu từ tháng VII, chậm hơn so với mùa mưa khoảng hai tháng. Cá biệt có năm mùa lũ đến sớm vào tháng VI nhưng mực nước cao nhất của tháng này chỉ cao hơn trung bình nhiều năm cùng thời kỳ không nhiều. Từ tháng VII cho đến tháng XI mực nước sông luôn luôn duy trì ở mức cao, lũ chính vụ tập trung vào ba tháng VIII, IX, X. Mực nước cao nhất (đỉnh lũ) thường xuất hiện vào tháng VIII hoặc tháng IX. Mùa khô: Mùa khô bắt đầu từ cuối tháng XI, đầu tháng XII, mực nước có xu thế xuống 6 thấp dần và tiếp tục xuống chậm cho đến cuối tháng III, đầu tháng IV năm sau. Tháng III là tháng có mực nước kiệt nhất trong năm, nhìn chung thời gian xuất hiện mực nước kiệt nhất là ổn định. Ba tháng có mực nước thấp nhất là tháng II, III, IV, hầu như không thay đổi qua các năm. Chế độ dòng chảy: Chế độ dòng chảy có quan hệ chặt chẽ với chế độ mực nước, các nhân tố ảnh hưởng đến chế độ mực nước cũng là các nhân tố ảnh hưởng tới chế độ dòng chảy. Ở đây mưa và chế độ phân phối mưa trong năm vẫn là nhân tố chủ đạo, có tính chất quyết định chế độ dòng chảy trong sông. Do nằm trong lưu vực trực tiếp đón gió mùa Tây Nam, nên lượng mưa khá phong phú, lượng mưa dồi dào hệ số dòng chảy bình quân từ 0,4 - 0,5 vào loại khá so với khu vực phía Nam và trong cả nước. Dòng chảy mùa lũ: Hơn 80% lượng dòng chảy cả năm thuộc vào mùa lũ. Ba tháng có dòng chảy lớn nhất là tháng VIII, IX, X chiếm từ 59 - 63% lượng dòng chảy cả năm. Lượng nước tập trung tuy cao trong mùa lũ, song không dồn dập, như các sông suối ở phía Bắc, ngược lại ở đây lũ lên xuống chậm, cường suất mực nước cao nhất cũng chỉ đạt tới 10 - 15 cm/h, do vậy tốc độ dòng nước nhỏ. Dòng chảy mùa cạn: Mùa cạn từ tháng XII năm trước cho đến tháng VI năm sau, trùng với mùa khô, nguồn nước mưa hầu như không có, nước ngầm là nguồn cung cấp chính trong mùa cạn. So với lượng dòng chảy cả năm, lượng dòng chảy mùa cạn chiếm khoảng từ 17 -19%, ba tháng dòng chảy nhỏ nhất là tháng II, III, IV, cũng chỉ chiếm từ 2,6 -3,6% lượng dòng chảy cả năm. Tháng có dòng chảy nhỏ nhất là tháng III, chiếm tỉ lệ từ 0,7 - 1,05% lượng dòng chảy năm. Nhìn chung lượng dòng chảy mùa cạn ổn định, cả về lượng dòng chảy cũng như thời gian xuất hiện. Trên hệ thống sông Đồng Nai có 13 hồ (Theo quyết định số 1879/QĐ-TTg về phê duyệt danh mục các hồ chứa thủy lợi thủy điện trên lưu vực sông phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa) phải đưa vào xây dựng quy trình vận hành liên hồ trong đó có các hồ: Dầu Tiếng, Trị An, Thác Mơ, Đơn Dương, Đa Mi, Hàm Thuận, Cần Đơn, Đại Ninh, Skok Phu Miêng, và Phước Hòa, Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4. 7 Hình 1.2: Các dự án thủy điện trên lưu vực sông Đồng Nai (Nguồn: Công ty thủy điện Đồng Nai 2014) 1.1.2. Giới thiệu về tổng quan công trình chính, nhà máy và Trạm phân phối Đại Ninh. [2] 1.1.2.1. Tổng quan công trình thủy điện Đại Ninh Công trình Thủy điện Đại Ninh thuộc hệ thống bậc thang thủy điện của sông Đồng Nai; Nhà máy cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 260 km về phía Đông Bắc và cách thành phố Đà Lạt khoảng 45 km về phía Tây Nam. Công trình thủy điện Đại Ninh được khởi công xây dựng vào ngày 10/05/2003; có nhiệm vụ phát điện cung cấp cho hệ thống điện Quốc Gia, và chuyển nước từ lưu vực sông Đồng Nai sang lưu vực sông Lũy để tưới và cấp nước cho tỉnh Bình Thuận. Thủy điện Đại Ninh là dự án thủy điện có cột nước cao, với cột nước thiết kế là 627m (cột nước lớn nhất là 670m; cột nước nhỏ nhất là 603m). Hồ chứa thủy điện Đại Ninh được hình thành bởi: 2 đập chính Đa Nhim và Đa Queyon, 4 đập phụ, một đập tràn vận hành, một đập tràn sự cố và một kênh nối thông giữa hai hồ chứa Đa Nhim và hồ chứa Đa Queyon; tổng dung tích hồ chứa thủy điện Đại Ninh là 319,77 triệu m . 3 8 Nước từ hồ chứa sẽ được dẫn về Nhà máy qua một đường hầm áp lực dài 11,2 Km xuyên qua lòng núi và một đường ống áp lực bằng thép dài 1,818 Km; lưu lượng nước thiết kế qua nhà máy là 55,4 m /giây. 3 1.1.2.2. Tuyến đầu mối: Gồm hồ chứa, kênh nối hai hồ, đập tràn xả lũ, đập tràn sự cố, đập chính, các đập phụ và kênh dẫn. Hồ chứa: dùng để tích nước phục vụ quá trình chạy máy và điều tiết. Gồm 2 hồ Đa Nhim và Đa Queyon; hồ Đa Nhim hình thành bởi:đập chính Đa Nhim, đập tràn xả lũ và các đập phụ số 2, 3 và 4; hồ Đa Queyon hình thành bởi đập chính Đa Queyon và đập phụ số 1; hai hồ nối với nhau thông qua kênh nối; tổng dung tích hồ chứa thủy điện Đại Ninh là 319,77 triệu m3, mức nước dâng bình thường là 880 m, mực nước chết là 860 m. Kênh nối: có nhiệm vụ nối thông hai hồ với nhau và chuyển dòng chảy từ hồ Đa Nhim sang hồ Đa Queyon hay ngược lại, có chiều dài là 1600 m với lưu lượng thiết kế là 3077 m3/s. Đập tràn: có nhiệm vụ để xả lũ và xả điều tiết hồ; gồm 3 cửa cánh cung có chiều rộng mỗi cửa là 15 m, chiều cao là 18,75 m và được vận hành bằng hệ thống dầu thủy lực. Đập tràn sự cố: có nhiệm vụ tự phá hủy để xả nước trong trường hợp lưu lượng về lớn hơn tổng lưu lượng chạy máy và xả tràn lớn nhất làm cho mực nước hồ dâng cao đến cao trình 882,6 m; đập tràn sự cố là loại đê cầu chì dài 40 m. Đập chính: có nhiệm vụ ngăn dòng chảy chính để tạo hồ chứa; gồm có 2 đập là Đa Nhim và Đa Quyeon; đập chính là loại đập đất có lõi chống thấm. Đập phụ: có nhiệm vụ ngăn nước tạo hồ chứa; gồm có 4 đập số 1, 2, 3 và 4; đập phụ là loại đập đất có lõi chống thấm. Kênh dẫn: có nhiệm vụ dẫn nước từ hồ chứa vào cửa nhận nước, có chiều dài 1600 m và lưu lượng thiết kế là 55,4 m3/s. 1.1.2.3. Tuyến năng lượng Gồm cửa nhận nước, đường hầm, giếng điều áp, nhà van và đường ống áp lực. Cửa nhận nước: có nhiệm vụ lấy nước vào đường hầm dẫn nước phục vụ cho chạy máy và chặn nước khi cần kiểm tra bảo dưỡng đường hầm, đường ống. Kết cấu cửa nhận nước nhìn từ phía thượng lưu theo thứ tự sau: lưới chắn rác, cửa sửa chữa và cửa vận hành: Lưới chắn rác: dùng để ngăn chặn rác vào đường hầm. 9 Cửa sửa chữa: dùng để đóng trong trường hợp sửa chữa hay bảo trì cửa vận hành và được đóng mở bằng cẩu chân dê. Cửa vận hành: có nhiệm vụđóng hay mở nước vào đường hầm dẫn nước một cách chủ động và được vận hành bằng hệ thống dầu thủy lực. Đường hầm dẫn nước: có nhiệm vụ dẫn nước từ cửa nhận nước đến đường ống áp lực rồi đến ống phân phối vào tuabin để chạy máy; có chiều dài 11254 m và đường kính thay đổi từ 4,65 m đến 4,5 m. Giếng điều áp: có nhiệm vụ giảm áp lực va do dừng máy đột ngột hay bình thường để bảo vệ đường hầm và đường ống áp lực; đồng thời bổ sung lượng nước tức thời cho quá trình tăng tải đột ngột. Nhà van: có nhiệm vụ chặn nước trong trường hợp đoạn đường ống áp lực phía hạ lưu van bị vỡ và cho phép kiểm tra đường ống áp lực mà không cần tháo khô đường hầm thượng lưu; Kết cấu nhà van bao gồm: 01 cụm van để nạp và xả khí trong quá trình nạp và xả nước đường ống; 01 van bướm đường kính 3m vận hành bằng dầu thủy lực, đóng bằng đối trọng và có khả năng đóng tự động khi lưu lượng lớn hơn giá trị cài đặt của bộ giám sát lưu lượng (80 m3/s). Đường ống áp lực: có nhiệm vụ dẫn nước và tạo áp lực từ nhà van qua ống phân phối đến tuabin để chạy máy; là loại ống thép có chiều dài 1818 m và đường kính 3,2 m. 1.1.2.4. Turbine: Loại xung kích (Pelton) trục đứng, công suất 153 MW, cột nước tính toán 627 m và lưu lượng một tổ máy là 27,7 m3/s. 1.1.2.5. Tailrace: Là 1 đường hầm dẫn nước từ tuabin ra hồ Bắc Bình. 1.1.2.6. Máy phát: Đồng bộ kiểu nửa dù, 3 pha cực từ lồi, công suất 150 MW và điện áp đầu cực 13,8 kV; cuộn dây stator đấu Y, trung tính nối đất qua MBA; cách điện của cuộn dây stator và rotor cấp F và vận hành cấp B; kiểu làm mát bằng gió, gió này sẽ được làm mát bởi các bộ làm mát gió máy phát. 1.1.2.7. Máy biến áp: Loại MBA dầu 3 pha 3 cục; công suất định mức 180 MVA và điện áp định mức 13.8 kV/242 kV; kiểu làm mát là dầu tự nhiên và gió cưỡng bức; sơ đồ đấu dây là Ynd11. 10 1.1.2.8. Trạm phân phối: Sơ đồ 220 kV là sơ đồ hai thanh cái có thanh cái vòng; sơ đồ 110 kV là sơ đồ một thanh cái. Phía 220 kV gồm có 6 ngăn lộ, 2 ngăn lộ cho 2 tổ máy, một ngăn lộ MBA tự ngẫu AT3, một ngăn lộ MC 200 và 2 ngăn lộ phát tuyến đến trạm Di Linh; phía 110 kV gồm có 3 ngăn lộ, 1 ngăn lộ từ MBA tự ngẫu AT3, 1 ngăn lộ từ nhà máy thủy điện Bắc Bình và 1 ngăn lộ phát tuyến đến trạm Phan Rí; ngoài ra còn cấp điện áp 22 kV từ MBA AT3 qua MBA tự dùng cấp cho tự dùng. 1.1.2.9. Nhà xưởng, nhà ở và văn phòng. Nhà xưởng gồm tòa nhà năng lượng, nhà quản lý, các xưởng… Nhà ở gồm khu Ninh Gia và nhà trực vận hành Lương Sơn. Văn phòng làm việc Ninh Gia. 1.2. Thông số kỹ thuật chính của nhà máy thủy điện Đại Ninh: 1.2.1. Thủy văn: Bảng 1.2: Thông số thủy văn lưu vực và hồ chứa Đại Ninh (Nguồn ĐNI) Đơn vị Đa Nhim Đa Queyon Hợp lưu Diện tích lưu vực, kể cả Dran km2 1463 470 1933 Diện tích lưu vực, không kể Dran Lượng mưa trung bình năm Dòng chảy trung bình năm Lưu lượng trung bình Tổng lượng dòng chảy Lũ 20 năm 100 năm 1000 năm Lượng bùn cát lắng đọng năm Hồ chứa Mực nước dâng bình thường Mực nước gia cường Mực nước chết Diện tích mặt hồ tại MNC Diện tích mặt hồ tại MNDBT Dung tích hữu ích tại MNDBT Dung tích chết Dung tích toàn bộ tại MNDBT km2 mm mm m3/s 688 1615 686 14,96 472 780 1450 2900 0,061 470 1589 795 11,85 374 550 1130 2250 0,044 1158 880 882,6 860 880 883,6 860 Thông số Lưu vực hồ Đại Ninh 106m3 106m3 m m m km2 km2 106m3 106m3 106m3 4,73 66,54 26,64 93,18 14,14 185,19 41,40 226,59 730 26,81 846 1090 1980 4100 0,105 880 6,88 18,87 251,73 68,04 319,77 11 1.2.2. Các đập chính, đập phụ, đập tràn hồ chứa: 1.2.2.1. Đập chính: Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật đập chính (Nguồn ĐNI) Thông số Đơn vị Đa Nhim Đa Queyon Loại Đá đổ + lõi giữa Đá đổ + lõi giữa Cao trình đỉnh đập m 883,7 884,3 Chiều dài đỉnh m 430 1748 Chiều cao lớn nhất m 56 58 6 3 Khối lượng đập 10 m 1,63 2,22 1.2.2.2. Đập phụ: Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật các đập phụ hồ chứa Thông số Đơn vị Số 1 Số 2 Số 3 Đá đổ + lõi Đá đổ + lõi Đá đổ + lõi Loại giữa giữa giữa Cao trình đỉnh đập m 884,3 883,7 883,7 Chiều dài đỉnh m 1257 2096 503 Chiều cao lớn nhất Khối lượng đập Số 4 Đá đổ + lõi giữa 883,7 185 m 22 17 31 34 106m3 0,51 0,82 1,20 0,25 1.2.2.3. Đập tràn: Loại: Có cửa van, 3 cửa van cung H = 18,75 m; W = 15,0 m. Lưu lượng thiết kế: 6099 m3/s tại mực nước 880 m. Lưu lượng lũ cực hạn: 7455 m3/s tại mực nước 882,6 m 1.2.2.4. Đập tràn sự cố Loại : Đê cầu chì (2 khoang, mỗi khoang 20 m). Lưu lượng thiết kế lũ cực hạn: 3176 m3/s tại mực nước 882,6 m. 1.2.2.5. Kênh nối hai hồ: Chiều dài : 1600 m. Lưu lượng thiết kế : 3077 m3/s. Khối lượng đào : 3,1×106 m3 (trong đó có 2,1×106 m3 đào đá). Cao trình đáy : 857 m. 1.2.2.6. Kênh dẫn vào cửa nhận nước: Chiều dài : 1600 m (không kể hạng mục cửa lấy nước).