Thủy điện đường dẫn là một trong các dạng thủy điện thường được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới do việc tận dụng được điều kiện địa hình để gia tăng cột nước và giảm nguy cơ ngập lụt khu vực lòng hồ. Bài viết trình bày một số vấn đề khi đánh giá lựa chọn công trình điều áp của trạm thủy điện kiểu đường dẫn.
Trang 1MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN CÔNG TRÌNH ĐIỀU ÁP CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN KIỂU ĐƯỜNG DẪN
Phan Trần Hồng Long, Lê Xuân Khâm
Trường Đại học Thủy lợi, email: phanllq@tlu.edu.vn
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Thủy điện đường dẫn là một trong các
dạng thủy điện thường được xây dựng ở
nhiều nước trên thế giới do việc tận dụng
được điều kiện địa hình để gia tăng cột nước
và giảm nguy cơ ngập lụt khu vực lòng hồ
Một trong các hạng mục điều áp của thủy
điện đường dẫn là tháp điều áp đối với dòng
chảy có áp và bể áp lực đối với dòng c hảy
không áp
Các thủy điện đường dẫn lớn ở Việt Nam
sử dụng tháp điều áp có thể liệt kê như Huội
Quảng (520MW), Yaly (720MW), Hủa Na
(180MW) hoặc thủy điện cỡ vừa sử dụng
bể áp lực như Sê San 4A (63MW), Sêrêpôk
4A (64MW) Các thủy điện nhỏ tương tự
cũng sử dụng đường dẫn kiểu không áp hoặc
có áp đã giúp tăng lên đáng kể cột nước phát
điện như Khe Thơi (12MW), Đăk Rơ Sa
(7,5MW), Nậm Khốt (10MW), Đăk Pône
(15,6MW) Và trong cả thủy điện tích năng
như Bác Ái (1200MW) tại tỉnh Ninh Thuận
cũng cần có sử dụng tháp điều áp cả ở phần
thượng lưu và hạ lưu công trình
Trong vận hành thủy điện đường dẫn có áp
và không áp, hạng mục tháp điều áp và bể áp
lực thường được sử dụng như một thiết bị
điều c hỉnh áp lực nước va, giúp quá trình lưu
lượng tăng thêm hoặc giảm đi của tổ máy
nhanh chóng đạt được ổn định và an toàn
Việc đa dạng hóa các kiểu hình dạng, kết
cấu, mặt cắt của tháp điều áp và bể áp lực đã
được sử dụng, góp phần tăng hiệu quả phát
điện và giảm chi phí xây dựng
Tuy nhiên việc tổng kết các hạng mục,
hình dạng, phân loại, đánh giá ưu nhược
điểm của từng công trình chưa được thể hiện đầy đủ trong các tài liệu chuyên khảo, các bài báo khoa học hoặc hội nghị, hội thảo c huyên ngành liên quan
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng quan các hạng mục liên quan tháp điều áp và bể áp lực, tổng hợp các quá trình vận hành và thông số tỷ lệ kích thước Đánh giá điều kiện ứng dụng của các phương pháp
từ tính toán bằng công thức kinh nghiệm đến các phần mềm thương mai Nghiên cứu đề xuất sử dụng phương pháp mô hình tính toán bằng hệ phương trình cân bằng nước và cân bằng tổn thất
Nghiên cứu sử dụng các tài liệu tổng kết của một số nước trên thế giới để minh họa và giới thiệu một vài kết quả ban đầu đã thu được
Về dạng tháp điều áp, không c hỉ có hình dạng tháp mà ngay cả kết cấu tháp cũng được ứng dụng khác nhau phụ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất, khí hậu, công nghệ sản xuất thi công c ủa mỗi nước
Về dạng bể áp lực, hình dạng bể phụ thuộc nhiều vào điều kiện địa hình để tiết kiệm khối lượng đào đắp, sao cho c ông dụng c ủa trạm thủy điện phải được đảm bảo, vận hành, bảo dưỡng an toàn, hiệu quả
Việc nghiên cứu sử dụng các kết quả tương tự nhằm mục đích kiểm tra, đối c hứng cần c ó c ác tài liệu tổng hợp tin c ậy từ nhiều nguồn không chỉ trong nước mà cả trên thế giới
Trang 23 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu đã xây dựng hệ phương trình
sai phân tổng quát tìm nghiệm thử dần trong
tính toán thủy lực tháp điều áp nhằm xác định
kích thước hợp lý cho tháp
w
( )
th
dZ
dt dQ L
h
Nghiên cứu đã xây dựng phần mềm tổng
hợp phương pháp tính thử dần lựa chọn kích
thước tháp điều áp khi thay đổi c ác thông số
chính như đường kính tháp
Nghiên cứu đã thu thập và tổng hợp được
nhiều loại, hình dạng, kích thước, đề ra một
số tỷ lệ tương đối phù hợp để các công trình
xây dựng sau có thể tham khảo, đối c hứng
Một số hình minh họa được thể hiện từ hình
1 đến hình 3 với tháp điều áp của một số trạm
thủy điện trên thế giới và từ hình 4 đến hình
6 với một số bể áp lực của các trạm thủy điện
tại Trung Quốc
Hình 1 Một số dạng kết cấu cải tiến
của tháp điều áp hai ngăn
Hình 2 Một số dạng họng cản khác nhau
của tháp điều áp
Hình 3 Dạng tháp điều áp 4 ngăn của thủy điện tích năng Atdorf (1400MW) Đức
Hình 4 Mặt bằng và cắt ngang bể áp lực của TTĐ Thiên Hồ tỉnh Quảng Tây (60MW)
Hình 5 Mặt bằng và cắt ngang bể áp lực của TTĐ Tư Liên tỉnh Tứ Xuyên (17,6MW)
Hình 6 Mặt bằng và cắt ngang bể áp lực của TTĐ Tân Mai Giang tỉnh Vân Nam (60MW)
Một số kết quả nghiên cứu minh họa mối quan hệ giữa đường kính tháp điều áp và mực nước dâng lên cao nhất trong tháp của TTĐ Hủa Na (chiều dương hướng xuống dưới):
Hình 7 Quan hệ giữa đường kính tháp
và mực nước dâng lên cao nhất trường
hợp cắt tải TTĐ Hủa Na
Tỷ lệ một số hạng mục của bể áp lực được thể hiện trên bảng 1 như sau:
Trang 3Bảng 1 Phạm vi tỷ lệ một số thông số
của bể áp lực
Tỷ lệ giữa độ sâu công tác h ct và
chiều sâu bể áp lực h, đối với công
trình lớn
0,2 ÷ 0,5
Tỷ số giữa chiều dài bể áp lực và độ
Tỷ số giữa chiều dài bể áp lực và
chiều rộng bể áp lực ≥ 0,5
Tỷ lệ giữa chiều rộng bể áp lực và
Tỷ lệ giữa chiều dài bể áp lực và
4 KẾT LUẬN
Qua thực tế tại Việt Nam chưa thấy có báo
cáo tổng hợp về việc áp dụng c ác hình dạng
khác nhau của bể áp lực hoặc tháp điều áp
Việc ứng dựng các công thức kinh nghiệm và
hình dạng tương đối đơn giản mặc dù có so
sánh vài trường hợp khác nhau để lựa chọn
Thống kê từ một số trạm thủy điện tại Việt
Nam có sử dụng bể áp lực cho thấy chiều cao
cột nước phát điện từ còn thấp hơn nhiều so
với c ác công trình lớn trên thế giới Góc kết
nối cuối kênh dẫn và đầu bể áp lực có phạm
vi từ 0o đến 90o Lưu lượng thiết kế nằm
trong khoảng từ vài m3/s đến hơn nghìn m3/s
Đấy là các thống kê tổng hợp có thể tham
khảo khi thiết kế bể áp lực phù hợp hơn ở các công trình thủy điện tại Việt Nam
Việc tổng hợp đánh giá các kết quả sử dụng tháp điều áp trong trạm thủy điện nên
có các hội thảo chuyên môn hơn là chỉ các bài báo hoặc c huyên đề đơn thuần
Nên sử dụng nhiều phần mềm khác nhau
và một vài cách tính theo hệ phương trình nước va hoặc hệ phương trình thủy lực tháp điều áp
Việc thiết kế nói chung nên đề ra nhiều phương án để tính toán so sánh và lựa chọn dù công trình có thuộc loại nhỏ nhưng cũng nên
đề xuất ít nhất ba phương án đường kính tháp khác nhau để so sánh phân tích và lựa chọn Cần có thống kê thêm về các dạng tháp điều áp, không chỉ ở thượng lưu nhà máy mà ngay cả ở hạ lưu nhà máy như một số công trình có đường xả nước kéo dài hoặc trong trạm thủy điện tích năng
5 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Quy phạm thiết kế đường ống dẫn nước
và bể áp lực trạm thủy điện Số
1998-01-22 Nhà xuất bản điện lực Trung Quốc
[2] Simon Utseth Sandvåg 2016 Surge Tank Atlas for Hydropower Plants Norwegian University of Science and Technology