Bài giảng Thủy năng và thiết bị thủy điện

Đặc tính của Tuabin nước Chương 6: Tính toán lựa chọn Tuabin cho TTĐ Chương 7: Điều chỉnh Tuabin nước Thủy năng và Thiết bị thủy điện... Khái quát về Thủy năng * Thủy năng: năng lượng

Trang 1

Trường Đại học Thủy lợi

Khoa Công trình

Bộ môn Thủy điện và NLTT

THỦY NĂNG và THIẾT BỊ THỦY ĐIỆN

Hà Nội, tháng 8 năm 2022

Giới thiệu môn học

Phần Thủy năng

Chương 1 Khai thác trữ năng dòng chảy

Chương 2 Trạm thủy điện làm việc trong hệ thống điện

Chương 3 Chọn các thông số chủ yếu của TTĐ

Phần Thiết bị Thủy điện

Chương 4 Phân loại, cấu tạo các thiết bị thủy điện

Chương 5 Đặc tính của Tuabin nước

Chương 6: Tính toán lựa chọn Tuabin cho TTĐ

Chương 7: Điều chỉnh Tuabin nước

Thủy năng và Thiết bị thủy điện

Trang 2

Thủy năng và Thiết bị thủy điện

Tài liệu học tập:

Giáo trình:

[1] Thuỷ năng: Giáo trình //Bộ môn thuỷ điện - Hà Nội: Nông thôn, 1975

(#000000885)

[2] Giáo trình tua bin thuỷ lực //Võ Tiến Tân ; Phạm Văn Khang bổ sung

và hiệu đính - Hà Nội ::Xây dựng,,2004 (#000000886)

Các tài liệu tham khảo:

[1] Thuỷ văn công trình Tập 1 //Biên soạn: Hà Văn Khối chủ biên, Lê Văn

Nghinh, [và những người khác] - Hà Nội ::Xây dựng,,2012

(#000015016)

[2] Thuỷ văn công trình Tập 2 //Biên soạn: Hà Văn Khối chủ biên, Lê Văn

Nghinh, [và những người khác] - Hà Nội ::Xây dựng,,2013

(#000016306)

[3] Thuỷ năng và điều tiết dòng chảy //Nguyễn Thượng Bằng, Hoàng Đình

Dũng, Vũ Hữu Hải - Hà Nội :Xây dựng,,2005 (#000008130)

[4] Thiết kế và thi công trạm thuỷ điện nhỏ //Nguyễn Duy Thiện - Hà Nội

::Xây dựng,,2003 (#000011829)

[5] Giáo trình thiết bị phụ trợ của nhà máy thuỷ điện //Võ Tiến Tân biên

soạn - Hà Nội: Nông nghiệp,,2006 (#000000888)

[6] Lắp ráp thiết bị chủ yếu trạm thuỷ điện //Huỳnh Tấn Lượng, Phạm Văn

Khang - Hà Nội: Xây dựng,,2007 (#000001895)

Các môn học do BM TĐ và NLTT dạy / tham gia dạy:

 Nhập môn ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

 Thủy năng và Thiết bị Thủy điện (3TC): HK7

 Công trình trạm thủy điện (3TC): HK 7

 Đồ án Thủy năng và Thiết bị Thủy điện (1TC)

 Đồ án thiết kế nhà máy thủy điện thủy điện (1TC)

 Tin học ứng dụng trong thủy điện (1TC)

 Vận hành trạm thủy điện (2TC)

 Các nguồn năng lượng tái tạo (2TC)

 Đồ án các nguồn năng lượng tái tạo (1TC)

Chuyên ngành Thủy điện và

công trình năng lượng

Trang 3

Cửa lấy nước Bể điều tiết ngày

Kênh dẫn NMTĐ

Trang 4

TTĐ Hoà Bình

 Nlm=1920 MW, E=8.16x10 9 KWh

Trang 5

TTĐ Tam hiệp Trung Quốc

 Ntm=700 MW, 32 tổ máy, Nlm=22.400 MW, E=87.10 9 KWh, h=3880 giờ

 Số tổ máy: bên trái 14, bên phải 12, ngầm 6

Trang 6

TTĐ Tam hiệp Trung Quốc

Mô hình các bộ phận của TTĐ

Trang 7

1 Khái quát về Thủy năng

* Thủy năng: năng lượng tiềm tàng trong nước

* Môn Thủy năng: n/c cách khai thác và sử dụng nguồn năng lượng nước

* Các dạng thủy năng: Hóa năng, Nhiệt năng, Cơ năng (chủ yếu)

Cơ năng: mưa, sóng biển, thủy triều, dòng chảy sông suối

2 Trữ lượng thủy năng

* Trên thế giới

Chương 1 Khai thác trữ năng dòng chảy

Giới thiệu chung

2 Trữ lượng thủy năng

* Ở Việt Nam

Phân bố trữ năng theo khu vực ở VN

+ E lý thuyết = 300 tỷ KWh, N lý thuyết = 34.251 MW

+ E kinh tế-kỹ thuật = 75 - 80 tỷ KWh, N = 18–20 nghìn MW

+ E kinh tế-kỹ thuật của TĐ nhỏ = 30 tỉ KWh

Khu vực Công suất lý thuyết

Trang 8

Tương quan giữa tăng trưởng nguồn (N lm )

và phụ tải cực đại (P max )

3 Hệ thống điện Việt Nam

3.1 Nhu cầu tiêu thụ điện

Theo Quy hoạch VII, điều chỉnh: Điện sản xuất và nhập

+ Năm 2020: E = 265 - 278 tỷ kWh + Năm 2025: E = 400 - 431 tỷ kWh + Năm 2030: E = 572 - 632 tỷ kWh

3.2 Cơ cấu nguồn điện

- Đang vận hành: 306 TTĐ, N lm = 15.474,3 MW

- Đang thi công : 193 TTĐ, N lm = 5.662,6 MW

- Đang nghiên cứu: 245 TTĐ, N lm = 3.006 MW

 Tình hình TTĐ ở Việt Nam

Thủy điện, 38.5%

Nhiệt điện than, 42.7%

Nhiệt điện khí, 14.9%

NLTT, 9.9%

Nhập khẩu, 2.4%

Năm 2017 Năm 2020 (dự kiến)

Trang 9

3.3 Kết hoạch phát triển nguồn điện

N lm của hệ thống qua các năm và dự kiến năm 2020 và 2030

Nlm tăng thêm theo Quy hoạch điện VII

§ 1.1 Đánh giá trữ năng dòng chảy

Trang 10

4 Chính sách giá điện

* Đối với các TTĐ có Nlm > 30MW

Hiệu ích của TĐ tính dựa trên điện năng bình quân theo từng mùa

- Mùa khô : (01/10 - 30/06) : 2,50 – 5,00 US cent/kWh

- Mùa mưa: (01/07 - 30/09) : 2,00 – 4,70 US cent/kWh

* Đối với các TTĐ có Nlm <= 30MW: tính theo Biểu giá chi phí tránh được

Giá bán điện tính theo thời

gian trong ngày với 3

500 1000 1500 2000 2500 3000

Cao điểm mùa khô Bình thường mùa khô Thấp điểm mùa khô Cao điểm Bình thường mùa mưa Thấp điểm mùa mưa Điện năng dư

Thị trường phát điện cạnh tranh

100 120 140 160 180 200 220 240

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tháng

BĐPT ngày 2017 Giá công suất theo giờ 2017

BĐPT năm 2017 Giá công suất tháng 2017

Trang 11

1 Đánh giá trữ năng của đoạn sông

Xét một đoạn sông được giới hạn bởi hai mặt cắt (1-1) và (2-2):

+ Năng lượng tại mc (1-1) E 1

+ Năng lượng tại mc (2-2) E 2 :

+ Năng lượng đoạn sông = năng lượng bị tiêu hao trên

đoạn sông: E 1-2 = E 1 – E 2

- giả thiết đoạn sông không có sông nhánh: W 1 = W 2 = W

Z 1

1 Đánh giá trữ năng của đoạn sông

Trang 12

Z, N , Q,

(km) L

N Q Z

N L

2 Đánh giá trữ năng của con sông

(biểu đồ trữ năng của con sông)

* Các bước thành lập biểu đồ trữ năng con sông:

1 Điều tra, khảo sát, thu thập số liệu

a Nguyên tắc phân đoạn

b Điều tra thu thập tài liệu:

3 Khả năng sử dụng trữ năng của con sông

3.1 Những hạn chế

Công suất lý thuyết: N = 9,81.Q.H

Thực tế không sử dụng 100% trữ năng lý thuyết do những hạn chế:

+ về đk địa hình: ngập lụt, giao thông, văn hóa xã hôi, môi trường…

+ về đk địa chất: địa chất xấu, tổn thất thấm, nền móng

+ về tổn thất: bốc hơi, cột nước, tổn thất qua các công trình dẫn

nước, các thiết bị…

+ khó khăn về kỹ thuật: đập quá lớn, xử lý nền móng phức tạp…

* Trữ năng kỹ thuật ?

* Trữ năng kinh tế ?

Trang 13

3 Khả năng sử dụng trữ năng của con sông

3.2 Công suất, điện lượng TTĐ

§ 1.2 Các sơ đồ khai thác thủy năng

1 Nguyên lý khai thác thủy năng

N = 9,81.h.Q.H Nguyên lý:

+ Tập trung và điều tiêt Q (làm hồ chứa)

+ Tập trung cột nước H (dùng biện pháp công trình)

Tăng N ?

+ Tăng h ? + Tăng Q ? + Tăng H ?

2 Các phương thức khai thác thủy năng: phân theo cách tập trung H

2.1 Phương thức khái thác kiểu đập

2.2 Phương thức khái thác kiểu đường dẫn

2.3 Phương thức khai thác kiểu kết hợp (đập + đường dẫn)

2.4 Phương thức khai thác đặc biệt

2.4.1 TTĐ lợi dụng thủy triều

2.4.2 TTĐ tích năng

2.4.3 TTĐ bậc thang

Trang 14

2 Các phương thức khai thác thủy năng

2.1 PTKT kiểu đập

Trang 17

2.2 PTKT kiểu đường dẫn

Trang 18

Trang 19

§ 1.2 Sơ đồ khai thác thủy năng

Trang 20

2.4 Các PTKT đặc biệt

2.4.1 TPĐ lợi dụng thủy triều:

+ TPĐ 2 chiều, 1 hồ, kết hợp với trạm bơm

Trang 21

Trang 22

2.4 Các PTKT đặc biệt

2.4.3 TTĐ khai thác kiểu bậc thang

§ 1.3 Điều tiết thủy năng, lợi dụng tổng hợp

1 Điều tiết thủy năng

1.1 Khái niệm

• Điều tiết dòng chảy: Vì sao phải điều tiết ?

+ Đặc điểm dòng chảy

+ Yêu cầu dùng nước

Điều tiết dòng chảy ?

• Điều tiết thủy lợi (TT thủy lợi):

quá trình tính toán chỉ quan tâm đến Q

• Điều tiết thủy năng (TT thủy năng):

quá trình tính toán quan tâm đến cả Q và H

Mâu thuẫn Cần điều tiết

dòng chảy

Trang 23

1.2 Các thông số chính của hồ chứa

1 Điều tiết thủy năng

1.3 Các hình thức điều tiết thủy năng (theo chu kỳ điều tiết)

• Không điều tiết

• Điều tiết ngày đêm

• Điều tiết tuần

• Điều tiết mùa, năm

• Điều tiết nhiều năm

Phân loại khả năng điều tiết

b =V hi /W o

- b > 0,3 : điều tiết nhiều năm

- b = 0,02 – 0,3 : điều tiết mùa, năm

- b < 0,02: điều tiết ngày, ko điều tiết

Trang 24

2 Lợi dụng tổng hợp nguồn nước

• Nước: nguồn tài nguyên quan trọng , nhu cầu ngày càng tăng !

• Sự mâu thuẫn giữa các ngành dùng nước

+ Giao thông thủy

+ Tưới (bơm, tưới tự chảy…)

+ Thủy điện

+ Phòng lũ

+ Bảo vệ môi trường sinh thái

+ Công nghiệp, sinh hoạt…

• Điều hòa mâu thuẫn

+ Làm hồ chứa

+ Quan điểm tính toán điều hòa: Phân tích kinh tế

Khai thác và sử dụng tổng hợp tài nguyên nước !

- Bền vững về môi trường

- Công bằng về xã hội

- Khả thi về kinh tế

3 Cân bằng lưu lượng (Q) => Q TĐ

) ) ) ) )

) Q t Q t Q t Q t Q t

t

Q tl  tn  h  th  bh  ldth

)()

()

Âu thuyền

Trang 25

Chương 2 TTĐ làm việc trong HTĐ

§ 2.1 Tổng quan về Hệ thống điện

1 Khái niệm HTĐ

2 Phân loại HTĐ

3 Tác dụng của HTĐ

§ 2.2 Biểu đồ phụ tải và đường lũy tích

1 Nhu cầu và yêu cầu dùng điện

* Nhu cầu dùng điện

* Yêu cầu dùng điện: Số lượng và chất lượng

+ Số lượng: N, E (của các hộ dùng và khả năng cung cấp)

+ Chất lượng: sự ổn định dòng điện (f = 50hez, Df = 1 hez)

Tỷ trọng điện sản xuất của

các nguồn điện tuần 6-2018

Trang 26

2 Biểu đồ phụ tải ngày đêm và đường lũy tích bđpt

2.1 Biểu đồ phụ tải ngày đêm

Năm 2015

§ 2.2 BĐPT và đường lũy tích BĐPT

Biểu đồ phụ tải ngày có sản lượng điện lớn nhất tuần 6-2018

(02/02 đến 08/02/2018) (576,8 triệu kWh: 02/02)

Trang 27

§ 2.2 § 2.2 BĐPT và đường lũy tích BĐPT

* Khái niệm

P

E P

P

Trang 28

i i

i P t

Trang 29

* Tác dụng của đường lũy tích Bđpt

+ Xác định N ctmax khi biết E nđ và vị trí làm việc của TTĐ

+ Xác định vị trí làm việc của TTĐ khi biết E nđ và công

suất lớn nhất mà TTĐ có thể phát

Trang 30

2 Biểu đồ phụ tải ngày đêm và đường lũy tích Bđpt

3 Biểu đồ phụ tải năm

- khả năng đáp ứng nhu cầu, lập kế hoạch phát triển nguồn

- phối hợp điều khiển CĐLV của các trạm

2 Cân bằng công suất

Yêu cầu: Bất kỳ thời điểm t nào: N(t) = P(t) + DP(t)

- N(t): tổng công suất phát của HT

- P(t) : tổng nhu cầu sử dụng điện của HT

- DP(t): tổng tổn thất điện trên lưới

Nếu N(t) > P(t) + DP(t) ?

Nếu N(t) < P(t) + DP(t) ?

Trang 31

§ 2.3 Cân bằng công suất và điện năng

2.1 Các thành phần công suất theo quan điểm thiết kế

j đmj

ND LM

TD LM

HT

N

1 1

Yêu cầu: đề đảm bảo an toàn cung cấp điện, Nlm phải được xác

định ở thời điểm P max và chế độ thủy văn ở năm kiệt thiết kế

Cân bằng công suất và điện năng

2.2 Các thành phần công suất theo quan điểm vận hành

- Xét xem N lm trong quá trình vận hành được sử dụng ntn ?

- Các thành phần công suất trong N lm ?

Trang 32

Cân bằng công suất và điện năng

3 Cân bằng điện lượng

2.3 Xây dựng biểu đồ cân bằng công suất

* Tài liệu cần

* Các bước xây dựng

Bất kỳ thời điểm t nào: E(t) = E NĐ (t) + E TĐ (t)

- E(t): tổng điện lượng của HT

- E NĐ (t) : tổng điện lượng của các TNĐ

- E TĐ (t) : tổng điện lượng của các TTĐ

) ( )

( )

* Tài liệu cần: bđpt bình quân năm

§ 2.3 Vai trò TTĐ làm việc trong HTĐ

1 Một số đặc điểm của TTĐ làm việc trong HTĐ

+ Chế độ làm việc phụ thuộc và đk thủy văn, mức độ

phụ thuộc tùy vào khả năng điều tiết của hồ

+ Thiết bị của TĐ có tính linh hoạt cao (thay đổi công suất

nhanh, không kèm theo tổn thất)

+ Phạm vi điều chỉnh công suất của TĐ rộng hơn NĐ

TĐ: DN = 60 – 70% ; NĐ: DN = 20 - 30%

+ Chi phí vận hành TĐ không phụ thuộc E phát ra; Giá

thành điện năng của TĐ rẻ hơn của NĐ: cần tận dụng tối

đa

+ Vốn đầu tư TĐ lớn, thời gian xây dựng dài

Trang 33

§ 2.3 Vai trò TTĐ làm việc trong HTĐ

2 Vai trò và khả năng đảm nhận phụ tải của

TTĐ làm việc trong HTĐ

* Mục đích: với các TTĐ có hồ điều tiết khác nhau, xác định:

+ Vị trí làm việc của TTĐ trên bđpt

+ Các thành phần công suất có thể đảm nhận trong N lm

2.1 TTĐ không điều tiết

2.2 TTĐ điều tiết ngày đêm

2.3 TTĐ điều tiết năm

2.4 TTĐ điều tiết nhiều năm

1 Các thông số cơ bản

Chương 3 Xác định các thông số của TTĐ

Khái niệm chung

Trang 34

2 Nhiệm vụ TTTN

* Trong gđ thiết kế:

xác định các thông số cơ bản của TTĐ

* Trong gđ vận hành:

+ xác định chế độ vận hành tối ưu của các TTĐ

+ Lợi dụng tổng hợp nguồn nước

- Cấp CT = f(N lm , Quy mô CT đầu mối, V hồ )

4 Chọn các năm thủy văn đặc trưng

Trang 35

1 Khái niệm

§ 3.2 Mực nước dâng bình thường

2 Quan hệ giữa MNDBT với lợi ích

2.2 Đối với phát điện

độ tăng chậm dần

2.1 Đối với các ngành LDTH

Khi MNDBT tăng => lợi ích các ngành LDTH tăng

3 Quan hệ giữa MNDBT với chi phí

nhanh dần

§ 3.2 Mực nước dâng bình thường

4 Các bước xác định MNDBT

4.1 Xác định giới hạn MNDBT

* Giới hạn dưới của MNDBT (MNDBT min )

* Giới hạn trên của MNDBT (MNDBT max )

Trang 36

4.1 Xác định h ct cho phép (các ràng buộc với h ct ): [h ct ]

4.1.1 Điều kiện làm việc của Tuabin

4.1.2 Điều kiện bồi lắng của hồ chứa (tuổi thọ C.trình)

4.2 Xác định h ct có lợi nhất (h o

ct )

MNDBT

h ct

Trang 37

1 Các tài liệu cần thiết

1.1 Tài liệu về thủy văn (lưu lượng đến Q tn )

1.2 Tài liệu về quan hệ hồ chứa thượng lưu: Z = f(F,V)

1.3 Tài liệu về quan hệ hạ lưu nhà máy TĐ: Q = f(Z hl )

(bậc thang TĐ: xét ảnh hưởng Z tl hồ dưới)

1.4 Tài liệu về tổn thất lưu lượng: thấm, bốc hơi

1.5 Tài liệu về tổn thất cột nước DH = fQ)

1.6 Tài liệu về đặc tính thiết bị:

Q TĐmax (H); h = f(Q,H); N=f(N,Q)

1.7 Tài liệu khác (phòng lũ, tưới, GT thủy, môi trường…)

Các PP tính toán thủy năng

2 Các công thức cơ bản

TD TD

TD

TDi TDi

TDi    f H ;Q



* Đối với một thời đoạn (i), với thời gian Dt:

tl ldthi xi

thi bhi

hi tni

i hli

Q i bhi bhi

D

  .

Trang 38

tức biết mực nước đầu và cuối của thời đoạn t:

3.2 TTTN khi biết công suất từng thời đoạn N(t):

1 Khái niệm chung

1.1 Khái niệm chung, ý nghĩa

1.2 Nguyên lý tính toán

và điều tiết ngày đêm

Trang 39

3.1 Khái niệm

3.2 Các phương pháp xác định N bđ

3.2.2 Xác định N bđ theo đường tấn suất công suất bình

quân mùa kiệt của liệt năm

3.2.1 Xác định Nbđ theo công suất bình quân mùa kiệt

của năm kiệt thiết kế

tk

P mk

) ( tk

mk

N 

1 Khái niệm và nguyên lý xác định

- Đảm bảo an toàn cung cấp điện

Trang 40

§ 3.5 Công suất lắp máy (N lm )

2.1 TTĐ không điều tiết

- khả năng điều tiết

- yêu cầu lợi dụng tổng hợp

lm

nn N

N

E h

Trang 41

§ 3.6 Điện lượng năm trung bình nhiều năm

2.1 Theo đường tần suất

công suất bình quân

n

i ni nn

n

i ni nn





2.3 Theo E n của 3 năm điển hình (P= P tk ; 50%; 100- P tk )

2.4 Theo E n của năm trung

bình nước (P= 50%)

3

100 ,

% 50 ,

n nn

E E

E

%50,

n

Trang 42

§ 3.6 Điện lượng năm trung bình nhiều năm

3 Xác định số giờ lợi dụng công suất lắp máy

Định dạng
Số trang	130
Dung lượng	8,65 MB

Tiêu đề	Thủy năng và Thiết bị thủy điện
Trường học	Trường Đại học Thủy lợi
Chuyên ngành	Thủy điện và công trình năng lượng
Thể loại	Tài liệu học tập
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội