ĐỒ án THIẾT kế THỦY điện 2

Mục đích của việc tính toán thuỷ năng là xác định các thông số cơ bản của trạm thuỷ điện nh sau: - Mực nớc dâng bình thờng MNDBT ; m.. Đối với nhà máy thuỷ điện khai thác kiểu đập, khi

Phần II tính toán thuỷ năng Chơng I: nhữnh vấn đề chung

1 Mục đích và nhiệm vụ của việc tính toán thuỷ năng.

Mục đích của việc tính toán thuỷ năng là xác định các thông số cơ bản của trạm thuỷ điện nh sau:

- Mực nớc dâng bình thờng ( MNDBT ); m

- Mực nớc chết ( MNC ); m

- Dung tích hữu ích của hồ chứa ( Vhi ); 106m3

- Công suất bảo đảm ( Nbđ ); Kw

- Công suất lắp máy ( Nlm ); Kw

- Điện lợng bình quân trong liệt năm (Εnn); Kwh

- Số giờ lợi dụng công suất lắp máy ( hNlm ); giờ

- Cột nớc lớn nhất ( Hmax ); m

- Cột nớc bình quân gia quyền ( Hbq ); m

- Cột nớc tính toán ( Htt ); m

- Cột nớc nhỏ nhất ( Hmin ); m

Đối với nhà máy thuỷ điện khai thác kiểu đập, khi xác định đợc mực nớc dâng bình thờng ( MNDBT ) sẽ quyết định hàng loạt các vấn đề nh chiều cao đập, diện tích ngập lụt, công suất bảo đảm, công suất lắp máy,

2 Phơng thức khai thác thuỷ năng.

Qua nghiên cu các tài liệu cơ bản địa hình, địa chất tuyến công trình 1A và một số tài liệu khảo sát khác em có một số nhận xét nh sau:

- Dự án thuỷ điện Đồng Nai 5 thuộc bậc thang trung lu khai thác tổng hợp năng lợng trên sông Đồng Nai

- Công trình thuỷ điện Đồng Nai 5 đợc đề nghị nghiên cứu các phơng án tuyến nh sau: Tuyến 1; tuyến 2 cách tuyến 1 khoảng 1km về phía hạ lu và tuyến 1A cách tuyến 1 khoảng 5,5km về phía thợng lu

- Căn cứ theo địa hình tại tuyến 1A, tại đây lòng sông hẹp, hai bên bờ sông

là sờn núi cao, độ dốc lớn

- Với phơng án xây dựng đập làm hồ chứa: Sông Đồng Nai trong khu vực hồ chứa chảy theo hớng Đông Bắc – Tây Nam Vùng hồ không có dân c, đất đai cha

đợc canh tác Về địa chất, khu vực tuyến 1A không lộ đá Granit, nền khu vực hồ chứa phân bố đá cát bột kết xen kẹp phiến xét của hệ tầng La Ngà, đá cứng chắc có cờng độ cao Trong khu vực không có các thung lũng cắt sâu kề cận, mực nớc dới

đất cao nên hiện tợng mất nớc sang các lu vực kế cận không có khả năng xảy ra, chỉ có khả năng mất nớc qua nền và vai đập

- Vách hồ chứa dốc 250 – 400, đất Eluvi khá dày nên khả năng tái tạo sạt lở sau khi có hồ là tất yếu Nhng do chiều rộng hồ chứa bé, chiều dài sông ngắn nên hiện tợng tái tạo sạt lở xảy ra không đáng kể ( chủ yếu là trợt đất )

- Vách bờ hồ dốc nên khả năng bán ngập không có khả năng xảy ra

- Theo điều tra sơ bộ thì khu vực hồ chứa cha phát hiện có mỏ khoáng sản nào đạt trữ lợng công nghiệp

Từ những nhận xét trên, em chọn phơng thức khai thác kiểu đập cho công trình thuỷ điện Đồng Nai 5 tại tuyến 1A, lòng sông thu hẹp nên tuyến đập sẽ ngắn, khối lợng xây dựng đập nhỏ, có thể xây dựng đập cao tạo hồ chứa, có cột nớc cao tăng khả năng phát điện

3 Chọn mức bảo đảm tính toán.

3.1 khái niệm về mức bảo đảm tính toán.

Trạm thuỷ điện làm việc phụ thuộc vào tình hình nguồn nớc hay điều kiện thuỷ văn của từng vùng Trong điều kiện thuỷ văn thuận lợi, trạm thuỷ điện làm việc tơng đối ổn định đảm bảo cung cấp điện an toàn Nhng nếu gặp những năm bất lợi về thuỷ văn nh những năm rất kiệt, lu lợng thiên nhiên đến quá nhỏ hoặc những năm có lũ lớn làm cột nớc phát điện giảm nhỏ thì công suất phát sẽ bị giảm theo.Do

đó cần có một mức độ chắc chắn trong việc cung cấp điện của trạm thuỷ điện

3.2 chọn mức bảo đảm tính toán cho công trình.

Trạm thuỷ điện Đồng Nai 5 có nhiệm vụ phát điện là chính, có công suất nhỏ hơn ( 300 – 50 )MW, theo quy phạm TCXDVN 285 – 2002 công trình thuộc cấp

2 và có mức bảo đảm tính toán là 90%

4 Phơng pháp tính toán xác định MNDBT và độ sâu công tác của hồ chứa 4.1 Mực nớc dâng bình thờng và các nhân tố ảnh hởng.

MNDBT là mực nớc cao nhất của hồ chứa trong điều kiện làm việc bình th-ờng của nhà máy Nó là thông số quan trọng nhất trong các thông số cơ bản vì nó liên quan đến các chỉ tiêu kinh tế và chỉ tiêu năng lợng của nhà máy thuỷ điện

- Về mặt công trình: MNDBT quyết định chiều cao đập, kích thớc các công trình xả lũ, số lợng và kích thớc đập phụ, lợng tổn thất do bốc hơi, thấm,

- Về mặt kinh tế: MNDBT tăng sẽ làm vốn đầu t xây dựng công trình và chi phí hàng năm tăng, mức độ tăng dần vì xuất hiện nhiều đập phụ, diện tích ngập lụt tăng, công tác xử lý nền móng phức tạp, tốn kém,

- Về mặt phòng lũ: Khi MNDBT tăng, dung tích hữu ích tăng, khả năng cắt

lũ tăng và giảm biện pháp ngăn ngừa ở hạ l, nh vậy là có lợi

- Về mặt phát điện: Khi MNDBT tăng thì mực nớc tăng, Nbđ tăng, Nlm tăng,

E tăng nhng độ tăng giảm dần

- Về mặt cung cấp n ớc: MNDBT càng cao khả năng cung cấp nớc càng lớn trong mùa kiệt cho các ngành khác nh tới, giao thông,

- Về ngập lụt: MNBDT tăng dẫn tới diện tích mặt hồ tăng ngập lụt càng lớn

- Về mặt tài nguyên xã hội: Khi MNDBT tăng có thể ảnh hởng tới vùng sinh sống của các dân tộc có nền văn hoá lâu đời trong lòng hồ, buộc họ phải di dời đi nơi khác để sinh sống, nh vậy làm tăng tiền đền bù di dân tái định c Hoặc việc tăng MNDBT sẽ làm gây ngập lụt ở một số danh lam thắng cảnh,

di tích lịch sử và tài nguyên khoáng sản có trữ lợng tơng đối, có khả năng khai thác công nghiệp, gây thiệt hại về kinh tế

4.2 Sơ bộ xác định mực nớc dâng bình thờng.

Để xác định mực nớc dâng bình thờng, ta dựa vào giới hạn trên và giới hạn dới, giả thiết nhiều giá trị mực nớc dâng bình thờng, tính toán kinh tế kĩ thuật để phân tích lựa chọn MNDBT hợp lý

- MNDBT lớn nhất đợc xác định từ các điều kiện sau:

+ Theo điều kiện địa hình địa chất

+ ảnh hởng đến môi trờng: Ngâp lụt, di dân, làm lại đờng giao thông, nhà máy xí nghiệp dời đi

+ Bậc thang của trạm thuỷ điện

- MNDBT nhỏ nhất đợc xác định bởi yêu cầu dùng điện và yêu cầu về lợi dụng tổng hợp ( Dùng nớc cải tạo đất và nuôi trồng thuỷ sản )

Trong phạm vi đồ án và đợc sự đồng ý của giáo viên hớng dẫn em tiến hành tính toán thuỷ năng với các phơng án MNDBT nh sau: 290; 287,5; 285 ( cận trên cao trình MNDBT của hồ chứa thuỷ điện Đồng Nai 5 bị giới hạn bởi cao trình mực nớc hạ lu thuỷ điện Đồng Nai 4 – xấp xỉ cao trình 290m ) Sau đó sẽ lựa chọn ra một phơng án mực nớc dâng bình thờng hợp lý

Chơng II: tính toán thuỷ năng cho từng phơng án mực

n-ớc dâng bình thờng

 Phơng án MNDBT = 290m.

1 Xác định dung tích hữu ích (Vhi).

Theo hớng dẫn của giáo viên, em thiết kế trạm thuỷ điện làm việc với công suất lắp máy tối đa trong một ngày là 6 giờ

Lu lợng bảo đảm là lu lợng trung bình thời đoạn ( tháng ) ứng với mức bảo

đảm tính toán

Từ chuỗi dòng chảy trung bình tháng của liệt 26 năm, ta xắp sếp ( 26ì12 ) giá trị lu lợng trung bình tháng đó theo thứ tự giảm dần và xây dựng đờng tần suất

lu lợng trung bình tháng Từ đờng tần suất đó ứng với mức bảo đảm tính toán ta xác

định đợc Qbđ = Q90% = 74,7 (m3/s)

• Xác định dung tích hữu ích

Vhi = k ì Qbđ ì (24-t) ì3600 ; m3

Trong đó: - k là hệ số an toàn; k = 1,1

- Qbđ là l lợng bảo đảm

- Số giờ phát công suất lắp máy; t = 6h

- 3600: số giây trong 1 giờ.

⇒ Vhi = 1,1 ì 74,7 ì (24 – 6) ì3600 = 5,3.106 (m3)

2 Xác định mực nớc chết (MNC).

Với MNDBT = 290m tra quan hệ W~Ztl ta có: VMNDBT = 114,7.106 m3

⇒ VMNC = VMNDBT - Vhi = (114,7 – 5,3).106 = 109,4.106 m3

•Kiểm tra theo điều kiện lắng đọng bùn cát của hồ chứa

Mực nớc chết xác định theo điều kiện bồi lắng đợc tính theo công thức sau: MNC = Zbc + h1 + h2 + D

Trong đó:

Zbc là cao trình bồi lắng bùn cát tính theo tuổi thọ của công trình

h1 là độ ngập sâu của trần CLN dới MNC

h2 là độ vợt cao của ngỡng CLN so với cao trình bồi lắng

Lấy h1 = h2 = 0,5 m

D là chiều cao cửa lấy nớc ở đây cửa lấy nớc đợc thiết kế có tiết diện tròn

- Xác định cao trình bùn cát:

Theo tài liệu phù sa ta có tổng lợng phù sa lắng đọng năm của hồ là:

Wphù sa = 0,211.106 m3/n

Công trình thuỷ điện Đồng Nai 5 là công trình cấp II nên thời gian tính toán dung tích bồi lắng của hồ chứa bị lấp đầy là 100 năm Vởy tổng lợng phù sa lắng

đọng của công trình trong 100 năm là: Wbc = 100.0,211.106 = 21,1.106 m3

Tra quan hệ Z~W ta đợc Zbc = 257,62 m

- Xác định sơ bộ đờng kính D:

Có Qbđ = 74,7 m3/s

Sơ bộ ta xác định đợc lu lợng lớn nhất:

76 , 297 7 , 74 3600 6 1 , 1

10 3 , 5 3600

.

6 max = hi +Q bd = + =

t k

V

Sơ bộ chọn 2 tổ máy ⇒ QTmax =

2

76 , 297 2

max =

Q

= 148,88 m3/s

ln c

max T ln

c

V

Q

Trong đó Vcln là lu tốc trên lới chắn rác Vcln =1ữ1,2 m/s

Chọn V = 1,1 m/s

ln 135 , 35

1 , 1

88 , 148

m

F c = =

m

F

D 13 , 13

14 , 3

35 , 135 4 4

=

ì

=

= π

⇒ MNC = 257,62 + 0,5 + 13,13 + 0,5 = 271,75 m < 288,5m

Vậy chọn MNC = 288,5m

3 Xác định độ sâu công tác của hồ chứa ( hct).

Độ sâu công tác của hồ chứa là khoảng cách từ MNDBT đến MNC

4 Xác định công suất bảo đảm ( N bđ ).

4.1 Khái niệm.

Công suất bảo đảm (Nbđ) là công suất bình quân thời đoạn tính theo khả năng dòng nớc ứng với mức bảo đảm tính toán của trạm thuỷ điện

Công suất bảo đảm là một thông số cơ bản của trạm thuỷ điện bởi vì khả năng phủ phụ tải của trạm thuỷ điện lớn hay nhỏ chủ yếu là do công suất bảo đảm quyết định Nó chỉ ra mức độ tham gia vào cân bằng công suất điện lợng trong hệ thống điện

4.2 Xác định công suất bảo đảm ( N bđ ).

Khác với trạm thuỷ điện điều tiết năm, trạm thuỷ điện điều tiết ngày không

có hồ chứa dung tích lớn để điều tiết phân phối dòng chảy trong 1 năm mà chỉ điều tiết dòng chảy trong 1 ngày, vì vậy đối tợng nghiên cứu ở đây không phải là công suất bảo đảm mùa kiệt, mà là công suất bảo đảm ngày để chế độ công tác trong ngày ổn định

Các phơng pháp xác định công suất bảo đảm của TTĐ điều tiết ngày:

- Xác định công suất bảo đảm từ l u l ợng bảo đảm:

Nbđ = kn.Qbđ.H Phơng pháp này đợc ứng dụng trong trờng hợp TTĐ không có nguy cơ giảm cột nớc quá đáng trong mùa lũ, tức là đờng tần suất công suất bình quân thời đoạn xấp xỉ trùng với đờng tần suất lu lợng

- Xác định công suất bảo đảm theo đ ờng tần suất công suất dòng n ớc:

Phơng pháp này dựa vào lu lợng thiên nhiên trung bình của mỗi thời đoạn để xác định cột nớc cho thời đoạn ấy ứng với Q và H của mỗi thời đoạn sẽ xác định

đ-ợc một công suất N Dựa vào các trị số N của các thời đoạn của cả liệt năm thuỷ văn ta vẽ đờng tần suất công suất N = f(P%) Trên đờng tần suất đó ứng với mức bảo đảm tính toán P% sẽ có Nbđ cần tìm

Phơng pháp này đợc ứng dụng rộng rãi, tính chính xác cao nhng khối lợng tính toán lớn

Trong đồ án này em xác định Nbđ theo lu lợng bảo đảm

H Q k

Trong đó:

kn: là hiệu suất của TTĐ

TL mp T n

k = 9 , 81 η η η

Chọn kn = 8,5 ( Không xét đến tổn thất cột nớc)

Qbđ: là lu lợng bảo đảm; Qbđ = 74,7 m3/s

H: là cột nớc của TTĐ ứng với Qbđ

( )bd HL

Z

H = −

2

10 3 , 5 10 4 , 109

V V

V hi

=

Tra quan hệ Z ~ V ta đợc Z TL = 289 , 37 m

Từ Qbđ = 74,7 m3/s tra quan hệ Q~ZHL ta đợc:

( )Q m

Z HL bd = 223 , 93

m

H = 289 , 37 − 223 , 93 = 65 , 44

5 Xác định công suất lắp máy (N lm )

5.1 Khái niệm

Công suất lắp máy là công suất tối đa mà TTĐ có thể phát đợc trong quá trình làm việc bình thờng

Công suất lắp máy bằng tổng công suất định mức của các tổ máy trong nhà máy

5.2 Nguyên lý xác định

Công suất lắp máy khi chọn phụ thuộc vào công suất bảo đảm và nhiệm vụ cung cấp điện của TTĐ trong hệ thống điện

Theo quan điểm thiết kế công suất lắp máy đợc xác định theo công thức:

Nlm= Nctmax + Ndtr + Ntrùng = Nty + Ntrùng

Trong đó:

- Nctmax là công suất công tác lớn nhất của nhà máy thuỷ điện (ứng với phụ tải lớn nhất)

- Ndtr là công suất dự trữ của NMTĐ bao gồm: Ndtr = Ndf+ Nds + Ndsc

Với : Ndf là công suất dự trữ phụ tải Nhằm đáp ứng nhu cầu dùng điện thay

đổi đột ngột trong thời gian ngắn

Đ T max ct HT max

HT df

Đ T

df N P

N

max

HT

df 2% 5% P

Nds là công suất dự trữ sự cố Nhằm mục đích thay thế cho các tổ máy bị sự

cố thời gian đòi hỏi dài

mf H

HT

ds N

HT max

Đ T max ct

HT ds

Đ T sc

P

N N

max

HT

ds 5% 10% P

Ndsc : Công suất dự trữ sửa chữa đảm bảo yêu cầu phụ tải khi tiến hành duy trì sửa chữa định kỳ tổ máy

Ntr: Công suất trùng là phần công suất lắp thêm của TTĐ để tận dụng lợng nớc thừa trong mùa lũ Nó không có tác dụng làm giảm công suất tất yếu của TTĐ mà

có tác dụng giảm chi phí hàng năm của hệ thống HT

hn

C

Nty: Công suất tất yếu là thành phần công suất nhất thiết phải có nó phụ thuộc vào công suất bảo đảm, khả năng điều tiết của hồ, biểu đồ phụ tải và yêu cầu lợi dụng của các ngành lợi dụng tổng hợp

5.3 Xác định N lm của TTĐ Đồng Nai 5.

Trong đồ án này không có biểu đồ phụ tải

Với giả thiết TTĐ phát điện với công suất lắp máy tối đa 6 giờ trong 1 ngày và trữ hoàn toàn trong 18 giờ, ở trên ta xác định đợc Qmax nh sau:

Qmax = Qbđ +

3600 6 1 , 1

hi

V

= 74,7 +

3600 6 1 , 1

10 3 ,

5 6

= 297,76 m3/s

Từ đó xác định công suất lắp máy nh sau:

H Q k

Trong đó:

Kn = 8,5

H là cột nớc trung bình của TTĐ H =H( )Q bd = 65 , 44m

Nlm = 0,9.8,5.297,76.65,44 = 149063 KW = 149,063 MW

Do trạm thuỷ điện Đồng Nai 5 có hồ chứa điều tiết ngày nhng khi tính toán với thời đoạn là tháng nên kết quả tính đợc có thể sẽ thiên lớn vì vậy khi tính toán

ta có thể nhân thêm với 1 hệ số an toàn là 0,9 Sơ bộ em chọn Nlm = 150MW rồi sau

đó sẽ kiểm tra cụ thể ở phần sau

Khi đó lu lợng lớn nhất qua turbin là:

Q 269 , 67 /

44 , 65 5 , 8

10

max = =

Lu lợng nhỏ nhất qua turbin là:

(m s)

Q

2

67 , 269

%.

70 2

%

(Với giả thiết 2 tổ máy)

6 Xác định điện lợng bình quân nhiều năm và số giờ lợi dụng công suất lắp máy.

Cột nớc nhỏ nhất mà trạm thuỷ điện phát đợc công suất bảo đảm trong quá trình làm việc bình thờng của trạm thuỷ điện đợc xác định nh sau:

Hmin = MNC – Zhl (Qmax)

Với Qmax = 269,67 tra quan hệ Q~Zhl ⇒ Zhl = 226,17m

⇒ Hmin = 288,5 – 226,17 = 62,33m

Điện lợng bình quân nhiều năm (Εnn) đợc xác định từ chuỗi dòng chảy trung bình tháng của liệt 26 năm ( 1978 – 2003) Kết quả tính toán cụ thể ở bảng phụ lục Trình tự tính toán nh sau:

Giả thiết giá trị Htt = Hmin rồi sau đó lập bảng tính thuỷ năng cho liệt năm khi biết Nlm = 150 MW

- Cột (1): Năm tính toán

- Cột (2): Tháng trong năm

- Cột (3): Lu lợng thiên nhiên đến TTĐ - lu lợng trung bình tháng (Qtn)

10 63

2 ,

V

αth

Trong đó: αth – hệ số thấm; αth = 0.5%

3 6

10 05 , 112

V V

V hi

=

- Cột (5): Tổn thất bốc hơi gia tăng trong năm ( hbh )

- Cột (6): Tổn thất bốc hơi - Qbh = 6

10 63

2 ,

F

hbh

( F đợc xác định từ quan hệ W~Z~F; F = 4,42km2 )

- Cột (7): Lu lợng đến TTĐ sau khi đã trừ đi tổn thất ( Qhl );

- Cột (8): Mực nớc thợng lu bình quân ( Ζtl);

( Đợc xác định từ quan hệ W~Z )

- Cột (9): Mực nớc hạ lu bình quân; ΖHL = Ζ (Q HL)

- aCột (10): Cột nớc phát điện bình quân; Η = ΖTL − ΖHL

- Cột (11): Công suất dòng chảy ( Ndc );

1000

*

* 5 , 8

MW

Q HL

dc

Η

=

- Cột (12): Công suất khả dụng ( Nkd ); MW

+ Công suất trạm TTĐ có thể phát đợc theo điều kiện hạn chế của turbin + Nếu Η > Ηtt ⇒ Nkd = Nlm

+ Nếu Η < Ηtt ⇒ Nkd = Nlm

3















 Η

Η

tt

- Cột (13): Công suất phát điện của trạm thuỷ điện ( Npđ ); MW

+ Nếu Ndc > Nkd ⇒ Npđ = Nkd

+ Nếu Ndc < Nkd ⇒ Npđ = Ndc

- Cột (14): Điện năng trung bình tháng; E = Npđ.730.1000 (KWh)

- Cột (15): Npđ.Η

Từ kết quả tính toán thuỷ năng cho liệt năm ta có:

•Điện lợng trung bình nhiều năm là:

26 9 ,

0 ∑Ε

=

•Số giờ lợi dụng phát công suất lắp máy trong năm:

hNlm =

lm

nn

Ν

Η = 4002,3 (giờ) < 4200 giờ

Vậy công suất lắp máy chọn ở trên là hợp lý

7 Xác định các cột nớc đặc trng.

Theo kết quả tính toán điều tiết cho liệt năm ta có:

•Cột nớc bình quân ( Hbq)

N

H N

H n

n i

i i

1

1 =

=

∑

∑

=

=

•Cột nớc lớn nhất ( Hmax)

H max = MNDBT – Zhl (Qmin)

Với Qmin = 94,4 m3/s ⇒ Zhl (Qmin) = 224,22m

⇒ Hmax = 290 – 224,22 = 65,78m

•Cột nớc nhỏ nhất ( Hmin)

H min = MNC – Zhl (Qmax)

Với Qmax = 269,67 m3/s ⇒ Zhl (Qmax) = 226,17m

⇒ Hmin = 288,5 – 226,17 = 62,33m

•Cột nớc nhỏ nhất ( Htt)

Khi cột nớc tính toán toán tăng lên thì ta có lợi khi chọn thiết bị song điện năng sẽ giảm đi

Từ bảng tính toán điều tiết của liệt năm ta thấy rằng: Giá trị lớn nhất của Htt

giả thiết làm cho điện năng trung bình nhiều năm không bị giảm là 62,38m Song

độ biến thiên cột nớc của nhà máy không đáng kể so với cột nớc phát điện nên việc lựa chọn cột nớc tính toán sẽ không làm ảnh hởng nhiều đến giá thành Để có thể phát điện tại cột nớc bất kỳ, tránh xả thừa ta chọn Htt = Hmin = 62,33 m

Các phơng án MNDBT = 287,5m và MNDBT = 285m tính toán tơng tự (Xem bảng kết quả tổng hợp)

Kết quả tính toán thuỷ năng các phơng án MNDBT