Thiết kế trạm thuỷ điện hòa phú trên sông sêrêpốk

Để xác định đường duy trì lưu lượng bảo đảm cho công trình thuỷ điện Hoà Phú, đãtiến hành xây dựng đường duy trì lưu lượng ngày và đường duy trì lưu lượng tháng theotài liệu thực đo 1977

Table of Contents

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng điện có vai trò vô cùng to lớn trong sự phát triển văn hoá và đời sống nhân loại Nhu cầu điện năng của cả thế giới tăng trưởng ngày càng mạnh hoà nhịp với tốc độ tăng trưởng nền kinh tế chung, có thể nói một trong những tiêu chuẩn để đánh giá

sự phát triển của một quốc gia đó là nhu cầu sử dụng điện năng Nguồn điện năng chủ yếu là nhiệt điện than, nhiệt điện khí đốt, thuỷ điện, điện nguyên tử và một số nguồn năng lượng khác như năng lượng gió, năng lượng mặt trời …

Ở nước ta, điện năng luôn đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế của đất nước Để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế đất nước thì yêu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng nhiều Hiện nay ở nước ta nguồn năng lượng thuỷ điện chiếm vai trò quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam Nó chiếm tỷ trọng khoảng 60% công suất của

hệ thống điện Việt Nam Tuy nguồn thuỷ điện chiếm một tỷ trọng lớn nhưng chúng ta cũng mới chỉ khai thác được khoảng 20% trữ năng lý thuyết của các con sông ở Việt Nam Mặt khác nhu cầu sử dụng điện của các hộ dùng điện thay đổi từng giờ vì vậy để đáp ứng sự thay đổi đó thì trong hệ thống điện không thể thiếu các trạm thuỷ điện có khả năng thay đổi công suất trong thời gian ngắn

Chính vì tầm quan trọng cũng như tiềm năng của thuỷ điện là rất lớn, do đó đòi hỏi người thiết kế và thi công các trạm thuỷ điện phải nắm vững những kiến thức về thuỷ điện

Để củng cố và hệ thống lại những kiến thức về thuỷ điện, được sự đồng ý của nhà trường và Hội đồng thi tốt nghiệp khoa Năng Lượng, em được giao đề tài ‘Thiết kế trạm thuỷ điện Hòa Phú trên sông Sêrêpốk

PHẦN I TỔNG QUAN VÀ CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN

1.1.Giới Thiệu :

Dự án thuỷ điện Hòa Phú dự kiến xây dựng trên sông Sêrêpốk nằm trong khoảng12039’00” đến 12039’10” độ vĩ Bắc, 107054’30” đến 107054’40” độ kinh Đông, cáchthành phố Buôn Ma Thuột về phía Tây Nam khoảng 14km theo đường chim bay Vùngtuyến công trình thuộc địa phận xã Hoà Phú, thành phố Buôn Ma Thuột, tỉnh Đắk Lắk

và xã Tâm Thắng, huyện Cư Jút, tỉnh Đắc Nông

Toạ độ địa lý của vị trí xây dựng công trình :

- X=1398680,806

- Y= 435906,257 (VN 2000)

Tuyến công trình nằm trên dòng sông Sêrêpốk, đoạn từ nhà máy thủy điệnBuôn Kuốp đến nhà máy thủy điện Đrây H’Linh dài khoảng 11km, tại vị trí ghềnh đáBazan nhô cao khoảng 3m, rộng khoảng 100m cách thuỷ điện Buôn Kuôp 8km vềphía hạ lưu, cách thuỷ điện Đrây H’Linh 3km về phía thượng lưu; thuộc xã TâmThắng, huyện Cư Jút, tỉnh Đắk Nông và xã Hòa Phú, Tp.Buôn Ma Thuột, tỉnh ĐắkLắk

thuỷ điện Đrây H’Linh 3km về phía thượng lưu; thuộc xã Tâm Thắng, huyện Cư Jút, tỉnh Đắk Nông và xã Hòa Phú, Tp.Buôn Ma Thuột, tỉnh Đắk Lắk

1.2.2 Nhiệm Vụ Công Trình

Phát điện năng lên lưới Quốc gia Đầu tư xây dựng công trình thủy điện Hoà Phú,ngoài việc đảm bảo thực hiện được nhiệm vụ ghi trong Quyết định đầu tư, sẽ tạo điềukiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế - xã hội của khu vực

Sau khi kết thúc xây dựng công trình, khu vực công trình Hoà Phú với các cơ sởdân cư, văn hoá, xã hội sẽ trở thành một điểm tập trung dân cư với cơ sở hạ tầng tươngđối đầy đủ Hệ thống đường giao thông phục vụ thi công, vận hành công trình sẽ tạo rakhả năng giao lưu về kinh tế và xã hội của khu vực xây dựng công trình với các trung tâmkinh tế, xã hội của địa phương

1.3 Tài Liệu Địa Chất Khí Tượng Thủy Văn

1.3.1 Tài liệu địa chất

Về tổng thể khu vực khảo sát thuộc phần Tây Bắc đới uốn nếp Mezozôi Đà Lạt có nền là trầm tích biển cát bột kết Jura hạ, hệ tầng Đrây H’Linh (J1dl), có phương cấu tạo

ĐN-TB cắm dốc về phía TN với góc dốc từ 30÷400 Lớp phủ chồng gối là phun trào bazan hệ tầng Xuân Lộc (βQII-IIIxl) dày 10÷50m và trầm tích bở rời đệ tứ (adQ và edQ)

dày từ 1÷15m

A Giới MEZOZOI

HỆ JURA, THỐNG HẠ Hệ tầng Đrây H’Linh (J1đl)

Thành phần thạch học bao gồm hai phần với mối quan hệ chuyển tiếp

+ Đá cát kết, xen ít cát kết vôi có màu xám sáng phớt đen, gặp tại hố khoan TNL4’ vùng tuyến năng lượng Đá có cấu tạo phân lớp dày, kiến trúc hạt vừa đến thô, rấtcứng chắc

HP-+ Đá bột kết, sét kết màu xám đen đến xám tro, chiếm khối lượng chủ yếu, phân bốhầu hết diện tích vùng công trình Đá phân lớp mỏng, dải, sọc, kiến trúc hạt bột

Trong vùng công trình, đá thường có thế nằm 20∠60, nhiều chỗ đá bị vỡ nát dạng

vảy tấm nhỏ Trên bề mặt địa hình thành tạo lớp phủ vỏ phong hóa bở rời đệ tứ (edQ) dày

từ 0.5 đến 10m

B Giới KAINOZOI

a Hệ Đệ tứ, thống Pleistocen trung - thượng, hệ tầng Xuân Lộc

Hệ tầng Xuân Lộc (βQII-IIIxl) phân bố trên tại vai đập bờ trái, dọc theo bờ phải sông

đoạn từ đập về gần cửa xả, 2 ghềnh đá (1 ngang sông vùng tuyến đập, 1 ngang sông vùnggiữa đập với cửa xả)

Xem ảnh vệ tinh trên có thể thấy rõ dòng nham thạch phun trào từ miệng núi lửachảy qua ghềnh đá ngang sông vùng giữa đập với cửa xả, qua bờ phải sông đoạn từ đập

về gần cửa xả, qua vùng tuyến đập, sang đến bờ trái Bề rộng dòng nham thạch chừng

150 đến 250m, dài hàng kilomet

Đá lộ ra tại ghềnh đá trên sông và các hố khoan là bazan đặc xít có ít lỗ rỗng màuxám đen Thành phần chủ yếu là bazan Ôlivin, bazan dolerit và bazan thủy tinh Đá cócấu tạo khối, đặc xít, lỗ rỗng; kiến trúc vi hạt, dolerit, thủy tinh và porphyr… Chiều dàycủa hệ tầng từ 10m đến 30m và phủ trực tiếp bất chỉnh hợp góc trên bề mặt bào mòn cátbột kết hệ tầng Đrây H’Linh Một phần hệ tầng bị bồi tích bở rời Holocen phủ lên trên

Khi chảy qua vùng gần nhà máy, một phần nham thạch chảy ngầm, tạo một nhánhcụt bên trái dòng nham thạch chính, rộng chừng 70m, dài 170m Khối lượng này khônglớn, thành phần thạch học chủ yếu là andezit Hố khoan HP9, HP10 đã khoan vào phuntrào này

b Hệ đệ tứ, thống Holocen:

* Hệ Đệ tứ, thống Holocen - Bồi tích sông: Phân bố tại phần thấp 2 bờ và đáysông, từ già đến trẻ bao gồm:

+ Thềm bậc II (aQIV1-2), phân bổ tại phần cao từ cao trình 307m÷298m dày 15mgồm: Phần đáy là cát sạn sỏi hỗn tạp dày từ 5÷10m, phần trên là sét bột pha cát mịn màuxám dày từ 1÷ 10m, không bị ngập khi lũ về

+ Thềm bậc I (aQIV3) phân bổ từ cao trình 298÷294m Thành phần cát cuội sỏi hạtthô ở dưới, hạt mịn phù sa á sét bồi pha cát mịn ở trên Bề dày 1÷ 4m Phần này thường bịngập khi lũ về

* Tích tụ đáy sông (aQIV): phân bổ tại phần thấp đáy sông (trừ phần đáy có ghềnhđá) từ cao trình 296÷292m Bề dày từ 1m÷2m, thành phần chủ yếu là cát cuội sỏi, thườngxuyên ngập nước

C Cấu trúc và kiến tạo.

1 Vị trí kiến tạo

Toàn bộ diện tích công trình thủy điện Hòa Phú nằm trọn trong khối Buôn Đôn làphần rìa Bắc đới Đà Lạt

2 Đứt gãy kiến tạo và khe nứt

Kết quả khảo sát địa chất thực địa và khoan thăm dò đã không phát hiện ra đứt gãyphá hủy kiến tạo tại tuyến đập

Thế nằm của khe nứt trong trầm tích chủ yếu 20∠60, 110∠80, 60∠60, 330∠80.Ngoài ra trong đá bazan còn có khe nứt kín dạng cột

3 Động đất

Theo “Bản đồ địa chất kiến tạo và động đất” tỉ lệ 1 : 1 000 000 của Viện vật lý địacầu năm 1995 thì vùng công tác nằm cách đứt gãy Rạch Giá – Tuy Hòa 50km về phía Tây

Bắc Thủy điện Hòa Phú nằm trong vùng chấn động cực đại dự báo Iomax=6(MSK-64)nên ảnh hưởng động đất là khá nhỏ

4 Khoáng sản

Theo tinh thần công văn số 467/ĐCKS-ĐC ngày 19 tháng 3 năm 2008 của Cục địachất & Khoáng sản Việt Nam (Bộ tài nguyên khoáng sản & Môi trường) v/v “Thông báotình hình tài nguyên khoáng sản khu vực dự án thủy điện Hòa Phú, tỉnh Đắk Lắk” thì kếtquả điều tra địa chất khoáng sản tỷ lệ 1/200 000 chưa phát hiện các điểm khoáng sản có ýnghĩa trong vùng công trình

Điều kiện địa chất công trình khu vực

1.3.2 Khí tượng thủy văn

1 Đặc trưng hình thái lưu vực nghiên cứu.

Tính đến tuyến công trình dự kiến thiết kế, diện tích lưu vực là: 8680km2 với chiều dài sông chính là 190km

Bảng 1.1.Đặc trưng hình thái lưu vực sông

Tuyến Flv (km2) L (km) B (km) D (km/km2) Hbqlv (m)Hoà Phú 8680 190 44.5 0.25 600

2 Nhiệt độ không khí

Số liệu quan trắc tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông Sêrêpốk cho thấy chế độnhiệt của lưu vực mang tính chất của vùng nhiệt đới gió mùa Phạm vi dao động nhiệt độtrung bình tháng của không khí giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất là không lớn,khoảng 50C, trong khi đó dao động ngày đêm của nhiệt độ không khí lại là đáng kể, đặcbiệt là vào mùa khô

Bảng 1.2 Đặc trưng nhiệt độ không khí trạm Buôn Ma Thuột (Đơn vị oC )

3.Mưa

Nằm trong vùng nhiệt đới, lưu vực chịu ảnh hưởng của hai cơ chế gió mùa: Gió mùamùa hạ và gió mùa mùa đông, tuy nhiên do ảnh hưởng của địa hình nên chế độ mưa trênlưu vực tương đối phức tạp

Bảng 1.3 Lượng mưa trung bình nhiều năm các trạm trên lưu vực

T

T

4 Gió.

Theo tài liệu quan trắc, gió được phân thành hai mùa: gió mùa mùa đông và gió mùamùa hạ Mùa hạ hướng gió chính là gió mùa Tây Nam và Tây kéo dài từ cuối tháng V đếntháng IX, tập trung chủ yếu vào tháng VIII (tần suất 23,7%)

Bảng 1.4 Tần suất suất hiện theo hướng gió trạm Buôn Ma Thuột

Trạm Lặng gió N(B) NE(ĐB) E(Đ) SE(ĐN) S(N) SW(TN

)W(T) NW(TB)

E(Đ)

SE(ĐN)

S(N)

SW(TN)

W(T)

NW(TB)

Vôhướng

Ghi chú: N (Bắc), S (Nam), E (Đông), W (Tây), NE (Đông Bắc), SE (Đông Nam),

SW (Tây Nam), NW (Tây Bắc)

5 Bốc hơi

Phân phối lượng bốc hơi Piche tháng, năm thời kỳ 1977-2005 tại trạm Buôn MaThuột được trình bày trong bảng sau :

Bảng 1.6 Lượng bốc hơi trung bình tháng tại trạm khí tượng Buôn Ma Thuột (mm)

Buôn Ma Thuột 169 183 204 182 120 77.6 71.0 63.3 54.3 75.5 116 125 1441

Phân phối tổn thất bốc hơi lưu vực tại hồ Hoà Phú :

Bảng 1.7 Phân phối tổn thất bốc hơi lưu vực tại hồ Hoà Phú

ΔZ (mm) 67.7 73.0 81.6 72.6 48.0 31.0 28.4 25.3 21.7 30.2 46.3 50.0 576

6 Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày

Để xác định đường duy trì lưu lượng bảo đảm cho công trình thuỷ điện Hoà Phú, đãtiến hành xây dựng đường duy trì lưu lượng ngày và đường duy trì lưu lượng tháng theotài liệu thực đo (1977-2009) của trạm thủy văn Cầu 14 rồi tính hệ số Khc: (tính theo cáctần suất thiết kế) Tính cho lưu vực thiết kế mượn hệ số Khc theo công thức: Trong đó:Qthp%: Lưu lượng tháng ứng với tần suất thiết kế (m3/s) Kết quả tính toán lưu lượng đảmbảo của tuyến đập như bảng sau :

Bảng 1.8 Đường duy trì lưu lượng ngày đêm tuyến đập Hoà Phú

7 Dòng chảy năm thiết kế

Trên cơ sở chuỗi dòng chảy bình quân năm tuyến đập Hoà Phú, tiến hành tính toán

và vẽ đường tần suất Các thông số thống kê chuỗi dòng chảy năm tính toán được trìnhbày trong bảng sau :

Bảng 1.9 Các đặc trưng dòng chảy năm thuỷ văn tuyến công trình

(m3/s)

Mo(l/s.km2) Cv Cs

Qp% (m3/s)

8 Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

Thủy điện Hoà Phú là công trình thủy điện ở bậc thang dưới theo quy hoạch thủy điện trên sông Srêpôk Hiện nay ở thượng lưu công trình thủy điện Buôn Tua Srah và Buôn

Kuốp đã chuẩn bị phát điện Thủy điện Buôn Kuốp là công trình ngay phía trên của công trình thủy điện Hoà Phú Vì thế dòng chảy lũ đến tuyến đập Hoà Phú sẽ được tính từ lũ xảqua tràn Buôn Kuốp và khu giữa Buôn Kuốp đến Hoà Phú.

Kết quả tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế cho tuyến đập thủy điện Hoà Phú như bảng sau:

Bảng 1.10 Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tuyến công trình hoà Phú

Dựa vào quan hệ đỉnh lượng của trạm thủy văn Cầu 14, xác định được tổng lượng

lũ thiết kế đến tuyến đập Hoà Phú ứng với các tần suất khác nhau, kết quả tính toán đượcthống kê trong bảng sau :

Bảng 1.11 Tổng lượng lũ theo các tần suất thiết kế tuyến đập Hoà Phú

2 - Phù sa được xả qua công trình thuỷ điện Buôn Kuốp

Kết quả tính toán được cho bảng sau :

Bảng 1.12 Tổng lượng bùn cát hàng năm đến hồ Hoà Phú

(i) Lưu vực từ Buôn Kuốp đến tuyến Hoà Phú 30.6

1.3.3 Đặc điểm địa hình.

Tài liệu địa hình đã có:

- Các mốc toạ độ và độ cao cơ sở do Bộ Tài Nguyên và Môi Trường thành lập

- Các mốc toạ độ đường chuyền cấp 1, cấp 2 đã thành lập ở giai đoạn dự án đầu tư

do Công ty Xây dựng Mê Kông lập do sai số lớn không sử dụng

- Bản đồ tỷ lệ 1 : 1000 đường đồng mức 1m bao trùm toàn bộ công trình do Công

ty Xây dựng Mê Kông thành lập ở giai đoạn dự án đầu tư

- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/5 000 khu vự lòng hồ

- Các mốc cao độ phục vụ xây dựng nhà máy thuỷ điện ĐrâyH’Linh

- Đường quan hệ hồ chứa W,F = f(zhồ)

Đường quan hệ hồ chứa thể hiện mối quan hệ giữa dung tích và diện tích của hồchứa theo mực nước hồ

Bảng 1.13 Quan hệ hồ chứa tuyến đập Hòa Phú

Z(m) 294 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307F(km2) 0.00 0.56 0.79 1.13 1.28 1.60 2.00 2.29 2.77 2.90 3.12

W(10 6 m 3 ) 0.00

0

0.74 7

1.41 9

2.37 2

3.57 2

5.00 8

6.80

5 8.949

11.47 3

14.30 8

17.32 2

- Quan hệ lưu lượng và mục đích nhà máy

Bảng 1.14 Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu nhà máy

Q (m3/s) 46.69 100 200 240 340 352 445 562Zhlkx (m) 291.65 292.5 293 293.15 293.46 293.5 293.65 294

Q (m3/s) 727 911 1125 1462 1908 2574 3346 4230Zhlkx (m) 294.5 295 295.5 296 296.5 297 297.5 298

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm ∆Z(mm) 67.7 73.0 81.6 72.6 48.0 31.0 28.4 25.3 21.7 30.2 46.3 50.0 576

Bảng 1.17 Tổng hợp cấp công trình xác định theo các tiêu chuẩn như sau:

Thông số Cấp công

trình

Tiêu chuẩn áp dựng

1 Theo yêu cầu năng lực phục

Cấp thiết kế công trình chủ yếu : Cấp IV.

Cấp thiết kế công trình thứ yếu : Cấp V

Cấp thiết kế công trình tạm thời : Cấp V

Tại điều 7.4.3 của tiêu chuẩn TCXDVN 285 : 2002 có quy định rõ “ Trường hợp cấp chủ yếu của công trình đầu mối đang thiết kế thấp hơn của cấp công trình đầu mối bậc trên, cho phép tăng năng lực xả - tháo- chuyển để dẫn được lưu lượng kiểm tra của công trình đầu mối ở bậc trên mà không nâng cấp thiết kế công trình ”

Dự án thuỷ điện Hoà Phú nằm trong hệ thống bậc thang sông Sêrêpốk ở phía thượng lưu

là thuỷ điện Buôn Kuốp là công trình cấp II, Vì vậy kiến nghị thuỷ điện Hoà Phú là công trình cấp IV và kiểm tra khả năng xả được lũ kiểm tra của công trình bậc trên là tần suất P=0.1%

PHẦN II TÍNH TOÁN THỦY NĂNG

CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

1.1.Mục Đích Và Nhiệm Vụ Của Việc Tính Toán Thủy Năng.

Tính toán thủy năng về bản chất là dựa vào tình hình dòng chảy thiên nhiên đến,yêucầu dùng điện của các hộ,tính năng điều tiết của hồ chưa ,đặc tính thay đổi cột nước của trạm thủy điện và mực nước thượng hạ lưu xét đến yêu cầu và ảnh hưởng của các ngành nghiên cứu xem xét trong phạm vi có thể làm sao để lợi dụng triệt để nhất,hợp lý nhất nguồn tài nguyên thủy lợi của sông ngòi

Nhiệm vụ tính toán thủy năng đối với trạm thủy điện đang quy hoạch hay đang thiết kế là dựa vào lưu lượng thiên nhiên đến,yêu cầu dùng điện của các hộ các ngành và các nơi dùng nước có liên quan khác để chọn ra các thông số có lợi nhất của trạm thủy điện đang thiết kế.Loại tính toán thủy năng này là một bộ phận quan trọng trong công tác thiết kế trạm thủy điện

Để tính toán các thông số có lợi nhất của trạm thủy điện,phải tiến hành tính toán hàng loạtcác phương án với việc giả định hàng loạt các trị số thông số khác nhau.Quá trình tính toán thủy năng đối với những phương án đó mới chỉ định ra được các chỉ tiêu động năng chủ yếu như Nbđ,E năm của mỗi phương án Phải thông qua so sánh các phương án ,mới chọn được phương án có lợi về kinh tế,hợp lý về kỹ thuật ,từ đó mới xác định các thông

số có lợi nhất của trạm thủy điện Tức là phải thông qua so sánh kinh tế một cách toàn diện về các kết quả tính toán thủy năng và tính toán kinh tế các phương án

- Công suất bảo đảm(Nbđ) Mw

- Công suất lắp máy(Nlm) Mw

- Điện lượng bình quân trong liệt năm ( E nn) Mwh

- Số giờ lợi dụng công suất lắp máy( h Nlm) giờ

1.1.1.Phương thức và sơ đồ khai thác thủy năng.

1.1.1.1 Sơ đồ khai thác thủy năng

Theo sơ đồ khai thác bậc thang sông Sêrêpốk chỉ có thủy điện Buôn Tua Srah có hồ điều tiết năm,còn lại các hồ đều là hồ điều tiết ngày Thủy điện Hòa Phú ở thời điểm hiện tại là bậc thang thứ 3 sau thủy điện Buôn Tua Srah và thủy điện Buôn Kuốp thủy điện Hòa Phú phụ thuộc chế độ phát điện của thủy điện Buôn Kuốp Nguyên tắc điều tiết thủy năng xác định giá trị điện năng:

1.1.1.2 Phương thức khai thác thủy năng.

Điều tiết bậc thang Buôn Tua Srah – Buôn Kuốp theo chuỗi dòng chảy trung bình

tháng từ năm 1977- 1978 đến năm 2008-2009 (32 năm) để xác định lưu lượng sau nhà máy thủy điện Buôn Kuốp Thủy điện Buôn Tua Srah có hồ điều tiết năm, quy tắc điều

tiết các tháng trong năm tuân thủ theo biểu đồ điều phối hồ chứa đã được Bộ Công

Thương phê duyệt năm2009

- Lưu lượng đến tuyến đập Hòa Phú bao gồm lưu lượng sau nhà máy Buôn Kuốp và lưu lượng khu giữa tuyến đập Hòa Phú - Buôn Kuốp

- Tính toán với liệt dòng chảy 32năm (theo mô hình vận hành ngày) để xác định điện năng thủy điện Hòa Phú theo biểu giá chi phí tránh được (Giờ cao điểm,giờ bình thường, giờ thấp điểm):

+ Các tháng mùa lũ trên sông Sêrêpốk (8-9-10) cũng là mùa mưa theo quy định của hệ thống điện, giá bán điện năng giữa các giờ chênh lệch rất nhỏ, để nâng cao sản lượng điện trong các tháng này duy trì mức nước hồ ở mực nước dâng bình thường và phát điện với lưu lượng đến hồ

+ Mùa kiệt giá bán điện theo công suất giờ cao điểm rất cao, để phát huy hiệu ích công suất thủy điện Hòa Phú sẽ tập trung tích nước trong hồ ở các giờ thấp điểm và bình

thường để phát các giờ cao điểm

1.1.2.Chọn mức bảo đảm tính toán.

1.1.2.1 Khái niệm về mức bảo đảm.

Trạm thủy điện làm việc phụ thuộc vào tình hình nguồn nước hay điều kiện thủy văn của từng vùng Trong điều kiện thủy văn thuận lợi,trạm thủy điện làm việc tương đối

ổn định đảm bảo cung cấp điện an toàn Nhưng nếu gặp những năm bất lợi về thủy văn như những năm rất kiệt ,lưu lượng thiên nhiên đến quá nhỏ hoặc những năm có lũ lớn làmcột nước phát điện giảm nhỏ thì công suất phát sẽ bị giảm theo.Do đó cần có một mức độ chắc chắc trong việc cung cấp điện của trạm thủy điện

Để đặc trưng cho mức bảo đảm an toàn cung cấp điện của TTĐ, người ta đưa ra chỉ tiêu mức bảo đảm an toàn hay tần suất P, được tính theo công thức sau:

Tức là trong suốt thời gian làm việc, TTĐ sẽ đảm bảo cung cấp điện bình thường trong P

% tổng thời gian còn (100-P%) thời gian không thể cung cấp đầy đủ công suất và điện lượng do tình hình thủy văn bất lợi

P 100%

N N

P%

tt

tt

1.1.2.2 Khái niềm về mức bảo đảm tính toán.

Mức bảo đảm tính toán là mức bảo đảm được chọn để tính toán các thông số của trạm thủy điện hay còn được gọi là tần suất thiết kế của trạm thủy điện

1.1.2.3 Lựa chọn mức bảo đảm tính toán của trạm thủy điện.

Theo quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về phân loại, phân cấp công trình xây dựng dân dung, công nghiệp và hạ tầng kỹ thuật đô thị mã số QCVN 03:209/BXD có hiệu lực kể từ

ngày 30/3/2009 Thì dự án thuỷ điện Hoà Phú có quy mô công suất nhỏ hơn 50MW nên

thuộc loại công trình cấp IV, các hạng mục tuyến áp lực và hồ chứa đối chiếu theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 285:2002 là công trình cấp IV Vì vậy kết hợp cả hai tiêu chuẩn kiến nghị cấp công trình là công trình cấp IV Vì vậy có mức bảo đảm tính toán là 85%

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TRAM THỦY ĐIỆN

2.1 Xác Định Các Thông Số Hồ Chứa.

Các thông số của hồ chứa có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình tính toán xác địnhcác thông số của trạm thủy điện.Nó quyết định qui mô kích thước của công trình,vốn đầu

tư vào nhà máy

2.1.1 Mực nước dâng bình thường

MNDBT là 1 thông số rất quan trọng của hồ chứa Đây là mực nước cao nhất trong

hồ trong điều kiện làm việc bình thường của hồ chứa Dung tích của hồ ứng với MNDBT

là dung tích toàn phần Wtp.

2.1.1.1 Mối quan hệ của MNDBT đối với lợi ích.

Quan hệ của MNDBT đối với lợi ích của các ngành lợi dụng tổng hợp Khi MNDBT tăng thì dung tích hữu ích Vhi tăng và dung tích phòng lũ tăng Khi đó lợi ích do cấp nước, do phòng lũ(khi dung tích phòng lũ kết hợp với dung tích phát điện) , do giao thông thủy và nuôi trồng thủy hải sản tăng

Quan hệ của MNDBT với các chỉ tiêu năng lượng

Khi MNDBT tăng thì hồ chứa chuyển từ điều từ không điều tiết sang điều tiết ngày đêm, điều tiết năm

Lúc đầu tăng MNDBT tăng lên sẽ làm cho công suất lắp máy Nlm tăng lên theo, nhưng tăng MNDBT đến một lúc nào đó thì độ tăng của Nlm là không đáng kể Khi MNDBT tăngthì Vhi tăng khả năng điều tiết của hồ chuyển dần sang điều tiết năm hoàn toàn hoặc điều tiết nhiều năm, lúc đó lưu lượng giữa các tháng của TTĐ k chênh lệch ít dẫn đến TTĐ phát công suất đều nhau, lúc đó vị trí lmaf việc của TTĐ sẽ đảm nhận chuyển từ đỉnh xuống thân của biểu đồ phụ tải, do vậy mà công suất không tăng được nhiều

Khi MNDBT tăng thì diện tích mặt hồ và dung tích hồ tăng nhanh, khi đó lưu lượng thấm

và lưu lượng bốc hơi càng lớn , làm cho lưu lượng phát điện tăng chậm

2.1.1.2 Mối quan hệ của MNDBT với chi phí

Khi MNDBT càng tăng thì vốn đầu tư và chi phí hàng năm của TTĐ cũng tăng nhanh

vì

- Về quy mô công trình: MNDBT quyết định tới chiều cao đập, số lượng và kích thước

các đập phụ, kích thước các công trình xả lũ Do vậy khi MNDBT tăng sẽ làm cho:

+Khối lượng công trình tăng nhanh do chiều dài đập , diện tích mặt cắt đập tăng

+ Đập càng cao thì việc xử lý nền móng càng phức tạp, tốn kém nhiều hơn, làm cho vốn đầu tư vào công trình tăng nhanh

- Về thiết bị: Khi MNDBT tăng thì vốn đầu tư vào TTĐ tăng, nhưng để cân bằng

công suất của hệ thống thì công suất của trạm nhiệt điện giảm (TNĐ) nên vốn đầu tư vào TNĐ giảm theo Đồng thời khi MNDBT tăng thì chi phí hàng năm của TTĐ tăng lên, chi phí hàng năm của TNĐ giảm Thực tế KTĐ tăng < KNĐ giảm,

tăng < giảm nên vốn đầu tư vào hệ thống điện giảm, nhưng đến một lúc nào đó thì chi phí của toàn bộ hệ thống sẽ giảm chậm

- Về mặt ngập lụt: Khi tăng MNDBT , diện tích ngập lụt lòng hồ tăng rất nhanh, ngập lụt

càng lớn thì đền bù càng lớn

- Về mặt môi trường: MNDBT tăng sẽ làm thay đổi cảnh quan vùng lòng hồ và môi

trường sinh thái quanh hồ, khí hậu thay đổi

2.1.1.3 Xác định MNDBT.

Việc xác định MNDBT phải thông qua so sánh các phương án trên cơ sở tính toán kinh tế.Đối với các công trình thủy điện khi các điều kiện về địa chất,thấm ,bốc hơi,biên giới quốc gia được thỏa mãn thì việc xác định MNDBT được tính toán trên cơ sở so sánh giữa chi phí và lợi ích

Trong đồ án này em được giao MNDBT = 304 m.

2.1.2 Mực nước chết (MNC).

Mực nước chết là mực nước thấp nhất trong hồ chứa trong điều kiện làm việc bình thường của trạm thủy điện

2.1.2.1 Xác định MNC theo dung tích hữu ích tối thiểu.

Dung tích hữu ích của hồ chứa (hay dung tích điểu tiết ngày đêm ) trong trường hợp trạm thủy điện phát tập trung vào thời gian phủ đỉnh nhất định thì được tính theo công thức sau :

Vhi=k Qbd (24-T) 3600(m3)

Trong đó:

+ K: Là hệ số an toàn có kể đến sai sót của tài liệu(K=1,1:1,15) Chọn K=1.1

+ Qbd :Là lưu lượng ứng với mức bảo đảm tính toán Qbd= 59,5 (m3/s) (Bảng 1.8.)

+ T là số giờ phát điện phủ đỉnh ,T=5h theo quy định của bộ công thương

Vhi=1,1 59,5 (24-5) 3600 (m3)= 4,476 (m3)

-Từ đó ta tính được MNC như sau

V( MNC)=V(MNDBT)-Vhi =V (304m) – Vhi ( Nội suy từ quan hệ Z-F-V )

(Bảng 1.13.)

V(MNC)= 8,949 - 4,476 = 4,473 (m3)

Từ V(MNC) tra quan hệ Z-V của lòng hồ ta được MNC = 301,627 (m) ứng với cột nước công tác là 304-301,627 = 2,373m Em chọn tăng cột nước công tác lên 2,5 m làm tăngkhả năng điều tiết và do cao trình bùn cát cách xa không ảnh hưởng đến việc tăng này.Vậy MNC hi = 301,5 (m) có hct là hi = 2,5 m

2.1.2.2 Xác định MNC theo điều kiện làm việc của tuabin.

Đối với mỗi kiểu tuabin(TB) thì chỉ thích hợp làm việc trong một phạm vi dao động cột nước nhất định để đảm bảo hiệu suất cao,công suất khả dụng lớn và đảm bảo điều kiện về khí thực

h ct tb

Trong đó:

Hmax là cột nước lớn nhất của trạm thủy điện

Hmax=MNDBT- Zhl(Qmin)

Qmin :lưu lượng nhỏ nhất chảy qua tổ máy về hạ lưu phụ thuộc vào yêu cầu LDTH

và đ/k kỹ thuật của turbine Do chưa chọn được thiết bị nên sơ bộ lấy

Qmin= Qbd = 59,5 (m3/s).Tra bảng quan hệ Q- Zhl ta được Zhl(Qmin)= 291,854 (m)

• Zbc: Cao trình bùn cá t lắng đọng trong suốt quá trình vận hành với tuổi thọ CT: Zbc=f(Vbc) với

Trong đó :

K=(0,4-0,8)-> chọn K=0,4 ρ: hàm lượng bùn cát : dung trọng riêng của bùn cát /m3

->chọn /m3

T: Chu kì nạo vét hồ chứa T= 25 năm

W0: Tổng lưu lượng dòng chảy trung bình năm chứa bùn cát

W0=Q0.365.24.3600

Q0 = 237,6 (m3/s) Bảng 1.9.

Nội suy ta được Zbc = 301,42 m.

- D là chiều cao cửa lấy nước Ở đây sơ bộ ta chọn cửa lấy nước hình chữ nhật có chiều rộng là b và D=1.5b

Fcln=1.5 với Fcln =

Các giá trị trong biểu thức được tính toán như sau

+ Vcln là vận tốc trước cửa lấy nước

Khi dòng chảy nhiều rác bẩn ngưỡng cửa lấy nước đặt dưới MNDBT không sâu lắm nhỏ hơn (20 :25 m) và việc dọn rác được tiến hành bằng máy nên

Vcln=(1: 1.2)(m/s) Chọn Vcln =1( m/s)

+Qcln max =

Z:Là số cửa lấy nước.Chọn số cửa lấy nước bằng 2.Do đây là trạm thủy điện kiểu đập mà

số tổ máy thường lấy trên hai tổ nên ít nhất phải có hai đường ống để cấp nước nên phải

có ít nhất là 2 cửa lấy nước

Qmax sơ bộ được xác định như sau :

Qmax = Qbđ +

Do trạm thủy điện điều tiết ngày tập trung nước để phát điện vào 5 giờ phủ đỉnh nên đó

là thời điểm đạt giá trị Q max

Từ MNC theo điều kiện bồi lắng ,tính được dung tích hồ chứa ứng với MNC,từ đó tính được dung tích hữu ích theo điều kiện bồi lắng Không thỏa mãn đk bồi lắng

Vậy phương án em chọn ở đồ án này là hạ thấp cao trình Zbc = 284 m ( Với chu kì nạo vét hồ chứa T =0 năm ) Vbc= 0 m3

Mặt khác em thiết kế thêm cửa xả bùn cát bên cạnh cửa lấy nước ,để khi mùa lũ cần xảnước thì lượng bùn cát sẽ được xả qua cửa này Hoặc trong thiết kế ta hạ thấp cao trình ngưỡng tràn để khi xả nước ta xả luôn bùn cát Trong phương án chọn em chon hạ thấp ngưỡng tràn ( Được tính toán trong phần thủy công )

( Tức là cần phải nạo vét phần cao trình gần đáy đập )

Wbq: Là tổng lượng dòng chảy trung bình nhiều năm (m3)

Wbq= 7492,9510 6 (m3)

= = 0,00062 < 0,002

Như vậy hồ chứa có khả năng điều tiết ngày đêm hoàn toàn

2.1.2.4 Tổng hợp kết quả tính toán thông số hồ chứa.

Từ các thông số vừa tính được ở trên ta tính thêm các thông số là

-Vtb: Dung tích trung bình của hồ chứa

Vhi 4,659 10 6 (m3)

Vtb 6,6195 106 (m3)

2.1.3 Tính toán thủy năng xác định các thông số năng lượng của TTĐ.

2.1.3.1.Xác định công suất bảo đảm của TTĐ.

Công suất bảo đảm (Nbđ) là công suất bình quân tính thời đoạn tương ứng với mức bảođảm tính toán của TTĐ Đối với TTĐ Hòa Phú thì công suất bảo đảm là công suất trungbình ngày tương ứng với tần suất thiết kế, thời đoạn tính toán là 1 ngày đêm Công suấtbảo đảm là một thông số cơ bản của trạm thuỷ điện bởi khả năng phủ phụ tải đỉnh củaTTĐ lớn hay nhỏ chủ yếu là do công suất bảo đảm quyết định Nó chỉ ra mức độ tham giavào cân bằng công suất điện lượng trong hệ thống điện

Với trạm thủy điện điều tiết ngày đêm, do cột nước biến động không nhiều, do đó cóthể coi đường tần suất lưu lượng có dạng tương tự đường tần suất công suất Vì vậy có thểtính Nbd theo công thức sau:

Nbd = K.Qbd.H(Qbd)

Trong đó:

- K: Là hệ số công suất của TTĐ ,đối với TTĐ điều tiết ngày đêm ta lấy K=8,5

- Qbđ: Lưu lượng ứng với tần suất thiết kế,Qbđ = 59,5 (m3)

-H(Qbđ): Là cột nước của TTĐ ứng với Qbđ

H(Qbđ)= bal – Zhl(Qbđ) - hw

+ bal= MNDBT – i.L = 304 - 0,001.182= 303,82 (m)

+Zhl(Qbđ) mực nước hạ lưu ứng với Qbđ

Tra quan hệ Q-Zhl ta được Zhl(Qbđ) = 291,854 (m)

+hw : Tổn thất cột nước ,tra bảng quan hệ tổn thất cột nước ta được hw=0,0219 (m)

H(Qbđ) = 303,82 – 291.854 – 0,0219 = 11,94 ( m)

Nbđ=8,559,511,94= 6,04 (MW)

2.1.3.2 Xác định công suất lắp máy của TTĐ.

Công suất lắp máy là tổng công suất tối đa mà TTĐ có thể phát ra trên cơ sở lợi dụng toàn bộ tổ máy của TTĐ

Ntm: là công suất định mức của một tổ máy và các tổ máy có công suất định mức là như nhau

*Cách tính công suất lắp máy:

Có thể xác định công suất lắp máy theo 2 cách sau đây:

- Nếu tài liệu cho biểu đồ phụ tải thì xác định như sau:

Nlm = Nctmax +Ndt +Ntr

Nctmax: công suất công tác lớn nhất của TTĐ

Ntr: là công suất trùng Là công suất lắp thêm khi có cột nước thừa Nó có tác dụngthay thế điện năng của trạm nhiệt điện trong mùa nhiều nước Ở TTĐ điều tiết ngày đêm nếu mùa lũ khá lớn và kéo dài thì có thể lắp thêm công suất trùng

Ndt: công suất dự trữ bao gồm dự trữ sự cố, dự trữ phụ tải và dự trữ sửa chữa Ở TTĐ điều tiết ngày đêm ít khi bố trí công suất dự trữ, trừ những chỗ yêu cầu phục vụ điệnkhắc khe mới bố trí

-Nếu không có biểu đồ phụ tải: đối với TTĐ điều tiết ngày đêm người ta xác định công suất lắp máy như sau:

Dựa vào công thức kinh nghiệm sau đây:

+ Kinh nghiệm thiết kế: Nlm = (4 -8)Nbd

Qtđ

(m3/s)

Qxả

(m3/s)

Qmax2

(m3/s)

Delta(Qmax)

Cột 3: T :thời gian ứng với tần suất thiết kế.

T = p%.87,6

Cột 4: dT: thời đoạn tính toán:

Cột 5: Q: lưu lượng thiên nhiên ứng với tần suất thiết kế P%

Cột 6: Qth : lưu lượng tổn thất thấm trung bình tháng,xác định theo công thức

Wth: lượng nước thấm trung bình tháng (m3)

t : thời gian trong một tháng : 2,62.10^6 (s

Cột 7: Qbh: lưu lượng tổn thất bốc hơi , xác định theo công thức

Qbh= H Fbh tb

tTrong đó :

Hbh : cột nước bốc hơi trung bình năm có được từ tài liệu thủy văn

Hbh = 0,5758 (m)

t : thời gian trong 1 năm (s) ⇒ t =31,53.106 (s)

Vtb (106 m3) là dung tích trung bình tháng, xác định theo công thức:

Cột 10: Qmax1 giả thiết

Cột 11: Vyci/2 = K.t.3600 (Qmax- Qtđ) Với t là số giờ phủ đỉnh ( t=5 h )

Cột 12 : Vycj/2 = 3600.(24-t) Qtđ Với t là số giờ phủ đỉnh ( t=5h)

Cột 13 : Vh - Vyc/2 Với Vyc/2 =min ( Vyci/2 và Vycj /2 )

Cột 14 : Z tltb Nội suy từ (Vh-Vyc/2)

Cột 15: Zbal =Ztltb - i.L Với i là độ dốc kênh ( i=0.1%) và L là chiều dài kênh

i suy quan hệ Q – Zhl

Cột 16 : Zhltb Nội suy quan hệ Qmax – Zhl

Cột 17: Hw Tổn thất cột nước Hw = nội suy quan hệ Q – hw

Cột 18 : Hitb = Ztlbal –Zhltb- Hw Cột nước trung bình ứng với tần xuất tính toán

Cột 19 : Qmax2 Với Qmax2 = Nlm/(Hitb Kn ) là Qmax tính toán với Nlm

Cột 20 : delta Qmax = Qmax1 - Qmax2 Sử dụng hàm GOAL SEEK Sao cho delta Qmax =0.Cột 21: Ntđ : + Ntđ =Ni Với Ni < Nlm

= ∑

∑ = 9,34 m + Cách xác định Qtdmax và H trong bảng tính thủy năng :

Qtdmax =

tt n

lm

H K

N

. , chọn Kn = 8,5Chọn Htt = Hmin = MNDBTbal - Zhl(Qtdmax) - Hw(Qtdmax)

Giả thiết các giá trị Qtdmax(gt)

Sao cho ∆Q = Qtdmax-Qtdmax(gt) = 0 ( Goalseek function)

H = H = Zbal – Zhl(Qtdmax) - h (Qtdmax) = 7,49 m Với Qmax = 534,32 (m3/s)

Bảng 2.2 : Bảng tóm tắt kết quả tính toán chọn công suất lắp máy

trong quy phạm cho phép (3800 – 4200 ) Vậy N lm = 34 (MW).

Với phương án công suất lắp máy N lm = 34 (MW) <50 MW thì cấp công trình theo

năng lực phát điện theo tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 03: 2009 BXD là công trình cấp 4.Như vậy cấp công trình giả thiết là đúng

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

2.2.4.1.Xác định điện năng bình quân nhiều năm

Điện lượng trung bình năm chính là sản lượng điện mà TTĐ phát ra trong 1 năm Ở đây En được xác định dựa vào đường tần suất công suất Quy đổi đường quan hệ N~P sang đường N~t

Từ bảng tính toán thuỷ năng em xác định được :

= i = 136,75 (MWh)

2.Số giờ lợi dụng công suất lắp máy.

Số giờ lợi dụng Nlm phản ánh mức độ khai thác so với khả năng khai thác của Thiết bị Thông qua việc tính toán thuỷ năng ở trên ta xác địng được số giờ lợi dụng tổng hợptheo công thức sau

6

136759506,

= 4022,33 (giờ)

2.1.4.2 Xác định các cột nước đặc trưng và biểu đồ quy phạm của trạm thủy điện

1 Xác định biểu đồ quy phạm của trạm thủy điện

a)Xác định đường HQ khi mực nước thượng lưu bằng Z bal

b)Xác định đường HQ khi mực nước thượng lưu bằng MNC.

Giả thiết một loạt các giá trị Qi.Ứng với các giá trị Qi tra quan hệ Q – Zhl ta được các giá trị Zhl i.Từ đó ta tính được giá trị Hcti theo công thức sau

Hct = MNC – Zhli

Lập bảng tính như sau:

Zhl(Qtđi) Zhli+Hcti

Giả thiết một loạt các giá trị Hcti từ đó tính được Qtdi theo công thức trong bảng sau đó tra được các giá trị Zhli từ đó tính được Ztli theo công thức trong bảng

d)Xây dựng đường HQ khi N =N min

N min là công suất tối thiểu mà TTĐ có thể phát,nó phụ thuộc vào yêu cầu lợi dụng tổng hợp hoặc yêu cầu kỹ thuật của tuabin

N min phụ thuộc vào loại tuabin mà TTĐ sử dụng ,xét đường đặc tính công tác của tuabinthấy tuabin tâm trục có hiệu suất tối ưu cao hơn so với tuabin cánh quay tuy nhiên vùng hiệu suất cao của tuabin tâm trục hẹp hơn của tuabin cánh quay.Thông thường theo yêu cầu kỹ thuật của tuabin thì với tuabin tâm trục

Nmin = (20 -30)% ,còn tuabin cánh quay thì

Nmin =(50:60)%

Sơ đồ cách xây dựng nhưng đường hạn chế máy phát

e)Xây dựng đường hạn chế tuabin

Trước hết ta đi xác định cột nước tính toán (Htt) của TTĐ

Là cột nước nhỏ nhất mà tại đó TTĐ còn phát được công suất lắp máy và tổ máy phát được công suất định mức

Đối với trạm thủy điện kiểu đập thì Htt =Hmin

Biểu đồ phạm vi làm việc của trạm thủy điện

2.Xác định cột nước H max , , H min của trạm thủy điện

a) H max

Hmax là cột nước lớn nhất của trạm thủy điện

H max =

+ )

Hmax= Zbal - Zhl(Qmin) – hw(Qmin)

N min = (0,2 :0,4) Nlm với tuabin cánh quay