Bài giảng Thủy năng - Thủy điện: Chương 2 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Bài giảng Thủy năng - Thủy điện - Chương 2: Tài nguyên nước và quy hoạch khai thác cung cấp cho người học các kiến thức về tài nguyên nước và hạng mục công trình thủy điện. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Trang 1

1/12/2016 1

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT & QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

PGS TS NGUYỄN THỐNG

Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr

Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/ index/

Tél (08) 38 691 592- 098 99 66 719

PGS TS Nguyễn Thống

Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác

2

Chương 1 : Tổng quan

Chương 2 : Tài nguyên nước và quy hoạch

khai thác

Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng

lượng nước

Chương 4 : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện

Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ

Chương 6 : Công trình lấy nước và dẫn nước

Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp

Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng

nước va

Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

3

TÀI NGUYÊN NƯỚC & KHAI THÁC

NĂNG LƯỢNG

1 TÀI NGUYÊN NƯỚC

- Địa hình

- Thuỷ văn

2 HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN

- Mô tả tổng quát

- Tính chất cơ bản

- Năng lượng

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác

4

LƯU VỰC ( km 2 ) ( tỷ lệ 1/50000 )

GIỚI HẠN MỘT LƯU VỰC

Đường dốc nhất Nối đỉnh

S

s1

Tiểu lưu vực

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

I ĐỊA HÌNH

Ranh giới lưu vực đến v/trí S

5

LƯU VỰC: Diện tích thu nước rơi về đến một vị trí

thoát nước S

- Giới hạn bởi các đường nối đỉnh địa hình, đường

có độ dốc lớn nhất tại vị trí nối điểm thoát

nước

- Diện tích S b gia tăng khi vị trí S di chuyển về hạ lưu

- S b được xác định từ bản đồ có tỷ lệ 1/50000 

1/200000

 Lưu vực bé : S b<10-50 km 2

 Lưu vực trung bình : 10-50km 2 < S b<800-1000 km 2

 Lưu vực lớn : S b>1000 km 2

6

TRẮC DỌC DÒNG CHẢY : Đường trung vị C của mặt thoáng tự do với lưu lượng Q cho

Z

S

0

m

S

z

M(s,z)

C

s

Độ dốc i=dz/dS (m/km) (0.1  50)

Phổ biến độ dốc giảm

khi về hạ lưu

Trang 2

7

THUỶ VĂN

Nghiên cứu về nước trong thiên nhiên về

các yếu tố: cường độ, phân bố, chu kỳ

(trên mặt đất và dưới đất)

 Cường độ mưa (mm/h, l/s/ha)

 Thấm vào đất

 Bốc hơi

8

 Lưu lượng Q : thể tích nước đi ngang qua một diện tích ướt trong đơn vị thời gian (s)

 Lưu lượng trung bình ngày : Thể tích nước 24h / 86400.

nước tháng/Thời gian tháng

 Module dòng chảy qm(l/s/km2)

qm=Q0/Sb (Q0: lưu lượng trung bình năm lưu vực, Sb diện tích lưu vực)

9

Ví dụ vùng Vu Gia-Thu Bồn : qm = 40  90

l/s/km2)

 Xét lưu vực 200km2, lưu vực có

qm=60l/s/km2  Lưu lượng Q0 của khu

vực là:

Q0 =200*60/1000 = 12m3/s

(Q0 lưu lượng trung bình năm)

10

CHUỖI DÒNG CHẢY THEO THỜI GIAN

• Nếu xét Q là lưu lượng dòng sông

 ý nghĩa vật lý  Q >=0 (ngoại trừ trường hợp dòng chảy có ảnh hưởng của thủy triều)

Q m (m 3 /s)

T(th)

0

Q i (m 3 /s)

T i

Q(t)

11

CHUỖI LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN W(t)

T(th)

W (m 3 )

0

tan(α)=ΔW/ ΔT =Q i

T i

Chú ý: Đường luôn luôn tăng hoặc nằm ngang vì Q i >=0





i i t

0

t Q dt ) ( Q )

(

W

12

• DÒNG CHẢY LŨ

Q max-p=0.1% Q (m 3 /s)

0

p=0.1% (tần suaát xuaát hieän)

p=0.2%

Q max-p=0.2%

ĐẶC TRƯNG :

- Lưu lượng đỉnh lũ

- Tổng thể tích trận lũ

- Dạng đường dòng chảy lũ

- Thời gian kéo dài trận lũ

T (h) p=5%

Q max-p=5%

Trang 3

13

LƯU LƯỢNG CHẤT RẮN

(khối lớn, sỏi, sạn, cát, bụi min…)

 Vận chuyển đáy

 Vận chuyển lơ lửng

Nguyên nhân gây cạn hồ chứa  giảm thể tích

hửu ích !

 Tác động xấu đến tuổi thọ tuabin !

 Nghiên cứu lý thuyết khó vì có nhiều yếu tố

khó xác định can thiệp vào hiện tượng 

nghiên cứu thực nghiệm

14

ẢNH HƯỞNG MNDBT

Thể tích bùn cát lắng đọng

ĐẬP

ĐÁY HỒ

Bùn cát lắng đọng sau N năm

Màng chống thấm

Hạ lưu

Hồ chứa Thượng lưu

Vết nứt

15

“Lưỡi” bùn cát

16

HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH CHÍNH

DỰ ÁN THUỶ ĐIỆN Tổng quát gồm 4 hạng mục theo trình

tự đi qua của nước:

 Công trình lấy nước;

 Công trình dẫn nước (tuyến năng lượng);

 Nhà máy TĐ  Trạm biến thế

17

THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

(Lưới chắn rác)

18

Trang 4

19

(Trạm tăng áp)

20

21

Kênh dẫn

NMáy

Cửa lấy

nước

Bể áp lực Đường ống

áp lực Đập

Kênh hạ lưu

MẶT BẰNG

Hồ

A

F

A

Mặt chuẩn TRẮC DỌC

B

S

22

ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CÔNG SUẤT SẢN XUẤT PHỤ THUỘC VÀO CỘT NƯỚC H VÀ LƯU LƯỢNG Q CHẢY QUA

TUABIN

Cột nước tổng : Ht =ZA-ZF Công suất thiên nhiên: Pt =  gQ(HA-HF) Với HA=ZA+pA/γ + V2

A/2g và (ZA>>pA/γ + V2

A/2g)  Pt = gQ(ZA-ZF) = gQHt watt

Nếu Pt là kW, Q là m3/s và Ht là m:

Pt = 9.81QHt kW

23

CỘT NƯỚC HỬU ÍCH Hhi

Đó là cột nước địa hình và trừ đi tất cả

các tổn thất năng lượng dòng chảy

(đường dài và cục bộ) khi di chuyển từ:

24

F

TRẮC DỌC





 t duongdai cucbo

H

 dhduongdai

 dhcucbo

 Tổng tổn thất đường dài: hầm, áp lực

Tổng tổn thất cục bộ: chắn rác, tiết diện đổi đ/ngột, đổi phương d/chảy Đường năng

lượng

Trang 5

25

CÔNG SUẤT CÓ ÍCH TẠI MÁY PHÁT

Với t chỉ hiệu suất tổng của NM, phụ thuộc vào:

- Mất năng khi dòng chảy đi từ hồ đến NM

(58%)

- Mất năng do tuabin (515%)

- Mất năng do máy phát (13%)

t dao động trong khoảng 76%88%

Với t trung bình là 82%, ta có:

 Pe = 8QHt (kW)

26

CHÚ Ý

CÔNG SUẤT CÓ ÍCH THIÊN NHIÊN

TRƯỚC TUA BIN

P1 =  gQHhi (watt)

CÔNG SUẤT CÓ ÍCH SAU MÁY PHÁT

Pe = tuabin mayphat *P1 = tuabin mayphat  gQHhi (watt)

27

MẤT NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG DÀI

• Manning (kênh):

• Hazen-Williams (hầm):

Với  : hệ số mất năng đường dài, L: chiều dài,

D (b/k thủy lực khi là kênh),d: đường kính, V:

vận tốc trung bình, Q: lưu lượng, CHW tham

số, dh1: mất năng

) m ( g

V D

L dh

2

1 

85 , 1

HW 87 4 1

C

Q d

L 68 , 10













28

Bài tập 1 Dự án thuỷ điện có các thông số sau:

- Cột nước địa hình (tổng): Ht =300 m

- Lưu lượng qua tua bin: Q=50 m3/s

a Xác định công suất thiên nhiên (MW)

b Giả sử hiệu suất tổng NM là t=0.80 Tính công suất phát ra từ NM (MW)

29

Bài tập 2 Lấy lại số liệu bài 1 NM có đường

hầm đường kính 4m, dài 5km Đường

ống áp lực đường kính 3m dài 500m

a Xác định tổn thất năng lượng trong

đường hầm và đường ống áp lực theo

Manning với 1=10-2 cho đường hầm với

2=0.8*10-2 cho đường ống áp lực

b Tính cột nước hiệu ích và công suất hửu

ích (MW) cuối đường ống tương ứng

30

Bài tập 3 Lấy số liệu bài 1 với đường dẫn nước là kênh hình thang dài 5km có độ dốc i=0.001 (giả thiết chảy đều) Đường ống áp lực d=3m và dài 500m

a Tính mất năng trong đường ống áp lực tính theo Hazen-Williams với CHW=130

b Tính cột nước hiệu ích

c Công suất phát ra từ NM, cho biết hiệu suất tổng của máy phát & tuabin là  =0.85

Trang 6

31

 Công suất lắp đặt trong

(Powerhouse)

32

Công suất lắp máy:

Htt : cột nước tính toán

nước hiệu ích trong cả chuỗi điều tiết (xem sau)

33

Giá trị tham khảo của  :

 =  tuabin  mayphat

 tuabin = 0.85  0.94

 mayphat = 0.95  0.98

34

CỘT NƯỚC TÍNH TOÁN KINH NGHIỆM (1)

(2)

CHÚ Ý :

• Hhi_min < Htt < Hhi_max

• (2) dùng khi dao động mực nước hồ bé

N

H H

hi tb



 tb

tt 92 5 % H

H 

[ 1 , 0 ] voi

) H H

( H

Htt hi_min hi_max hi_min



















i i t

H

35

Note :

- Htt < Hhi_max = MNDBT – MNHL – dhmax

(hồ chứa đầy, MNDBT, Qmax tổn thất

max  Hhi_max)

- Htt> Hhi_min = MNC - MNHL – dhmax

năng max  Hhi_min)

 TRONG THỰC TẾ SẢN XUẤT  Htt XÁC

ĐỊNH TỪ BÀI TOÁN KINH TẾ

36

NĂNG LƯỢNG CỘNG DỒN E

Theo định nghĩa:

E =P(watt).t(s) ( joule=watt-seconde )

Với E= P.t /1000/3600 ( kWh )

Công suất thiên nhiên:

Pt=9.81QHt (kW) Giả thiết Ht không đổi trong khoảng thời gian T(s) Năng lượng E trong khoảng t/gian T(s) là:

u t T

t T

P kj

0

Trang 7

37

Vu thể tích nước vào hồ từ 0 (s)  T (s)

Tính E theo kWh:

Giả thiết hiệu suất tổng NM t=0.74 ta có:

Ý nghĩa: Với Vu=1m3 nước chứa ở cao độ

Ht=500m so với mặt chuẩn sẽ phát ra năng

lượng E=1 kWh

367 V H 3600 V H 81 9 ) kWh (

500

V H 367

V H ) kWh

(

38

- Module dòng chảy : qm =60 l/s/km2

thể tích nước đến hồ trong 1 năm

là 0.74

39

SỐ GIỜ CHẠY CÔNG SUẤT LẮP MÁY (T)

T=Eanuelle/Pi (h)

Eanuelle: năng lượng trung bình hàng năm

Pi: công suất lắp MN

NM trung bình & lớn : (3500h4200h)

NM nhỏ : ( 5000h(?) > T >4000h)

Nhận xét:

T > 6000h  Có thể lắp thêm công suất  mở

rộng NM

T < 3000h  NM có công suất lắp “thừa !!!”

40

KHẢ NĂNG ĐIỀU TIẾT CỦA HỒ

 = Whi/Va (01)

Whi dung tích hữu ích hồ (niv Min  niv Max)

41

THỜI GIAN LÀM ĐẦY HỒ (TÍCH NƯỚC)

Tr =Vu/Qa (h)

Vu dung tích hữu ích (m3)

Qa lưu lượng TB (m3/h)

1 Tr < 2 h : NM máy chạy theo lưu lượng

thiên nhiên

2 2h<Tr<400h : NM với cống điều tiết (điều

tiết ngày, tuần)

3 Tr > 400 h : NM với hồ (điều tiết tháng, năm,

nhiều năm)

42

Bài tập 5 Dự án TĐ có các tham số sau:

- Lưu lượng TB : Q0 = 90m3/s

- Cột nước tính toán : Htt = 120m

a Giả thiết hiệu suất tổng là  =0,74, tính gần đúng năng lượng TB năm khi lấy Ht=Htt

b Giả thiết số giờ chạy công suất lắp máy là 4200h, tính công suất lắp máy Pi(MW)

c Giả thiết hiệu suất của tuabin & máy phát là

t=0.80, tính lưu lượng max Qmax(m3/s)

d Cho biết dung tích hữu ích hồ là 350 tr.m3 Tính  hồ

Trang 8

43

Bài tập 6 Một dự án TĐ có:

- Đường hầm d=4m,dài 4km

- Đường ống áp lực d=2.8m dài 250m Mất năng

lượng tính theo H-W có CHW=100 cho đường

hầm và 120 cho đường ống:

Cho biết:

- Hiệu suất tuabin & máy phát là t = 0.833

- Công suất lắp máy Pi =144 MW

Cột nước tự nhiên H và lưu lượng Q lấy ra khỏi

hồ theo thời gian xem bảng sau (1 tháng có

30 ngày)

Tính năng lượng năm (tr.kWh)

44

Số liệu:

H(m) 380 375 370 365 360 355

Q(m 3 /s) 60 60 60 60 40 40

H 340 345 355 370 375 380

Q 40 40 40 60 60 60

Chương 2: Tài nguyên & Qưy hoạch khai thác

45

Định dạng
Số trang	8
Dung lượng	508,25 KB