TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC Chương : Tổng quan Chương : Tài nguyên nước quy hoạch khai thác Chương : Các phương pháp khai thác lượng nước Chương : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện Chương : Đập dâng & công trình tháo lũ Chương : Công trình lấy nước dẫn nước Chương : Tháp (giếng) điều áp Chương : Đường ống áp lực & tượng nước va Chương : Nhà máy Thuỷ điện PGS TS NGUYỄN THỐNG Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/ 4/4/2013 Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác TÀI NGUYÊN NƯỚC & KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG Nối đỉnh TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN I ĐỊA HÌNH TÀI NGUYÊN NƯỚC - Địa hình - Thuỷ văn HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN - Mô tả tổng quát - Tính chất - Năng lượng Tiểu lưu vực Ranh giới lưu vực đến v/trí S s1 LƯU VỰC (km2) (tỷ lệ 1/50000) S GIỚI HẠN MỘT LƯU VỰC PGS TS Nguyễn Thống Đường dốc PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác LƯU VỰC: Diện tích thu nước rơi đến vị trí thoát nước S - Giới hạn đường nối đỉnh địa hình, đường có độ dốc lớn vị trí nối điểm thoát nước - Diện tích Sb gia tăng vị trí S di chuyển hạ lưu - Sb xác định từ đồ có tỷ lệ 1/50000  1/200000 - Đơn vị sử dụng km2 :  Lưu vực bé : Sb=0 W p=0.2% i 0 (m3) tan(α)=ΔW/ ΔT =Qi T(th) PGS TS Nguyễn Thống Ti p=0.1% (tần suaát xuaát hieän) 11 T (h) ĐẶC TRƯNG: - Lưu lượng đỉnh lũ - Tổng thể tích trận lũ - Dạng đường dòng chảy lũ - Thời gian kéo dài trận lũ 12 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác 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 có nhiều yếu tố khó xác định can thiệp vào tượng  nghiên cứu thực nghiệm ẢNH HƯỞNG Thượng lưu Hồ chứa Bùn cát lắng đọng sau N năm ĐÁY HỒ Thể tích bùn cát lắng đọng 13 PGS TS Nguyễn Thống ĐẬP MNDBT PGS TS Nguyễn Thống Hạ lưu Vết nứt Màng chống thấm THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác “Lưỡi” bùn cát 15 PGS TS Nguyễn Thống 14 HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH CHÍNH DỰ ÁN THUỶ ĐIỆN Tổng quát gồm hạng mục theo trình tự qua nước:  Đập dâng, CTTL… (tuyến áp lực);  Công trình lấy nước;  Công trình dẫn nước (tuyến lượng);  Nhà máy TĐ  Trạm biến 16 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác (Lưới chắn rác) 17 PGS TS Nguyễn Thống 18 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác (Trạm tăng áp) 19 20 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác A B Bể áp lực Kênh dẫn Hồ Đường ống áp lực MẶT BẰNG Đập Cửa lấy nước A F NMáy S Kênh hạ lưu TRẮC DỌC PGS TS Nguyễn Thống Mặt chuẩn S F 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 + V2A/2g (ZA>>pA/γ + V2A/2g)  Pt = gQ(ZA-ZF) = gQHt watt Nếu Pt kW, Q m3/s Ht m: Pt = 9.81QHt kW 21 22 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác CỘT NƯỚC HỬU ÍCH Hhi Đó cột nước địa hình trừ tất tổn thất lượng dòng chảy (đường dài cục bộ) di chuyển từ:  cửa lấy nước  qua đường dẫn  đường ống áp lực đến trước tuabin CỘT NƯỚC HỬU ÍCH Hhi H hi  H t   dh duongdai   dh cucbo  dh  dh duongdai cucbo  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 lượng TRẮC DỌC 23 PGS TS Nguyễn Thống F 24 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác CÔNG SUẤT CÓ ÍCH TẠI MÁY PHÁT  Pe = tPt = tgQHt (Watt) Với t hiệu suất tổng NM, phụ thuộc vào: - Mất dòng chảy từ hồ đến NM (58%) - Mất tuabin (515%) - Mất máy phát (13%) t dao động khoảng 76%88% Với t trung bình 82%, ta có:  Pe = 8QHt (kW) 25 CHÚ Ý PGS TS Nguyễn Thống CÔNG SUẤT CÓ ÍCH THIÊN NHIÊN TRƯỚC TUA BIN P1 = gQHhi (watt) CÔNG SUẤT CÓ ÍCH SAU MÁY PHÁT Trong trường hợp tính theo Hhi: Pe = tuabin mayphat *P1 = tuabin mayphat gQHhi (watt) 26 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác MẤT NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG DÀI • Manning (kênh): L V2 dh1   ( m) D 2g • Hazen-Williams (hầm): 1,85 10,68L  Q   dh1  4.87  d  C HW  Với : hệ số đường dài, L: chiều dài, D (b/k thủy lực kênh),d: đường kính, V: vận tốc trung bình, Q: lưu lượng, CHW tham số, dh1: Bài tập Dự án thuỷ điện có 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 t=0.80 Tính công suất phát từ NM (MW) 27 PGS TS Nguyễn Thống 28 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Bài tập Lấy lại số liệu NM có đường hầm đường kính 4m, dài 5km Đường ống áp lực đường kính 3m dài 500m a Xác định tổn thất lượng đường hầm 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 công suất hửu ích (MW) cuối đường ống tương ứng Bài tập Lấy số liệu với đường dẫn nước kênh hình thang dài 5km có độ dốc i=0.001 (giả thiết chảy đều) Đường ống áp lực d=3m dài 500m a Tính đường ống áp lực tính theo Hazen-Williams với CHW=130 b Tính cột nước hiệu ích c Công suất phát từ NM, cho biết hiệu suất tổng máy phát & tuabin =0.85 29 PGS TS Nguyễn Thống 30 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác CÔNG SUẤT LẮP MÁY PI  Công suất lắp đặt nhà máy thủy điện (Powerhouse) Công suất lắp máy:  Pi = gQmaxHtt (W) Qmax: lưu lượng lớn qua NM Htt : cột nước tính toán Htt  xác định hàm cột nước hiệu ích chuỗi điều tiết (xem sau) : tích hiệu suất tuabin & máy phát 31 PGS TS Nguyễn Thống 32 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác CỘT NƯỚC TÍNH TOÁN KINH NGHIỆM Giá trị tham khảo : = tuabin mayphat tuabin = 0.85  0.94 mayphat = 0.95  0.98 (1) (2) H tt  92.5%H tb voi H tb  H hi N N H tt  H hi _  (H hi _ max  H hi _ ) voi  ]0,1[  CHÚ Ý: H hi  H t  dh i • Hhi_min < Htt < Hhi_max i • (2) dùng dao động mực nước hồ bé 33 PGS TS Nguyễn Thống 34 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Note: - Htt < Hhi_max = MNDBT – MNHL – dhmax (hồ chứa đầy, MNDBT, Qmax tổn thất max  Hhi_max) - Htt> Hhi_min = MNC - MNHL – dhmax (mực nước hồ nhỏ nhất, MNC, Qmax max  Hhi_min)  TRONG THỰC TẾ SẢN XUẤT  Htt XÁC ĐỊNH TỪ BÀI TOÁN KINH TẾ 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 khoảng thời gian T(s) Năng lượng E khoảng t/gian T(s) là: T T E (kj)   Pt dt  9.81H t  Qdt  9.81H tVu 35 PGS TS Nguyễn Thống 0 36 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Vu thể tích nước vào hồ từ (s)  T (s) Tính E theo kWh: 9.81H t Vu H t Vu E(kWh )   3600 367 Giả thiết hiệu suất tổng NM t=0.74 ta có: E(kWh )   H t Vu H t Vu  367 500 Ý nghĩa: Với Vu=1m3 nước chứa cao độ Ht=500m so với mặt chuẩn phát 37 lượng E=1 kWh PGS TS Nguyễn Thống Bài tập Một dự án thuỷ điện có tham số: - Lưu vực : S =400km2 - Module dòng chảy : qm =60 l/s/km2 - Cột nước tổng : Ht = 500m a Tính lưu lượng trung bình Q0 dòng chảy thể tích nước đến hồ năm b Tính gần lượng tích trử năm (Etb, tr.kWh), giả thiết hiệu suất tổng NM 0.74 38 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác SỐ GIỜ CHẠY CÔNG SUẤT LẮP MÁY (T) T=Eanuelle/Pi (h) Eanuelle: 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 !!!” 39 PGS TS Nguyễn Thống KHẢ NĂNG ĐIỀU TIẾT CỦA HỒ  = Whi/Va (01) Whi dung tích hữu ích hồ (niv Min  niv Max) Va thể tích nước đến hồ TB năm - Hồ điều tiết ngày :  < 12% - Hồ điều tiết tuần, tháng:  : 1-2%5-6% - Hồ điều tiết năm  : 5-6%12-14% - Hồ điều tiết nhiều năm  >12-14% 40 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác THỜI GIAN LÀM ĐẦY HỒ (TÍCH NƯỚC) Tr =Vu/Qa (h) Vu dung tích hữu ích (m3) Qa lưu lượng TB (m3/h) Tr < h : NM máy chạy theo lưu lượng thiên nhiên 2h ... NM (MW) 27 PGS TS Nguyễn Thống 28 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Bài tập... d/chảy Đường lượng TRẮC DỌC 23 PGS TS Nguyễn Thống F 24 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch... HA=ZA+pA/γ + V2A/2g (ZA>>pA/γ + V2A/2g)  Pt = gQ(ZA-ZF) = gQHt watt Nếu Pt kW, Q m3/s Ht m: Pt = 9.81QHt kW 21 22 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên