TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MƠN KỸ THUẬT HẠ TẦNG VÀ PHÁT TRIỂN NƠNG THƠN -* BÀI GIẢNG CAO HỌC CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU BẰNG ĐỘNG LỰC GS TS.LÊ CHÍ NGUYỆN HÀ NỘI - 2015 MỞ ĐẦU Máy bơm trạm bơm loại thiết bị cơng trình sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân Nhằm mục đích tưới tiêu cung cấp nước cho sinh hoạt cơng nghiệp, đến xây dựng nhiều trạm bơm lớn, nhỏ Tất trạm bơm cán kỹ thuật nước ta thiết kế, xây dựng quản lý vận hành phát huy hiệu tưới tiêu đảm bảo an tồn sản xuất nơng nghiệp nâng cao suất sản lượng trồng Song song với trạm bơm tưới tiêu có áp lực thấp xây dựng chủ yếu vùng đồng bằng, trạm bơm áp lực cao dùng để tưới cho vùng đồi, chun canh, sử dụng kỹ thuật tưới phun, tưới gốc…., trạm bơm cấp nước cho khu dân cư xây dựng phát triển Để đáp ứng u cầu sản xuất, khơng ngừng đại hóa hệ thống thủy lợi nước ta u cầu cấp thiết phải: Nâng cao trình độ thiết kế, xây dựng đảm bảo cơng trình đại, hợp lý Nâng cao trình độ khai thác vận hành để giảm chi phí quản lý, tăng hiệu tưới, tiêu cấp nước Để đáp ứng u cầu trên, cần thiết phải nghiên cứu để giải vấn đề sau : Về máy bơm : Xác định gam bơm hợp lý phủ tồn u cầu dùng bơm nước Hiện đại hóa thiết bị trình độ chế tạo Nghiên cứu hồn thiện hệ thống dẫn dòng thủy lực (bánh xe cánh quạt, cánh hướng nước…) để nâng cao hiệu suất bơm, kết cấu bơm gọn nhẹ Nghiên cứu áp dụng vật liệu nâng cao độ bền, giảm trọng lượng, chống khí thực, nước va… Về trạm bơm: Nghiên cứu xác định quy mơ tối ưu hệ thống tưới tiêu động lực Nghiên cứu xác định thơng số thiết kế hợp lý Zh, Zt, H, Q… cho trạm bơm tưới, tiêu cấp nước Nghiên cứu kết cấu nhà trạm phù hợp với loại thiết bị bơm u cầu móng điều kiện tự nhiên khác Nghiên cứu hình dạng cấu tạo hợp lý cơng trình hút nước, tháo nước Phương pháp tính tốn tối ưu mạng ống tưới cấp nước Nghiên cứu lập chương trình điều khiển, vận hành tối ưu trạm bơm hệ thống tưới tiêu cấp nước động lực Những vấn đề giải dựa vào sở - Lý thuyết phân tích hệ thống - Lý thuyết tối ưu - Lý thuyết thủy lực chất lỏng - Các phương pháp thí nghiệm mơ hình vật lý… Cuốn sách giúp người đọc nâng cao số kiến thức chủ yếu máy bơm, trạm bơm cung cấp số vấn đề sở áp dụng để giải tốn hệ thống tưới tiêu cấp nước động lực CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH MÁY BƠM VÀ TRẠM BƠM 1.1 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH MÁY BƠM 1.1.1 Khái qt máy bơm cánh quạt: Máy bơm cánh quạt máy bơm có bánh xe cơng tác (BXCT) gắn cánh quạt BXCT quay truyền lượng cho chất lỏng Máy bơm cánh quạt loại máy bơm dùng phổ biến nghiên cứu đầy đủ Máy bơm cánh quạt phân thành loại theo hướng dòng chảy chuyển động máy bơm so với trục bơm, gồm: máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm hướng chéo Hình 1.1 Sơ đồ dòng chảy bánh xe cánh quạt 1.1.2 Đường đặc tính máy bơm cánh quạt Đặc tính cơng tác loại máy bơm biểu thị đường đặc tính máy bơm Đường đặc tính máy bơm đường quan hệ thơng số cột nước H, cơng suất N, hiệu suất đặc tính hút (Độ cao chân khơng cho phép độ khí thực cho phép) với lưu lượng Q, số vòng quay n đường kính ngồi bánh xe cánh quạt D Với máy bơm (D = const) làm việc với số vòng quay n = const có họ đường đặc tính gồm H = f(Q), η = f(Q), N = f(Q), ∆H(NPSH) = f(Q) [HCK] = f(Q) Họ đường đặc tính có dạng khác tùy theo loại khác máy bơm cánh quạt Máy bơm cánh quạt có loại ứng với tỉ tốc, gồm: bơm ly tâm : n S ≤ 300; bơm hướng chéo nS > 300 ÷ 500; bơm hướng trục nS > 500 Dạng đường đặc tính ba loại máy bơm cánh quạt (hình 1.1) có khác Η η Ν Η η Ν η=f(Q) Η A' A η Ν η=f(Q) η=f(Q) B Η=f(Q) Η=f(Q) Ν=f(Q) Ν=f(Q) Q B' C C' Η=f(Q) Ν=f(Q) Q Q a Bơm ly tâm b Bơm hướng chéo c Bơm hướng trục Hình 1.2: Dạng đường đặc tính máy bơm cánh quạt Máy bơm ly tâm, loại máy bơm truyền lực ly tâm cho chất lỏng, có hệ số tỷ tốc nS ≤ 300 Họ đường đặc tính bơm ly tâm biểu thị hình 1-1a Dạng đường H = f(Q) có dạng cong trơn, phạm vi hiệu suất cao rộng, Đường N = f(Q) tăng dần theo lưu lượng Máy bơm hướng trục truyền lực nâng cho chất lỏng có n S≥ 500 có họ đường đặc tính biểu thị hình 1.1.c Đường H = f(Q) N = f(Q) giảm với tốc độ lớn theo Q tăng xuất cực đại cực tiểu Vùng từ cực đại C phía Q giảm đột ngột Đường hiệu suất η = f(Q) nhọn nên phạm vi hiệu suất cao thường bé Máy bơm hướng chéo (hỗn lưu) loại máy bơm truyền cho chất lỏng lực ly tâm lực nâng, hệ số tỷ tốc n S = 300 ÷ 500 Các dạng đường đặc tính nằm trung bình đường đặc tính hai loại máy bơm li tâm hướng trục Đặc biệt đường N = f(Q) thay đổi Q thay đổi làm cho động làm việc ổn định 1.1.3 Sự tương tự đường đặc tính máy bơm Việc xác định đường đặc tính máy bơm lý thuyết có nhiều khó khăn Vì để có đường đặc tính loại máy bơm dựa vào kết thí nghiệm đồng thời dùng phương pháp tương tự phân tích thứ ngun làm sở để tổng hợp phát triển kết thí nghiệm Phương pháp tương tự thứ ngun cho ta tìm quy luật quan hệ cột nước H = f(Q,n,D), cơng suất N = f(Q,n,D) với lưu lượng Q, số vòng quay n đường kính ngồi bánh xe cánh quạt D, đồng dạng hình học máy bơm xác lập, tức tỷ số kích thước hình học hai phận dẫn dòng máy bơm ln ln khơng thay đổi ( l1 D1 = = const ) l2 D2 Từ ta có cơng thức đồng dạng:  Qth Dth3 nth = = iD3 in   Qm Dm nm  H th Dth2 nth2 = 2 = iD2 in2   H m Dm nm N D5 n3  th = th5 th3 = iD5 in3  N m Dm nm Trong đó: i D = Dth nth ; in = Dm nm Khi máy bơm ( i D = 1) ta có:  Qth = in   Qm  H th = in2  Hm  N th = in3   Nm Các cơng thức dùng để vẽ lại đường đặc tính máy bơm số vòng quay thay đổi 1.1.4 Đường đặc tính tổng hợp máy bơm Với máy bơm Dth = , loại tổn thất thủy lực, tổn thất dung tích Dm tổn thất khí phạm vi rộng thay đổi khơng đáng kể Vì quan hệ đồng dạng có dạng : Q1 n1 H1 n12 N1 n13 = ; = ; = Q2 n2 H n22 N n23 Từ ta có: H th = H th × Qm2 Qth2 Từ kết thí nghiệm máy bơm ứng với số vòng quay cho trước vẽ lại đường đặc tính số vòng quay thay đổi Và ta có đường đặc tính tổng hợp máy bơm (hình – 3) Đường đặc tính tổng hợp máy bơm có cách đồ thị vẽ đường đặc tính H i = f(Q) ứng với số vòng quay ni = const đường đẳng hiệu suất η Hình 1.3: Đường đặc tính tổng hợp máy bơm Xác định đường đặc tính máy bơm thí nghiệm thường có khó khăn tốn Vì có đường đặc tính với số vòng quay người ta mở rộng phạm vi hoạt động bơm ứng với số vòng quay cần thiết hiệu suất máy bơm đạt ứng với giá trị cột nước lưu lượng Đường đặc tính tổng hợp máy bơm xác định cơng thức đồng dạng có mức độ xác cần thiết sử dụng phổ biến xác định điểm làm việc bơm điều tốc, ứng dụng biến tần để thay đổi vòng quay bơm 1.1.5 Đường đặc tính tồn phần bơm Khi máy bơm làm việc bình thường số vòng quay n, lưu lượng Q, cột áp H mơ men quay M có trị số dương Trong trường hợp có cố mức độ đó, máy bơm làm việc chế độ thuận nghịch Đường đặc tính tồn phần máy bơm biểu thị tính máy bơm trạng thái cơng tác q độ đó, giúp ta nghiên cứu xử lý trường hợp làm việc q độ máy bơm thực tế Nếu biểu thị : h= H Q %; q = % HH QH α= n M %; m = % nH MH Trong hệ số h, q,α, m tỷ số cột nước, lưu lượng, số vòng quay mơ men quay so với chế độ định mức (ứng với ηmax) Quan hệ hệ số biểu thị hệ tọa độ hình (1.4) gọi đường đặc tính tồn phần máy bơm α= nnH % +100 150 -50% 100 B A I h=0 50 G -q -150 -100 50 -50 D E 100 0% -10 m= 150 200 q= Q % QH F h=0 -100 m= C % 00 +1 -50 0% +5 -150 0% +5 -50% 0% -10 -α Hình 1.4: Đường đặc tính tồn phần máy bơm Ghi : : Đường m : Đường h Quy ước sau: Quay thuận chiều (n>0), quay ngược chiều (n0, Q>0; Tự chảy qua máy bơm Q>0, H0) : bơm làm việc với trạng thái bơm thuận chiều Khu vực B: Bơm quay thuận lưu lượng chảy ngược trường hợp bơm nhận lượng dòng chảy (bắt đầu chảy ngược n>0, H>0, Q H>0 thuộc trạng thái làm việc bơm chuyển động ngược (kết thúc trạng thái bơm quay ngược bắt đầu chuyển sang trạng thái tự chảy qua bơm) Khu F có n < Q > 0, H < M < thuộc trạng thái hãm (hãm chảy ngược bơm quay ngược, chuyển sang tự chảy từ bể hút qua bơm) Khu G có n > 0, Q > Nhưng H < 0, M < giai đoạn có trạng thái tuốc bin chuyển ngược (Tự chảy qua bơm mơmen quay ngược theo đà) Khu I có n > 0, Q > 0, M > 0, H < khu vực hãm (Hãm tự chảy qua bơm, chuyển sang bơm thuận chiều) 1.1.6 Số học hóa đường đặc tính máy bơm Đường đặc tính máy bơm xác định từ thí nghiệm Để sử dụng tự động hóa thiết kế điều hành biểu thị đường đặc tính dạng hàm số phương trình số học Có thể biểu thị đường đặc tính H = f(Q), [H CK] = f(Q) N = f(Q) dạng đường cong bậc Theo E.A.Grepera sai số lưu lượng khơng q 6% cột nước khơng q 3% Các phương trình sau :  H = a0 ( x) + a1 ( x )Q + a2 ( x )Q  [ H CK ] = b0 ( x) + b1 ( x)Q + b2 ( x )Q   N = c0 ( x ) + c1 ( x)Q + c2 ( x)Q Trong đó: a0 ( x), b0 ( x), c0 ( x); a1 ( x), b1 ( x), c1 ( x); a2 ( x), b2 ( x), c2 ( x ); hệ số phụ thuộc vào thơng số điều chỉnh x Nếu khơng điều chỉnh, hệ số số phụ thuộc loại máy bơm xác định phương pháp bình phương nhỏ Chẳng hạn muốn tìm a0, a1, a2 ta lấy điểm đường H ∼ Q, tìm tọa độ hệ phương trình với ẩn số a0, a1, a2 Giải hệ phương trình ta a0, a1, a2 Thơng số điều chỉnh góc nghiêng cánh quạt vòng quay khác Chẳng hạn máy bơm hướng trục có khả thay đổi góc nghiêng cánh quạt có tương ứng phương trình số học khác biểu thị quan hệ H = f(Q); [HCK] = f(Q) N = f(Q) 1.2 MÁY BƠM LÀM VIỆC TRONG HỆ THỐNG 1.2.1 Điểm cơng tác máy bơm Một máy bơm làm việc hệ thống làm việc ổn định điểm, điểm cơng tác máy bơm Điểm cơng tác máy bơm điểm gặp hai đường : đường đặc tính máy bơm H = f(Q) đặc tính u cầu : Hyc Hyc = Hdh + ht = Hdh + SQ2 Ở : Hdh : cột nước bơm địa hình ht : tổng tổn thất thủy lực đường ống hút ống đẩy máy bơm Trong khu vực bình phương sức cản viết : ht = SQ2 với S hệ số tổn thất Có nghĩa điểm cơng tác điểm cân lượng cung cấp máy bơm lượng u cầu mơi trường sử dụng bơm H = f(Q) = Hdh + SQ2 Η η Η=f(Q) η=f(Q) ηA Α ΗΑ [ΗCK]Α Ηyc=Hdh+SQ [ΗCK]=f(Q) QA Q Hình 1.5: Điểm cơng tác máy bơm Nếu đặt Hdh = f(Q) – SQ2 điểm cơng tác máy bơm tìm biết H dh = Zt - Zh Ở : Zt, Zh cao trình mực nước tháo mực nước hút 10 Do quan điểm cách nhìn nhận tác giả khác nên dẫn đến việc phân loại phương pháp đánh giá có khác Nhưng nhìn chung quy lại thành phương pháp sau đây: Phương pháp 1: Sử dụng số tiêu kinh tế tổng hợp kết hợp với số tiêu kinh tế bổ sung Phương pháp 2: Sử dụng tiêu tổng hợp khơng dơn vị đo để xếp hạng phương án Phương pháp 3: Phương pháp phân tích giá trị giá trị sử dụng Phương pháp 4: Sử dụng phương pháp tốn học để tính tốn so sánh kinh tế phương án Phương pháp 1: Sử dụng số tiêu kinh tế tổng hợp kết hợp với số tiêu kinh tế bổ sung Việc tính tốn đánh giá hiệu vốn đầu tư tiến hành với tiêu tính tốn tổng hợp sau: - Hiệu kinh tế chung( tuyệt đối ) cho vốn đầu tư - Khối lượng sản phẩm sản xuất đồng vốn - Hiệu kinh tế so sánh ( tương đối) - Các tiêu kinh tế bổ sung bao gồm: 1.Thời gian thi cơng hiệu rút ngắn thời gian xây dựng 2.Chỉ tiêu lợi nhuận hàng năm lợi nhuận cho sản phẩm dự án 3.Mức doanh lợi đồng vốn dự án 4.Thời hạn thu vốn 5.Nhóm tiêu cơng nghệ Các nước tư người ta thường lấy tiêu kinh tế tổng hợp tiêu lợi nhuận Phương pháp phân tích tài dự án đầu tư phương pháp sử dụng tiêu kinh tế tổng hợp Phương pháp 2: Sử dụng tiêu kinh tế tổng hơp khơng đơn vị đo để xếp hạng phương án Trình tự phương án tiến hành sau: Bước 1: Lựa chọn tiêu đưa vào so sánh có tác dụng lớn đến kết so sánh Cần ý tránh trùng lặp tiêu Bước 2:Xác định hướng cho tiêu làm cho tiêu đồng hướng Tùy theo tiêu chuẩn chọn lựa bước chọn mục tiêu phương án giá trị cực đại hay cực tiểu Dựa vào hàm mục tiêu xem xét tiêu xét đồng hướng hay nghịch hướng Bước 3:Triệt tiêu dơn vị đo tiêu 61 Việc triệt tiêu đơn vị đo tiêu việc quy đổi tiêu thành số so sánh thực theo nhiều phương pháp Với tiêu vốn khơng có đơn vị đo phải tính lại theo phương pháp Một số phương pháp thường sử dụng sau: a Phương pháp Pattern b Phương pháp giá trị nhỏ c Phương pháp giá trị lớn Bước 4: Xác định trọng số cho tiêu Trọng số số rõ tầm quan trọng tiêu xét so với tiêu lại đưa vào so sánh việc thực mục tiêu so sánh Trọng số tiêu khác trọng số tiêu xác định giống cho phương án Phần lớn phương án xác định tầm quan trọng tiêu sử dụng phương pháp cho điểm chun gia phương pháp cho điểm theo thang điểm cho trước, phương pháp trị số bình qn, phương pháp ma trận vng Warkentin Bước 5:Các định số tổng hợp xếp hạng phương án cho phương án lựa chọn phương án tốt Tuỳ theo hàm mục tiêu cực đại hay cực tiểu người ta chọn phương án có số tổng hợp lớn hay bé tốt Phương pháp 3: Phân tích giá trị giá trị sử dụng Nội dung phương pháp sau: Theo bước trình bày phương án Ta xác định giá trị tổng hợp khơng đơn vị đo phương án giá trị sử dụng bao gồm tiêu cơng suất, mức bảo đảm cơng năng, tính tiện nghi, độ bền chắc, cải thiện điều kiện lao động Lấy giá trị tổng hợp giá trị sử dụng tìm chia cho tổng vốn đầu tư xây dựng hay chi phí quy đổi phương án Phương án có trị số lớn phương án tốt Hoặc lấy số nghịch đảo trị số tức chia vốn đầu tư hay chi phí quy đổi cho giá trị sử dụng tổng hợp Lời giải tối ưu phương án có kết nhận nhỏ Phương pháp 4:Phương pháp tốn học để so sánh kinh tế phương án Trong đánh giá kinh tế để lựa chọn phương án kỹ thuật, người ta thường sử dụng phương pháp khoa học sau đây: phương pháp qui hoạch tuyến tính, phương pháp quy hoạch động, lý thuyết đồ thị, phương pháp lý thuyết phục vụ đám đơng, lý thuyết mơ hình tốn kinh tế Trong thiết kế tổ chức thi cơng người ta thường sử dụng phương pháp quy hoạch tuyến tính, tốn vận trù học thường sử dụng nhiều 62 5.2.2.Các phương pháp đánh giá dự án theo tiêu động Việc phân tích dự án áp dụng theo thơng lệ thé giới, phân thành nhóm phương pháp vào nhóm đo độ hiệu sau đây; Nhóm 1: Giá trị tương đương ( Equivalent Value ) Theo phương pháp tồn chuỗi dòng tiền tệ dự án ( chi phí lợi ích ) suốt thời kỳ phân tích quy đổi tương đương thành: - Giá trị hiệu số thu chi ( Present Value-PV ) - Giá trị tương lai hiệu số thu chi ( Future Value-FV ) - Hệ số thu chi phân phối hàng năm ( Annual Value-AV ) Mỗi giá trị độ đo hiệu kinh tế dự án dùng làm sở để so sánh phương án Nhóm 2: Suất thu lợi ( Rates of Return ) Người ta gọi mức lãi suất làm cho giá trị tương đương phương án khơng suất thu nội ( Internal Rates of Return-IRR) phương án Đó độ đo hiệu hay dùng Nhóm 3: Tỷ số lợi ích chi phí ( Benefit Cost Ratio-B/C) Đó tỷ số giá trị tương đương lợi ích giá trị tương đương chi phí Ba nhóm độ đo hiệu tạo thành nhóm phương pháp sử dụng phổ biến phân tích lựa chọn phương án đầu tư Các bước so sánh phương án Khi so sánh phương án thực bước sau: - Nêu phương án - Xác định thời kỳ phân tích - Ước lượng tiền tệ cho phương án - Xác định giá trị theo thời gian dòng tiền tệ - Lựa chọn độ đo hiệu - Tính tốn so sánh phương án - Phân tích độ nhạy ( Sénivitity Analysis ) rủi ro ( Risk Analysis) - Lụa chọn phương án 5.2.2.1 Phương pháp phân tích đánh giá dự án theo giá trị tương đương 1.Giá trị hiệu số thu chi (NPV) Điều kiện đánh giá phương án là: NPV= n n Bt Ct ∑ (1 + r ) − ∑ (1 + r ) t =0 t t =0 t + H ≥0 (1 + r )t Trong đó: Bt- Thu nhập năm thứ t ( bao gồm doanh thu, giá trị thu hồi đào thải, vốn lưu động cuối dự án ) 63 Ct- Chi phí năm thứ t ( Chi phí vận hành khơng có khấu hao ) H- Giá trị thu hồi kết thúc dự án n- Thời gian tính tốn ( tuổi thọ dự án hay thời kỳ tồn dự án) r- Suất thu lợi tối thiểu chấp nhận So sánh lựa chọn phương án Các phương án muốn so sánh phải thoả mãn điều kiện sau: - Các phương án đáng giá - Thời gian tính tốn phương án phải giống ( Thường lấy tuổi thọ dự án lấy bội số chung bé trị số tuổi thọ phương án ) - Điều kiện phương án tốt NPV= max Từ tiêu NPV xác định thời gian thu hồi vốn đầu tư theo kiểu động ( Chính trị số n cơng thức NPV NPV= ) Chỉ tiêu giá trị tương lai hiệu số thu chi (NFV) Điều kiện đảm bảo đáng giá phương án là: n n t =0 t =0 n −1 n −1 NFV= ∑ Bt (1 + r ) − ∑ Ct (1 + r ) ≥ So sánh lựa chọn phương án - Các phương án đem so sánh phải phương án đáng giá - Thời gian tính tốn phương án phải giống ( bội số chung nhỏ tuổi thọ phương án, phương án có tuổi thọ khác ) - Điều kiện tối ưu phương án NFV= max Các ưu nhược điểm NFV giống NPV 3.Chỉ số thu chi phân phối hàng năm ( NAV ) Một phương án gọi đáng giá thoả mãn điều kiện sau: r (1 + r ) n NAV= NPV ( ) ≥0 (1 + r ) n − Chỉ tiêu NPV tính theo cơng thức trình bày mục So sánh lựa chọn phương án: Khi so sánh phương án phải thoả mãn điều kiện sau: - Các phương án đem so sánh phải đáng giá - Thời gian tính tốn phương án khơng cần - Phương án tốt phương án cho hệ số thu chi phân phối hàng năm lớn NAV= max 64 Ưu nhược điểm NAV giống tiêu NPV Tuy nhiên tiêu NAV có ưu điếm sau: tính NAV cần tính cho chu kỳ hoạt động phương án (bằng tuổi thọ phương án mà khơng cần tính cho thời kỳ phân tích BSCNN phương án ) Chỉ tiêu NAV dùng để xác định thời gian hồn vốn theo kiểu động theo thời gian sử dụng máy tối ưu kinh tế 5.2.2.2 Phương pháp phân tích dự án theo suất thu lợi Khái niệm Suất thu lợi nội mức lãi suất mà dùng làm hệ số chiết tính để quy đổi dòng tiền tệ phương án giá trị thu nhập cân với giá trị chi phí Suất thu lợi nội khơng phải suất thu lợi vốn đầu tư ban đầu mà suất thu lợi tính theo kết số lại vốn đầu tư đầu thời đoạn (trong vốn đầu tư ban đầu coi kết số) Phương pháp xác định tiêu IRR tính đáng giá phương án Chỉ tiêu suất thu lợi nội IRR loại suất thu lợi đặc biệt cơng thức tính tốn tiêu NPV cho NPV=0 NPVa IRR= IRRa + ((IRRb- IRRa) NPVa + NPVb ) Trong đó: IRRa giá trị chiết khấu IRR cho NPVa> IRRb trị số IRR cho NPVb r So sánh lựa chọn phương án Các phương án so sánh phải thoả mãn điều kiện sau: - Thời kì tính tốn phương án phải quy giống - Các phương án so sánh theo tiêu IRR thường xảy hai trường hợp: Trường hợp 1: Khi hai phương án có vốn đầu tư phương án có tiêu IRR lớn tốt Trường hợp 2: Khi hai phương án có vốn đầu tư khác phải lựa chọn phương án theo hiệu gia số đầu tư lớn, hai trường hợp xả ra: - Nếu hiệu gia số đầu tư thơng qua tiêu IRR( ∆ ) ≥ r chọn phương án có vốn đầu tư lớn - Nếu IRR( ∆ ) < r chọn phương án có vốn đầu tư bé 65 - Như phương án chọn chưa có tiêu IRR lớn nhất, phải có IRR >r Phương pháp xác định tiêu IRR( ∆ ) giống phương pháp xác định IRR, đồng tiền tệ hiệu số dòng tiền tệ phương án có vốn đầu tư lớn dồng tiền tệ có vốn đầu tư bé 5.2.2.3.Phương pháp phân tích dự án theo tỷ số lợi ích chi phí Điều kiện đánh giá phương án: Một phương án gọi đáng giá tỷ số lợi ích chi phí lớn (B/C ≥ 1) So sánh lựa chọn phương án: Lựa chọn phương án theo tiêu B/C cần có điều kiện sau: - Các phương án so sánh phải có thời gian tính tốn hoăc quy thời gian tính tốn - Khi hai phương án có vốn đầu tư phương án có tiêu B/C lớn tốt - Khi hai phương án có vốn đầu tư khác phải so sánh theo tiêu hiệu gia số đầu tư B/C ( ∆ ) sau: Chỉ so sánh phương án có vốn đầu tư lớn so với phương án có vốn đầu tư bé phương án có vốn đầu tư bé đáng giá Nếu hiệu gia số đầu tư B/C ( ∆ ) ≥ chọn phương án có vốn đầu tư lớn hơn, ngược lại chọn phương án có vốn đầu tư bé Phương án chọn theo tiêu hiệu gia số đầu tư lợi ích chi phí chưa có trị số B/C= max, tiêu NPV phải lớn nhất, tiêu B/C phải lớn Ưu nhược điểm phương pháp tiêu B/C Chỉ tiêu tỷ số B/C có ưu điểm tương tự tiêu NPV Tuy tiêu sử dụng thực tế khơng phải tiêu xuất phát để tính tiêu khác, tiêu cho điều kiện cần khơng phải tiêu chọn phương án 5.2.3.Phương pháp đánh giá dự án tưới kinh tế thị trường Trong phần trình bày cách đánh giá kinh tế, tài theo phương pháp ngân hàng phát triển châu Á hướng dẫn (Guidelines for preparation of appraisal Reports March 1997) Nội dung phương pháp phương pháp đánh giá dự án theo tiêu động Trình tự tính tốn theo bước sau: 66 - Xác định sản phẩm nơng nghiệp tăng thêm - Xác định vốn đầu tư xây dựng - Xác định chi phí khai thác sửa chữa thường xun - Phân tích tài phân tích kinh tế - Phân tích ngân sách nơng dân Một báo cáo hồn chỉnh đánh giá hiệu kinh tế dự án thuỷ lợi, bao gồm mục tiêu Tuy nhiên điều kiện dự án có khác nên việc tính tốn nội dung có khác 5.2.3.1.Xác định sản phẩm nơng nghiệp Trong thuyết minh phải giải thích rõ diện tích trồng trọt tăng thêm sản lượng tăng thêm nhờ dự án Khối lượng lương thực hoa màu tính hai trường hợp có khơng có dự án Trong trường hợp khơng có dự án phải dựa vào khả thực nâng cao sản lượng diện tích trồng trọt Sản lượng diện tích tăng thêm nhờ dự án phải xem xét kết việc nâng cao hiệu tưới giảm lũ lụt, ngập úng với tham khảo dự án khác kết nghiên cứu Kết tăng thêm diện tích sản lượng nhờ dự án phải theo trình tự tăng dần hồn chỉnh sau năm 5.2.3.2 Xác định vốn đầu tư xây dựng Vốn dầu tư xây dựng ban đầu bao gồm chi phí: xây lắp, thiết bị, chi phí khác chi phí dự phòng 5.2.3.3.Chi phí vận hành sửa chữa thường xun Chi phí vận hành bao gồm giá trị vật liệu cần thiết cho khâu vận hành, chi phí nhân cơng quản lý, giá thiết bị, bảo hiểm quản lý khái thác Chi phí sửa chữa cơng trình, có dự án thường lấy phần trăm vốn đầu tư xây dụng Trong hệ thống tưới động lực phải xét tới chi phí để chạy máy Có tiêu chuẩn cho việc lựa chọn dự án liên quan đến chi phí vận hành sửa chữa thường xun : - Mức tăng thuỷ lợi phí việc tăng sản xuất lương thực - Chi phí sửa chữa lớn cho tồn hệ thống - Chi phải sửa chữa thường xun cho tồn hệ thống Trong dự án nâng cấp sửa chữa hệ thống hai loại chi phí sau giảm nhỏ tốt 67 Ngồi xét thêm giá thay thiết bị giá trị lại Những giá trị dựa tuổi thọ máy móc thiết bị Có thể lấy khoảng >25 năm phụ thuộc vào tuổi thọ có ích thiết bị Cần ý cộng thêm chi phí thay thiết bị suốt đời dự án 5.2.3.4 Phân tích kinh tế tài Mục đích việc đánh giá kinh tế để đảm bảo vốn đầu tư nhà nước vào dự án phải có hiệu cao Phân tích kinh tế dự án cơng cụ để so sánh chi phí lợi ích dự án lựa chọn với phương án khác Điều quan trọng việc khẳng định chị phí lợi ích dự án mang lại Sự tồn kinh tế dự án thiết lập thơng qua tính tốn hệ số nội ;IRR Theo ADB giá trị hệ số IRR cho dự án khoảng 12-15%,áp dụng cho dự án nước phát triển Việc đánh giá phân tích kinh dự án liên quan đến yếu tố kinh tế quốc dân Việc phân tích tài đánh giá lợi ích chi phí thân dự án nơng dân Giá kinh tế có liên quan vói tồn kinh tế quốc dân, giá tài phản ánh giá thực tế thị trường Sự khác giá kinh tế giá tài chỗ giá kinh tế khơng bao gồm chi phí chuyển khoản , (như thuế trợ cấp) Hơn loại hàng hố gạo loại hàng thương mại quốc tế cần phải xem xét hàng nhập (CIF) hay xuất (FOB) Nếu hàng hố dịch vụ khơng phải nhập xuất giá trị thị trường chúng khơng có chuyển khoản giá trị thị trường sử dụng để phân tích kinh tế tài Trong đánh giá cần phải giải thích rõ giá kinh tế lợi ích kinh tế + Giá kinh tế Giá kinh tế xác định từ thiết kế kỹ thuật bảng tính tốn khối lượng Nhằm mục đích phân tích kinh tế , loại thuế , lệ phí tăng giá cần phải loại trừ khỏi tính tốn kinh tế Thơng thường giá kinh tế hệ thống tưới bao gồm thành phần sau : Giá đầu tư xây dựng bản: Giá cho nghiên cứu khả thi, thiết kế kỹ thuật, giá xây dựng, giá thiết bị, đền bù di dân (nếu có), giảm nhẹ tác động mơi trường chi phí quản lý xây dựng + Lợi ích kinh tế Lợi ích kinh tế việc đầu tư cho cơng trình tưới liên quan chủ yếu đến giá trị gia tăng sản xuất nơng nghiệp kết việc cải thiện việc tưới nước giảm 68 nhẹ lũ lụt ngập úng Việc đánh giá lợi ích xuất phát từ việc phân tích sản xuất trồng tương lai hai trường hợp có khơng có dự án Lợi ích trồng trọt xác định giá trị thực sản xuất nơng nghiệp trừ chi phí sản xuất Lợi ích luận chứng, dựa kết dự án khác ý kiến chun gia Nội dung có hai bước tính tốn lợi ích sản xuất nơng nghiệp phân tích kinh tế: - Bước 1:Tính tốn lợi ích tài thị trường giá tài vùng dự án Lợi ích tài sở tính tốn kinh tế tính tốn thu nhập người nơng dân - Bước 2: Xác định cần thiết điều kiện ngân sách kinh tế dựa giá tài Chú ý thành phần lợi ích kinh tế khơng có tiền thuế giá trị chuyển khoản kinh tế quốc dân Tương tự vậy, thuỷ lợi phí khơng đưa vào giá kinh tế xác định chi phí vận hành sửa chữa Thơng thường, tồn lợi ích dự án khơng đạt thời gian năm Tính tốn kinh tế cần phải tính hai trường hợp có dự án khơng có dự thời gian năm + Tính tốn lợi ích kinh tế Tổng thu nhập thực tế cho loại trồng tính cho thời kỳ năm cách nhân thu nhập với diện tích gieo trồng cho loại trồng hai trường hợp có khơng có dự án Hiệu ích tăng thêm cho loại trồng hiệu số thu nhập trường hợp có khơng có dự án Bằng cách tính tổng lợi ích hàng năm Tổng lợi ích kinh tế thường giữ ngun sau năm Hệ số an tồn vốn nội (IRR), tiến hành với thời hạn sau 30-35 năm dự án hoạt động.Cách tính tốn IRR tiến hành theo phương pháp trình bày 5.2.3.5 Phân tích ngân sách nơng dân Việc đánh giá trách nhiệm người nơng dân dựa ngân sách thu từ trồng trọt thơng qua phân tích kinh tế Việc đánh giá áp dụng trường hợp trường hợp có dự án Trong q trình tính tốn ngân sách nơng dân áp dụng giá tài có tính thuế nước, khơng tính giá trị kinh tế 5.2.3.6 Phân tích độ nhạy kết dự án Việc phân tích độ nhạy cần phải tính tốn để xác định thay đổi hiệu ta giả thiết số nhân tố thay đổi Thơng thường hay tính IRR sau tăng chi phí giảm lợi ích 10% 20% Các trường hợp tính tốn hay áp dụng: 69 - Chi phí tăng 10% - Lợi ích giảm 10% - Hai loại thay đổi 10% - Hai loại thay đổi 20% - Sản lượng tăng thêm giảm 10% - Sản lượng tăng thêm giảm 20% 5.3 ĐÁNH GIÁ VIỆC QUẢN LÝ KHAI THÁC CÁC TRẠM BƠM 5.3.1 Lập kế hoạch quản lý kỹ thuật trạm bơm Các trạm bơm phục vụ sản xuất nơng nghiệp bao gồm nhiều cơng trình khác Nhiệm vụ quản lý, khai thác trạm bơm phải đảm bảo cho cơng trình máy móc hoạt động tốt, phục vụ cho sản xuất nơng nghiệp đạt hiệu kinh tế cao Kế hoạch quản lý kỹ thuật trạm bơm hàng năm bao gồm vấn đề sau: Lập kế hoạch cung cấp phân phối nước cho tồn năm, vụ thời kỳ theo u cầu sản xuất nơng nghiệp tình hình thiên nhiên năm Những biện pháp tổ chức kỹ thuật để thực kế hoạch quản lý khai thác trạm bơm nhằm khơng ngừng nâng cao hiệu suất sử dụng, giảm giá thành nước bơm lên 5.3.2 Lập kế hoạch cung cấp phân phối nước cho trạm bơm nơng nghiệp 5.3.2.1 Kế hoạch hàng năm Kế hoạch cung cấp phân phối nước hàng năm phải dựa u cầu thực tế sản xuất nơng nghiệp để lập Nó phụ thuộc vào phương hướng kế hoạch sản xuất vùng tưới, tiêu trạm bơm phụ trách, tình hình thủy văn khí tượng năm Trước tiên, sở dự báo dài hạn Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn mà định năm khai thác thuộc vào năm thủy văn nhiều nước, trung bình hay nước Khi có năm thủy văn, dựa vào tài liệu thống kê hàng năm, tìm lượng mưa, mực nước, lưu lượng, lượng bốc để tính tốn trị số đặc trưng cho năm Trên sở kế hoạch sản xuất nơng nghiệp, tài liệu thủy văn, tính tốn tìm hệ số tưới, hệ số tiêu cho tồn hệ thống thủy nơng trạm bơm phụ trách Từ tài liệu thủy nơng, tổng hợp u cầu dùng nước khác lên biểu đồ lưu lượng cần cung cấp tồn năm, vụ Biểu đồ lưu lượng u cầu cung cấp theo thời gian quan trọng để lập kế hoạch chạy máy trạm bơm Tóm lại, lập kế hoạch cung cấp phân phối nước cần lập biểu đồ sau: Biểu đồ lưu lượng cần cung cấp theo thời gian; 70 Biểu đồ mực nước nguồn theo thời gian; Biểu đồ mực nước bể tháo theo thời gian ; Biểu đồ tổng hợp lưu lượng Trên sở tài liệu, vào khả đặc tính kỹ thuật máy bơm cơng trình, tính tốn thủy để xác định số máy bơm, góc cánh quạt thời gian làm việc máy; cơng suất tổng năn lượng tiêu thụ tiêu khác xem bảng sau: 71 Thời kỳ làm việc trạm bơm Số Từ Số đến ngày t ngày (ngày) (h) Lưu lượng cần Cột nước địa Khả cung Số máy góc cánh quạt hiệu suất máy bơm Số Q1 H máy η máy θ (m) (%) cần (m3/s) chạy 10 11 71 Lưu lượng thực Thời gian làm Hiệu suất Cơng suất tiêu Năng lượng tiêu Tổng lượng nước Số mét Thời gian tu 12 13 14 15 16 17 18 19 Kế hoạch cung cấp phân phối nước cần đảm bảo u cầu sau: Bảo đảm cung cấp đủ lượng tổng lượng nước u cầu sản xuất theo thời gian (có điều chỉnh phạm vi cho phép, khơng ảnh hưởng đến sản xuất) Phối hợp làm việc tốt máy bơm, cơng trình với nguồn nước cho hiệu suất sử dụng máy móc cao, lượng tiêu thụ nhất, hiệu kinh tế cao Bảo đảm an tồn cơng trình thiết bị máy móc, có thời gian tu sửa máy móc cơng trình theo định kỳ Kế hoạch cung cấp phân phối nước hàng năm lập dựa vào kế hoạch sản xuất nơng nghiệp dự báo tình hình thiên nhiên, có sai lệch định Các tiêu kế hoạch thời gian bơm, lưu lượng, cột nước, cơng suất, khơng thực tế Vì để đáp ứng u cầu sản xuất thời kỳ phải lập kế hoạch điều khiển máy bơm đợt tưới tiêu 5.3.2.2 Xây dựng kế hoạch chạy máy bơm đợt tưới tiêu Trong đợt tưới tiêu ta phải xác định số máy bơm cần làm việc ngày, góc cánh quạt cần điều chỉnh, tổng lượng tiêu thụ Các tiêu phụ thuộc vào loại trồng, mức tưới, thời kỳ sinh trưởng tình hình thời tiết Trước hết, phải vào điều kiện quản lý hệ thống thủy nơng để tính tốn, tìm biểu đồ lưu lượng cần bơm ngày Kế lập biểu đồ phối hợp làm việc nguồn nước với cơng trình lấy nước đặc tính làm việc máy bơm 5.3.3.3 Các tiêu kinh tế kỹ thuật đánh giá việc quản lý khai thác trạm bơm 5.3.3.3.1 Giá thành 1m3 nước bơm lên 5.3.3.3.2 Giá thành mét nước bơm lên 5.3.3.3.3 Chi phí quản lý hàng năm cho 1ha ruộng 5.3.3.3.4 Hệ số sử dụng cơng suất lắp máy trạm bơm 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Chí Nguyện – Nghiên cứu chế độ làm việc tối ưu trạm bơm dùng máy bơm hướng trục – Luận án T.S Kỹ thuật – Sofia 1993 V.P Starinsky – Chọn trạng thái cơng tác tối ưu máy bơm hệ thống trạm bơm – Ucraina 1974 Modernnization of Irrigation System Operation, FAO, 1999 Thiết kế trạm bơm kiểm nghiệm máy bơm Trevaevski VF.Visnhevski K.P.Naklađov N.N Pumping station Enginering Handbook japan Association of agricultural enterprises – Tokyo, 1991 73 MỤC LỤC CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH MÁY BƠM VÀ TRẠM BƠM CHƯƠNG GIỚI THIỆU II LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỆ THỐNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU BẰNG ĐỘNG L ỰC 14 CHƯƠNG IV CƠNG TRÌNH HÚT NƯỚC TRẠM BƠM .46 74 [...]... BÀI TỐN CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG VÀ HỆ THỐNG CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ 2.2.1 Các bài tốn cơ bản về hệ thống Trong thực tế, khi nghiên cứu hệ thống, thường phải giải quyết ba bài tốn cơ bản sau: - Thiết kế hệ thống theo hệ thống chỉ tiêu nào đó: chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế v.v - Điều khiển hệ thống để đạt được u cầu khai thác đã xác định - Phát triển hệ thống, tức là nghiên cứu chiến lược phát triển của hệ thống trong... “bài tốn” được Mục tiêu khai thác hệ thống được mơ tả và lượng hóa bằng một hoặc hệ thống chỉ tiêu nào đó, mà nó phản ánh được mục tiêu nghiên cứu hoặc khai thác hệ thống Hệ thống chỉ tiêu đó gọi là hệ thống chỉ tiêu đánh giá Hệ 22 thống chỉ tiêu đánh giá được lượng hóa theo những dạng rất khác nhau, có thể khái qt một số dạng cơ bản như sau: - Hệ thống chỉ tiêu đánh giá được mơ tả bằng một hoặc một... nghiên cứu hệ thống trạm bơm tưới tiêu, cấp thốt nước mang lại hiệu ích tốt nhất, phải vận dụng lý thuyết về phân tích hệ thống Lý thuyết về phân tích hệ thống áp dụng vào hệ thống tưới tiêu, cấp nước bằng động lực có thể giải quyết những vấn đề sau đây : - Quy hoạch các hệ thống cơng trình lấy nước, dẫn nước và điều tiết nước - Thiết kế và quản lý tối ưu hệ thống tưới, tiêu - Vận hành tối ưu các hệ. .. tích hệ thống coi trọng tính tổng thể, đây chính là quan điểm hệ thống, thể hiện tính biện chứng trong nghiên cứu hệ thống Xuất phát từ quan điểm hệ thống, khi nghiên cứu một hệ thống cần xem xét các quy luật của hệ thống trong mối quan hệ tương tác giữa các thành phần cấu thành hệ thống và quan hệ của hệ thống với mơi trường tác động lên nó Quan điểm đó phải được lượng hóa bằng các mơ hình tốn học. .. thống tưới, tiêu - Vận hành tối ưu các hệ thống tưới tiêu - Luận chứng các tiêu chuẩn thiết kế và phân tích mức độ đảm bảo hệ thống tưới tiêu Trong chương này sẽ trình bày phương pháp vận dụng lý thuyết phân tích hệ thống, lý thuyết về tối ưu đối với một hệ thống cơng trình tưới tiêu bằng động lực 2.1 HỆ THỐNG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG 2.1.1 Định nghĩa Hệ thống là một tập hợp các phần tử được sắp... định lượng hóa hệ thống cơng trình, hay cũng có thể gọi là đi tìm tối ưu hóa hệ thống Nội dung trung tâm của việc phân tích hệ thống là mơ tả mơ hình hóa hệ thống và tối ưu hóa hệ thống Hệ thống cơng trình thủy lợi bao gồm một mạng lưới các cơng trình dẫn nước, các cơng trình điều tiết trên mạng lưới và các cơng trình đầu mối tưới tiêu, phát điện, phòng lũ… Sự hoạt động của hệ thống cơng trình thủy lợi... tả hệ thống với khái niệm mơ tả tốn học như mơ hình tất định, mơ hình ngẫu nhiên Một hệ thống ngẫu nhiên có thể mơ tả bằng mơ hình tất định hoặc mơ hình ngẫu nhiên Hệ thống trạm bơm có thể là tất định, có thể là ngẫu nhiên - Hệ thống trong đó bao gồm các hệ thống con Một hệ thống có thể phân chia thành các hệ thống con Sự phân chia hệ thống lớn thành các hệ con tùy thuộc vào kích cỡ, đặc thù của hệ thống. .. TRONG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU BẰNG ĐỘNG LỰC Trong cơng cuộc đổi mới nền kinh tế của nước ta, việc hiện đại hóa các cơng trình tưới tiêu là một u cầu cấp thiết nhằm nâng cao hiệu ích, giảm năng lượng tiêu thụ Sự phát triển nhanh chóng của khoa học hệ thống và kỹ thuật thơng tin ở nước ta hiện nay đã tạo nên cơ sở vững vàng cho việc phát triển kỹ thuật tự động hóa thiết kế và quản lý cơng trình thủy... thiết kế thường mới được nghiên cứu sơ bộ trên cơ sở xem xét một số phương án điều khiển Bài tốn phát triển hệ thống là bài tốn bắt buộc phải giải quyết khi việc hình thành hệ thống trong tương lai kéo dài trong nhiều năm 2.2.2 Hệ thống chỉ tiêu đánh giá Khi phân tích hệ thống trong thiết kế, điều khiển hoặc phát triển hệ thống, cần phải xác định mục tiêu của nó Mục tiêu đối với hệ thống chưa được xác định... áp dụng đối với hệ thống đó 20 Hệ thống trạm bơm cũng bao gồm các hệ thống con Chẳng hạn bản thân nhà máy bơm là một hệ thống con, gồm các phần tử gắn kết với nhau theo một trật tự xác định, hoạt động thống nhất: máy bơm, động cơ, thiết bị dòng điện, ; Cống lấy qua đê có hệ thống điều khiển mực nước bể hút trạm bơm tưới trong đê Hình 2.6 Hệ thống phân chia theo cấu trúc độc lập - Hệ thống bất định