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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

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 & QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC 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. PGS. TS. NGUYỄN THỐNG Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp. Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/ index/ nước va. 1/12/2016 Tél. (08) 38 691 592- 098 99 66 719 1 Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện. 2 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 TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN Nối đỉnh NĂNG LƯỢNG I. ĐỊA HÌNH 1. TÀI NGUYÊN NƯỚC Tiểu lưu vực - Địa hình. Ranh giới lưu vực - Thuỷ văn. s1 đến v/trí S 2. HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN - Mô tả tổng quát. - Tính chất cơ bản. LƯU VỰC Đường dốc - Năng lượng. (km2) (tỷ lệ 1/50000) S nhất 3 GIỚI HẠN MỘT LƯU VỰC 4 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 LƯU VỰC: Diện tích thu nước rơi về đến một vị trí TRẮC DỌC DÒNG CHẢY : Đường trung vị C của thoát nước S mặt thoáng tự do với lưu lượng Q cho. - Giới hạn bởi các đường nối đỉnh địa hình, đường Độ dốc i=dz/dS (m/km) có độ dốc lớn nhất tại vị trí nối điểm thoát Z (0.1  50) nước. z Phổ biến độ dốc giảm - Diện tích Sb gia tăng khi vị trí S di chuyển về hạ lưu. m khi về hạ lưu - Sb được xác định từ bản đồ có tỷ lệ 1/50000  S 1/200000. 0 - Đơn vị sử dụng km2 : s C  Lưu vực bé : Sb
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác THUỶ VĂN  Lưu lượng Q: thể tích nước đi ngang qua một diện tích ướt trong đơn vị thời Nghiên cứu về nước trong thiên nhiên về gian (s). các yếu tố: cường độ, phân bố, chu kỳ (trên mặt đất và dưới đất)  Lưu lượng trung bình ngày: Thể tích nước 24h / 86400.  Cường độ mưa (mm/h, l/s/ha).  Lưu lượng trung bình tháng: Thể tích Thấm vào đất. nước tháng/Thời gian tháng.  Bốc hơi.  Module dòng chảy qm(l/s/km2) qm=Q0/Sb (Q0: lưu lượng trung bình năm 7 lưu vực, Sb diện tích lưu vực) 8 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 Ví dụ vùng Vu Gia-Thu Bồn : qm = 40  90 CHUỖI DÒNG CHẢY THEO THỜI GIAN l/s/km2). Qi (m3/s)  Xét lưu vực 200km2, lưu vực có Qm (m3/s) qm=60l/s/km2  Lưu lượng Q0 của khu vực là: Q(t) T(th) 0 Q0 =200*60/1000 = 12m3/s • Nếu xét Q là lưu lượng dòng sông Ti (Q0 lưu lượng trung bình năm)  ý nghĩa vật lý  Q >=0 (ngoại trừ trường hợp dòng chảy có ảnh hưởng của thủy triều). 9 10 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 CHUỖI LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN W(t) • DÒNG CHẢY LŨ 3 t Qmax-p=0.1% Q (m /s) p=0.1% (tần suaát xuaát hieän) W( t )   Q( t )dt   Qi t Qmax-p=0.2% p=0.2% 0 i p=5% Qmax-p=5% T (h) Chú ý: Đường luôn luôn tăng hoặc nằm ngang vì Qi>=0 0 ĐẶC TRƯNG: W (m3) - Lưu lượng đỉnh lũ. tan(α)=ΔW/ ΔT =Qi - Tổng thể tích trận lũ. T(th) - Dạng đường dòng chảy lũ. 0 Ti 11 - Thời gian kéo dài trận lũ. 12 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 2
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 ẢNH HƯỞNG (khối lớn, sỏi, sạn, cát, bụi min…) Thượng lưu ĐẬP MNDBT  Vận chuyển đáy.  Vận chuyển lơ lửng. Hồ chứa Bùn cát lắng đọng sau N năm Nguyên nhân gây cạn hồ chứa  giảm thể tích ĐÁY HỒ Hạ lưu hửu ích !  Tác động xấu đến tuổi thọ tuabin !  Nghiên cứu lý thuyết khó vì có nhiều yếu tố Thể tích bùn cát lắng đọng Vết nứt khó xác định can thiệp vào hiện tượng  nghiên cứu thực nghiệm. 13 Màng chống thấm 14 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 HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH CHÍNH “Lưỡi” bùn cát DỰ ÁN THUỶ ĐIỆN Tổng quát gồm 4 hạng mục theo trình tự đi qua của nước:  Đập dâng, CTTL… (tuyến áp lực);  Công trình lấy nước;  Công trình dẫn nước (tuyến năng lượng); 15  Nhà máy TĐ  Trạm biến thế. 16 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG THỦY & THỦY ĐIỆN 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 18 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 3
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 Kênh dẫn Bể áp lực ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CÔNG SUẤT SẢN XUẤT PHỤ THUỘC VÀO Đường ống Hồ CỘT NƯỚC H VÀ LƯU LƯỢNG Q CHẢY QUA MẶT BẰNG áp lực TUABIN. Đập Cửa lấy F Cột nước tổng : Ht =ZA-ZF nước A NMáy S Công suất thiên nhiên: Pt =gQ(HA-HF) Với HA=ZA+pA/γ + V2A/2g và (ZA>>pA/γ + V2A/2g) Kênh hạ lưu  Pt = gQ(ZA-ZF) = gQHt watt Nếu Pt là kW, Q là m3/s và Ht là m: TRẮC DỌC Pt = 9.81QHt kW F S Mặt chuẩn 21 22 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 CỘT NƯỚC HỬU ÍCH Hhi CỘT NƯỚC HỬU ÍCH Hhi Đó là cột nước địa hình và trừ đi tất cả H hi  H t   dh duongdai   dh cucbo các tổn thất năng lượng dòng chảy (đường dài và cục bộ) khi di chuyển từ:  dh duongdai  Tổng tổn thất đường dài: hầm, áp lực  cửa lấy nước  dh cucbo Tổng tổn thất cục bộ: chắn rác, tiết diện đổi đ/ngột, đổi phương d/chảy  đi qua đường dẫn Đường năng  đường ống áp lực và đến trước tuabin. lượng TRẮC DỌC F 23 24 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 4
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 CHÚ Ý  Pe = tPt = tgQHt (Watt) CÔNG SUẤT CÓ ÍCH THIÊN NHIÊN Với t chỉ hiệu suất tổng của NM, phụ thuộc vào: TRƯỚC TUA BIN - Mất năng khi dòng chảy đi từ hồ đến NM P1 = gQHhi (watt) (58%) CÔNG SUẤT CÓ ÍCH SAU MÁY PHÁT - Mất năng do tuabin (515%) - Mất năng do máy phát (13%). Trong trường hợp tính theo Hhi: t dao động trong khoảng 76%88%. Pe = tuabin mayphat *P1 Với t trung bình là 82%, ta có: = tuabin mayphat gQHhi (watt)  Pe = 8QHt (kW) 25 26 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 MẤT NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG DÀI • Manning (kênh): Bài tập 1. Dự án thuỷ điện có các thông số L V2 sau: dh1   . ( m) D 2g - Cột nước địa hình (tổng): Ht =300 m. • Hazen-Williams (hầm): 1,85 - Lưu lượng qua tua bin: Q=50 m3/s. 10,68L  Q  a. Xác định công suất thiên nhiên (MW). dh1  4.87   d  C HW  b. Giả sử hiệu suất tổng NM là t=0.80. Tính Với : hệ số mất năng đường dài, L: chiều dài, công suất phát ra từ NM (MW). 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. 27 28 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 Bài tập 2. Lấy lại số liệu bài 1. NM có đường Bài tập 3. Lấy số liệu bài 1 với đường dẫn hầm đường kính 4m, dài 5km. Đường nước là kênh hình thang dài 5km có độ ống áp lực đường kính 3m dài 500m. dốc i=0.001 (giả thiết chảy đều). Đường a. Xác định tổn thất năng lượng trong ống áp lực d=3m và dài 500m. đường hầm và đường ống áp lực theo a. Tính mất năng trong đường ống áp lực Manning với 1=10-2 cho đường hầm với tính theo Hazen-Williams với CHW=130. 2=0.8*10-2 cho đường ống áp lực. b. Tính cột nước hiệu ích. b. Tính cột nước hiệu ích và công suất hửu c. Công suất phát ra từ NM, cho biết hiệu ích (MW) cuối đường ống tương ứng. suất tổng của máy phát & tuabin là =0.85. 29 30 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 5
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 máy:  Pi = gQmaxHtt (W) Qmax: lưu lượng lớn nhất qua NM.  Công suất lắp đặt trong Htt : cột nước tính toán. nhà máy thủy điện Htt  được xác định là hàm của cột (Powerhouse). nước hiệu ích trong cả chuỗi điều tiết (xem sau). : tích hiệu suất tuabin & máy phát. 31 32 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 CỘT NƯỚC TÍNH TOÁN KINH NGHIỆM Giá trị tham khảo của : H tt  92.5%H tb H hi = tuabin . mayphat (1) voi H tb  N N tuabin = 0.85  0.94 (2) H tt  H hi _ min  (H hi _ max  H hi _ min ) mayphat = 0.95  0.98 voi  ]0,1[ CHÚ Ý: • Hhi_min < Htt < Hhi_max H hi  H t  dh i i  • (2) dùng khi dao động mực nước hồ bé 33 34 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 Note: NĂNG LƯỢNG CỘNG DỒN E - Htt < Hhi_max = MNDBT – MNHL – dhmax Theo định nghĩa: (hồ chứa đầy, MNDBT, Qmax tổn thất E =P(watt).t(s) (joule=watt-seconde) max  Hhi_max). Với E= P.t /1000/3600 (kWh). - Htt> Hhi_min = MNC - MNHL – dhmax Công suất thiên nhiên: (mực nước hồ nhỏ nhất, MNC, Qmax mất Pt=9.81QHt (kW) năng max  Hhi_min). Giả thiết Ht không đổi trong khoảng thời gian T(s). Năng lượng E trong khoảng t/gian T(s)  TRONG THỰC TẾ SẢN XUẤT  Htt XÁC là: ĐỊNH TỪ BÀI TOÁN KINH TẾ. T T E (kj)   Pt dt  9.81H t  Qdt  9.81H tVu 35 0 0 36 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 6
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 0 (s)  T (s). Bài tập 4. Một dự án thuỷ điện có các tham số: Tính E theo kWh: - Lưu vực : S =400km2. 9.81H t Vu H t Vu E(kWh )   - Module dòng chảy : qm =60 l/s/km2. 3600 367 - Cột nước tổng : Ht = 500m Giả thiết hiệu suất tổng NM t=0.74 ta có: a. Tính lưu lượng trung bình Q0 dòng chảy và H t Vu H t Vu thể tích nước đến hồ trong 1 năm. E(kWh )    367 500 b. Tính gần đúng năng lượng tích trử trong 1 năm (Etb, tr.kWh), giả thiết hiệu suất tổng NM Ý nghĩa: Với Vu=1m3 nước chứa ở cao độ là 0.74. Ht=500m so với mặt chuẩn sẽ phát ra năng lượng E=1 kWh. 37 38 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 SỐ GIỜ CHẠY CÔNG SUẤT LẮP MÁY (T) KHẢ NĂNG ĐIỀU TIẾT CỦA HỒ T=Eanuelle/Pi (h)  = Whi/Va (01) Eanuelle: năng lượng trung bình hàng năm Whi dung tích hữu ích hồ (niv. Min  niv. Max). Pi: công suất lắp MN Va thể tích nước đến hồ TB trong 1 năm. NM trung bình & lớn : (3500h4200h). - Hồ điều tiết ngày :  < 12% NM nhỏ : ( 5000h(?) > T >4000h). - Hồ điều tiết tuần, tháng:  : 1-2%5-6% Nhận xét: - Hồ điều tiết năm  : 5-6%12-14% T > 6000h  Có thể lắp thêm công suất  mở - Hồ điều tiết nhiều năm  >12-14% rộng NM T < 3000h  NM có công suất lắp “thừa !!!” 39 40 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 THỜI GIAN LÀM ĐẦY HỒ (TÍCH NƯỚC) Bài tập 5. Dự án TĐ có các tham số sau: Tr =Vu/Qa (h) - Lưu lượng TB : Q0 = 90m3/s Vu dung tích hữu ích (m3) - Cột nước tính toán : Htt = 120m. Qa lưu lượng TB (m3/h). a. Giả thiết hiệu suất tổng là =0,74, tính gần 1. Tr < 2 h : NM máy chạy theo lưu lượng đúng năng lượng TB năm khi lấy Ht=Htt. thiên nhiên. b. Giả thiết số giờ chạy công suất lắp máy là 2. 2h
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 6. Một dự án TĐ có: Số liệu: - Đường hầm d=4m,dài 4km - Đường ống áp lực d=2.8m dài 250m. Mất năng T 1 2 3 4 5 6 lượng tính theo H-W có CHW=100 cho đường hầm và 120 cho đường ống: H(m) 380 375 370 365 360 355 Cho biết: Q(m3/s) 60 60 60 60 40 40 - Hiệu suất tuabin & máy phát là t = 0.833 - Công suất lắp máy Pi =144 MW T 7 8 9 10 11 12 Cột nước tự nhiên H và lưu lượng Q lấy ra khỏi H 340 345 355 370 375 380 hồ theo thời gian xem bảng sau (1 tháng có Q 40 40 40 60 60 60 30 ngày). Tính năng lượng năm (tr.kWh). 43 44 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Qưy hoạch khai thác 45 PGS. TS. Nguyễn Thống 8