THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MÔN KỸ THUẬT 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
PGS. TS. NGUYỄN THỐNG
Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr
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.
Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/
Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện.
2
4/4/2013
1
Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
Nối đỉnh
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác TÀI NGUYÊN NƯỚC & KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG
ĐỊA HÌNH Tiểu lưu vực
TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN I. Ranh giới lưu vực đến v/trí S
s1
LƯU VỰC
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.
Đường dốc nhất
S
(km2) (tỷ lệ 1/50000)
3
4
GIỚI HẠN MỘT LƯU VỰC
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 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.
Z z - Giới hạn bởi các đường nối đỉnh địa hình, đường có độ dốc lớn nhất tại vị trí nối điểm thoát nước. m Độ dốc i=dz/dS (m/km) (0.1 50) Phổ biến độ dốc giảm khi về hạ lưu - Diện tích Sb gia tăng khi vị trí S di chuyển về hạ lưu. - Sb được xác định từ bản đồ có tỷ lệ 1/50000 S 1/200000. 0 s C M(s,z) Sb<10-50 km2 C
5
6
Sb>1000 km2 S
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
1
- Đơn vị sử dụng km2 :
Lưu vực bé :
Lưu vực trung bình : 10-50km2 Lưu lượng trung bình ngày: Thể tích Lưu lượng trung bình tháng: Thể tích 7 8 Qi (m3/s) T(th) 0 Ti 9 10 CHUỖI LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN W(t) p=0.1% (tần suaát xuaát hieän) p=0.2% • DÒNG CHẢY LŨ
Qmax-p=0.1% Q (m3/s)
Qmax-p=0.2% p=5% T (h) Qmax-p=5% 0 Chú ý: Đường luôn luôn tăng hoặc nằm ngang vì Qi>=0 W (m3) tan(α)=ΔW/ ΔT =Qi T(th) 0 12 11 Ti 2 ĐẬP MNDBT ĐÁY HỒ Thể tích bùn cát lắng đọng Vết nứt 13 14 Màng chống thấm 15 16 17 18 (Lưới chắn rác) 3 19 20 Bể áp lực Kênh dẫn Hồ Đập Cửa lấy
nước NMáy A Kênh hạ lưu 21 22 Mặt chuẩn 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 24 23 4 25 26 • Manning (kênh): • Hazen-Williams (hầm): 27 28 29 30 5 : tích hiệu suất tuabin & máy phát. 31 32 33 34 TRONG THỰC TẾ SẢN XUẤT Htt XÁC 35 36 6 37 38 < 12% : 5-6%12-14%
>12-14% 39 40 t=0.80, tính lưu lượng max Qmax(m3/s). 41 42 7 T 1 2 3 4 5 6 H(m) 380 375 370 365 360 355 Q(m3/s) 60 55 30 20 15 10 T 7 8 9 10 11 12 H 340 345 390 390 390 390 44 43 Q 9 20 40 45 70 70 45 Ntn 209.3 191.2 106.9 71.0 52.7 34.7 dh1 4.92 4.19 1.36 0.64 0.38 0.18 dh2 19.42 16.53 5.39 2.54 1.49 0.71 Nkhanang 174.4 159.2 89.1 59.1 43.9 28.9 dh 24.34 20.72 6.75 3.19 1.87 0.88 Nthuc 144.0 144.0 89.1 59.1 43.9 28.9 Hhi 355.7 354.3 363.2 361.8 358.1 354.1 E 103.7 103.7 64.1 42.6 31.6 20.8 dh1 12.00 0.64 2.32 2.89 6.54 6.54 Ntn 28.9 67.1 148.5 165.9 245.6 245.6 dh2 0.58 2.54 9.17 11.40 25.82 25.82 Nkhanang 24.1 55.9 123.7 138.2 204.6 204.6 dh 12.58 3.19 11.49 14.29 32.37 32.37 Nthuc 24.1 55.9 123.7 138.2 144.0 144.0 Hhi 327.42 341.81 378.51 375.71 357.63 357.63 E 40.2 89.1 99.5 103.7 103.7
46 17.3
PGS. TS. Nguyễn Thống 47 8THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
Lưu lượng Q: thể tích nước đi ngang
qua một diện tích ướt trong đơn vị thời
gian (s).
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)
nước 24h / 86400.
Cường độ mưa (mm/h, l/s/ha).
Thấm vào đất.
Bốc hơi.
nước tháng/Thời gian tháng.
Module dòng chảy qm(l/s/km2)
qm=Q0/Sb (Q0: lưu lượng trung bình năm
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
lưu vực, Sb diện tích lưu vực)
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
Ví dụ vùng Vu Gia-Thu Bồn : qm = 40 90
l/s/km2).
Q(t)
Xét lưu vực 200km2, lưu vực có
qm=60l/s/km2 Lưu lượng Q0 của khu
vực là:
CHUỖI DÒNG CHẢY THEO THỜI GIAN
Qm (m3/s)
Q0 =200*60/1000 = 12m3/s
(Q0 lưu lượng trung bình năm)
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
• 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).
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
ĐẶC TRƯNG:
- Lưu lượng đỉnh lũ.
- Tổng thể tích trận lũ.
- Dạng đường dòng chảy lũ.
- Thời gian kéo dài trận lũ.
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
ẢNH HƯỞNG
Thượng lưu
LƯU LƯỢNG CHẤT RẮN
(khối lớn, sỏi, sạn, cát, bụi min…)
Hồ chứa
Bùn cát lắng đọng
sau N năm
Vận chuyển đáy.
Vận chuyển lơ lửng.
Nguyên nhân gây cạn hồ chứa giảm thể tích
Hạ lưu
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.
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
“Lưỡi” bùn cát
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH CHÍNH
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);
PGS. TS. Nguyễn Thống
Nhà máy TĐ Trạm biến thế.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
(Trạm tăng áp)
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
B
Đường ống
áp lực
MẶT BẰNG
ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN
CÔNG SUẤT SẢN XUẤT PHỤ THUỘC VÀO
CỘT NƯỚC H VÀ LƯU LƯỢNG Q CHẢY QUA
TUABIN.
F
A
S
A/2g và (ZA>>pA/γ + V2
A/2g)
TRẮC DỌC
F
S
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
Cột nước tổng : Ht =ZA-ZF
Công suất thiên nhiên: Pt =gQ(HA-HF)
Với HA=ZA+pA/γ + V2
Pt = gQ(ZA-ZF) = gQHt watt
Nếu Pt là kW, Q là m3/s và Ht là m:
Pt = 9.81QHt kW
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
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
các tổn thất năng lượng dòng chảy
(đường dài và cục bộ) khi di chuyển từ:
cửa lấy nước
đi qua đường dẫn
đường ống áp lực và đến trước tuabin.
TRẮC DỌC
F
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
CÔNG SUẤT CÓ ÍCH TẠI MÁY PHÁT
Pe = tPt = tgQHt (Watt)
Với t chỉ hiệu suất tổng của NM, phụ thuộc vào:
- Mất năng khi dòng chảy đi từ hồ đến NM
(58%)
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
CHÚ Ý
CÔNG SUẤT CÓ ÍCH THIÊN NHIÊN
TRƯỚC TUA BIN
P1 = gQHhi (watt)
CÔNG SUẤT CÓ ÍCH SAU MÁY PHÁT
= tuabin mayphat gQHhi (watt)
Trong trường hợp tính theo Hhi:
Pe = tuabin mayphat *P1
PGS. TS. Nguyễn Thống
- Mất năng do tuabin (515%)
- Mất năng do máy phát (13%).
t dao động trong khoảng 76%88%.
Với t trung bình là 82%, ta có:
Pe = 8QHt (kW)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
MẤT NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG DÀI
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).
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.
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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.
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.
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.
c. Công suất phát ra từ NM, cho biết hiệu
b. Tính cột nước hiệu ích và công suất hửu
ích (MW) cuối đường ống tương ứng.
suất tổng của máy phát & tuabin là =0.85.
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
CÔNG SUẤT LẮP MÁY PI
thủy
Công suất lắp đặt trong
nhà máy
điện
(Powerhouse).
Công suất lắp máy:
Pi = gQmaxHtt (W)
Qmax: lưu lượng lớn nhất qua NM.
Htt : cột nước tính toán.
Htt được xác định là hàm của cột
nước hiệu ích trong cả chuỗi điều
tiết (xem sau).
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
CỘT NƯỚC TÍNH TOÁN KINH NGHIỆM
(1)
(2)
Giá trị tham khảo của :
= tuabin . mayphat
tuabin = 0.85 0.94
mayphat = 0.95 0.98
CHÚ Ý:
• Hhi_min < Htt < Hhi_max
• (2) dùng khi dao động mực nước hồ bé
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
NĂNG LƯỢNG CỘNG DỒN E
E =P(watt).t(s) (joule=watt-seconde)
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 mất
năng max Hhi_min).
Theo định nghĩa:
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:
ĐỊNH TỪ BÀI TOÁN KINH TẾ.
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
S =400km2.
Ht = 500m
Bài tập 4. Một dự án thuỷ điện có các tham số:
- Lưu vực :
- Module dòng chảy : qm =60 l/s/km2.
- Cột nước tổng :
a. Tính lưu lượng trung bình Q0 dòng chảy và
thể tích nước đến hồ trong 1 năm.
b. Tính gần đúng năng lượng tích trử trong 1
năm (Etb, tr.kWh), giả thiết hiệu suất tổng NM
là 0.74.
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.
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
SỐ GIỜ CHẠY CÔNG SUẤT LẮP MÁY (T)
KHẢ NĂNG ĐIỀU TIẾT CỦA HỒ
= Whi/Va (01)
T=Eanuelle/Pi (h)
Eanuelle: năng lượng trung bình hàng năm
Pi: công suất lắp MN
NM trung bình & lớn : (3500h4200h).
NM nhỏ : ( 5000h(?) > T >4000h).
Nhận xét:
T > 6000h Có thể lắp thêm công suất mở
Whi dung tích hữu ích hồ (niv. Min niv. Max).
Va thể tích nước đến hồ TB trong 1 năm.
- Hồ điều tiết ngày :
- Hồ điều tiết tuần, tháng: : 1-2%5-6%
- Hồ điều tiết năm
- Hồ điều tiết nhiều năm
rộng NM
T < 3000h NM có công suất lắp “thừa !!!”
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
Bài tập 5. Dự án TĐ có các tham số sau:
Q0 = 90m3/s
- Lưu lượng TB :
- Cột nước tính toán :
Htt = 120m.
a. Giả thiết hiệu suất tổng là =0,74, tính gần
Qa lưu lượng TB (m3/h).
đúng năng lượng TB năm khi lấy Ht=Htt.
THỜI GIAN LÀM ĐẦY HỒ (TÍCH NƯỚC)
Tr =Vu/Qa (h)
Vu dung tích hữu ích (m3)
1. Tr < 2 h : NM máy chạy theo lưu lượng
b. Giả thiết số giờ chạy công suất lắp máy là
thiên nhiên.
4200h, tính công suất lắp máy Pi(MW).
2. 2h
c. Giả thiết hiệu suất của tuabin & máy phát là
tiết ngày, tuần).
3. Tr > 400 h : NM với hồ (điều tiết tháng, năm,
d. Cho biết dung tích hữu ích hồ là 350 tr.m3.
nhiều năm).
PGS. TS. Nguyễn Thống
Tính hồ.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
Số liệu: Xem Nang luong_lap bang.xls
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 theo thời
gian xem bảng sau (1 tháng có 30 ngày).
Tính năng lượng năm (tr.kWh).
PGS. TS. Nguyễn Thống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
Hướng dẫn:
Hướng dẫn: Cột nước hữu ích Hhi
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Qưy hoạch khai thác
PGS. TS. Nguyễn Thống
Có thể bạn quan tâm
Tài liêu mới