1
1/12/2016 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH
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
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
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.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
4
LƯU VỰC
(km2) (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
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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 Sb gia tăng khi vị trí S di chuyển về hạ lưu.
- Sb được xác định từ bản đồ có tỷ lệ 1/50000
1/200000.
- Đơn vị sử dụng km2 :
Lưu vực bé : Sb<10-50 km2
Lưu vực trung bình : 10-50km2 <Sb<800-1000 km2
Lưu vực lớn : Sb>1000 km2
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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 C
s
Độ dốc i=dz/dS (m/km)
(0.1 50)
Phổ biến độ dốc giảm
khi về hạ lưu
2
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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.
Lưu lượng trung bình tháng: Thể tích
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)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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).
Qm (m3/s)
T(th)
0
Qi (m3/s)
Ti
Q(t)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
11
CHUỖI LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN W(t)
T(th)
W (m3)
0
tan(α)=ΔW/ ΔT =Qi
Ti
Chú ý: Đường luôn luôn tăng hoặc nằm ngang vì Qi>=0
ii
t
0
tQdt)t(Q)t(W
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
12
•DÒNG CHẢY LŨ
Qmax-p=0.1% Q (m3/s)
0
p=0.1% (tần suaát xuaát hieän)
p=0.2%
Qmax-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%
Qmax-p=5%
3
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
15
“Lưỡi” bùn cát
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
16
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);
Nhà máy TĐ Trạm biến thế.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
17
THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH
(Lưới chắn rác)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
18
4
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
19
(Trạm tăng áp)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
20
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
21
Kênh dẫn
NMáy
Cửa lấy
nước
Bể áp lực
Đường ống
áp lực
Đập
Kênh hạ lưu
MẶT BẰNG
Hồ
A
F
F
A
Mặt chuẩn
TRẮC DỌC
B
S
S
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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 + V2A/2g và (ZA>>pA/γ + V2A/2g)
Pt = gQ(ZA-ZF) = gQHt watt
Nếu Pt là kW, Q là m3/s và Ht là m:
Pt = 9.81QHt kW
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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:
cửa lấy nước
đi qua đường dẫn
đường ống áp lực và đến trước tuabin.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
24
F
TRẮC DỌC
CỘT NƯỚC HỬU ÍCH Hhi
cucboduongdaithi dhdhHH
duongdai
dh
cucbo
dh
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
5
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
25
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%)
-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
26
CHÚ Ý
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)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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(
g2
V
.
D
L
dh 2
1
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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).
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 2: Tài nguyên & Quy hoạch khai thác
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.