Tải bản đầy đủ
Chương 2: xác định các thông số chủ yếu của trạm thuỷ điện

Chương 2: xác định các thông số chủ yếu của trạm thuỷ điện

Tải bản đầy đủ

Đối với các ngành lợi dụng tổng hợp khi MNDBT tăng thì V hi tăng dẫn
đến lợi ích cho các ngành cấp nớc, phòng lũ, giao thông thuỷ và nuôi
trồng thuỷ sản tăng.
Đối với lợi ích về phát điện khi MNDBT tăng thì công suất của TTĐ
ban đầu tăng nhanh, nhng khi MNDBT tăng đến một giới hạn nào đó thì
độ tăng công suất của TTĐ giảm mạnh vì khi đó lợng nớc sử dụng để
phát điện tăng không nhiều và vị trí của TTĐ chuyển dần xuống làm việc
phần thân của biểu đồ phụ tải.
MNDBT
Nty

Nty

Nty

Biểu đồ quan hệ giữa MNDBT với chỉ tiêu năng lợng
2. Quan hệ giữa chi phí với MNDBT.
Khi MNDBT càng tăng thì vốn đầu t và chi phí hàng năm của TTĐ
cũng tăng nhanh vì:
- Khối lợng đập tăng nhanh.
- Khi đập càng cao thì chi phí vào xử lý nền đập càng lớn.
- Ngập lụt phía thợng lu tăng nhanh dẫn đến đền bù vào việc di dân
tái định c, môi trờng cũng tăng lên.
MNDBT

MND
Ktđ

MND
Ktđ

Ktđ

trang 22

Biểu đồ quan hệ giữa chi phí với MNDBT
2.1.3. Các bớc xác định MNDBT .
- Xác định giới hạn trên MNDBT max và giới hạn dới MNDBTmin của
MNDBT.
MNDBTmax đợc xác định trên cơ sở phân tích điều kiện địa hình, địa
chất, môi trờng.
MNDBTmin đợc xác định theo yêu cầu tối thiểu của các ngành LDTH.
- Giả thiết các phơng án MNDBT trong giới hạn từ
MNDBTminữMNDBTmax.
- Với mỗi phơng án MNDBT ta sẽ xác định đợc mực nớc chết, công
suất tất yếu, công suất lắp máy tối u của TTĐ: MNC0 , Nty0 , Nlm0 .
- MNDBT đợc xác định trên cơ sở phân tích kinh tế, vì vậy ta phải xác
định đợc công trình thay thế hoặc giá của điện năng bảo đảm và điện
năng thứ cấp.
- Xác định đợc giá trị thu nhập ròng (ENPV) cho từng phơng án
MNDBT .
ENPV = B C =

N

bt ct

(1 + i )
t =1

t

Trong đó :
B : thu nhập của công trình quy về thời điểm hiện tại. Thời

điểm hiện tại có thể là lúc bắt đầu xây dựng công trình hoặc khi kết thúc
việc xây dựng công trình. Trong phân tích kinh tế B chính là chi phí quy
về hiện tại của công trình thay thế hoặc là tổng giá trị kinh tế của điện
năng bảo đảm và điện năng thứ cấp quy về hiện tại.
C : chi phí trực tiếp vào việc xây dựng công trình quy về thời
điểm hiện tại .
- Phơng án MNDBT đợc chọn là phơng án cho NPV max.
Trong đồ án này tôi đợc giao nhiệm vụ tính toán với MNDBT = 475 (m).
2.2. Xác định mực nớc chết.
2.2.1. Khái niệm (MNC).
MNC là mực nớc thấp nhất của hồ chứa trong điều kiện làm việc bình
thờng của hồ chứa. Khoảng cách từ MNDBT đến MNC gọi là độ sâu
công tác của hồ chứa (h ct). Phần dung tích nằm giữa MNDBT và MNC
gọi là dung tích hữu ích của hồ chứa (Vhi). Phần dung tích nằm dới MNC
gọi là dung tích chết(Vc).
2.2.2. Các yếu tố ảnh hởng đến MNC.
1. Quan hệ giữa lợi ích với MNC.
Đối với các ngành lợi dụng tổng hợp (LDTH): khi h ct tăng thì Vhi tăng
làm cho lợi ích của các ngành LDTH phía hạ lu tăng, đối với các ngành
LDTH phía thợng lu thì chỉ có ngành nuôi trồng thuỷ sản là có lợi, còn các
ngành khác không có lợi.
trang 23

Đối với phát điện : ban đầu khi h ct tăng thì điện năng bảo đảm tăng,
nhng nếu tiếp tục tăng hct đến một giá trị nào đó thì điện năng bảo đảm
sẽ giảm. Mặt khác, nếu dới TTĐ thiết kế có một số TTĐ nằm trong hệ
thống bậc thang thì độ sâu công tác của hồ trên càng lớn càng làm tăng
sản lợng điện của các hồ dới.
2. Quan hệ giữa chi phí với MNC.
Khi thay đổi hct thì vốn đầu t vào đập dâng, công trình xả lũ, di dân tái
định c không thay đổi vì MNDBT = const, chỉ có phần vốn đầu t vào
cửa lấy nớc, nhà máy, thiết bị, đờng ống thay đổi, nhng thay đổi không
đáng kể so với tổng vốn đầu t vào công trình.
2.2.3. Xác định MNC khi đã biết trớc MNDBT.
Qua sự phân tích trên, ta thấy phải phân tích tính toán kinh tế kỹ thuật
có xét tới mọi ảnh hởng của sự biến đổi độ sâu công tác ở trạm thiết kế
và các trạm trong hệ thống bậc thang để xác định độ sâu công tác có lợi
nhất. Trong thiết kế sơ bộ, ta xác định h ct có lợi nhất theo tiêu chuẩn điện
lợng bảo đảm lớn nhất.
1. Xác định độ sâu công tác cho phép hctcf.
a. Xác định độ sâu công tác (hct) theo điều kiện làm việc của turbin:
Theo công thức kinh nghiệm thì:
Khi : Hmax < 170 m thì hTBct = 40% . Hmax
Hmax > 170 m thì hTBct = 30% . Hmax
Trong đó :
Hmax là cột nớc lớn nhất của TTĐ
Hmax = MNDBT Zhl(Qmin)
Qmin: Lu lợng nhỏ nhất chảy qua tổ máy về hạ lu. Sơ bộ có
thể lấy Qmin bằng lu lợng nhỏ nhất của liệt năm tính toán:
Qmin = 14,25 ( m3/s).
Tra quan hệ Qhl~Zhl ta đợc:
Zhl(Qmin) =367,7 (m).
Hmax = 475 367,7 = 107,3 (m) .

hTBct = 40%.107,3 = 42,92 (m).
Chọn hTBct = 43 (m).
b. Xác định hctcf theo điều kiện bồi lắng (tuổi thọ của công trình).

trang 24

MNDBT

MNC
d2
Zbc

D
d1

Hàng năm lợng bùn cát lắng đọng xuống lòng hồ là W bl = 1,22.106
(m3/năm). Lợng bùn cát bồi lắng trong thời gian đời sống kinh tế của
công trình là:
Wbc = Wbl .Tkt
Trong đó : Tkt là đời sống kinh tế của công trình (chọn Tkt = 100 năm).
Wbc = 122.106 (m3)
Tra quan hệ W = f(z) ta có cao trình bùn cát bồi lắng : Z bc = 409 (m).
Theo điều kiện bồi lắng ta có :
hblct = MNDBT (Zbc + d1 + D + d2)
Trong đó:
hblct - Độ sâu công tác cho phép theo điều kiện bồi lắng hồ chứa.
d1- khoảng cách đảm bảo không cho bùn cát chảy vào đờng ống.
d2 - khoảng cách đảm bảo không cho không khí lọt vào đờng ống.
D - Chiều cao của cửa lấy nớc.
Chọn sơ bộ : d1 = 3 (m) , d2 = 2 ( m ).
Chiều cao cửa lấy nớc xác định theo công thức sau .
D=

4Q T max
Vcv

Trong đó : Vcv : vận tốc trong cửa lấy nớc , chọn Vcv = 0,7 (m).
QTmax : lu lợng lớn nhất chảy trong một đờng ống.
Q T max =

Q TD max
Z

Z : số tổ máy của TTĐ. Sơ bộ chọn z = 2.
QTĐ max : lu lợng lớn nhất của TTĐ . Sơ bộ lấy:
QTĐ max = 3.( Qtnmk +


QTĐ max = 3.( 29,38 +

Vhi
K.2,62.10 6

)

1721.10 6
) = 370 (m3/s).
7.2,62.10 6

trang 25



D=

4Q T max
4.370
=
= 18(m)
Vcv
2..0,7

hblct = MNDBT (Zbc + d1 + D + d2) = 475-(409+3+18+2) = 43(m).
Vậy hctcf = Min(hTBct,hblct) = 43 (m).
2. Xác định MNC.
- Giới hạn dới của MNC là :
[MNC] = MNDBT - hctcf = 475 - 43 = 432(m).
- Giả thiết các phơng án MNC là: 432;433;440 (m). Với các phơng án
đó ta thấy hệ số điều tiết dòng chảy [>0,4], vì vậy hồ có khả năng điều
tiết nhiều năm.
- Tính toán điều tiết cho liệt năm thuỷ văn theo phơng pháp công suất
bằng hằng số ta đợc kết quả sau:
MNC(m)

432

433

440

Nbđ(MW)

77,8

78,1

77,1

- Từ bảng kết quả trên tôi chọn MNC = 433(m).
2.3. Xác định công suất bảo đảm.
2.3.1. Khái niệm (Nbđ):
Công suất bảo đảm (Nbđ) là công suất bình quân thời đoạn tính toán tơng ứng với mức bảo đảm tính toán của TTĐ. Công suất bảo đảm là một
thông số cơ bản của trạm thuỷ điện bởi khả năng phủ phụ tải của TTĐ
lớn hay nhỏ chủ yếu là do công suất bảo đảm quyết định. Nó chỉ ra mức
độ tham gia vào cân bằng công suất điện lợng trong hệ thống điện.
Đối với: TTĐ điều tiết nhiều năm , thời đoạn tính toán là năm.
TTĐ điều tiết mùa, thời đoạn tính toán là mùa kiệt.
TTĐ điều tiết ngày hoặc không điều tiết, thời đoạn tính toán là
ngày.
2.3.2. Xác định công suất bảo đảm cho TTĐ L2:
Giả thiết các giá trị Ngt khác nhau, tính toán thuỷ năng cho liệt năm và
duy trì công suất bằng công suất giả thiết, ứng với mỗi giá trị N gt ta xác
định đợc tần suất p. Giá trị Ngt nào có p=ptk thì đó là công suất bảo đảm.
1. Nội dung của phơng pháp tính toán thuỷ năng theo công suất bằng
hằng số. (Mục này đợc trình bày trong phần chuyên đề Đồ án tốt
nghiệp).
2. Kết quả tính toán:( đợc ghi ở phụ lục 1).
Với MNDBT=475(m), MNC=433(m) ta xác định đợc công suất bảo
đảm: Nbđ = 78,1 (MW).
2.4. Xác định công suất lắp máy.
2.4.1. Khái niệm (Nlm).
Công suất lắp máy của TTĐ là tổng công suất định mức của các máy
phát lắp trên TTĐ. Công suất lắp máy đồng thời cũng là công suất lớn
nhất mà TTĐ có thể phát ra.
trang 26

2.4.2. Xác định công suất lắp máy (Nlm).
Công suất lắp máy đợc xác định trên cơ sở phân tích kinh tế theo tiêu
chuẩn:
ENPV = B C =

N

bt ct

(1 + i )
t =1

t

max.

Nhng để xác định đợc B (lợi ích của TTĐ quy về thời điểm hiện tại) thì
phải tiến hành cân bằng công suất trong hệ thống để xác định đợc công
suất tất yếu của TTĐ (Nty). Từ Nty ta sẽ xác định đợc quy mô của công
trình thay thế và toàn bộ chi phí trực tiếp vào công trình thay thế quy về
hiện tại( B = C tt ). Đây là công việc rất phức tạp đòi hỏi nhiều tài liệu. Vì
vậy trong phạm vi đồ án tốt nghiệp tôi xác định công suất lắp máy theo
các công thức kinh nghiệm:
+ Theo kinh nghiệm thiết kế: Nlm = (2 ữ 5).Nbđ .
Tuỳ vào khả năng điều tiết của hồ chứa, hình dáng của biểu đồ phụ
tải, vị trí làm việc của TTĐ mà ta chọn hệ số cho thích hợp.
+ Theo kinh nghiệm thiết kế và vận hành của các TTĐ trong hệ thống:
thì số giờ lợi dụng công suất lắp (hld) thờng lấy bằng (3500 h ữ 5000 h).
h ld =

E nn
= ( 3500 h ữ 5000 h ) .
N lm

Với Nbđ = 78,1 (MW), giả thiết Nlm trong khoảng từ 2 đến 5 lần công
suất bảo đảm tơng ứng ta có các giá trị sau: N lm = 180;200;220;240;260
(MW), ứng với mỗi phơng án Nlm ta sẽ xác định đợc điện năng trung bình
nhiều năm E nn và số giờ lợi dụng công suất lắp máy h ld. Tổng hợp lại ta
có bảng kết quả sau:
Bảng kết quả xác định Nlm
Nlm(MW)
hld(h)
E nn (MW.h)
180
200
220
240
260

752933
760931
768109
773425
778022

4183
3804
3492
3222
2992

Căn cứ vào bảng kết quả trên ta chọn N lm=200(MW), khi đó E nn
=760931(MW.h) và số giờ lợi dụng công suất lắp máy là h ld = 3804 (h).
2.5. Xác định các cột nớc đặc trng .
2.5.1. Xác định các cột nớc tính toán.
1. Khái niệm (Htt):
Cột nớc tính toán là cột nớc nhỏ nhất mà ở đó TTĐ vẫn phát đợc công
suất lắp máy.
2. Các yếu tố ảnh hởng đến việc chọn cột nớc tính toán.
trang 27

P

H

Htt

TTĐ

TNĐ
I

IX

V

XII

Nlm

N

- Về mặt phát điện: Khi cột nớc tính toán lấy lớn, thì vào đầu mùa lũ và
cuối mùa kiệt (khoảng tháng 5, tháng6), tuy chúng ta có lu lợng lớn nhng
mực nớc trong hồ thấp do đó cột nớc thấp , nên TTĐ không phát đợc
công suất lớn (do bị hạn chế về turbin). Nếu đầu mùa lũ yêu cầu phụ tải
nhỏ thì không ảnh hởng gì, nhng thực tế hiện nay những tháng đó yêu
cầu phụ tải đòi hỏi rất lớn do đó gây nguy hiểm cho an toàn cung cấp
điện. Vì vậy khi xác định cột nớc tính toán cần xem xét đến vấn đề này.
- Về mặt thiết bị: Nếu cột nớc tính toán nhỏ thì thiết bị lớn, dẫn tới nhà
máy phải lớn, tăng tiền đầu t vào thiết bị và nhà máy.
3. Cách xác định cột nớc tính toán.
Trong đồ án này tôi xác định cột nớc tính toán theo công thức kinh
nghiệm:
Htt = (0,9 ữ 0,95).Hbq
Trong đó:
Hbq: cột nớc bình quân gia quyền, là cột nớc mà TTĐ thờng xuyên
làm việc trong điều kiện bình thờng.
H bq =

N.H = 3861481,28 = 96,2(m)
N 40160,28


Htt = (86,6 ữ 91,4) (m).
Vậy ta chọn Htt =87 (m).
2.5.2. Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ.
1. Xây dựng quan hệ (Q&H) khi MNTL=MNDBT.
Qtđ
Zhl

12,4

19,0

36

61,8 95,0 172,1 215,4 262,5 360,3 410,8 465 522,4

367,7 367,8 368 368,2

368 368,9 369,1 369,3 369,7 369,9 370 370,3

Htđ 107,3 107,2 107 106,8

106 106,1 105,9 105,7 105,3 105,1 104 104,7

2. Xây dựng quan hệ (Q&H) khi MNTL=MNC.
Qtđ 12,4 19,0
Zhl

367

36 61,8

367 368

Htđ 65,3 65,2

95,0 172,1 215,4 262,5 360,3 410,8 465,0 522,4

368 368,4 368,9 369,1 369,3 369,7 369,9 370,1 370,3

65 64,8

64,6

64,1

63,9

63,7

63,3

63,1

62,9

3. Xây dựng quan hệ (Q&H) khi N=Nmin .
trang 28

62,7

Sơ bộ chọn số tổ máy của TTĐ là Z= 2 tổ máy. Công suất tối thiểu của
một tổ máy là: Nmin=50%.Nlm/z = 50(MW).
Qtđ
50,0
70,0
80,0
110,0
Htđ
115,7
82,7
72,3
52,6

4. Xây dựng quan hệ (Q&H) khi N=Nlm .
Qtđ
200,0
215,4
262,5
266,1
Htđ
115,7
107,5
88,2
87,0
5. Xây dựng quan hệ (Q&H) theo đờng hạn chế turbin .
a. Xác định lu lợng lớn nhất Qmax:
Lu lợng phát điện lớn nhất khi TTĐ làm việc với công suất lắp máy, cột
nớc phát điện là cột nớc tính toán.
Q max =

N lm
200000
=
= 266(m 3 / s)
k.H tt 8,64.87

b. Xác định lu lợng chảy qua turbin khi Hx Lu lợng chảy qua tuốc bin khi Hx < Htt đợc xác định gần đúng nh sau:
Qx=

Q tt . H x
H tt

Trong đó :

Hx : cột nớc phát điện của TTĐ (HxQx : lu lợng phát điện ứng với Hx khi TTĐ làm việc với
công suất lớn nhất có thể.
Htt : cột nớc phát điện tính toán của TTĐ.
Qtt : lu lợng phát điện ứng với Htt khi TTĐ làm việc với công
suất lớn nhất có thể.
Qx
220.0
230.0
250.0
266.1
Hx
59.5
65.0
76.8
87.0

trang 29

2.5.3. Xác định các cột nớc đặc trng.
Từ biểu đồ phạm vi làm việc của trạm thuỷ điện ta xác định đợc các
thông số đặc trng của TTĐ đợc tổng hợp dới bảng sau.
TT

Thông số

Đơn vị

Trị số

1

Cột nớc lớn nhất Hmax

m

106,9

2

Cột nớc nhỏ nhất Hmin

m

64

3

Cột nớc bình quân Hbq

m

96,2

4

Cột nớc tính toán Htt

m

87

5

Lu lợng lớn nhất Qmax

m3/s

266

6

Lu lợng nhỏ nhất Qmin

m3/s

54

Bảng thông số tính toán thuỷ năng của TTĐ L2
TT

Thông số

Đơn vị

Trị số

trang 30

1

MNDBT

m

475

2

MNC

m

433

3

Dung tích toàn bộ Wtb

106m3

2138

4

Dung tích chết Wc

106m3

478,6

5

Dung tích hữu ích Vhi

106m3

1659,4

6

Cột nớc lớn nhất Hmax

m

106,9

7

Cột nớc nhỏ nhất Hmin

m

64

8

Cột nớc bình quân Hbq

m

96,2

9

Cột nớc tính toán Htt

m

87

10

Lu lợng lớn nhất Qmax

m3/s

266

11

Lu lợng nhỏ nhất Qmin

m3/s

54

12

Công suất lắp máy Nlm

MW

200

13

Công suất đảm bảo Nđb

MW

78,1

14

Số giờ sử dụng công suất lắp

h

3804

Phần III: lựa chọn thiết bị cho nhà máy thuỷ điện

trang 31

Chơng 1: Chọn số tổ máy
1.1. Các phơng án số tổ máy (Z).
Qua phần tính toán thuỷ năng tôi đã chọn đợc các thông số sau.
Công suất lắp máy :

NLm =200.103 (KW).

Cột nớc tính toán :

Htt = 87 (m).

Cột nớc bình quân :

Hbq = 96,2 (m).

Cột nớc lớn nhất

:

Cột nớc nhỏ nhất :

Hmax= 106,9 (m).
Hmin = 64 (m).

Lu lợng lớn nhất qua TTĐ :
Qmax = 266 (m3/s).
Thực chất của việc lựa chọn số tổ máy chính là việc tính toán kinh tế
chọn công suất lắp máy (Nlm) cho nên cần xem xét các yếu tố sau:
1.1.1.Các yếu tố ảnh hởng đến số tổ máy của TTĐ .
1.Về mặt kỹ thuật.
Trong quá trình làm việc của TTĐ các tổ máy có thể bị sự cố. Để đảm
bảo an toàn cung cấp điện thì trong hệ thống đã có một phần công suất
gọi là công suất dự trữ sự cố của hệ thống. Do đó ta phải chọn số tổ máy
tối thiểu của TTĐ sao cho công suất của một tổ máy (N tm) phải nhỏ hơn
hoặc bằng công suất dự trữ sự cố của hệ thống. Có nh vậy khi tổ máy
này hỏng thì hệ thống vẫn an toàn cung cấp điện. Trong hệ thống mà
TTĐ L2 làm việc đã lắp đặt những tổ máy có công suất rất lớn (Hoà Bình :
240 MW). Vì vậy về mặt kỹ thuật TTĐ L2 luôn đảm bảo.
2. Về mặt năng lợng.
Turbin phù hợp với các thông số của TTĐ
L2 là turbin tâm trục. Với turbin tâm trục thì
có max cao, nhng vùng có hiệu suất cao lại
hẹp. Cho nên muốn hiệu suất bình quân của
5% ~
PO ~
~ CQ
TTĐ cao thì nên chọn nhiều tổ máy. Hơn
nữa khi chọn số tổ máy nhiều thì phạm vi
điều chỉnh công suất (NminữNmax) sẽ rộng
hơn.
Quan hệ N và

3. Về mặt quản lý vận hành.
Khi số tổ máy ít thì việc quản lý vận hành thuận lợi hơn so với phơng
án số tổ máy nhiều.
4. Vốn đầu t vào thiết bị và xây dựng công trình.
Nếu chọn số tổ máy nhiều thì vốn đầu t vào thiết bị và công trình sẽ
tăng vì:
-Turbin và máy phát có công suất nhỏ thì giá thành đơn vị của nó lớn
hơn .
- Các thiết bị phụ kèm theo ( điều tốc, đờng ống áp lực, cửa van, cửa
nớc vào ) và các thiết bị cơ điện nhiều lên =>vốn đầu t tăng lên.
trang 32

N