Bài giảng Thủy điện

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa Cơng trình - Bộ mơn Thủy điện & NLTT

MÔN THỦY ĐIỆN

Hà Nội, 04/2021

1


NỘI DUNG MÔN HỌC
Gồm 3 phần: Thủy năng; Thiết bị thủy điện; Cơng trình thủy điện
Tài liệu:
- Giáo trình Thủy năng;
- Giáo trình Tuabin thủy lực;
- Giáo trình Cơng trình trạm thủy điện
- Tài liệu khác
Tài liệu:
- Giáo trình Thủy điện (bản lƣu hành nội bộ);
- Bài giảng pdf (lƣu hành nội bộ);

Đánh giá kết quả:
- Điểm quá trình (30%): Chuyên cần, làm bài tập, bài kiểm tra;
- Thi (70%): gồm 10 câu mỗi câu 1 điểm;
2


NỘI DUNG MƠN HỌC
Chương 1: Đánh giá trữ năng dịng chảy và
biện pháp khai thác thuỷ năng
 Chương 2: Tính tốn thủy năng xác định các

thơng số cơ bản của TTĐ
 Chương 3: Phân loại và cấu tạo các thiết bị
thuỷ điện
 Chương 4: Các đặc tính của tuốc bin nước
 Chương 5: Tính tốn lựa chọn tuốc bin cho
TTĐ


3


NỘI DUNG MƠN HỌC
Chương 6: Các cơng trình lấy nước và dẫn
nước của TTĐ
 Chương 7: Nước va và tháp điều áp
 Chương 8: Nhà máy thuỷ điện


4


Q TRÌNH + TÀI LIỆU HỌC TẬP
Q trình: 45 tiết học
+ Lý thuyết: 30t
+ Bài Tập + kiểm tra+ ĐAMH: 15t
- Tài liệu học tập:
+ GT Thủy năng-ĐHTL
+ GT Tuabin Thủy lực – ĐHTL
+ GT Cơng trình trạm thủy điện - ĐHTL
-

5


Chƣơng 1

ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG
DÒNG CHẢY VÀ BIỆN PHÁP
KHAI THÁC THỦY NĂNG

6


7


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC
Khái niệm: Thuỷ năng là năng lượng tiềm
tàng trong nước, thể hiện dưới 3 dạng: Hoá
năng, nhiệt năng và cơ năng.
+ Hoá năng: thể hiện trong việc làm thành các
dung dịch muối
+ Nhiệt năng: thể hiện ở sự chênh lệch giữa các
lớp nước trên mặt và dưới sâu
+ Cơ năng: thể hiện trong dòng chảy, sóng
nước, thuỷ triều ....


8

1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DỊNG NƢỚC
Mơn học Thuỷ năng: là ngành khoa học
nghiên cứu sử dụng, khai thác các nguồn
năng lượng nước.
1. Đánh giá trữ năng đoạn sông
 Công suất và điện lượng một đoạn sông.
 Xét đoạn sông giữa 2 mặt cắt 1-1 và 2-2
 Hiệu số năng lượng giữa 2 mặt cắt là:
E1-2 = E1 – E2


9


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC


Sơ đồ
Z
(m)

1
Z1
2
H
Z2

1
2

L
(km)
10


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC


Năng lượng chứa trong thể tích nước W(m3)
chảy qua mặt cắt 1-1 trong thời gian t(s) là:
2

P1 1V1 
E1   Z1  
 .W . ( Jun)

2g 


Trong đó:
+ Z1: cao trình mặt nước tại mặt cắt 1-1
+ P1: áp suất trên mặt nước tại mặt cắt 1-1
+ : trọng lượng riêng của nước
11

1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC
+ V1: lưu tốc dòng chảy ở mặt cắt 1-1
+ 1: hệ số xét đến phân bố không đều của lưu
tốc
+ g: gia tốc trọng trường.
 Giả thiết đoạn sơng trên khơng có nước bổ
sung vào và lấy ra (W=const), năng lượng
nước chảy qua 2-2 là:
2

P2  2V2 
E2   Z 2  
 .W . ( Jun)

2g 

12


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC


Năng lượng tiềm tàng của đoạn sông:

E1 2




P1  P2  1V12   2V22 
 E1  E 2  Z 1  Z 2  

.W .

2g



Cột nước toàn phần:
H 1 2




P1  P2  1V12   2V22 
 Z 1  Z 2  



2
g



Ta được: E1-2 = H1-2.W (jun)

13

1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DỊNG NƢỚC
Cột nước tồn phần trên bao gồm:
+ Cột nước địa hình: Hđh = Z1 – Z2
+ Cột nước áp suất: Has = (P1 – P2)/


+ Cột nước lưu tốc: H lt 

 1V12   2V22
2g

H1-2 = Hđh + Has + Hlt = Htĩnh + Hlt
+ Trong thực tế thì: P1  P2 , V1  V2 . Do đó:
Has  0; Hlt  0


14


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC
Năng lượng: E1-2 = (Z1 – Z2).W (jun)
 Năng lượng tiềm tàng cho bất kỳ đoạn sông
nào được biểu diễn: E = H.W. (J)
 Thay: W= Q.t và  = 9,81.103 N/m3 ,
Ta được: E = 9,81.103. H.Q.t (jun)
Mà ta có: 1w=1J/1s->1kwh = 3600.103 jun
-> Điện lượng đoạn sông

H .Q.t


E

367, 0

(kWh)

15


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DỊNG NƢỚC
Cơng suất của dịng nước trong đoạn sông
N = 9,81.103 Q.H (W)
= 9,81.Q.H (KW)
 Ý nghĩa: Công thức trên là quan trọng nhất
đặc trưng cho năng lượng thiên nhiên của một
đoạn sông, và công thức này là cơ bản nhất
để tính thuỷ năng


16


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC
2. Trữ năng theo lƣu vực sơng (hay con sơng)
 Để tính trữ năng của một lưu vực sơng, ta

phải phân nó ra thành nhiều đoạn sông.

17


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC
Nguyên tắc phân đoạn cần chú ý:
+ Phân đoạn từ đầu nguồn tới cửa sơng đối với
từng nhánh sơng trước, sơng chính sau thuộc lưu
vực, chiều dài phân đoạn ko quá lớn.
+ Mặt cắt phân đoạn lấy ở những nơi có Q và H
thay đổi đặc biệt ( hợp lưu các nhánh, độ dốc
thay đổi đột ngột như thác ghềnh)
+ Ngoài ra khi chọn mặt cắt phân đoạn cần chú ý
những nơi thuận tiện, cho khai thác và có thể
chọn làm tuyến xây dựng cơng trình.


18


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC
Điều tra thu thập tài liệu:
+ Căn cứ bản đồ địa hình, dự kiến các vị trí cần
phân đoạn, chuẩn bị bố trí các cơng việc cần
thiết khác. Sau đó đi thực địa để điều tra khảo
sát, chọn tuyến phù hợp với thực tế.
+ Tại các phân đoạn, đo đạc cao trình mặt

nước, lưu lượng bình qn từ đó vẽ quan hệ
Z~L và Q~L ( L là chiều dài đoạn sông)


19


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DỊNG NƢỚC
Tính cơng suất và vẽ biểu đồ trữ lƣợng
thuỷ năng
+ Công suất cho từng đoạn sông: Ni
N = 9,81.Q.H (kW)
+ Cột nước = cao trình đầu đoạn – cao trình
cuối đoạn ( cao trình đầu đoạn id, cao trình
cuối đoạn ic )
Hi = Zid - Zic
+ Lưu lượng đoạn: tính trung bình


Qid  Qic
Qi 
2

20


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DỊNG NƢỚC
+ Có các trị số Ni vẽ được đường biểu diễn

công suất cho từng đoạn sông: Ni ~ Li
+ Đường biểu diễn công suất trên một đơn vị
dài: Ni/Li ~ Li
+ Đường biểu diễn tổng công suất theo chiều
dài đoạn sông:  Ni ~ Li

21


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC


Biểu đồ thể hiện trữ năng của một con sông,
chưa kể sông nhánh.
Z, N L , Q, N
N

Z

Q

NL
L
(km)

22


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA

DÒNG NƢỚC
Nhận xét:
+ Độ dốc mặt nước càng về cuối càng giảm (do
đoạn ở miền núi dốc hơn đoạn đồng bằng).
Ngoại trừ trường hợp đặc biệt có thác ghềnh.
+ Đường biểu diễn lưu lượng, nhiều chỗ tăng
đột ngột do có lưu lượng ở ngồi đổ vào.
+ Công suất trên một đơn vị dài (NL) ở đầu và
cuối sông nhỏ hơn ở giữa.


23


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC
3. Các dạng trữ năng của dòng nƣớc
3.1. Trữ năng lý thuyết
 Theo lý thuyết như đã nêu trên, có thể tính
được trữ năng tiềm tàng của dòng nước.
 Trữ năng này là giá trị lớn nhất của dịng
nước. Do vậy đó gọi là trữ năng lý thuyết.

24


1-1. ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG CỦA
DÒNG NƢỚC
3.2. Trữ năng kỹ thuật
- Những nguyên nhân chính hạn chế việc sử dụng năng

lượng đó là:
+ Đoạn sơng khơng khai thác được do kỹ thuật xây dựng
không cho phép (không thể xây dựng được) hoặc do
khơng lợi về kinh tế.
+ Có thể khai thác được, nhưng các tổn thất lưu lượng và
cột nước quá lớn.
- Trữ năng kỹ thuật của một con sông là phần trữ năng lý
thuyết mà con người có thể khai thác được dưới góc độ kỹ
thuật và phù hợp với trình độ kỹ thuật của mình.
25