đồ án tốt nghiệp ngành năng lượng và thủy điện tái tạo

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 1 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
PHẦN I. TỔNG QUAN
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH
1.1 Vị trí địa lý
Thuỷ điện Nậm Đét dự kiến xây dựng tại xã Nậm Đét, huyện Bắc Hà, tỉnh
Lào Cai. trên dòng Nậm Đét, tuyến đập có toạ độ 104°19’45’’ kinh đông và
22°26’45” vĩ bắc.
1.2 Vị trí lưu vực
Vùng dự án nằm trong địa bàn xã Nậm Đét diện tích lưu vực F=138Km
2
có
độ cao biến đổi từ (180÷1400)m dốc dần theo hướng Bắc Đông Bắc- Nam Tây
Nam. Lưu vực mở rộng ở thượng lưu và thu nhỏ dần ở hạ lưu. Lũng sông hẹp, hai
bên sườn dốc đứng, lòng sông cắt sâu, độ dốc lòng sông khá lớn.
1.3 Đặc điểm lưu vực
lưu vực Nậm Đét chủ yếu là đất bùn, đất peralit với chiều dày lớp đất khoảng
(3-4) m, có khả năng thấm và giữ nước tốt. hầu như toàn lưu vực đã được che phủ
bởi rừng rậm cây thân gỗ và rừng hỗn hợp lá rộng, lá kim, rừng tái sinh. Rừng trên
lưu vực có tác động lớn đến sự bào mòn lưu vực, điều hoà dòng chảy, tham gia
chống lũ lụt cho hạ du đặc biệt là chống lũ quét ở thượng nguồn.
1.4 Nhiệm vụ công trình
Nhiệm vụ chủ yếu của công trình là phát điện hoà vào lưới điện quốc gia với
công suất lắp máy N
lm
= 6Mw. Sản lượng điện trung bình năm của nhà máy là
25 triệu kWh sẽ được đưa lên lưới điện Quốc gia. Công trình đi vào vận hành có tác
dụng nâng cao chất lượng điện cho lưới điện địa phương đặc biết là huyện Bắc Hà
tỉnh Lào Cai.
1.5 Sơ đồ khai thác thủy năng công trình
1.5.1 Phương thức khai thác kiểu đập
Phương pháp này có ưu điểm là tạo ra hồ chứa để tập trung và điều tiết lưu

lượng dòng chảy làm tăng khả năng phát điện trong mùa kiệt đồng thời có thể lợi
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 2 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
dụng tổng hợp như cắt lũ, chống lụt, cung cấp nước cho các ngành dùng nước.
Nhược điểm của phương pháp này là vốn đầu tư lớn và hồ chứa sẽ gây ngập lụt lớn
phía thượng lưu, ảnh hưởng tới dân sinh, môi trường.
Phương pháp này thích hợp với vùng trung du có địa hình, địa thế thuận lợi
để làm hồ chứa có dung tích lớn, ngập lụt ít.
1.5.2 Phương thức khai thác kiểu đường dẫn
Phương pháp này có ưu điểm là vốn đầu tư nhỏ do không phải xây đập cao
và không có hồ chứa nên không gây ngập lụt phía thượng lưu, ít ảnh hưởng tới dân
sinh , môi trường.
Phương pháp này có nhược điểm là không có hồ chứa để tập trung và điều
tiết lưu lượng dòng chảy, làm giảm khả năng phát điện trong mùa kiệt, không có
khả năng cung cấp nước cho các ngành dùng nước khác.
Phương pháp này thích hợp với vùng có độ dốc lớn, lòng sông hẹp.
1.5.3 Phương thức khai thác kiểu hỗn hợp
Khi vừa có điều kiện xây dựng hồ để tạo ra một phần cột nước và điều tiết
dòng chảy lại vừa có điều kiện luì tuyến nhà máy lại phía sau đập một đoạn để tận
dụng độ dốc lòng sông làm tăng cột nước thì cách tốt nhất là dùng phương pháp đập
dâng kết hợp đường dẫn. Phương pháp này tận dụng được các ưu điểm và đồng thời
cũng hạn chế các nhược điểm của các phương pháp trước.
 Chọn phương thức khai thác cho tram thủy điện Nậm Đét.
Phương thức khai thác thủy năng tôi chọn cho thủy điện Nậm Đét là phương
thức khai thác thủy năng kiểu đập.
1.6 Các tiêu chuẩn thiết kế
Theo TCXDVN 285-2002 thuỷ điện Nậm Đét thuộc công trình cấp III
 Tần suất thiết kế: P =85%
 Tần suất lũ thiết kế: P = 1%
 Tần suất lũ kiểm tra:P = 0,1%

Biểu đồ nhiệt độ không khí trung bình tháng tại các trạm đại biểu thể hiện
trong bảng I1-1 phụ lục
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 3 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
CHƯƠNG II TÀI LIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
2.1 Tài liệu khí tượng tại tuyến công trình
2.1.1 Nhiệt độ không khí
 Nhiệt độ bình quân 18,4
0
C
 Nhiệt độ cao nhất 35
0
C
 Nhiệt độ thấp nhất - 0,5
0
C
2.1.2 Độ ẩm không khí
Đặc trưng độ ẩm trong khu vực được thể hiện qua thống kê biến trình năm
độ ẩm tương đối của trạm khí tượng Bắc Hà
Biểu đồ độ ẩm không khí đặc trưng thể hiện trong bảng I2-1 phụ lục.
2.1.3 Tốc độ gió
Tại Bắc Hà, tốc độ gió trung bình năm tại là 1,1m/s,tốc độ gió trong năm tại
trạm Bắc Hà được đưa ra trong các bảng sau.
Tần suất xuất hiện hướng gió từng tháng trong năm bảng I2-2 phụ lục.
2.1.4 Chế độ mưa
Lượng mưa trung bình năm tại trạm Bắc Hà giai đoạn năm 1961 – 2006 là
X
o
= 1740 mm. Lượng mưa ngày lớn nhất trạm Bắc Hà tra trong bảng I2-3 phụ lục.
2.1.5 Tài liệu bốc hơi và thấm

Bốc hơi: Tổn thất nước do bốc hơi mặt thoáng hồ (chênh lệch giữa bốc hơi
mặt nước và bốc hơi mặt đất ∆Z). Lượng bốc hơi lưu vực công trình nghiên cứu lấy
bằng lượng bốc hơi trạm Bắc Hà Z
piche
= 572 mm. số liệu thủy văn cho kết quả như
bảng I2-4, phụ lục.
Thấm: Tổn thất thấm qua đáy lòng hồ và công trình, do không có tài liệu nên
sơ bộ lấy V
thấm
= 1%,V
tb
tháng
2.1.6 Đặc trưng thủy văn của tuyến công trình
Lưu vực Nậm Đét hoàn toàn không có trạm đo đạc thuỷ văn, cách tuyến
công trình 16 km về phía Tây Nam có trạm thuỷ văn Vĩnh Yên trên nhánh Nghĩa
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 4 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
Đô. với diện tích lưu vực F=138km
2
, quan trắc dòng chảy liên tục từ năm 1961-
2006.Trong các bảng I2-5 và I2-6, phụ lục
2.1.7 Dòng chảy lũ
Lưu lượng lũ thiết kế thủy điện Nậm Đét thể hiện bảng I2-7 tại phụ lục :
2.1.8 Dòng chảy phù sa
Kết quả tính toán dòng chảy bồi lắng lòng hồ Nậm Đét tra tại bảng I2-8 tại
phụ lục :
2.2 Tài liệu địa hình
- Quan hệ lòng hồ : Z ~ F ~ V.
- Quan hệ mực nước hạ lưu : Q ~ Z
hl

Quan hệ lòng hồ,quan hệ mực nước hạ lưu được thể hiện tại bảng I2-9 và
bảng I2-10 tại phụ lục :
2.3 Điều kiện địa chất
Vùng nghiên cứu thuộc đới cấu trúc Sông Lô, nằm về phía Đông Bắc đứt gẫy
Sông Chảy, gồm các thành tạo vào Paleozoi do hoạt động của vòm macma Sông
Chảy phân bố rộng khắp xuyên phá vỡ lớp đá phiến có tuổi Neoproteozoi – Cambri
sớm .
Qua nghiên cứu thuộc dạng địa hình bóc mòn liên quan chặt chẽ đến khối
nâng tạo kiến tạo Sông Lô, đặc điểm cấu trúc kiến tạo và thành phần khoáng vật của
đá.
Nằm trong vùng Tây Bắc, có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, quá trình phong hoá
vật lý hoá học xảy ra mạnh mẽ, vỏ phong hoá phát triển phong phú. Bề dày tầng
phủ rất lớn, trên các sườn núi hầu như không thấy lộ đá gốc. Các đá gốc chủ yếu lộ
tại lòng suối với bề dày lộ đá từ 2 – 5m.
2.4 Tài liệu dân sinh – kinh tế
Thuỷ điện Nậm Đét là nguồn điện chiếm tỷ trọng không lớn trong hệ thống
điện miền Bắc nói riêng và Quốc gia nói chung. Mặc dù là một nguồn điện chiếm tỷ
trọng không lớn nhưng hàng năm cũng cung cấp cho nhu cầu điện của khu vực gần
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 5 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
25 triệu kWh đáp ứng được phần lớn nhu cầu tiêu thụ điện của địa phương cho
những năm 2015 và các năm tiếp theo. Theo quyết định số 110/2007/QĐ-TTg của
Thủ tướng Chính phủ khuyến khích các nhà đầu tư trong và ngoài nước tham gia
đầu tư các dự án nguồn điện để góp phần tăng khả năng cung cấp điện cho các nhu
cầu điện ngày càng tăng của phụ tải. Vì vậy, công trình thuỷ điện Nậm Đét ra đời sẽ
có đóng góp đáng kể cho nhu cầu điện của tỉnh nói riêng cũng như nhu cầu điện nói
chung của hệ thống điện miền Bắc và quốc gia.
2.5. Đường duy trì lưu lượng trung bình ngày và đêm
Đường duy trì lưu lượng trung bình ngày và đêm tuyến đập Nậm Đét được
biểu diễn tại bảng I2-11 phụ lục :

2.6 Quan hệ lưu lượng và tổn thất (Q~ H
w
)
Được xây dựng từ công thức tính toan thủy lực và biểu thị trên bảng I2-12
phụ lục :
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 6 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
Phần II . TÍNH TOÁN THỦY NĂNG
CHƯƠNG I : MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN THỦY NĂNG
1.1. Mục đích tính toán thủy năng
Mục đích tính toán thuỷ năng là để tính toán chọn các thông số cơ bản của hồ
chứa và trạm thuỷ điện.
+ MNDBT + Số giờ lợi dụng cs lắp máy (h
Nlm
)
+ Mực nước chết (MNC) + Cột nước lớn nhất (H
max
)
+ Dung tích hữu ích (V
hi
) + Cột nước bình quân (H
bq
)
+ Công suất bảo đảm (N
bđ
) + Các mực nước Z
hlmax
, Z
hlmin
+ Công suất lắp máy (N

lm
) + Cột nước nhỏ nhất (H
min
)
+ Điện lượng bình quân nhiều năm (E
nn
) + Cột nước tính toán (H
tt
)
1.2. Chọn mức bảo đảm thiết kế
1.2.1. Khái niệm về mức đảm bảo thiết kế
Để đánh giá mức độ chắc chắn trong việc cung cấp điện của TTĐ người ta
dùng khái niệm “mức bảo đảm” và nó được biểu thị bằng công thức sau:
%100*
T
T
p
vh
bt
=
Trong đó: T
bt
- thời gian vận hành bình thường
T
vh
- tổng thời gian vận hành.
„ nghĩa của biểu thức trên: trong suốt thời gian vận hành TTĐ sẽ đảm bảo
cung cấp điện bình thường trong p% tổng thời gian, còn (100-p)% thì không thể
cung cấp đầy đủ công suất và điện lượng như chế độ bình thường được do tình hình
thuỷ văn bất lợi.

1.2.2. Chọn mức đảm bảo thiết kế cuả TTĐ Nậm Đét:
Cấp công trình TTĐ Nậm Đét theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285:2002
theo 2 điều kiện sau:
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 7 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
- Theo cấp công trình của cụm công trình đầu mối.(Chiều cao của đập).
- Theo năng lực phát điện của TTĐ (Công suất lắp máy).
Nhà máy thủy điện tuyến Nậm Đét có công suất lắp máy vào khoảng : 4-6
(MW). Nên cấp công trình cho TTĐ Nậm Đét là công trình cấp III. Theo tiêu chuẩn
Việt Nam TCXDVN 285:2002 chọn P=85%.
CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ THỦY NĂNG
2.1. Xác định các thông số của trạm thủy điện Nậm Đét
2.1.1. Mực nước dâng bình thường ( MNDBT) của hồ chứa :
MNDBT là mực nước cao nhất trong hồ trong điều kiện làm việc bình
thường, là một thông số quan trọng của TTĐ, MNDBT có quan hệ mật thiết đến cấp
công trình, qui mô công trình, đến tính khả thi của công trình.
Trong đồ án này tôi được giao MNDBT = 425 m
2.1.2. Xác định mực nước chết (MNC)
Mực nước chết (MNC) là mực nước thấp nhất trong hồ chứa trong điều kiện
làm việc bình thường của TTĐ.
a) Mực nước chết được xác định theo điều kiện bồi lắng.
MNC
bc
= Z
bc
+ d
1
+d
2
+ D

 Z
bc
: Cao trình bùn cát bùn cát, Được xác định từ V
bc
V
bc
= V
bc
ll
+ V
bc
dđ
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 8 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
0
. . .
ll
bc
bc
Q T K
V
ρ
γ
=

+ K: hệ số lắng đọng, sơ bộ lấy K = 0.2
+ ρ: hàm lượng phù sa, ρ = 136 (g/m
3
)
+

bc
γ
: là dung trọng của bùn cát. Sơ bộ lấy bằng 1,7 T/m
3
+ T : Tuổi thọ của công trình, công trình cấp III lấy T = 30 (năm).
+ Lượng nước năm trung bình Q
o
= 5,82 m
3
/s
ll
bc
V
=
6
0
3
. . .
5,82.30.31,5.10 .0,136.0,2
1,7.10
bc
Q T K
ρ
γ
=
=0,088.10
6
(m
3
)

Mà
dd 6 6
0,2 0,088 10 0,018 10
bc
V = × × = ×
(m
3
)
Vậy V
bc
=(0,088+0,018)x10
6
=0,106x10
6
(m
3
)
Với V
bc
= 0,106x10
6
(m
3
) tra quan hệ hồ chứa V~Z ta được Z
bc
= 390,15(m)
 D: là đường kính cửa lấy nước (ở đây sơ bộ ta chọn cửa lấy nước hình tròn)
2
ax
.

4 .
TD
m
CLN
CLN
Q
D
F
V Z
= Π =
=
11,64
1,2.2
= 4,85
+ V
CLN
: Là vận tốc trước cửa lấy nước
Sơ bộ chọn V
CLN
= ( 1 ÷ 1,2)m
Chọn V
CLN
= 1.2 (m/s)
Chọn sơ bộ số cửa lấy nước là 2 nên Z = 2
Q
TĐ
max
= 11,64 (m
3
/s)

→ D = 2,49 m
 d
1
: là khoảng cách an toàn để bùn cát không lấp đầy cửa lấy nước
d
1
= (1÷3)m , chọn d
1
= 1(m)
 d
2
: là khoảng cách từ mép trên của cửa lấy nước đến MNC
d
2
= (0,5÷1)m, chọn d
2
= 1 (m)
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 9 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
=> MNC
bl
= 390,15 + 1+1+2,49 = 394,64 (m)
- Xác định loại điều tiết
Tra quan hệ Z ~ V của hồ chứa ta được:
Dung tích làm việc của hồ chứa:
V
hi
=V
MNDBT
–V

MNC BL
= (4,8 - 4,45).10
6
= 0,35.10
6
(m
3
)
Xác định hệ số điều tiết hồ β:
Công thức: β =
hi
bq
V
W
W
bq
là lượng nước bình quân nhiều năm
W
bq
= 8760.3600.Q
o
= 8760.3600.5,82= 183,5.10
6
m
3
Ta được: β =
hi
bq
V
W

=
6
6
0,35.10
183,5.10
=
0.0019 < 0.02
= > Vậy hồ điều tiết ngày đêm.
b) Xác định MNC theo dung tích hữu ích tối thiểu.
• Xác định dung tích hữu ích của hồ chứa (V
hi
) :
TTĐ Nậm Đét được tính toán theo điều tiết ngày đêm nên dung tích của hồ
chứa được xác định trên cơ sở: vào mùa kiệt dung tích của hồ chứa phải trữ đủ nước
của giờ không phát điện hoặc của giờ phát điện thấp điểm để dùng toàn bộ dung
tích đó phát điện trong giờ cao điểm trong ngày ( 5÷6) giờ. Trong đồ án tôi chọn T=
5 giờ.
+ Xác đinh Q
bd
:
Biết tấn suất thiết kế P = 85%. Tra bảng I2-11 => Q
bd
= 3,47 (m
3
/s)
+ Công thức tính V
hi
:
V
hi

= (24 – T).3600.Q
bd
. k
o
V
hi
= (24 – 5).3600.3,47.1,2 với k
o
= (1,1 ÷ 1,2) chọn k
o
= 1,2
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 10 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
=> V
hi
= 0,285.10
6
(m
3
)
• Từ MNDBT = 425m ta tra được quan hệ Z-W tại bảng I2-9
Ta suy ra dung tích toàn bộ của hồ chứa (W
tb
) là : V
MNDBT
= 4,8.10
6
(m
3
)

V
chet
= V
MNDBT
– V
hi
= 4,8.10
6
- 0,285. 10
6
=> V
chet
= 4,515.10
6
(m
3
)
Ta tra quan hệ V – Z ta suy ra được MNC = 423,90 (m)
c) Xác đinh MNC theo điều kiện làm việc cua tuabin :
+ Tính sơ bộ : H
max
= MNDBT -
min
hl
Z
-
min
w
h
= MNDBT -

bd
Q
hl
Z
(
min
w
h

≈
0 )
= 425 – 380,229 = 44,77 (m)
+ có H
max
=> chọn sơ bộ loại tuabin : TT 45 .
Ứng với tuabin TT 45 có phạm vi cột nước : Hmin – Hmax = 30 ÷ 45(m).
Trong quá trình để tuabin làm việc theo cột nước H > 30 m =>
min
TB
H
= 30 (m)

min
TB
H
=
ax ax
w
TB m m
hl

MNC Z h− −

min
ax ax
w
TB m m
hl
MNC H Z h= + +
= 30 + 380,70 + 0,5 với
axm
hl
Z
ứng với ( Q
max
= 2.Q
0
)
= 411,2 (m)
=> MNC theo điều kiện làm việc tuabin thỏa mãn với MNC được chọn . Vậy chọn
MNC lấy theo điều kiện dung tích hữu ích của hồ chứa MNC = 423,90 (m)
2.2 Xác định công suất bảo đảm (N
bđ
)
Công suất bảo đảm (N
bđ
) là công suất bình quân tính theo khả năng dòng
nước trong thời kỳ nước kiệt tương ứng với mức bảo đảm tính toán của TTĐ. Công
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 11 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
suất bảo đảm là một thông số cơ bản của trạm thuỷ điện bởi khả năng phủ phụ tải

đỉnh 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 lượng trong hệ thống điện.
Với trạm thủy điện điều tiết ngày đêm, do cột nước biến động trong vòng
một ngày đên là không nhiếu, tần suất lưu lượng Q trùng với tần suất công suất.
Chính vì vậy có thể tính N
bd
theo công thức sau:

bd
N
= k.
bd
Q
.
bd
H
Trong đó k : đối với TTĐ vừa và nhỏ k = 8 – 8,5 ( lấy k = 8,5)

bd
Q
: là lưu lượng bảo đảm

bd
H
: là cột nước bảo đảm
 Xác định
bd
H
.
bd

H
=
w
bd bd
Q Q
tl hl
Z Z H− −

tl
Z
: Mực nước thượng lưu bình quân Z
tl
=
2
MNDBT MNC+
=
425 423.90
2
+

bd
Q
hl
Z
: mực nước hạ lưu ứng với Q
bd
tra bảng
bd
Q
hl

Z
= 380,229 (m)

w
bd
Q
H
: cột nước tổn thất ứng với Q
bd
tra bảng
w
bd
Q
H
= 0,022 (m)
bd
H
= 424,45 – 380,229 – 0,022

bd
H
= 44,20 (m)
 Thay vào công thức ,tìm
bd
N
.

bd
N
= 8,5. 3,47. 44,20

=>
bd
N
= 1,30(MW)
2.3 Xác định công suất lắp máy ( N
lm
)
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 12 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
Công suất lắp máy là công suất tối đa mà TTĐ có thể phát được trong quá
trình làm việc bình thường. Nó bằng tổng công suất định mức của từng tổ máy của
trạm thủy điện ở quá trình làm việc bình thường.
Công suất lắp máy là công suất định mức của nhà máy thuỷ điện. Theo quan
điểm thiết kế nó bao gồm các thành phần:
N
lm
= N
ctmax
+ N
dt
+ N
tr
Trong đó: + N
ctmax
là công suất phát điện lớn nhất đảm bảo khả năng phủ đỉnh của
biểu đồ phụ tải
+ N
dt
là công suất dự trữ của trạm thuỷ điện, nó phụ thuộc vào tầm
quan trọng của trạm thuỷ điện trong hệ thống điện. Đối với TTĐ điều tiết ngày

thường N
dt
là dự trữ phụ tải do có sự tổn thất điện năng khi đưa lên hệ thống.
+ N
tr
là công suất phát điện trùng. Lắp thêm công suất này phụ thuộc
vào khả năng phát điện của TTĐ thay thế cho các trạm khác.
• Ta xác định N
lm
theo tính toán sơ bộ.
Do tài liệu thuỷ văn chỉ có đường duy trì lưu lượng bình quân ngày đêm nên
ta xác định công suất lắp máy theo đường duy trì lưu lượng.
Dựa vào công thức kinh nghiệm sau đây:
+ Kinh nghiệm thiết kế: N
lm
= (2-8).N
bđ
+ Kinh nghiệm vận hành: h
ldNlm
= (3800 – 4200) h
Trong đồ án này tôi giả thiết Nlm theo kinh nghiệm thiết kế với :
N
lm
=(2 - 5) N
bd
= (2,00 –

6,00) MW
Việc lựa chọn N
lm

phải tiến hành dựa trên số giờ lợi dụng công suất lắp máy.
Ta chọn 1 số giá trị N
lm
để tính toán:
N
lm
= (2,00-6,00) MW
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 13 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
Sau đó xác định N
lm
bằng cách lập các bảng tính thuỷ năng với N
lm
là các giá
trị trên bằng cách thay các giá trị N> N
lm
trong bảng bằng các giá trị N
lm
này rồi tính
Eo và số giờ lợi dụng công suất lắp máy.
Số giờ lợi dụng khoảng (3800 – 4200)h đối với trạm điều tiết ngày đêm.
Giải thích bảng tính toán:
- Cột 1: Tần suất P
i
(%)
- Cột 2 : Thời đoạn :
∆
p (%)
∆
p = p2- p1

- Cột 3: Lưu lượng thiên nhiên (Q
tn
) đến tương ứng với tần suất (m
3
/s)
- Cột 4: Lưu lượng tổn thất : Qtt = Q thấm + Q bốc hơi
Qthấm = 0,3% Qthực

.
bh
bh
h F
Q
t
=
∆
bh
h
: Lượng nước bốc hơi bình quân: (mm)

F
: Diện tích mặt hồ bình quân :từ tra quan hệ Z~F~V (m
2
)
- Cột 6 : Lưu lượng thực tế đến TTĐ : Q
thực
= Q
tn
- Qtt (m
3

/s)
- Cột 7 : Lưu lượng lớn nhất qua nhà máy thủy điện:Q
hcgt
= N
lm
/(k*H
fd
)
- Cột 8 : Lưu lượng xả qua nhà máy TĐ: Q
xả
= Q
thực
- Qfd
- Cột 9 : Nội suy từ cột 8 dựa vào quan hệ Q ~ h
w
- Cột 10 : Cao trình mực nước thượng lưu tra quan hệ (Q
fd
-Z
tl
)
- Cột 11 : Nội suy từ cột 8 dựa vào quan hệ Q ~ Z
hl
- Cột 12 : Cột nước ứng phát điện H
fđ
=Z
tl
– Z
hl
– hw (m)
- Cột 13 : Công suất phát điện N

fdtn
=K*Q
fdtn
*H
fd
- Cột 14 : N
lm
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 14 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
- Cột 15 : ∆t = t
2
– t
1
- Cột 16 : E = ∆t . N
lm
- Cột 17 : ∑NH
Kết quả tính toán thủy năng tại phụ lục :
2.4 Lựa chọn công suất lắp máy
N
lm
(MW) 5,00 6,00 7,00
E(MW.h) 21907,83 22908,03 23553,51
h
lm(h)
4381,57 3818,00 3364,79
T
xả
1314 876 438
 chọn phương án N
lm

= 6 (Mw) là hợp lý nhất vì:
phương án 6 MW có số giờ lợi dụng công suất láp máy tương đối hợp lý so
với điều kiện tiêu chuẩn cho trong đô án và số giờ xả nước thừa là phù hợp với điều
kiện về điều tiết lưu lượng
2.5 Xác định các cột nước đặc trưng của TTĐ
• Cột nước bình quân H
bq
H
bq
của trạm thủy điện là cột nước trung bình của trạm thủy điện trong quá
trình vận hành
2558,30
43,50( )
58,81
i i
bq
i
N H
H m
N
∑ ×
= = =
∑
• Cột nước nhỏ nhất H
min
:
H
min
là cột nước nhỏ nhất trong quá trình làm việc bình thường của TTĐ.
Đối với TTĐ sau đập điều tiết ngày đêm,dao động cột nước chủ yếu do tổn

thất côt nước gây nên.Vì vậy để đảm bảo với cột nước nào trong khoảng (H
min
÷
H
max
) cũng phát được công suất
lm
N
.

min
H
được xác định như sau:

min
H
=
ax
( ) w
m
hl Q
MNC Z h
− −
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 15 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo

D axT m
Q
=
min

* *
lm lm
tt
N N
k H k H
=
Bảng tính toán tại bảng II2-1 phụ lục .
Từ bảng II1-1 ta suy ra:
Z
tlx
=MNC=423,9 m => H
min
= 42,50(m)
• Cột nước tính toán H
tt
.
Chọn H
tt
= H
min
= 42,50 (m)
• Cột nước lớn nhất H
max
Là cột nước lớn nhất xảy ra trong quá trình vận hành bình thường của
TTĐ.H
max
được xác định như sau:
H
max
= MNDBT – Z

hl
(Q
min
) -
w
h

min
Q
=
min
ax
*
m
N
k H
Trong đó:
min
Q
: Lưu lượng nhỏ nhất của 1 tổ máy chảy qua nhà máy thủy
điện trong qúa trình vận hành bình thường của TTĐ.
N
min
= (50-60%)
1tm
dm
N
Sơ bộ ta chọn số tổ máy Z =2, N
min
= (50%)x

6
2
= 1,5 MW.
Giả thiết các giá trị
ax
gt
m
H
, tính thử dần sao cho :.
gt
TL
Z
=
max w
gt gt
hl
Z H h
+ +
=MNDBT
Tính thử dần xác định Hmax.được tính tại bảng Bảng II2-2 phụ lục.
Từ bảng II2-2 ta suy ra:
Vậy : H
max
= 44,71 (m)
 Ta có bảng tính toán thủy năng của TTĐ Nậm Đét :
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 16 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
MNDBT
(m)
MNC

(m)
N
lm
(MW)
N
bd
(MW)
H
tt
(m) H
max
(m) H
min
(m) H
bq
(m)
425 423,90 6 1,30 42.50 44,71 42,50 43,50
2.6. Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ Nậm Đét
2.6.1 Xây dựng quan hệ Q – H với MNDBT = 425 m
H = MNDBT – Z
hl(Q)
– h
w(Q)
Trong đó :+ H - cột nước của TTĐ ứng với lưu lượng Q
+ Q - lưu lượng qua nhà máy
+ Z
hl(Q)
- mực nước hạ lưu nhà máy.
+ h
w(Q)

- tồn thất cột nước ứng với lưu lượng Q
Quan hệ Q ~ H với MNDBT tại bảng II2-3 phụ lục
2.6.2. Xây dựng quan hệ Q – H với MNC = 423,90 m
H = MNC – Z
hl(Q)
– h
w(Q)
Trong đó : + H - cột nước của TTĐ ứng với lưu lượng Q
+ Z
hl(Q)
- mực nước hạ lưu nhà máy
+ h
w(Q)
- tồn thất cột nước ứng với lưu lượng
Quan hệ Q ~ H với MNDBT tại bảng II2-4 phụ lục
2.6.3. Xây dựng quan hệ Q – H với N
lm
= 6MW
lm
N
H
k Q
=
×
Trong đó: + H - cột nước của TTĐ ứng với lưu lượng Q
+ K - hệ số công suất. K= 8.5
+ Q - lưu lượng qua nhà máy
Quan hệ Q ~ H tại với N
lm
=6 (MW) bảng II2-5 phụ lục

Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 17 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
2.6.4 Xây dựng quan hệ Q – H với N
min
min
N
H
k Q
=
×
Trong đó: + H - cột nước của TTĐ ứng với lưu lượng Q
+ K - hệ số công suất. K= 8.5
+ Q - lưu lượng qua nhà máy
+ N
min
- công suất nhỏ nhất của TTĐ: N
min
= k×Q
min
×H
max
;
+ Q
min
= 3,97 m
3
/s là lưu lượng nhỏ nhất của TTĐ ứng với cột
nước H
max
= 44,71 m

N
min
= 8.5×3,95×44,68 = 1500 KW
Quan hệ Q ~ H tại với N
lm
=6 (MW) bảng II2-5 phụ lục
Từ các bảng quan hệ giữa lưu lương phát điện và cột nước làm việc ta vẽ
được sơ bộ phạm vi làm việc của trạm thuỷ điện.
Hình : Biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 18 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 19 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
PHẦN III: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CHO TTĐ
Từ phần tính toán thủy năng ta có các thông số :
- Công suất lắp máy N
lm
= 6MW - Cột nước lớn nhất H
max
= 44,71(m)
- Cột nước tính toán H
tt
= 42,50(m) - Cột nước nhỏ nhất H
min
= 42,50(m)
- Cột nước bình quân H
bq
= 43,50(m) - Lưu lượng Q
max
= 16,61(m

3
/s)
CHƯƠNG I : XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TUABIN
1.1 Xác định các thông sô cơ bản của tuabin
1.1.1 Chọn nhãn hiệu tuabin.
Căn cứ vào công suất tuabin của từng phương án và với dao động cột nước
H
max
= 44,71 (m) và H
min
= 42,50 (m). Tra bảng 8.1 Trang 131 Giáo trình tuabin thủy
lực và biểu đồ phạm vi sử dụng các loại tuabin. Ta lựa chọn được loại tuabin phù
hợp là TT45
1.1.2 Chọn số tổ máy
Số tổ máy quyết định đến quy mô, kích thước nhà máy, vốn đầu tư vào nhà
máy và thiết bị. Việc lựa chọn số tổ máy phù hợp phải thông qua tính toán kinh tế.
Trong thực tế phải xác định được chi phí vào thiết bị, nhà máy và các chi phí vào tổ
máy khi tổ máy gặp sự cố. Việc xác định xác suất sự cố tổ máy cũng như tính toán
kinh tế rất khó khăn nên trong giới hạn đồ án và được sự đồng ý của giáo viên
hướng dẫn tôi chọn số tổ máy: Z = 2
1.1.3 Xác định các thông số cơ bản
• Xác định đường kính bánh xe công tác (D1):
D
1
=
' 3/2
1
9,81. . .
tb
t tt

N
Q H
η
Trong đó : N
tb
- là công suất của một turbin (KW)
t
η
- hiệu suất thực của tuabin thực tại điểm tính toán ( chọn
t
tb
η η
=
)
H
tt
- cột nước tính toán của tuabin H
tt
= 42,50 (m)
- Tìm N
tb
:
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 20 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
N
tb
=
2.
lm
mf

N
η
=
6
2.0,95
=> N
tb
= 3,16 (MW) = 3160 (KW)
Trong đó : 
mf
- hiệu suất của máy phát 
mf
= (0,92
÷
0,96), chọn 
mf
= 0,9
N
lm
- công suất lắp máy
- Tìm
'
1
Q
:

'
1
Q
- lưu lượng dẫn xuất lấy đối với điểm tính toán .Tính dựa vào đường đặc

tính công tác của tua bin TT45 .Được xác định bằng giao điểm của đường
n
tt
'
1
và
đường hạn chế 5%.Trước hết ta tìm
n
tt
'
1


n
tt
'
1
= n
'
10
+ 
n
'
1

+ 
n
'
1
= (2

÷
5) v/p ở đây ta chọn 
n
'
1
=2 v/p
+ n
'
10
: dựa vào đường đặc tính tổ hợp chính
→
n
'
10
=73 v/p

n
tt
'
1
= n
'
10
+ 
n
'
1
=73+2=75 v/p
Từ
n

tt
'
1
=75 v/p và đường hạn chế 5% ta dựa vào đường đặc tính tổ hợp chính
tính được
tb
η
= 0,904
→
Q
1tt
’
= 1,23 m
3
/s
D
1
=
' 3/2
1
9,81. . .
tb
tb tt
N
Q H
η
=
3
2
3160

9,81.0,904.1,23.42,50
= 1,05 (m)
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 21 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
1.1.4 Xác định số vòng quay đồng bộ
db
n
(v/ph).
tt
n
=
'
10
/
1
.
bq
t c
n H
D
=
72. 43,50
1

tt
n
=474,87 ( v/p)
Tra bảng 8.3 tìm n
db
= 500 ( v/p)

Tính toán xác định phạm vi làm việc của tuabin với các phương án ta tìm
được phương án hợp lý nhất là:
/
1
t c
D
=1 (m),n
đb
=500 (v/p).các phương án còn lại
được thể hiện tại phụ lục III-1-A
Các kích thước khác của Turbin:
D
0
= 1,2D
1
= 1,2 (m) D
a
= 1,7D
1
= 1,7(m)
D
2
= 0,95 D
1
= 0,95 (m) b
0
= 0,365 D
1
= 0,365 (m)
D

b
= 1,4 D
1
= 1,4 (m) Z
0
= 24
1.1.5 Xác định số vòng quay lồng của turbin n
l
( v/ph)
Là số vòng quay đột biến của BXCT, nó xảy ra khi mômen lực chuyển động
của rôto tổ máy (Mđ) lớn hơn mômen cản chuyển động rôto máy phát (Mc). Trong
quá trình vận hành TTĐ, vì một lý do nào đó cần phải đóng cánh hướng nước mà bộ
phận hướng nước chưa kịp đóng thì số vòng quay của tuabin tăng lên đột ngột
trongthời gian ngắn, nó sẽ đạt tới trị số cực đại nào đó gọi là số vòng quay lồng tốc
(n
l
).
,
maxlt
l
tc
n H
n
D
×
=
Trong đó: n’
lt
- số vòng quay lồng quy dẫn tuabin TT45, tra bảng 8-2
trang132 TBTL ta được n’

lt
= 148
( )
pv /
⇒
148 44,71
1
l
n
×
=
= 990
( )
pv/
1.2 Kiểm tra lại các thông số của tuabin
Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của tuabin thực:
tc 1tc
tt
'
ltt
n .D
H
n
=
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 22 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
Với n
tc
= 500 v/ph; D
tc

= 1 m; H
tt
= 42,50 m ta tính được:
'
ltt
500 1
42,50
n
×
=
= 76,70 (v/ph)
Lưu lượng dẫn suất tại điểm tính toán của Tuabin mẫu:
tb
2 3/2
1 T
'
lMtt
N
Q
9.81Dη H
tt
=
( m
3
/s)
Với N
tb
=3160 Mw;
η
T

= 0,904 ; D
1tc
= 1 m; H
tt
= 42,50 m ta tính được:
2
'
lMtt
3160
Q
9.81 1 0,904 42,50 42,50
=
× × × ×
= 1,286(m
3
/s)

'
1
Q∆
=
(1,286 1,23)
1,23
−
= 4,5% < 5% .ta thấy điểm tính toán nằm trong
phạm vi cho phép (thỏa mãn)
1.3 Kiểm tra lại vùng làm việc của turbin
Khi cột nước làm việc của tuabin dao động từ (H
max
÷ H

min
) . Từ biểu đồ phạm
vi làm việc ta xác định được :
+ H
1
=H
max
=44,71 (m) + H
3
= 42,7 (m)
+ H
2
= 43,7 (m) + H
4
= H
min
= 42,50 (m)
+ Với H = H
max
= 44,71 (m); N
min
= 0,6
×
N
tb
=0,6
×
3160 =1896 ;
η
T

=0,8 ;
D
1
= 1,0 m ; n
tc
= 500 v/p ta xác định được:
Số vòng quay dẫn suất tuabin thực ứng với cột nước H
max
ax
'
tc 1tc
Itt(H )
max
n .D
n
H
m
=

500 1
44,71
×
=

= 74.78 (v/ph)
Lưu lượng dẫn suất của Tuabin với H
max
, N
min

Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 23 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
'
min
Nmin(Hmax)
2
1 T max max
N
Q
9.81Dη H H
=
= 0,808 (m
3
/s)
+ Với H
2
= 43,7 (m) ; N
mim
=1896 MW;
η
T
=0,8 ; D
1
=1,0 (m); n
tc
= 500v/p ta
xác định được:
Số vòng quay dẫn suất tuabin thực ứng với cột nước H
max
2

2
'
tc 1tc
Itt(H )
n .D
n
H
H
=

500 1,0
43,7
×
=
=75,64 (v/ph)
Lưu lượng dẫn suất của Tuabin với H
2

2
'
min
Nmin(H )
2
1 T 2 2
N
Q
9.81Dη H H
=
= 0,836 ( m
3

/s)
+ Với H
3
=42,7 (m); N
tb
= 3160 Mw ;
η
T
=0,91 ; D
1
= 1,0 m; n
tc
= 500v/ph
ta xác định được:
Số vòng quay dẫn suất tuabin thực ứng với cột nước H
min

3
'
tc 1tc
Itt(H )
3
n .D
n
H
=
= 76,52 (v/ph)
Lưu lượng dẫn suất của Tuabin với H
3
, N

max
= N
tb
= 3160 Mw
3
'
min
I(Ntb,H )
2
1 T 3 3
N
Q
9.81Dη H H
=
= 1,241 ( m
3
/s)
+ Với H
4
= H
min
=42,50 (m); N
tb
= 3160 Mw;
η
T
=0,91 ; D
1
= 1,0 m; n
tc

= 500v/ph
ta xác định được:
Số vòng quay dẫn suất tuabin thực ứng với cột nước H
min

'
tc 1tc
Itt(H4)
4
n .D
n
H
=
= 76,7 (v/ph)
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 24 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
Lưu lượng dẫn suất của Tuabin với H
4
, N
max
= N
tb
= 3160 Mw
min min
'
min
(N ,H )
2
1 T min min
N

Q
9.81Dη H H
=
= 1,25 ( m
3
/s)
Sau khi tính được các giá trị số vòng quay quy dẫn và lưu lượng quy dẫn ứng
với các cột nước H
1
=H
max
, H
2
, H
3
, H4=H
min
ta đưa lên đường đặc tính tổng hợp
chính
1.4 Chiều cao hút H
s
Với điểm tính toán đã chọn trên ĐĐTTHC của mẫu ta tìm được hệ số khí
thực
M
σ
ta sẽ tính được chiều cao hút của tuabin làm việc theo công thức:
s
H
= 10 -
900

∇
-
( )
H
M
×∆+
σσ
Trong đó : Do đã có thiết bị và tuabin của từng tổ máy Z = 2 tổ.

∇

: độ cao nhà máy so với mặt nước biển lấy sơ bộ
minhl
Z
(
min
TĐ
Q
)
∇
=
minhl
Z
(3,95) = 380,26 (m)

M
σ

: hệ số khí thực của tuabin mẫu trên ĐĐTTHC tại điểm tính toán


M
=0,2
H : cột nước làm việc của tuabin với H
tt
= 42,50
( )
m

σ
∆

: độ hiệu chỉnh hệ số khí thực dựa vào hình 7.4/126 với H
tt
= 42,50
( )
m

ta nội suy
σ
∆
= 0,03
⇒
s
H
= 10 -
380,26
900
- (0,2+0,03)

×

42,50

= - 0,2 (m)
1.5 Xác định cao trình lắp máy ∇
lm
Cao trình lắp máy là cao trình mặt phẳng nằm ngang đi qua trung tâm cánh
hướng nước đối với turbin tâm trục.
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 25 Ngành Thủy điện và năng lượng tái tạo
Đây là cao trình quan trọng của nhà máy thuỷ điện vì nó là cơ sở để xác định
các cao trình khác
Sơ bộ xác định theo công thức:
∇
lm
= Z
hlmin
+ H
s
+
2
b
0
= 380,26 – 0,2 +
0,365.1
2
= 380,24 (m).
( với b
o
= 0,365.D

1tc
)
CHƯƠNG II : CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN
2.1. Chọn máy phát điện
Chọn máy phát phải đảm bảo cả điều kiện kinh tế và kỹ thuật:
• Về kinh tế:
Việc chọn máy phát phải căn cứ vào CATALO của nơi sản xuất, phải đảm
bảo đồng bộ, sản xuất hàng loạt, giá thành rẻ. Ưu tiên cho những máy phát có trong
CATALO, trường hợp không thể chọn được có thể thiết kế (và đặt hàng) theo công
thức kinh nghiệm.
• Về kỹ thuật:
Đảm bảo an toàn cung cấp điện, thao tác vận hành dễ dàng, công suất máy
phát chọn không chênh lệch quá 5% công suất thiết kế, số vòng quay phải đồng bộ
với số vòng quay của turbin. Trường hợp không thể chọn được thì phải đặt hàng.
2.2 Chọn máy phát:
Chọn máy phát phải thoả mãn 2 điều kiện:
[ ]
[ ]
mfmf
mfmf
nn
NN
=
=
+ Công suất định mức của MPĐ được tính theo công thức:
N
mf
=
lm
N

Z
=
6
2
= 3 Mw
+ Số vòng quay đồng bộ của MPĐ : n = 500 (v/ph)
Sinh viên: Nguyễn Đức Thành Lớp : 49Đ2