đồ án môn thủy điện công trình

Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu
ĐỒ ÁN THỦY ĐIỆN

A.Số liệu tính toán
Các thông số thiết kế tương ứng:

-

+ Mực nước dân trung bình(MNDTB) 267m.
+ Tần suất Pđb =80%.
+ Q lũ thiết kế = 750(m3/s).
+ Hàm lượng phù sa =0.150 (Kg/m3) .
Bảng 2 Tổn thất bốc hơi và tổn thất thấm hồ chứa

TT
thấm

Tổn thất bốc hơi (mm)
Tháng
1

Tháng
2

Tháng
3

Tháng
4

Tháng
5

Tháng
6

Tháng
7

Tháng
8

Tháng
9

Tháng
10

Tháng
11

Tháng
12

(%Vtb)

74.2

68.1

65.4

65.9

84.5

80.6

80.9

77.7

65.8

80.2

77.4

68.5

1.05

Bảng 3: Lưu lượng thiên nhiên đến 3 năm điển hình (m3/s )
Năm
tần
suất
Nhiều
nước
TB

nước
Ít
nước

Tháng

TB

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

năm

321

196

202

268

561

1308

2137

2716

1750

944

804

405

968

223

185

138

160

562

1018

1527

3166

1270

702

370

275

800

129

113

97

145

360

938

1177

1566

741

182

224

174

487

Bảng 4: Quan hệ giữa Z~F~V

Ztl (m)

220

225

230

235

240

245

250

255

260

265

270

275

280

285

290

F
(km2)
V
(triệu

m3)

0

3,20

9,80

17

45

70

100

152

204

282

353

452

544

667

822

0

5,33

36,33

102,5
1

251,94

537

960

158
5

2472

3682

5266

7274

9760

1278
2

1649
8

Bảng 5 : Quan hệ Q~Zhl hạ lưu

Zhl (m)

220

222

224

226

228

230

232

234

236

238

240

Q
(m3/s)

0

300

600

1200

3000

4800

7200

10800

15000

21000

30000

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

1

Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Yêu cầu:
1.

- Tính toán các thông số của trạm thủy điện: MNC, Nbđ, Nlm, điện lượng năm
trung bình nhiều năm (Enn), số giờ lợi dụng công suất lắp máy (hldcslm).
- Tính Hmax, Hmin, Hbq, Htt.

2.
3.

Lựa chọn thiết bị cho nhà máy thủy điện.
Tính toán các kích thước cho nhà máy.

B.Nội dung thực hiện

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

2


Đồ án Thủy Điện

I.

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Xác định mực nước chết :
MNDBT
hct

MNCT
d2
D
d1

Zbc

Zhmax
Zhlmin

Mực nước chết được tính theo 3 điều kiện sau:
1. Xác định mực nước chết theo điều kiện Tubin:

Mỗi một loại tubin chỉ làm việc được với một dao động cột nước ở phía thượng lưu nhất
định.
Được tính bằng công thức: hct = MNDBT- MNC

(1)

H
hct < max
3

Và phải thão mãn điều kiện làm việc:

Với Hmax là cột nước của trạm thủy điện cao nhất luôn luôn được tính bằng chênh lệch
mực nước thượng lưu và mực nước hạ lưu thấp nhất.
Ta có:

H max = MNDBT − Z hl min − H w

.

Zhlmin: Mực nước hạ lưu nhỏ nhất sau hồ chứa, được tra từ quan hệ Q~Z hạ lưu
ứng với lưu lượng nước nhỏ nhất của năm kiệt. Với Qmin= 97 (m3/s) ta có được
Zhlmin=220.65 (m)
Hw: tổn thất cột nước trạm thủy điện, được lấy bằng :
H w = 5%( Ztl − Z hl )

= 5%.(267-220,65) = 2,3175 m.
→ Hmax=267-220,65-2,3175 = 44,0325 m.
→ hct <

= 14,68 m

Từ (1) → MNC = MNDBT – hct = 267-14,68 = 252,32 m
2. Xác định mực nước chết theo điều kiện bồi lắng:

Được xác định:

MNC= Zbc+d1+d2+D(2)

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

3

Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Với d1: là khoảng cách cao trình bùn cát đến ngưỡng cửa lấy nước lấy từ 0.5- 2 hoặc 3m.
Để cho bùn cát không chui vào đường ống. Chọn d1=2m.
-

d2: là khoảng cách từ trần lấy nước đến MNC, lấy tối thiểu 0,5m để không sảy ra hiện

-

tượng xoáy nước. chọn d2=1m
D: là đường kính của lấy nước, được xác định:
D=

4 Fc ln
π

(m)
Fc ln =

Với Fcln: diện tích cửa lấy nước, được tính theo công thức

Qc ln
Vc ln

(m2)

Lấy Vcln=0,8-1,2 m/s. Chọn Vcln = 1.1 m/s
Qc ln =

Qtd max
Z

- Qtdmax: là lưu lượng thủy điện lớn nhất. Được xác định theo công thức: Qtdmax= 2.Q0
- Q0: là lưu lượng trung bình năm của năm trung bình nước (Đề bài cho Q0= 800 m3/s)
→ Qtdmax= 2.Q0= 2 .800 = 1600 m3/s
- Z: số tổ máy, lựa chọn không phải số nguyên tố ngoại trừ số 2 và 3. Chọn Z=6
→ Qcln =

= = 266,667 m3/s

→ Fcln =

= = 242,425 m2

→D =

= = 17,57 m

- Zbc: được xác định từ quan hệ Z~F~V ứng với Vbc
Vbc =

- Với

k .ρ .W0
.T

γ bc

k: Hệ số lắng đọng, lấy từ 0,2-0,8. Chọn k= 0,8
ρ
ρ: Độ đục, hàm lượng phù sa. Theo đề bài có =0,150 (Kg/m3)
W0: Tổng lượng dòng chảy năm
W0 = Q0.365.24.3600 = 800.365.24.3600 = 2,523.1010 m3
γ bc

: Khối lượng riêng của bùn cát. Được cho

γ bc

=1,3 T/m3

T: Tuổi thọ công trình tra theo quy phạm (TCVN 04-05/2012)
Do công trình thuộc cấp đặc biệt → T = 100 năm

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

4


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

→Vbc = T=

= 232,89 (triệu m3)

Tra quan hệ Z~F~V → Zbc = 222,185 m
Từ (2) ta có: MNC= Zbc+d1+d2+D=222,185 + 2 + 1 + 17,57=242,755 m
→hct( bc) = MNDBT – MNC = 267- 242,755 = 24,245 m
3. Mực nước chết theo điện năng mùa kiệt Emkmax:

Để xác định MNC theo điện năng ta tính toán theo bảng mẫu sau:
VMNDBT= 4315,6 triệu m3

MNDBT= 267 m
hct

MN
C

Vc

Vhi

V

Z tl

F

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(1)
(2)
(3)
(4)

(5)

(7)

(9)

Zhl

HW

Hmk Nmk

Emk

(10
)

(11
)

(12
)

(13
)

(15
)

(14
)

Vhi
2

(Triệu m3)
Z tl
F

tra bảng 4 (Z~F~V) tra theo
tra bảng 4 (Z~F~V) tra theo

(8) Qthấm=

Qbh =
(9)

hbh

αV
Tk .2,62.106

hbh .F
Tk .2, 62.106

V

(m)

V

(km2)

; Tk là số tháng kiệt của năm kiệt, Tk=8 tháng

;

hbh

: Cột nước bôc hơi trung bình của năm. Lấy theo đề bài

= 73 mm= 0,073m.

Qtd =
(10)

(8)

Qtđ

hct: Giả thiết các giá trị từ 0 đến [hct]. Với [hct]=min(hct(tb),hct(bc)) =14,68m.
MNC= MNDBT- hct
(m)
Vc tra (Z~F~V) tra theo MNC.
(Triệu m3)
Vhi=VMNDBT- Vc
(Triệu m3)
V = VMNDBT −

(6)

Qthấm Qbh

∑Q

k

Tk

+

Vhi
Tk .2, 62.106

;

∑Q

k

Vhi

: tổng lưu lượng mùa kiệt

: Thể tích hữu ích.

(11)Zhl tra bảng 5 theo quan hệ (Q~Zhl) tra theo Zhl
(12)Hw= 5%.(

Z tl

-Zhl)

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

(m)
(m)
5


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Z tl

(13)Hmk=
- Zhl – Hw
(14)Nmk=k.Hmk.Qtđ=8,5.Hmk.Qtđ
(15)Emk= Nmk.

∆t

Nmk.Tk.730.10-6 (Triệu kWh)

=

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

(m)
(kW)

(

∆t

:

số giờ mùa kiệt)

6


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

7


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Từ đồ thị quan hệ (hct, Emk) ta suy ra được hct= 14,68 m. Do đó MNC = 252,32m.

II.Công suất bảo đảm :
Công suất bảo đảm được tính toán như sau:
N bd = k .Qbd .H (Qbd ) = 8,5.Qbd .H (Qbd )

Qbd

∑Q
=

P%
mk

Tk

Với

∑Q

P%
mk

∑Q

P%
mk

+

Vhi
Tk .2, 62.106

: tổng lưu lượng nước của tháng kiệt của năm kiệt thiết kế (Tức là năm ít nước nhất)
= 129+113+97+145+360+182+224+174 = 1424 (m3/s)
Tk: Số tháng kiệt.Tk= 8 tháng.
Qbd = +

= 324,2595 m3/s

H ( Qbd ) = Z tl − Z hl − H W

Hw= 5%.(
→

H ( Qbd ) = Z tl − Z hl − H W

Z tl

-Zhl) = 5%.(261,3 - 222,2)= 1,96 m

= 261,3 - 222,2-1,96 = 37,2 m.

Nbd = k .Qbd .H (Qbd ) = 8,5.Qbd .H (Qbd )

→

= 8,5. 324,2595 .37,2 = 102438,4 kW

III Công suất lắp máy :
Theo kinh nghiệm:

N lm = (2 ÷ 8)N bd

Tính toán năng lượng theo các năm từ số liệu thủy văn, lập bảng tính toán ứng với
các cột:
1)
2)

Tháng: ghi từ mùa lũ đến mùa kiệt(năm thủy văn)
Qthiên nhiên (m3/s)

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

8


Đồ án Thủy Điện
3)

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Qthủy điện tính mùa lũ riêng, mùa kiệt riêng (m3/s)
• Mùa lũ:
Q

(1)
pdml

Q tn

So sánh

∑Q
=

(1)
lu
(1)
lu

T

vs

−

Q (1)
pdml

Vhi
T × 2.62 × 106
(1)
lu

nếu:

Q tn < Q(1)
pdml

thì

Q td = Q (1)
pdml

Q tn > Q (1)
pdml

Q

(2)
pdml

∑Q
=

(2)
lu
(2)
lu

T

−

(2)
lu

T

Vhi
× 2.62 × 106

∑Q
Tính đến khi nào không còn

với:

(2)
lu

Tlu(2)

thì tính

Q(2)
pdml

là số tháng lũ còn lại

là tổng lưu lượng của các tháng lũ còn lại

Q tn < Q(n)
pdml

=>

)
Q td = Q (n
pdml

• Mùa kiệt:
Q (1)
pdmk =

Q tn

So sánh

∑Q

vs

(1)
kiet
(1)
kiet

T

Q(1)
pdmk

+

(1)
kiet

T

Vhi
× 2.62 ×106
Q tn < Q(1)
pdmk

nếu:

thì

Q td = Q(1)
pdmk

Q tn > Q(1)
pdmk

Q

(2)
pdmk

∑Q
=

(2)
kiet
(2)
kiet

T

+

(2)
kiet

T

Vhi
× 2.62 ×106

∑Q

(2)
kiet

Q tn < Q (n)
pdmk

Tính đến khi nào không còn

4)

∆Q

(+)

Nếu mùa lũ

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

với:

thì tính
(2)
Tkiet

Q (2)
pdmk

là số tháng kiệt còn lại

là tổng lưu lượng của các tháng kiệt còn lại
=>

)
Q td = Q(n
pdmk

(m3/s)
9

Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

( −)

Nếu mùa kiệt
∆Q = Q tn − Q td
5)
6)

7)

∆V = ∆Q × 2.62 × 106

(Triệu m3)
Vđầu dung tích nước trong hồ chứa ở đầu tháng
(Triệu m3)
VMNC
Vđầu của tháng đầu tiên mùa lũ =
Vđầu của tháng tiếp theo = Vcuối của tháng trước
+  ∆V
Vcuối = Vđầu
(Triệu m3)
Vtb =

8)

(Z ~ F ~ V)

V
với
(Z ~ F ~ V)
V
F
10)
tra quan hệ
với
11) hbh
9)

12)

ZTL

Vdau + Vcuoi
2

tra quan hệ

Qth =
=

13)
14)

Qbh

α tham .V
T × 2.62 × 106

(mm)

(m3/s)

Q*td = Q td − (Q th + Q bh )

15)

ZHL tra quan hệ (Q~ZHL) ứng với

16)

Hw = 5%(

17)
18)
19)

(Km2)

(m3/s)

h bh .F
T × 2.62 × 106

ZTL − ZHL

(m)

(m3/s)
Q*td

)

H td = ZTL − Z HL − H w
*
td

Ntd = K. Q Htd (Ứng với K = 8.5)
Etd = Ntd .T .730.10-6

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

(m)
(m)
(m)
(KW)
(Triệu KWh)

10


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Bảng tính năng lượng thủy điện năm nhiều nước

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

(100% − P%)

11


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

12


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Bảng tính năng lượng thủy điện năm trung bình nước

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

13

(50%)

Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Bảng tính năng lượng thủy điện năm ít nước

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

14

(P%)


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Từ kết quả tính toán của các bảng trên ta có:
ETB = = =1845,317 (Triệu KWh)
Chọn sơ bộ số giờ lợi dụng công suất lắp máy (hnlm = 4000h)

→ Nttlm = = = 461,33.103 (KW)
Chọn Nlm = 460.103 (KW)

IV Điện năng năm, trung bình nhiều năm (Enn):
Tính toán điện năng năm, trung bình nhiều nămtheo các năm từ số liệu thủy văn, lập
bảng tính toán ứng với các cột:

1)
2)

3)
4)
5)
6)
7)
8)

Tháng: ghi từ mùa lũ đến mùa kiệt (năm thủy văn)
NP% :Công suất dòng chảy các tháng
(KW)
N50% :Công suất dòng chảy các tháng
(KW)
N100-P% :Công suất dòng chảy các tháng
(KW)
HP% :Chiều cao cột nước các tháng
(m)
H50% :Chiều cao cột nước các tháng
(m)
H100-P% :Chiều cao cột nước các tháng
(m)
EP% :Điện năng của các tháng tần suất P%
(Triệu KWh)
+)
+)

9)

E P% = 730 × N P%

E P% = 730 × N lm

Nếu NP%< Nlm
Nếu NP%> Nlm

E50% :Điện năng của các tháng tần suất 50%
+)
+)

10)

E 50% = 730 × N 50%
E 50% = 730 × N lm

Nếu N50%< Nlm

Nếu N50%> Nlm

E100-P% :Điện năng của các tháng tần suất
+)
+)

(Triệu KWh)

E100− P% = 730 × N100−P%
E100− P% = 730 × N lm

Nếu
Nếu

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

N100− P%
N100−P%

100 − P%

(Triệu KWh)

< Nlm
> Nlm

15


Đồ án Thủy Điện

11)

N P% .H P%

+)
+)
12)

N P% .H P%
N lm .H P%

(KW.m)
Nếu
Nếu

N P%
N P%

>Nlm

N 50% .H 50%

+)
+)
13)

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

N 50% .H 50%
N lm .H50%

(KW.m)
Nếu
Nếu

N 50%
N 50%

>Nlm

N100−P% .H100−P%

+)
+)

N100−P% .H100−P%
N lm .H100− P%

(KW.m)
Nếu

N100−p%

Nếu

< Nlm
N100−p%

> Nlm

Enn = = =1780,81 (triệu KWh)

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

16


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

V Số giờ lợi dụng công suất lắp máy (hnlm) :

Số giờ lợi dụng công suất lắp máy là đại lượng để sơ bộ đánh giá tính hợp lý của việc
÷
lựa chọn công suất lắp máy.Với số giờ công suất lắp máy từ : 3000 4000 (h)

→ hnlm = = = 3871,33 (h)
VI Các cột nước đặc trưng :
1 Cột nước bình quân gia quyền(Hbq)
Ta có : Hbq =

=

= 33,555 (m)

2 Cột nước tính toán của trạm thủy điện (Htt)
Là cột nước nhỏ nhất mà tại đó trạm thủy điện phát được công suất lắp máy
H tt = (0.9 ÷ 0.95)H bq

→ Htt = 0,9. 33,555 = 30,200 (m)
3 Cột nước lớn nhất của trạm thủy điện ở ĐKLVBT (Hmax)
min
H max = ZMNDBT − ZHL
− Hw

Trong đó:

ZMNDBT = 267 m
Zmin
HL

tra quan hệ (Q~ZHL) ứng với Qmin

Qmin = 50%
Q max
td

Q max
td

1 tổ máy

= = = 1791,975 (m3/s)

Số tổ máy đã chọn: z = 6
Qmin = 50% . 149,331 (m3/s)
Tra quan hệ (Q~ZHL) ứng với Qmin =>
Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

Zmin
HL

= 220,996 (m)
17


Đồ án Thủy Điện

Hw = 5%(

min
ZMNDBT − ZHL

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

) = 5% . (267-220,996)=2,30 (m)

→ Hmax = ZMNDBT - ZHLmin - Hw = 267-220,996-2,30 = 43,704 (m)
4 Cột nước nhỏ nhất của trạm thủy điện ở ĐKLVBT (Hmin)
Để tính Hmin ta lập bảng quan hệ (H~ZHL) ứng với các cột:
1)

Giả thiết các giá trị Hx< Htt
Qx =

2)
3)
4)
5)

(m)

H x max
.Q td
H tt

ZHL tra quan hệ (Q~ZHL) ứng với Qx
Hw = 5%Hx
ZTL = ZHL + Hx + Hw

(m3/s)
(m)

(m)
(m)

Khi ZTL = ZMNC = 252,32 => Hx là giá trị Hmin
Kết quả tính toán được ghi trong bảng sau :

Bảng quan hệ Hx ~ ZTL

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

18


Đồ án Thủy Điện

GVHD: Đào Ngọc Hiếu

Vậy giá trị Hmin = 24.802 m

Vũ Thành Long – K54CTL3 – 1251012290

19