Giáo trình Nhà máy thủy điện - Nguyễn Đức Tình

Đề cơng môn học

Nh máy thuỷ điện
(Dùng cho hệ Đại học - Ngành Điện năng - Trờng ĐHKTCN)
Khối lợng: 60 tiết.
Số học trình: 4
Số học phần: 2.
Chơng I.
Nguồn thuỷ năng và khả năng sử dụng nguồn thuỷ năng
1-1. Giới thiệu chung.
I. Công nghệ năng lợng và vai trò của thuỷ năng.
II. Tình hình phát triển thuỷ điện.
1-2. Năng lợng của dòng chảy và nhà máy thuỷ điện
I. Năng lợng của dòng chảy.
II. Nhà máy thuỷ điện và phân loại nhà máy thuỷ điện.7
III. Một số đặc điểm của nhà máy thuỷ điện.
Chơng II. Thông số thuỷ năng của Nhà máy thuỷ điện.
2-1. Các đặc trng của dòng chảy tự nhiên
I. Biểu đồ thuỷ văn.
II. Các thông số của dòng chảy.
III. Các đờng cong đảm bảo nớc.
2-2. Hồ chứa và cột nớc của nhà máy thuỷ điện.
I. Hồ chứa nớc của nhà máy thuỷ điện.
II. Cột nớc của nhà máy thuỷ điện.
III. Phơng trình cân bằng nớc của hồ chứa.
IV. Đờng cong luỹ tích dòng chảy.
V. Đờng cong luỹ tích phụ tải.
VI. Dung tích đủ của hồ chứa.
2-3. Điều tiết dòng chảy.
I. Khái niệm về điều tiết dòng chảy.
II. Các nguyên tắc điều tiết.

III. Tần suất của lu lợng điều tiết.
Chơng III. Tính toán thiết kế Nhà máy thuỷ điện.
3-1. Tính toán các thông số chủ yếu khi thiết kế Nhà máy thuỷ điện.
I. Các thiết bị chính của nhà máy thuỷ điện.
II. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu.
III. Tính toán lựa chọn các thông số chủ yếu.
3-2. Chọn tua bin nớc trong thiết kế Nhà máy thuỷ điện.
I. Khái niệm chung.
II. Các thông số chính của tua bin.
III. Các loại tua bin.
IV. Hiện tợng khí thực và chiều cao cột hút cho phép.
V. Đặc tính của tua bin.
VI. Chọn tua bin.
3-3. Chọn máy phát thuỷ điện trong thiết kế Nhà máy thuỷ điện.
I. Định nghĩa.
II. Kết cấu máy phát thờng.
III. Chọn các thông số cơ bản của máy phát.
3-4. Kết cấu của các loại Nhà máy thuỷ điện.
I. Nhà máy thuỷ điện ngang đập.
II. Nhà máy thuỷ điện sau đập và đờng dẫn.
III. Nhà máy thuỷ điện ngầm.
IV. Nhà máy thuỷ điện tích năng.


V. Nhµ m¸y thuû ®iÖn thuû triÒu.
-------o0o--------


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

Chơng 1

Nguồn thuỷ năng
khả năng sử dụng nguồn thuỷ năng
1.1 Giới thiệu chung
I. Công nghệ năng lợng và vai trò của thuỷ năng.
1. Công nghệ năng lợng.
Là công nghệ phát triển nguồn năng lợng tự nhiên thành các dạng năng lợng
khác: Cơ năng, điện năng, nhiệt năng, quang năng...
- Nguồn năng lợng tự nhiên:
+ Hoá năng: than đá, dầu mỏ, khí đốt...
+ Cơ năng: năng lợng của dòng sông, sóng biển, thuỷ triều, gió...
+ Năng lợng nguyên tử: Uran 235, Uran 238...
Các dạng năng lợng trên đợc biến đổi thành điện năng thông qua các nhà máy
điện và nó là nguồn năng lợng truyền thống.
- Năng lợng mới: năng lợng mặt trời, địa nhiệt, các chất sinh khí, đợc biến
đổi thành điện năng thông qua các thiết bị biến đổi năng lợng mới.
2. Vai trò và trữ năng của thuỷ điện.
Trên thế giới, thuỷ điện ngày càng đóng vai trò quan trọng, theo thống kê năm
1995 thuỷ điện chiếm khoảng 23,5% tổng điện năng tiêu thụ. Tỷ lệ này ngày càng tăng
do những tác động đến môi trờng của nhà máy nhiệt điện và nhà máy điện hạt nhân...
Bảng 1-1
STT

Hệ thống sông

Trữ năng lý thuyết
9

Trữ năng kỹ thuật

10 kWh

109 kWh

1

Sông Đà

68,50

31,175

2

Sông Đồng Nai

27,30

10,335

3

Sông Sêsan

16,50

7,948

4

Sông Lô-Gâm

28,20

4,752

5

Sông Thu Bồn

16,00

4,575

6

Sông Srêpok

12,10

2,636

7

Sông Cả

14,00

2,556

8

Sông Mã

14,6

1,256

9

Sông Ba

10,10

1,240

10

Sông Thao

25,20

0,757

11

Các sông khác

38,87

1,688

271,37

68,918

Tổng

G.chú

1


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện



Chơng 1

Tại Việt Nam, thuỷ điện đóng vai trò to lớn trong Hệ thống điện và chiếm khoảng
(50ữ60)% công suất toàn hệ thống. Nguồn thuỷ năng ở nớc ta khá lớn ớc tính
khoảng 271,3 tỷ kWh và có thể sử dụng trên 68,918 tỷ kWh để xây dựng thuỷ điện. Tập
trung chủ yếu vào 3 hệ thống sông lớn là: Sông Đà, sông Đồng nai, Sông Sêsan... đợc
thể hiện cụ thể (bảng 1-1).
II. Tình hình phát triển thuỷ điện.

Trong Hệ thống điện nhiều nớc trên thế giới, thuỷ điện chiếm tỷ lệ tơng đối lớn,
trung bình trên thế giới khoảng 25%. Giá thành sản xuất điện năng của nhà máy thuỷ
điện rẻ hơn nhiệt điện và ít ảnh hởng đến môi trờng. Vì vậy ngành thuỷ điện trên thế
giới rất phát triển cả về số lợng và chất lợng.
Tại Việt Nam với trữ lợng rất lớn khoảng 90 tỷ kWh/năm kỹ thuật, đợc quan
tâm phát triển khá sớm (Nhà máy thuỷ điện Đa nhim: 160MW, Thác Bà: 108MW).
Trong những năm gần đây đã phát triển đợc nhiều nhà máy với công suất khá lớn
(Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình: 1920MW, Yaly: 720MW, Trị An: 400MW, Hàm Thuận:
300MW...) và sắp tới đa vào sử dụng nhiều nhà máy với công suất lớn (Nhà máy thuỷ
điện Sơn La: 2400MW, Sêsan IV: 340MW, Sêsan III: 259 MW, Na Hang: 300MW,
Đồng Nai IV: 280 MW...) và nhiều nhà máy khác nhng chúng ta mới chỉ khai thác
đợc rất ít khoảng 20%.
Tuy nhiên thuỷ điện đã chiếm tỷ trọng khá lớn, khoảng 60% công suất của hệ
thống điện Việt Nam. Trong tơng lai khi nhu cầu phát triển kinh tế tăng cao đòi hỏi
nhiều năng lợng điện thì thuỷ điện là nguồn năng lợng cần phải khai thác triệt để do
giá thành rẻ và nguồn than đá để phát triển nhiệt điện đã không còn nhiều (giá thành
sản xuất 1 kWh điện năng của Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình: 73 VND, các nhà máy
nhiệt điện trung bình: 1000 VND).
Ngoài ra thuỷ điện còn có vai trò quan trọng trong lợi dụng tổng hợp và phòng
chống thiên tai.
Một xu hớng quan trọng trong thiết kế điện khí hoá là sử dụng các trạm thuỷ
điện với công suất nhỏ, cung cấp cho các khu vực xa xôi hiểm trở có điều kiện thuận
lợi để xây dựng các thuỷ điện nhỏ (0,1ữ1000)kW. Nếu sử dụng lới điện quốc gia chi
phí đờng dây tải điện rất lớn.
1.2 Nguồn thuỷ năng
I. Năng lợng của dòng chảy.
1. Khái niệm.

2

Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện



Chơng 1

ở dạng tự nhiên, năng lợng dòng chảy của dòng sông một phần bị mất mát để
bào mòn vào lòng sông, một phần cọ sát vào đá sỏi đất, một phần để chống lực ma sát
của lòng sông và lực ma sát trong bản thân chất lỏng.
Các nhà máy thuỷ điện đã sử dụng năng lợng của dòng chảy và tập chung vào
một chỗ (bằng cách đắp đập hoặc đào kênh dẫn) làm quay tuabin thuỷ lực để chạy
máy phát điện. Động cơ sơ cấp của các máy phát điện là tuabin nớc, nối dọc trục với
máy phát. Tuabin nớc là loại động cơ biến thế năng và động năng của nớc thành cơ
năng. Quá trình biến đổi năng lợng đợc thực hiện nh sau:
Thuỷ năng Cơ năng Điện năng
Ngoài ra, có thể sử dụng năng lợng của thuỷ triều (khi thuỷ triều nâng lên, sử
dụng cột nớc để phát điện). Tuy nhiên việc sử dụng nguồn năng lợng này còn gặp
nhiều khó khăn nên ngày nay cha đợc sử dụng rộng rãi. Nhợc điểm chính của loại
thuỷ điện này là tính chất gián đoạn và không đồng đều (trong một ngày thuỷ triều
dâng lên trong một số giờ rồi hạ xuống).
2. Tính toán năng lợng của dòng chảy.
Tính toán năng lợng của dòng chảy một khúc sông, ta xét một dòng chảy từ mặt
cắt I-I đến II-II (hình 1-1).
Z (m)
I

Z1, v1, p1
H
II

I

Z2, v2, p2

II

L (km)

Hình 1-1: Dòng chảy cơ sở
- Z1, Z2 là chiều cao mức nớc ở mặt cắt I-I và II-II, (m).
- v1, v2 là vận tốc trung bình của dòng chảy ở mặt cắt I-I và II-II, (m/s).
- p1, p2 là áp suất trong lòng nớc ở mặt cắt I-I và II-II, (kg/ m2).

Giả sử trong thời gian T có một khối lợng nớc là W đang chuyển động ở mặt
cắt I-I về phía mặt cắt II-II.
Theo lý thuyết động lực học chất lỏng (phơng trình Becnuli) tại mặt cắt I-I khối
lợng nớc W sẽ chứa một năng lợng có thể tính theo công thức sau:

p1 1.v12
.W.
E1 = Z1 + +

2.g


(kg.m)

(1-1)

Trong đó:

3


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện



Chơng 1

- = . g là trọng lực của một m3 nớc.
- là trọng lợng của một m3 nớc, = 1000 kg/m3.
- g: gia tốc trọng trờng: g = 9,8 (m/s2).
- W: khối nớc bất kỳ, (m3).
- 1 là hệ số hiệu chỉnh kể đến sự phân bố không đều của vận tốc dòng chảy
trên diện tích của mặt cắt I-I.

u d
3

1 =



v13

Với:
+ u là vận tốc tại d.
+ là diện tích mặt cắt.

+ v1 là vận tốc trung bình của dòng chảy.
Nếu vận tốc đều, lấy 1 = 1.
Trong công thức (1-1) thành phần trong ngoặc gọi là cột áp.
- Z1 +

p1
là cột áp thuỷ tĩnh.


1.v12
là cột áp thuỷ động.
2g

Theo lý thuyết động lực học chất lỏng, nếu dòng chảy là lý tởng không tổn hao
thì trong quá trình chuyển động của khối nớc W năng lợng chứa trong đó không thay
đổi (thế năng giảm, động năng tăng).
Tuy nhiên với các dòng sông thì luôn luôn có sự thất thoát năng lợng do đó khi
chuyển động đến mặt cắt II-II thì năng lợng chứa trong khối nớc W là:

p
.v 2
E 2 = Z2 + 2 + 2 2 .W. < E1

2.g


(kg.m)

Năng lợng của dòng sông chảy từ mặt cắt I-I đến II-II để sinh công là hiệu số
của năng lợng tại 2 mặt cắt: E1 - E2.

p1 p 2 1.v12 2 .v 22
.W.

E = E1 E 2 = Z1 Z2 +
+
2
.
g




(kg.m)

Với dòng chảy thực tế một cách gần đúng có thể coi: p1p2, v1v2 và 12, khi
đó công do khối nớc W sinh ra.
E = E1 E 2 = (Z1 Z2 ).W.

(kg.m)

Giả thiết, khoảng cách giữa mặt cắt I-I và II-II là toàn bộ chiều dài của dòng
chảy. Còn khối nớc W có trị số bằng lợng nớc chảy qua một mặt cắt bất kỳ của

4


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

dòng sông trong thời gian 1 giây, nghĩa là về trị số W = Q. Khi đó thì chênh lệch năng
lợng E sẽ chính là công suất của toàn bộ dòng chảy N sinh ra trong 1 giây.
N = H.Q.

(kg.m/s)

Trong đó:
- H là độ dốc của toàn bộ dòng chảy gọi là chiều cao cột nớc.
H = Z1 - Z2
- Q là lu lợng của dòng sông (m3/giây).
Có thể biểu diễn đơn vị công suất của dòng chảy theo đơn vị kW.
Ta có: 1 kW = 1000 (kg.m/s) do đó:
N=

H.Q. H.Q..g H.Q.9,81.1000
=
=
= 9,81.Q.H
1000
1000
1000

(kW) (1-2)

Từ biểu thức trên ta thấy:
- Công thức trên cho phép ta đánh giá đợc khả năng sinh công lớn nhất của một
dòng chảy tự nhiên, do đó còn đợc gọi là tiềm năng của dòng chảy. Tuy nhiên đây

cha phải là công suất của nhà máy thuỷ điện vì các nhà máy thuỷ điện chỉ sử dụng 1
phần rất nhỏ của khả năng sinh công.
- Từ công thức tính toán khả năng sinh công của một phần dòng chảy bất kỳ ta thấy
năng lợng chứa trong dòng chảy tự nhiên đợc phân bố rải khắp chiều dài dòng chảy.
Tuy nhiên mật độ năng lợng phân bố không đều, nếu đoạn có độ dốc càng lớn thì mật độ
năng lợng càng cao. Đó chính là vị trí thuận lợi để xây dựng nhà máy thuỷ điện.
Công thức tính toán công suất của nhà máy thuỷ điện khi thiết kế:
N TD = 9,81..Q.H

(kW)

(1-3)

Trong đó:
- H là chênh lệch mức nớc trớc và sau của nhà máy thuỷ điện, m.
- là hiệu suất chung của nhà máy thủy điện.
= T. F
- T là hiệu suất của tuabin nớc và trong đờng ống dẫn nớc T = (0,88ữ0,91).
- F là hiệu suất của máy phát F = (0,95ữ0,98).
Vậy, = (0,8ữ0,9) trong tính toán thờng lấy gần đúng = 0,86.
Thay vào công thức trên, ta có:
NTD = 9,81. 0,86. Q. H = 8,3. Q. H.

(1-4)

Công thức trên thờng đợc sử dụng đánh giá sơ bộ công suất của nhà máy thuỷ
điện khi thiết kế.
II. Nhà máy thuỷ điện và phân loại nhà máy thuỷ điện.
1. Nhà máy thuỷ điện.

5


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện



Chơng 1

Từ tính toán trên ta thấy, năng lợng của dòng chảy có thể đợc sử dụng và
chuyển hoá thành điện năng qua các nhà máy thuỷ điện. Công suất của nhà máy thuỷ
điện phụ thuộc vào lu lợng Q và cột nớc H của dòng chảy.
+ Lu lợng dòng chảy giảm: công suất của nhà máy giảm xuống và công suất đó
có thể thấp hơn nhu cầu của phụ tải.
+ Lu lợng dòng chảy tăng: các hộ tiêu thụ điện năng không sử dụng hết công
suất của nhà máy, một phần công suất thừa và nớc phải tháo qua các công trình xả lũ
không cho qua tuabin.
Do sự phân bố lu lợng của dòng chảy là ngẫu nhiên không phù hợp với yêu cầu
tiêu thụ điện năng của các hộ tiêu thụ, nên vấn đề đặt ra là phải tìm cách phân phối
năng lợng đó. Nh vậy, cần phải xây dựng hồ chứa nớc để điều tiết lu lợng dòng
chảy qua thuỷ điện. Hồ chứa nớc sẽ giữ lại lợng nớc thừa trong mùa nớc lớn (
mùa lũ) và dự trữ để sử dụng trong mùa nớc nhỏ (mùa khô) để tăng công suất của nhà
máy thuỷ điện. Một phần lợng nớc thừa mà hồ chứa không thể giữ lại đợc nữa do
thể tích hồ chứa có hạn sẽ đợc chảy qua các công trình xả lũ.
Từ những phân tích trên, ta thấy việc sử dụng năng lợng các dòng sông cần phải
giải quyết hai nhiệm vụ: tạo thành cột nớc và điều chỉnh lu lợng nớc.
2. Phân loại Nhà máy thuỷ điện.
a) Phân loại theo công suất lắp máy.
- Nhà máy thuỷ điện lớn:

Nln 1000 (MW).

- Nhà máy thuỷ điện vừa:

15 (MW) Nln < 1000 (MW).

- Nhà máy thuỷ điện nhỏ:
Nln < 15 (MW).
b) Phân loại theo cột nớc.
- Nhà máy thuỷ điện cột nớc cao:
Hmax > 400 (m).
- Nhà máy thuỷ điện cột nớc trung bình: 50 (m) Hmax 400 (m).
- Nhà máy thuỷ điện cột nớc thấp:
400 (m) < Hmax.
c) Phân loại theo kết cấu của nhà máy.
c.1) Nhà máy thuỷ điện kiểu đập: Với những sông có lu lợng nớc lớn nhng độ
dốc nhỏ để tạo sự chênh lệch cột nớc H lớn, có thể xây dựng đập chắn, từ đó xây
dựng nhà máy thủy điện gọi là nhà máy thuỷ điện kiểu đập (hình 1-2). Đập càng cao
thì công suất càng lớn tuy nhiên cột nớc do đập tạo nên có thể bị hạn chế do điều kiện
kinh tế và kỹ thuật không cho phép. Nhà máy thuỷ điện kiểu đập gồm có 2 loại:
+ Nhà máy thuỷ điện ngang đập: nhà máy nằm ngay trong đập do đó kết cấu
phức tạp, để đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật cột nớc khoảng (35ữ40)m.

6


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

+ Nhà máy thuỷ điện sau đập: nhà máy nằm sau đập dâng nớc. Khi cột nớc
cao vì lý do ổn định nhà máy phải nằm sau đập, đôi khi đờng dẫn nớc không di qua
đập mà bố trí đi vòng ra ngoài đập (Hoà Bình), cột nớc khoảng (30ữ45)m.
TL

Đập

H
Nhà
máy

HL

Hình 1-2: Nhà máy thuỷ điện kiểu đập
- Ưu điểm: Có công suất lớn do tận dụng đợc toàn bộ lu lợng của dòng sông,
tạo đợc hồ chứa nớc để điều tiết và vận hành tối u nhà máy thuỷ điện trong hệ thống.
- Nhợc điểm: Vốn đầu t cao, đập không thể xây dựng qúa cao vì điều kiện kinh
tế-kỹ thuật, đập quá cao có thể làm ngập một vùng rộng lớn, ảnh hởng đến sinh thái
môi trờng.
Nhà máy thuỷ điện có thể xây dựng nối tiếp trên cùng một dòng sông gọi là hệ
thống khai thác bậc thang, trong trờng hợp đó công suất của mỗi nhà máy tăng lên do
khả năng điều tiết năng lợng của dòng chảy tốt hơn.
c.2) Nhà máy thủy điện đờng dẫn dẫn: gồm 2 loại:
+ Xây dựng ở những nơi có cột nớc đợc tạo thành một cách tự nhiên từ các thác
nớc (hình 1-3), lợi dụng độ cao của thác nớc ta đặt đờng ống dẫn nớc vào nhà
máy tạo cột áp.

H

Nhà
máy

HL

Hình 1-3: Nhà máy thuỷ điện đờng dẫn-tại thác tự nhiên
+ Xây dựng ở những sông có lu lợng nớc ít, nhng độ dốc lớn (hình 1-4). Kênh
trong đợc cấu tạo bởi hai phần: Phần đầu đợc xây dựng dới dạng kênh dẫn hở (1)
với độ dốc rất nhỏ. Có nhiệm vụ đa nớc đi xa không làm thay đổi nhiều mức nớc
đến vị trí thuận lợi có thể tạo thành cột nớc cao để xây dựng nhà máy thuỷ điện (3).
Phần cuối đợc xây dựng dới dạng các ống dẫn kín (2) có nhiệm vụ đa mức nớc từ
trên cao xuống thấp giữ nguyên cột áp vào các tuabin của nhà máy.
1

3

7
2

H


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện



Chơng 1

- Ưu điểm: Có cột nớc lớn trong khi vốn đầu t nhỏ, do đó có thể xây dựng đợc
nhà máy có công suất lớn ngay cả khi lu lợng của dòng chảy rất nhỏ.

- Nhợc điểm: Không có hồ chứa nớc, do đó không có khả năng điều tiết và vận
hành tối u, lu lợng nớc không lớn do đó công suất hạn chế.
+ Trờng hợp đặc biệt, con sông lợn vòng đợc một đoạn dài tạo thành một sự
chênh lệch lớn về mức nớc (hình 1-5). Kênh dẫn ở đây ngắn nên không tốn nhiều công
xây dựng.
Đập
Kênh dẫn
Nhà máy
thuỷ điện

Hình 1-5: Nhà máy thuỷ điện đờng dẫn

+ Trờng hợp hai con ở sông gần nhau, có mức độ chênh lệch nhau nhiều. Nớc
chảy vào kênh dẫn lấy từ một dòng sông có mức nớc cao và chảy vào một dòng sông
có mức nớc thấp hơn (hình 1-6). Ví dụ: Thuỷ điện Đa Nhim có công suất 160 MW, sử
dụng chênh lệch mức nớc sông Đa Nhim ở cao trình 1200 m và sông Tháp Chàm ở
cao trình 100 m.
Đập

Kênh dẫn
Nhà máy
thuỷ điện

Hình 1-6: Nhà máy thuỷ điện đờng dẫn
c.3) Nhà máy thuỷ điện hỗn hợp.
áp dụng hỗn hợp hai cách trên để tạo thành cột nớc. Cột nớc tạo thành một
phần do đập, một phần do kênh dẫn (hình 1-7).

8

Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện



Chơng 1

TL
H2
H1
Nhà
máy

HL

Hình 1-7: Nhà máy thuỷ điện hỗn hợp

c.4) Nhà máy thuỷ điện kiểu tích năng.
Là nhà máy thuỷ điện có hồ chứa đợc xây dựng bao gồm 2 qua trình (hình 1-8):
- Vào những giờ cao điểm của phụ tải hệ thống điện thì nhà máy thuỷ điện tích
năng sử dụng nớc của hồ chạy tuabin nớc quay máy phát điện để cung cấp cho lới.
- Vào những giờ thấp điểm của phụ tải hệ thống điện thì nhà máy thuỷ điện tích
năng sử dụng điện của hệ thống chạy bơm để bơm nớc lên hồ.
Nhà máy thuỷ điện tích năng có tác dụng san phẳng đồ thị phụ tải do đó giảm đợc
tổn thất công suất và nâng cao hiệu suất làm việc của các nhà máy điện trong hệ thống.
hồ chứa nớc TL
H
Nhà
máy

HL

Hình 1-8: Nhà máy thuỷ điện tích năng
c.5) Nhà máy điện thuỷ triều.
Nhà máy điện thuỷ triều làm việc dựa trên sự thay đổi mức nớc khi thuỷ triều
lên xuống, đợc xây dựng tại các vịnh và biển bằng các đập ngăn vịnh với biển.
Khi thuỷ triều lên mức nớc ngoài biển cao hơn mức nớc trong vịnh (hình 1-9a),
ta đợc độ chênh cột nớc và có thể cho nớc chảy qua tuabin từ biển vào vịnh để phát
điện. Khi thuỷ triều rút mức nớc trong vịnh cao hơn mức nớc ngoài biển tạo nên độ
chênh cột nớc và có thể cho nớc qua tuabin từ vịnh ra biển để phát điện (hình 1-9b).

9


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện



Chơng 1

Mỗi ngày thuỷ triều lên xuống 2 lần, nên trong vịnh cũng trữ nớc 2 lần. Khi chuyển
chiều làm việc, nhà máy phải ngừng làm việc một thời gian để có đủ độ chênh mức nớc cần
thiết. Nh vậy, mỗi ngày nhà máy phải nghỉ làm việc 4 lần và cột nớc chỉ là một phần của
mức chệnh lệch thuỷ triều. Do đó nhà máy đợc xây dựng nối liền với hệ thống và ở những
nơi có chênh lệch thuỷ triều cao (8ữ10)m. Tại Việt Nam do sự chệnh lệch thuỷ triều nhỏ nên
Nhà máy thuỷ điện thuỷ triều không đợc quan tâm.

TL
Vịnh HL

H

TL

Nhà
máy

Vịnh

Biển
Nhà
máy

H HL

Biển
a)

b)

Hình 1-9: Nhà máy thuỷ điện thuỷ triều

III. Một số đặc điểm của nhà máy thuỷ điện.
1. Sử dụng nguồn thuỷ năng dồi dào vô tận của thiên nhiên.
Nớc ta có nhiều sông, thác nớc lớn, nguồn thuỷ năng rất phong phú, lợng ma
hàng năm lại nhiều. Nhiều nhà máy thuỷ điện lớn đã và đang đợc xây dựng nh: Thác
Bà, Hoà Bình, Trị An, Yaly, Sơn La... ở các địa phơng, đặc biệt là ở vùng núi đã xây
dựng đợc nhiều nhà máy thuỷ điện nhỏ phục vụ cho công nghiệp và sinh hoạt ở địa
phơng.
Nhiên liệu không phải vận chuyển, nguồn nớc thiên nhiên rất phong phú. Trái

lại nhiên liệu của các nhà máy nhiệt điện (than, dầu, hơi đốt ...) đều có hạn và rất cần
cho nhiều ngành kinh tế quốc dân khác. Sử dụng nguồn thuỷ năng tiết kiệm đợc các
nhiên liệu trên ngoài ra còn tiết kiệm đợc chi phí khai thác và vận chuyển dẫn đến giá
thành điện năng giảm mang lại lợi ích lớn đối với nền kinh tế quốc dân.
2. Vận hành đơn giản, an toàn, dễ dàng tự động hoá, chi phí cho quản lý lao
động nhỏ.
- Thời gian mở máy (2) và ngừng máy (1) nhỏ. Hiệu suất cao (80ữ90)% và ít phụ
thuộc vào tình trạng làm việc.
- Thiết bị ở nhà máy thuỷ điện tơng đối đơn giản so với nhà máy nhiệt điện nên
có thể thực hiện tự động hoá cao hơn.
- ở các nhà máy thuỷ điện, năng suất lao động thờng cao hơn ở các nhà máy
nhiệt điện, vì không phải khai thác vận chuyển, bảo quản, chế biến nguyên liệu cũng
nh vào việc đốt lò, cung cấp nớc cho lò hơi, để than sỉ...

10


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện



Chơng 1

3. Giá thành điện năng ở nhà máy thuỷ điện thờng thấp hơn nhiều so với
nhà máy nhiệt điện.
- Nớc là một loại nhiên liệu không phải khai thác vận chuyển, chế biến, bảo quản.
- Do khả năng thực hiện tự động hoá cao, nhân công phục vụ ít.
- Khối lợng thiết bị ít nên chi phí cho sửa chữa, khấu hao nhỏ.
4. Vốn đầu t lớn, thời gian xây dựng lâu hơn nhà máy nhiệt điện.
Các công trình thuỷ đòi hỏi một khối lợng xây dựng rất lớn, chi phí nhiều, thời

gian thăm dò xây dựng lâu.
5. Nhà máy thuỷ điện thờng lợi dụng tổng hợp.
Khi xây dựng nhà máy thuỷ điện thờng lợi dụng tổng hợp các nhiệm vụ sau:
- Thuỷ lợi: Xây dựng các trạm thuỷ điện kiểu đập tạo nên những hồ chứa nớc lớn
giữ một khối lợng nớc trong mùa nớc lũ để tới cho các vùng đồng bằng hay đồi
núi rộng lớn vào mùa khô đảm bảo việc tăng vụ, tăng năng suất.
- Chống lũ: Xây dựng các nhà máy thuỷ điện kiểu đập tạo thành những hồ chứa
lớn có khả năng trữ phần lớn lợng nớc trong mùa lũ và hạn chế mức nớc lũ phía hạ
lu, tránh đợc các hiểm hoạ do lũ lụt gây ra.
- Giao thông: Xây dựng các nhà máy thuỷ điện với những hồ chứa nớc lớn tạo
điều kiện cho thuyền bè đi lại dễ dàng.
Ngoài ra, khi xây dựng đập qua sông thờng kết hợp xây dựng đờng sắt, đờng
bộ, cầu qua sông
- Phát triển chăn nuôi: Những hồ chứa nớc lớn là những hồ nuôi cá rất tốt.
6. Nguồn nớc thay đổi ngẫu nhiên và biến động mạnh theo thời gian.
Vận hành nhà máy thuỷ điện cần đặc biệt chú ý đến tính chất luôn biến đổi của
dòng chảy. Vì vậy cần đề ra các phơng án điều tiết và vận hành hợp lý kết hợp với
các nhà máy điện khác trong hệ thống điện.
7. ảnh hởng mạnh đến hệ sinh thái, môi trờng.
Xây dựng hồ chứa lớn sẽ làm ngập một vùng rộng lớn làm ảnh hởng mạnh đến
sinh thái môi trờng.
------o0o------

11




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

Chơng 2

Thông số thuỷ năng của Nh máy thuỷ điện
2.1 Các đặc trng của dòng chảy tự nhiên
I. Biểu đồ thuỷ văn.
Biểu đồ thuỷ văn là quan hệ giữa lu lợng nớc của dòng sông với thời gian,
tính trong chu trình một năm.
- Mỗi dòng chảy tự nhiên đều có thể xây dựng biểu đồ dới dạng bảng số hoặc
đờng cong (hình 2-1). Để xây dựng biểu đồ thuỷ văn cần thu thập số liệu thống kê
nhiều năm và áp dụng phơng pháp tính toán xác suất thống kê.
Q(m3/s)
năm
nớc to

năm
nớc nhỏ

0

6

tháng
12 t

Hình 2-1: Biểu đồ thuỷ văn
- Biểu đồ thuỷ văn là số liệu quan trọng nhất của dòng chảy tự nhiên để tính toán
khai thác thuỷ điện và có những đặc điểm sau:
+ Có tính chất chu kỳ, nghĩa là trong một năm luôn luôn tồn tại những khoảng

thời gian nớc to và những khoảng thời gian nớc nhỏ tơng đối ổn định.
+ Có tính chất ngẫu nhiên, trong các phơng pháp tính toán cần phải tính các
phơng án dự phòng nhằm đảm bảo cho các trờng hợp ngẫu nhiên có thể xảy ra.
+ Lu lợng nớc mùa lũ so với mùa cạn có thể chênh lệch gấp 20 lần.
+ Biểu đồ thuỷ văn cần đợc xây dựng bằng việc thống kê số liệu nhiều năm và
áp dụng các phơng pháp xác suất để tính toán xây dựng.
II. Các thông số của dòng chảy.
1. Lu lợng nớc trung bình năm, Qtbn.
365

Q tbn =

Q
i =1

i

365

(m3/s)

Trong đó: Qi là lu lợng nớc trung bình của ngày thứ i trong năm.
2. Lợng nớc trung bình năm, W.
W = Qtbn. 31,5. 106
Trong đó: 31,5.106 là thời gian của một năm, s.

(m3)

Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

3. Lu lợng trung bình nhiều năm, Q0.
n

Q

Q0 =

i =1

tbni

(m3/s)

n

4. Lợng nớc trung bình nhiều năm, W0.
n

W0 =

W

i

i =1

n

= Q0. 31,5. 106

(m3)

5. Hệ số lệch dòng, ki.
ki =

Wi Q tbni
=
W0
Q0

Trong đó:
- ki = 1: năm thứ i nớc trung bình.
- ki > 1: năm thứ i nớc to.
- ki < 1: năm thứ i nớc nhỏ.
6. Độ ổn định dòng, C.
n

C=

(k
i =1

i

1) 2

n 1

Trong đó:
- ki = 0 C = 0: dòng chảy luôn ổn định.
- ki 0 C > 0: dòng chảy càng lớn thì sự dao động của dòng chảy càng
lớn, càng mất ổn định.
III. Các đờng cong đảm bảo nớc.
1. Đờng cong tần suất đảm bảo nớc.
Đờng cong tần suất đảm bảo nớc của một dòng chảy tự nhiên là quan hệ giữa
trị số lu lợng nớc với xác suất để dòng chảy đảm bảo đợc trị số lu lợng nớc
không nhỏ hơn một trị số lu lợng nớc đã cho xét trong chu kỳ một năm.
Mỗi dòng chảy tự nhiên đều có thể xây dựng đợc đờng cong đảm bảo nớc theo
thống kê (hình 2-2).
Q(m3/s)
Qmax
Qa

a

Q50%
Q90%
Qmin

P%
Pa

50%

90% 100%

Hình 2-2: Đờng cong tần suất đảm bảo nớc




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

Đờng cong tần suất đảm bảo nớc đặc trng cho độ tin cậy xuất hiện lu lợng
nớc của dòng chảy.
Mỗi dòng chảy luôn luôn đảm bảo đợc trị số lu lợng không nhỏ hơn Qmin
(tơng ứng xác suất đảm bảo 100%) và không bao giờ đợc vợt quá trị số Qmax (tơng
ứng xác suất đảm bảo bằng 0). Với mỗi điểm đã cho trên đờng cong thì sẽ xây dựng
đợc trên trục hoành trị số xác suất mà dòng chảy đảm bảo đợc lu lợng nớc
không nhỏ hơn giá trị xác định trên trục tung.
Đờng cong tần suất đảm bảo nớc là một số liệu quan trọng ứng dụng phổ biến
trong thiết kế và vận hành. Thờng chú ý hai trị số:
- Lu lợng nớc của dòng chảy tơng ứng với tần suất đảm bảo 90% (gọi là lu
lợng nớc 90%) đợc dùng để tính toán sơ bộ công suất thiết kế cho nhà máy thuỷ điện.
N SB = 9,81..Q 90% .H

- Trị số lu lợng nớc ứng với tần suất đảm bảo 50% đợc dùng để tính toán sản
lợng điện năng trung bình sản xuất ra đợc trong chu kỳ 1 năm của nhà máy thuỷ
điện. Trị số này đợc dùng để tính toán luận chứng kinh tế quy hoạch phát triển, vận
hành nhà máy thuỷ điện.
2. Đờng cong thời gian đảm bảo nớc.
Đờng cong thời gian đảm bảo nớc là quan hệ giữa trị số lu lợng nớc của
dòng chảy tự nhiên với khoảng thời gian mà dòng chảy đảm bảo đợc trị số lu lợng

nớc Q đã dự tính trong chu kỳ một năm.
Mỗi điểm trên đờng cong sẽ xác định trên trục hoành khoảng thời gian trong
một năm mà dòng chảy đảm bảo đợc trị số lu lợng nớc Q không nhỏ hơn giá trị
xác định đợc trên trục tung.
3
Q(m /s)

Qmax

Qa

a

Qmin
t
ta= 87

365

ngày

Hình 2-3: Đờng cong thời gian đảm bảo nớc

Đờng cong thời gian đảm bảo nớc đảm bảo cho khả năng cung cấp nớc của
dòng chảy tính theo khoảng thời gian xuất hiện trị số lu lợng Q đã cho trong chu kỳ


Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

một năm. Thờng đợc áp dụng để lập biểu đồ kế hoạch vận hành nhà máy thuỷ điện
trong chu kỳ một năm.
P=

t
.100%
T

2.2 Hồ chứa v Cột nớc của nh máy thuỷ điện
I. Hồ chứa của nhà máy thuỷ điện.
1. ý nghĩa.
- Hồ chứa có ý nghĩa rất quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy, đảm bảo chế
độ làm việc tối u của nhà máy thuỷ điện trong hệ thống. Nhằm khai thác tối đa năng
lợng của dòng chảy tự nhiên đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế chung trong vận
hành hệ thống điện.
Ngoài ra hồ chứa còn có ý nghĩa lợi ích tổng hợp: tới tiêu, chống lũ, xả lũ, thuỷ
sản, giao thông vận tải... Tuỳ theo điều kiện cụ thể của nhà máy dung tích hồ chứa
đợc xây dựng tối đa theo hiệu quả kinh tế kỹ thuật.
2. Mức nớc và thể tích hồ.
a) Mức nớc dâng bình thờng, ZDBT (hình 2-4).
Mức nớc dâng bình thờng là mức nớc cao nhất của hồ chứa tính ở phía
thợng lu của đập, khi đó nhà máy thuỷ điện và các công trình thuỷ lực có thể làm
việc lâu dài đảm bảo với một độ dự trữ an toàn cần thiết xác định bởi những điều kiện
kỹ thuật.
Ví dụ: mức nớc dâng bình thờng của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình: 115m.
Mức nớc trong hồ rất ít khi cho dâng cao quá mức nớc dâng bình thờng trừ
một số trờng hợp đặc biệt khi xảy ra lũ lớn.

ZSC
ZDBT
ZC

Hình 2-4: Mức nớc của hồ chứa
b) Mức nớc chết, ZC (hình 2-4).
Mức nớc chết là mức nớc thấp nhất mà hồ có thể điều tiết đợc tính ở phía
thợng lu của đập, khi đó nhà máy thuỷ điện có thể vận hành để đảm bảo có đợc
một công suất và điện năng có lợi nhất.




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

Ví dụ: mức nớc chết của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình: 80m.
Nh vậy hồ chứa không thể điều tiết thấp hơn mức nớc chết, sẽ không có lợi về
kinh tế (thực ra mức nớc chết còn xác định bởi nhiều yếu tố: thuyền bè, tới tiêu, điều
kiện kỹ thuật...). Mức nớc thấp sinh ra các bọt khí trong cánh tuabin làm bị rỗ các
cánh tuabin.
c) Mức nớc dâng cỡng bức-siêu cao, ZSC (hình 2-4).
Mức nớc dâng cỡng bức là mức nớc cao nhất của hồ chứa tính ở phía thợng
lu của đập, khi đó nhà máy thuỷ điện có thể vận hành ngắn hạn tạm thời trong
khoảng thời gian thiên tai lũ lụt.
Ví dụ: nhà máy thuỷ điện Hoà Bình quy định mức nớc này là 118m.
d) Thể tích có ích của hồ chứa, VCI.
Thể tích có ích của hồ chứa là thể tích nớc nằm giữa hai mức nớc dâng bình
thờng và mức nớc chết của hồ chứa, nó chính là thể tích nớc mà hồ đợc phép sử dụng

để điều tiết dòng chảy trong quá trình vận hành bình thờng của nhà máy thuỷ điện.
Ví dụ: Hồ Hoà Bình, thể tích có ích là 90 tỷ m3.
e) Thể tích chết, VC.
Thể tích không sử dụng đợc cho sản xuất điện năng gọi là thể tích chết.
f) Thể tích dự trữ, VDT.
Thể tích dự trữ là phần thể tích của hồ chứa nằm giữa mức nớc dâng bình
thờng và mức nớc dâng cỡng bức, đợc sử dụng vào chống thiên tai, lũ lụt.
3. Đặc tính của hồ chứa.
Những đờng đặc tính quan trọng của hồ chứa nớc là những đờng sau đây:
a) Đờng đặc tính diện tích.
Biểu thị quan hệ giữa diện tích mặt hồ và mức nớc trong hồ (hình2-5a).
Z(m)

Z(m)

ZDBT

ZDBT

b)

a)
F1

F (km2)

F1

F (km2)

Hình 2-5: Đặc tính diện tích của hồ chứa
Khi bờ hồ thẳng đứng, đờng đặc tính là đờng thẳng song song với trục Z và cắt
trục F tại một điểm. Trong trờng hợp này trị số diện tích mặt hồ giữ một trị số không




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

đổi trong lúc mức nớc trong hồ thay đổi (hình 2-5b). Loại hồ này thờng là loại hồ
nhân tạo nhỏ dùng để điều tiết ngày.
Đờng đặc tính diện tích đợc xác định trong tài liệu thuỷ văn.
b) Đờng đặc tính dung tích của hồ.
Biểu diễn quan hệ dung tích của hồ chứa và mức nớc trong hồ, đờng 1 (hình 2-6a)
trong trờng hợp hồ chứa có vách bờ thẳng đứng, đờng đặc tích dung tích là một đờng
thẳng nghiêng với trục hoành một góc nào đó (hình 2-6b).

Z(m)

Z(m)

ZDBT

ZDBT

ZC
a)

ZC

W (km3)
WC

WCI

b)

W (km3)
WC

WCI

Hình 2-6: Đặc tính dung tích của hồ chứa
c) Đặc tính lu lợng.
Dung tích có thể biểu diễn bằng tích của lu lợng Q với một khoảng thời gian
tính toán t.
W = Q.t

Từ đặc tính dung tích (hình 2-7), vẽ đợc đờng đặc tính lu lợng của hồ Z=f(Q)
ứng một trị số t nhất định. Đờng đặc tính này còn gọi là đờng cong điều tiết hồ
chứa ứng với các t khác nhau.
Z(m)

ZDBT
t1 < t2 < t3

t3

t2

t1

Q(m3/s)

Hình 2-7: Đặc tính lu lợng của hồ chứa
d) Đờng đặc tính năng lợng.
Biểu diễn mối quan hệ giữa năng lợng hồ chứa và mức nớc của hồ (hình 2-9).
Năng lợng của dung tích có ích của hồ chứa đợc xác định theo biểu thức:
E = .H 0 .WCI




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

Trong đó:
- H0 là cột nớc của hồ chứa.
- WCI là dung tích có ích của hồ.
- là trọng lợng riêng của một m3 nớc.
Để xây dựng đờng đặc tính, trên trục hoành độ ghi trị số điện năng nhận đợc
khi điều tiết một lớp nớc của hồ chứa và trên tung độ ghi chiều sâu điều tiết hồ chứa.

Z(m)
ZDBT

ZC

E (kWh)

Hình 2-9: Đặc tính năng lợng của hồ chứa
II. Cột nớc của nhà máy thuỷ điện.
1. Đặc tính cột nớc của hồ chứa.
Giả thiết mức nớc ở thợng lu không đổi, tổn thất cột nớc chỉ phụ thuộc vào
lu lợng của dòng chảy. Đặc tính cột nớc của hồ chứa (hình 2-10a).
Đờng 1 biểu diễn ZTL với lu lợng Q, đờng 2 biểu diễn quan hệ mức nớc hạ
lu ZHL với lu lợng Q.
Khoảng cách giữa hai đờng cong 1 và 2 tại dung lợng Qi là trị số cột nớc làm
việc của nhà máy thuỷ điện Hi tơng ứng với một mức nớc nhất định ở thợng lu.
Z (m)

H (m)
1

ZDBT

ZTL(Qi)
Hi

ZC

2
1

ZDBT
ZC

ZHL(Qi)

a)

Q(m3/s)

2

b)

Qi

Hình 2-10: Đặc tính cột nớc của hồ chứa

Q(m3/s)




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

Từ đó, có đợc đờng cong quan hệ giữa cột nớc H và lu lợng Q ứng với mỗi
trị số nhất định của mức nớc thợng lu (hình 2-10b). Thờng sử dụng đặc tính cột
nớc tơng ứng với 2 trị số giới hạn của mức nớc thợng lu là: ZDBT và ZC.
Đờng 1 ứng với Nhà máy thuỷ điện kiểu đập, tổn thất cột nớc phụ thuộc vào sự
dao động của mức nớc hạ lu.
Đờng 2 ứng với Nhà máy thuỷ điện kiểu đờng dẫn, sự dao động của mức nớc
hạ lu ảnh hởng rất ít tới tổn thất cột nớc.
2. Cột nớc tính toán của nhà máy thuỷ điện.
Khi tính toán vận hành nhà máy thuỷ điện thì cột nớc đợc xác định chính xác

hơn so với khi thiết kế. Khi đó cần phải xét đến tổn hao của cột áp do ma sát trên các
đờng ống và hiệu suất của tua bin nớc.
Trong trờng hợp chung có thể xác định theo công thức sau:
H = H0 - H
Trong đó:
- H0 là cột nớc hình học của nhà máy thuỷ điện.
H0 = ZTL - ZHL
Các mức nớc thợng lu và hạ lu phụ thuộc vào chế độ vận hành của nhà máy
thuỷ điện.
- H là tổn thất cột áp gây ra do ma sát và hiệu suất tuabin của nhà máy thuỷ
điện, phụ thuộc vào lu lợng Q vận hành.
Trong trờng hợp chung cột áp tính toán của nhà máy thuỷ điện phụ thuộc vào
chế độ vận hành của nhà máy.
H (m)

H

H0 = ZTL - ZHL

H = H0 - H

Q1

Q2

Q + Qxả
(m3/s)

Hình 2-11: Đặc tính cột nớc của Nhà máy thuỷ điện
Để xác định cột nớc đẳng trị của toàn nhà máy ta có dạng đặc tính cột nớc có

thể có những điểm gián đoạn và có dạng phi tuyến (hình 2-11). H0 có dạng đờng cong
trơn đi xuống. Các điểm gián đoạn bị gây ra bởi thời điểm thay đổi số tổ máy làm việc.
Khi số tổ máy làm việc tăng thì tổn thất cột áp giảm, do đó đặc tính cột nớc đợc




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

nâng cao lên sau thời điểm này. Chẳng hạn công suất đến vị trí Q1 khi tăng số tổ máy
thì H giảm.
III. Phơng trình cân bằng nớc của hồ chứa.
Dựa vào điều kiện cân bằng giữa mức nớc chảy vào và chảy ra của hồ chứa,
thiết lập phơng trình cân bằng nớc của hồ chứa.
Xét một khoảng thời gian ngắn t tổng đại số các lợng nớc chảy vào bằng tổng
các lợng nớc chảy ra của hồ, ta có phơng trình cân bằng nớc:
WS = WTB + WX + WR + WTL + V
Trong đó:
- WS là lợng nớc của dòng sông chảy vào hồ.
- WTB là lợng nớc chảy qua tuabin của nhà máy vận hành.
- WX là lợng nớc xả tràn qua đập.
- WR là lợng nớc rò rỉ ra khỏi hồ.
- WTL là lợng nớc dùng trong thuỷ lợi.
- V là thể tích nớc trữ lại ở trong hồ. V > 0 nớc trong hồ cao lên,
V < 0 nớc trong hồ giảm.
Chia cả hai vế cho t, ta đợc:
QS = QTB + QX + QR + QTL +

dV
dt

Trong phơng trình trên QR và QTL thờng đợc bỏ qua hoặc đợc tơng đơng
hoá vào lu lợng QS. Khi đó phơng trình viết dới dạng.
QS = QTB + QX +

dV
dt

Mặt khác ra có:
dV V dZ
dZ
=
= F( Z).
.
Z dt
dt
dt

Thay vào:
F( Z).

dZ
= Q S Q TB Q X
dt

Phơng trình này gọi là phơng trình cân bằng nớc của hồ chứa, với Z là cao
trình của hồ chứa.
IV. Đờng cong luỹ tích của dòng chảy.

1. Định nghĩa.
Đờng cong luỹ tích là quan hệ giữa lợng nớc của dòng chảy tính từ một gốc
thời gian xét nào đó đến thời điểm hiện tại.
t2

W ( t ) = Q( t )dt
t1




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Q=

Từ đó:

Chơng 1

dW
dt

ở một thời điểm nào đó thì lu lợng chính là góc nghiêng của tiếp tuyến đờng
cong luỹ tích đối với trục hoành.
t

n

0

i =1

W = Q.dt = Q i .t i

Trong đó:
- Qi là lu lợng trung bình trong khoảng thời gian ti.
- n là số khoảng thời gian ti.
- ti là khoảng thời gian tính toán, chọn theo điều kiện của bài toán và mức độ
chính xác cần thiết.
+ Khi điều tiết ngày, t = (1ữ2)h.
+ Khi điều tiết mùa hay năm, t = (10ữ30)ngày.
+ Khi điều tiết nhiều năm, t = 1 năm.
Đờng cong luỹ tích thờng biểu diễn trên đồ thị gồm: trục hoành là trục thời
gian t, trục tung biểu diễn dung tích của lợng nớc đến W trong khoảng thời gian từ
(0ữt), lần lợt đặt các điểm tơng ứng giữa dung tích W với t1, t2, ... tn. Đợc đờng
cong luỹ tích của dòng chảy Wi = f(ti) (hình 2-12).
W
Wt
Wi


0

t


t

ti

t

tn

T

Hình 2-12: Đặc tính cột nớc của Nhà máy thuỷ điện

Nếu Q = const, đờng cong luỹ tích có dạng là một đờng thẳng đi qua gốc toạ độ.
Độ dốc (hệ số góc) của đờng cong luỹ tích biểu thị lu lợng trung bình trong
khoảng thời gian T.
tg =

W
= Q tb
T

Nếu ta không lấy thời điểm ban đầu từ gốc toạ độ mà lấy từ một thời điểm bất kỳ,
chẳng hạn bắt đầu từ t và kết thúc tại t". Vẽ đờng cát tuyến của đoạn đờng cong luỹ
tích tơng ứng với khoảng thời gian từ t' đến t".




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Qtb = tg' =

Chơng 1

Wt " Wt ' W
=
t" t '
t

Đờng cong luỹ tích khi xây dựng trong hệ toạ độ vuông góc tăng rất nhanh theo
thời gian, nên kém chính xác khi thời gian tính toán dài vì phải lấy tỷ lệ xích quá nhỏ.
Để khắc phục, xây dựng đờng cong luỹ tích trong hệ toạ độ xiên góc.
2. Hệ toạ độ xiên.
Thực chất đờng cong luỹ tích trong hệ toạ độ xiên góc là đờng W(t) trong hệ
toạ độ vuông góc với phơng trình:
t

W ' ( t ) = Q( t )dt Q 0 .t = W ( t ) Q 0 .t
0

Trong đó:
- Q0 là một hằng số có đơn vị là lu lợng nớc, thờng đợc chọn bằng trị số lu
lợng nớc trung bình làm tròn trong chu kỳ T đợc xét (1 năm). (Q0 = 87 m3/s có thể
lấy Q0 = 90 m3/s hoặc 100 m3/s)
- t là biến thời gian.
W

W1

W

W1
A
0 t1

Q0.t1

T

W2 t
t2

B

Q0.t2
- Q0.t

Hình 2-13: Đờng cong luỹ tích trong hệ toạ độ xiên góc
Trong hệ toạ độ vuông góc vẽ W(t), thờng vẽ đờng thẳng (- Q0.t) gọi là
trục hoành xiên góc của hệ toạ độ xiên góc. Từ hệ toạ độ xiên góc, có thể xác định
nhanh chóng qua đồ thị trị số nớc chảy vào ở một thời điểm cho trớc nào đó
(hình 2-13).
AB = W1 + Q0.t1 AB = W1 Q 0 .t + Q 0 .t = W1
Vậy, tại thời điểm t1 và t2 lợng nớc xác định đợc là:
W1 = W1 + Q0.t1
W2 = W2 + Q0.t2




Giáo trình Nhà máy Thuỷ điện

Chơng 1

Khi lu lợng nớc không đổi (Q = const) thì đờng cong luỹ tích là đờng thẳng

đi qua gốc toạ độ.
t

W ' ( t ) = Q( t )dt Q 0 .t = Q.t Q 0 .t = (Q Q 0 ).t
0

Trong đó:
- Nếu Q > Q0: đờng cong luỹ tích có hớng dốc đi lên.
- Nếu Q < Q0: đờng cong luỹ tích có hớng dốc đi xuống.
- Nếu Q = Q0: đờng cong luỹ tích trùng đờng nằm ngang.
V. Đờng cong luỹ tích của phụ tải.
Từ đờng cong luỹ tích của dòng chảy, tơng ứng ta có đờng cong luỹ tích của
phụ tải, biểu diễn quan hệ giữa điện năng E và công suất phát ra N của Nhà máy thuỷ
điện. Xác định dựa vào đồ thị phụ tải ngày điển hình và theo biểu thức:
N

E = t. dN
0

Trong đó: E, N, t là điện năng nhà máy sinh ra với công suất N trong thời gian t.
Ta đợc, đờng luỹ tích của phụ tải (hình 2-14).

Nmax

N
C

Ntb

D

t

Nmin

B

Ni
ti
t (h)
0

24h

A
Ei

E (kWh)

Hình 2-14: Đờng luỹ tích phụ tải ngày
Từ đặc tính ta thấy, đoạn AB là đoạn thẳng do nhà máy luôn làm việc 24h trong 1
ngày với công suất nhỏ hơn Nmin. Đoạn BC là đờng cong do thời gian làm việc của
nhà máy nhỏ dần khi công suất từ Nmin đến Nmax. Hoành độ tơng ứng với điểm D là
điện năng phát ra trong ngày, tung độ là công suất trung bình.
VI. Dung tích đủ của hồ chứa.