Bài giảng Các nguồn năng lượng và nhà máy điện - Chương 3: Hydro power and hydro plant - Đặng Tuấn Khanh (Phần 1)

 điểm: Công suất lớnDo có hồ chứa nên có khả năng điều tiết nước  Khuyết điểm: Vốn đầu tư, thời gian xây dựng lâuẢnh hưởng sinh thái (di dân, khí hậu)15Năng lượng dòng nước - Nhà máy thủy điệnNhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn: Đa Nhim	16Năng lượng dòng nước - Nhà máy thủy điệnNhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn có hầm dẫn nước	17Năng lượng dòng nước - Nhà máy thủy điệnNhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn:	Ưu điểm: Vốn đầu tư nhỏCông suất ổn định, ít phụ thuộc vào mực nước Khuyết điểm: Không có hồ chứa nên không điều chỉnh được công suất 18Năng lượng dòng nước - Nhà máy thủy điệnNhà máy thủy điện kiểu hỗn hợp: Yali	19Năng lượng dòng nước - Nhà máy thủy điệnNhà máy thủy điện kiểu hỗn hợp: Ưu điểm: Cột nước cao  công suất lớnCó khả năng điều tiết nướcKhuyết điểm: Phức tạp, chi phí cao Các công trình và thiết bị:Đập  Tạo cột nướcHồ chứa  Điều tiết nước	20Năng lượng dòng nước - Nhà máy thủy điệnCác công trình và thiết bị:Tuabin, máy phát   Tạo điện năngMáy biến áp, thanh cái   Truyền tải điện Thiết bụ phụ khác 	21Năng lượng dòng nước - Nhà máy thủy điệnCác công trình và thiết bị:	22Năng lượng dòng nước - Nhà máy thủy điệnBiểu đồ thủy văn:	23Các đặc trưng của dòng nướcCác đại lượng trung bình của dòng nước:Lưu lượng nước trung bình trong một năm:Lượng nước trung bình trong một năm:Lượng nước trung bình các năm:	24Các đặc trưng của dòng nướcCác đại lượng trung bình của dòng nước:Lưu lượng nước trung bình trong các năm:Hệ số lệch dòng:Độ ổn định dòng:	25Các đặc trưng của dòng nước(Ổn định)(Ổn định)(Kém ổn định)(Kém ổn định)Các đại lượng trung bình của dòng nước:Độ không đối xứng:Thông thường thì: 	26Các đặc trưng của dòng nướcCác đường cong đặc tính:Đường cong tần suất đảm bảo nướcĐường cong thời gian đảm bảo nướcĐường cong lũy tích27Các đặc trưng của dòng nướcCác đường cong đặc tính:Đường cong tần suất đảm bảo nước: Là mối quan hệ giữa lưu lượng nước và trị số xác suất mà dòng nước đảm bảo được giá trị lưu lượng nước lớn hơn giá trị định trước. 28Các đặc trưng của dòng nướcCác đường cong đặc tính:Đường cong thời gian đảm bảo nước: Là mối quan hệ giữa lưu lượng nước thời gian mà dòng nước đảm bảo được giá trị lưu lượng nước lớn hơn giá trị định trước. 29Các đặc trưng của dòng nướcCác đường cong đặc tính:Đường cong lũy tích: Là mối quan hệ giữa tổng lượng nước của dòng chảy tính từ một mốc thời gian nào đó đến thời điểm xét với thời gian đã trãi qua. Chính là lưu lượng nước biến thiên theo thời gian: 30Các đặc trưng của dòng nướcCác mức nước và thể tích hồ: 31Hồ chứa và cột nướcCác mức nước và thể tích hồ: Mức nước dâng bình thường: Là mức nước giới hạn trên  Nhà máy thủy điện vận hành bình thường, lâu dài, đảm bảo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Mức nước chết: Là mức nước thấp nhất, là giới hạn dưới  Nhà máy thủy điện vận hành bình thường, lâu dài, đảm bảo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.Mức nước dâng cưỡng bức: Là mức nước cao hơn mức nước bình thường  Nhà máy thủy điện chỉ làm trong thời gian cho phép 32Hồ chứa và cột nướcCác mức nước và thể tích hồ: Dung tích hữu ích: Là phần thể tích giữa mức nước chết và mức nước bình thường  sản xuất điện bình thường Dung tích dự trữ: Là phần thể tích giữa mức nước bình thường và mức nước cưỡng bức 	Dung tích phòng lũ và mức nước trước lũ: Là phần dung tích dùng cho mục đích tiết giảm nhằm hạn chế lũ lụt. Điều này phục thuộc vào dự báo khí tượng thủy văn. Dung tích phòng lũ được tính từ dung tích nước dâng cưỡng bức đến mức nước trước lũ. Có thể dung tích trước lũ nằm dưới dung tích mức nước bình thường  ảnh hưởng đến sản xuất điện năng. 33Hồ chứa và cột nướcCác mức nước và thể tích hồ: Dung tích chết: Là phần thể tích nằm dưới mức nước chết. Tuy nhiên vẫn cần thiết vì môi sinh của hồ Dung tích bồi lắng: Là phần thể tích dùng lưu trữ lượng bùn cát bị lắng động của dòng nước. 34Hồ chứa và cột nướcCác đường cong đặc tính hồ: Đặc tính thể tích hồ: Là đường cong quan hệ giữa thể tích nước trong hồ và mức nước thượng lưu: 35Hồ chứa và cột nướcVới:Là mức nước thượng lưuV Phụ thuộc Q, bồi lắng Các đường cong đặc tính hồ: Đặc tính diện tích mặt hồ: Là đường cong quan hệ giữa diện tích nước trong hồ và mức nước thượng lưu:Mối quan hệ giữa F và V: F phụ thuốc vào Q 36Hồ chứa và cột nướcHayCác đường cong đặc tính hồ: Đặc tính mức nước hạ lưu: Ảnh hưởng đến chiều cao cột nước, được tính tại cửa kênh xả 37Hồ chứa và cột nướcNếu lưu lượng xả cùng kênhNếu lưu lượng xả khác kênhCột nước tính toán chính xác: 38Hồ chứa và cột nướcCột nước tính toán phụ thuộc phức tạp vào lưu lượng dòng nước và lưu lượng xả hay chế độ làm việc của nhà máy thủy điệnPhương trình cân bằng nước hồ chứa: Phương trình cân bằng nước: Xét chảy trong khoảng thời gian Δt = t2 – t1 39Hồ chứa và cột nướcTrong đó:ΔWs: là thể tích nước chảy vào hồΔW: là thể tích nước chảy qua tuabinΔWxa: là thể tích nước xảΔWrori: là thể tích nước rò rì ΔWtuoitieu: là thể tích dùng cho tưới tiêuΔV: là thể tích nước giữ lại trong hồ(*)Phương trình cân bằng nước hồ chứa: Phương trình cân bằng nước:Phương trình cân bằng nước: Khi Δt nhỏ và lưu lượng nước Q xem như không đổi, ta có thể viết gần đúng phương trình cân bằng nước 40Hồ chứa và cột nướcPhương trình cân bằng nước hồ chứa: Phương trình cân bằng nước: Cũng có thể viết phương trình cân bằng nước dưới dạng các lưu lượngMà 41Hồ chứa và cột nướcPhương trình cân bằng nước hồ chứa: Phương trình cân bằng nước: Thực tế người ta làm đơn giản hơn bằng cách lòng các lưu lượng Qrori và Qtuoitieu vào trong lưu lượng QS . Vì các lưu lượng này cũng chỉ dự báo nên: 42Hồ chứa và cột nướcXác định thể tích nước trong hồ chứa: Dùng đường cong tích lũy để xác định 43Hồ chứa và cột nướcĐiều tiết dòng nước:  Đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Nhu cầu điều chỉnh công suất nhà máy thủy điện: Để sử dụng hiệu quả nhất nguồn nước  điện năng 44Điều tiết dòng nướcĐiều tiết dòng nước: Phân loại: Theo thời gian:Điều tiết ngàyĐiều tiết tuầnĐiều tiết nămĐiều tiết nhiều năm 45Điều tiết dòng nướcNgắn hạnDài hạnĐiều tiết dòng nước: Phân loại:Điều tiết ngàyĐiều tiết tuầnĐiều tiết tuần hay ngày gần như nhau vì trong khoảng thời gian này lưu lượng nước gần như cố định trong khi phụ tải lại thay đổi  điều chỉnh dòng nước (điều chỉnh công suất). Thực chất là làm cho dòng nước ít thay đổi trở thành dòng nước thay đổi  đáp ứng sự thay đổi phụ tải 46Điều tiết dòng nướcĐiều tiết dòng nước: Phân loại:Điều tiết năm: Có tính chất khác so với điều tiết ngày và tuần, không thể coi lưu lượng nước ít thay đổi  nhiệm vụ điều tiết năm là làm cho dòng nước đồng đều hơn  Cần hồ chứaĐiều tiết nhiều năm: Chỉ quan tâm khi có hồ chứa lớn Thực chất là làm cho dòng nước thay đổi nhiều trở thành dòng nước đều hơn  cung cấp điện năng 47Điều tiết dòng nướcĐiều tiết dài hạn theo dòng nước theo pp đồ thị: tham khảo Bài toán:Giả thiết:Có biểu đồ thủy văn của dòng nướcCho dung tích hữu ích hồ, cột nước cực đại Hmax, các đặc tính hồCho trị số lưu lượng nước lớn nhất làm việc của tuabin QtuabinmaxRàng buộc: giới hạn lưu lượng nước Mục tiêu:Xác định lưu lượng nước vận hành ở các khoảng thời gian trong năm để sản lượng điện là lớn nhất 48Điều tiết dòng nướcĐiều tiết dài hạn theo dòng nước theo pp số: Mô tả bài toán Hàm mục tiêu:Xác định lưu lượng nước vận hành ở các khoảng thời gian trong năm để sản lượng điện là lớn nhất 49Điều tiết dòng nướcTrong đó:Điều tiết dài hạn theo dòng nước theo pp số : Mô tả bài toánRàng buộc: Phương trình cân bằng nướcCác đường cong: Đặc tính diện tích hồ:Đặc tính mức nước hạ lưu:Đặc tính tổn thất cột nước:Đặc tính hiệu suất: 50Điều tiết dòng nướcĐiều tiết dài hạn theo dòng nước theo pp số : Mô tả bài toánRàng buộc: Các giới hạn vận hành: Mức nước thượng lưu:Lưu lượng vận hành:Công suất máy phát:Nếu dùng tuabin Francis hay Kaplan có giới hạn: 51Điều tiết dòng nướcTrong đó:PKT,max: là công suất định mức phát theo cột nước hiết kế (TK)a, b: là các hệ số của đường cong giới hạn vận hành tuabinĐiều tiết dài hạn theo dòng nước theo pp số : Mô tả bài toánRàng buộc: Các giới hạn vận hành: Giới hạn điện năng cung cấp : Đây là bài toán tổng quát. Tuy nhiên khi khảo sát bài toán người ta làm đơn giản hơn bằng cách chia khoảng thời gian tính toán để các thông số vận hành không đổi trong khoảng thời gian này.52Điều tiết dòng nướcĐiều tiết dài hạn theo dòng nước theo pp số : Khi chia nhỏ khoảng thời gian tính toán thì hàm mục tiêu sẽ trở thành:Và ràng buộc phương trình cân bằng nước sẽ trở thành:53Điều tiết dòng nướcĐiều tiết dài hạn theo dòng nước theo pp số: Cách giải:Phương pháp quy hoạch động rời rạc 	 Áp dụng thuật toán quy hoạch động của BelmanPhương pháp quy hoạch phi tuyến	 54Điều tiết dòng nướcĐường cong năng lượng: 55Điều tiết ngắn hạnĐường cong năng lượngBài toán: Giả thiết:Có Biểu đồ phụ tải tổng (ngày - đêm)Lưu lượng nước trung bình QTB, cột nước trung bình HTB  Bài toán điều tiết dài hạnCông suất lớn nhất có thể vận hành NKD Dung tích điều tiết ngày của hồ Vngay Mục tiêu: Xây dựng biểu đồ công suất vận hành ngày của nhà máy điện  chi phí là cực tiểu.	 56Điều tiết ngắn hạnBài toán: Cách giải: Tính toán theo đường cong năng lượng, xét một số trường hợp khác nhau:Không bị ảnh hưởng dung tích hồ chứa và công suất nhà máy điện:	 	 Lượng điện có thể sản xuất trong ngày tính theo các giá trị trung bình:57Điều tiết ngắn hạnLượng nước dùng trong ngàyBài toán: Không bị ảnh hưởng dung tích hồ chứa và công suất nhà máy điện: Vận hành hợp lý 	58Điều tiết ngắn hạnBài toán: Không bị ảnh hưởng dung tích hồ chứa và công suất nhà máy điện: Tuy nhiên cũng phải kiểm tra lại kết quả có nằm trong các giới hạn:	59Điều tiết ngắn hạnDựa vào đồ thị và công suất nhà máy để kiểm traĐường công suất trung bình PTB cắt biểu đồ tại t1 và t2, tương ứng với lưu lượng nước trung bình QTB, từ 0t1 và t224h nước được tích trữ vào hồ, từ t1t2 nước được lấy ra để nâng cao công suất Bài toán: Nhà máy điện bị giới hạn công suất và dung tích hồ đủ lớnNhà máy điện có công suất chưa tới hạn và hồ có dung tích hạn chếCó giới hạn về hồ chứa và dung tích hồ chứaCách giải: Tính toán theo Phương pháp số: (tham khảo)60Điều tiết ngắn hạnKết thúc chương 0361Cám ơn các bạnđã lắng nghe