Giáo trình Nhà máy thủy điện - Ngô Văn Dưỡng

ờng thì điều kiện không xâm 
phạm biên giới vẫn đ−ợc đảm bảo. 
- Điều kiện địa chất, đặc biệt lμ sự mất n−ớc lòng hồ. Khi hồ nằm trong khu vực 
núi đá vôi thì độ cao các hang động (còn gọi lμ hiện t−ợng karst) chính lμ giới hạn 
của chiều cao MNDBT. Đó lμ vì hiện t−ợng địa chất biến đổi khi ngập n−ớc các 
khu vực đó diễn ra rất phức tạp không có khả năng xử lý (lấp nhét) để giữ n−ớc hồ. 
- Điều kiện địa hình tự nhiên. Đó lμ những dầu hiệu địa hình mμ ng−ời thiết kế biết 
ngay không nên chọn MNDBT lên cao hơn, ví dụ khi đó phải xây rất nhiều đập 
phụ, hay đập phụ quá lớn (dμi). 
Chênh lệch mức n−ớc ΔH th−ờng đ−ợc lấy (1-2)m, khi đập cao có thể lấy tới 10m. 
Để lựa chọn MNDBT hợp lý nhất trong số các ph−ơng án đã vạch ra cần phải dựa 
vμo các chỉ tiêu kinh tế (chi phí, lợi nhuận). Ng−ời ta cũng hay thực hiện theo thứ 
tự tăng dần chiều cao mức n−ớc. ở mỗi b−ớc, cần tính đ−ợc sự thay đổi (số gia) về 
vốn đầu t−, chi phí vận hμnh vμ thu nhập hμng năm (điện năng). Dựa trên sự thay 
đổi nμy có thể xác định đ−ợc ph−ơng án tối −u (dựa vμo NPV hay thời gian thu hồi 
vốn đầu t− chênh lệch). 
 Khi MNDBT thay đổi cần phải xác định đ−ợc t−ơng đối chính xác vμ đầy đủ các 
l−ợng thay đổi về vốn đầu t−, chi phí vận hμnh vμ lợi ích. Đó lμ yêu cầu quan trọng 
đ−ợc đặt ra cho giai đoạn lập dự án thiết kế NMTĐ. Cần xem xét các nội dung sau 
khi nâng cao mức n−ớc một l−ợng ΔH : 
- Tăng thêm vốn đầu t− vμ chi phí vận hμnh do thay đổi quy mô các công trình đầu 
mối (đập cao hơn, đền bù di dân nhiều hơn ...). 
- Tăng thêm vốn đầu t− vμ chi phí vận hμnh cho trang thiết bị (tổ máy, thiết bị phân 
phối, máy biến áp, đ−ờng dây tải điện ...). 
- Sự thay đổi (tăng, giảm) vốn đầu t− vμ chi phí vận hμnh đối với các công trình 
thủy điện bậc thang hoặc lân cận (do ảnh h−ởng điều tiết cũng nh− ảnh h−ởng thay 
đổi mức n−ớc th−ợng l−u, hạ l−u). 
- Sự thay đổi vốn đầu t− vμ chi phí vận hμnh của các công trình phục vụ lợi ích 
tổng hợp nguồn n−ớc. 
- Giảm vốn đầu t− vμ chi phí vận hμnh cho đối t−ợng thay thế. 
2) Sự thay đổi lợi ích (hμng năm) 
- Tăng thêm sản l−ợng điện năng hμng năm thu đ−ợc do tăng đ−ợc công suất đặt 
cũng nh− cột n−ớc. 
- Thay đổi (tăng, giảm) sản l−ợng điện năng ở các NMTĐ bậc thang hoặc lân cận. 
Việc tính sản l−ợng điện năng khi thay đổi MNDBT rất phức tạp. Tr−ớc hết cần xét 
đến sự thay đổi công suất đặt, bằng cách lựa chọn lại theo ph−ơng pháp nêu trong 
mục trên. Sau đó thực hiện bμi toán điều tiết năm với các giả thiết về MNC. 
Sau khi so sánh hiệu quả kinh tế còn phải xét đến hμng loạt các yếu tố an toμn khác 
nh−: hiệu quả chống lũ, an toμn vỡ đập, ảnh h−ởng môi tr−ờng, an ninh quan sự ... 
mới có thể chọn đ−ợc MNDBT. 
III. Tính toán lựa chọn mức n−ớc chết (MNC) 
Cũng nh− MNDBT để chọn MNC, tr−ớc hết cần xét đến các rμng buộc kỹ thuật. 
Có các rμng buộc chủ yếu sau: 
- Ràng buộc về bố trí công tình: MNC phải đủ cao để bố trí thuận tiện cửa nhận 
n−ớc vμ cấp n−ớc. 
Theo điều kiện nμy méo d−ới của cửa nhận n−ớc phải cao hơn cao trình bối láng 
mậot khoảng đủ để không cho bùn cát đáy kéo vμo. Còn mép trên của cửa nhận 
n−ớc phải thấp hơn MNC một khoảng để không sinh phễu xóay cuốn không khí 
nén vμo tua bin. Nh− vậy tính theo độ cao: 
 MNC ≥ MNBL + a1 + HCNN + a2 
Trong đó : MNBL - lμ cao trình bồi lắn bùn cát; 
 a1 - khoảng dự trữ an toμn chống bùn cát đáy kéo vμo cửa nhận n−ớc; 
 HCNN - chiều cao của cửa nhận n−ớc; 
 a2 - khoảng dự trữ an toμn chống phát sinh phễu xoáy khí. 
Mức n−ớc bồi lắng MNBL phụ thuộc chiều cao đáy hồ vμ l−ợng cát bồi lắng tính 
toán (trong chu kỳ tuổi thọ), còn HCNN, a1, a2 đ−ợc tính toán theo những tiêu chuẩn 
thiết kế (có các tμi liệu h−ớng dẫn riêng). 
- Ràng buộc về điều kiện làm việc của tua bin. 
Cột n−ớc lμm việc của tua bin có giới hạn tối đa, tối thiểu, phụ thuộc vμo đặc tính 
lμm việc của nó (hình 5.13). Giới hạn nμy chủ yếu nhằm đảm bảo cho tua bin đ−ợc 
lμm việc trong vùng có hiệu suất cao. ở giai đoạn thiết kế ng−ời ta phải căn cứ vμo 
cột n−ớc định mức của NMTĐ để chọn tua bin. Thông th−ờng tua bin chỉ đảm bảo 
đ−ợc hiệu suất cao trong phạm vi dao động cột n−ớc ΔH = (0,3-0,4)Hđm (tính từ 
MNDBT), với: 
 Hđm = MNDBT - Zhl(Q0); 
Trong đó: Zhl(Q0) - lμ mức n−ớc hạ l−u tính với l−u l−ợng n−ớc trung bình nhiều 
năm Q0. 
Đây cũng chính lμ chiều sâu lμm việc giới hạn của hồ (còn gọi lμ chiêu sâu khai 
thác). Nh− vậy theo điều kiện lμm việc của tua bin: 
 MNC ≥ MNDBT - HLV gh 
HLV gh đ−ợc xác định căn cứ vμo trị số ΔH vμ các điều kiện giới hạn kỹ thuật khác 
của tua bin. 
- Ràng buộc về điều kiện môi sinh lòng hồ: 
 MNC ≥ Zmin 
Trong đó Zmin - lμ mức n−ớc hồ tối thiểu để đảm bảo các điều kiện môi tr−ờng cho 
nuôi trồng thủy sản, vệ sinh lòng hồ vμ ổn định mức n−ớc ngầm cho khu vực xunh 
quanh. 
Các mức n−ớc thỏa mãn điều kiện rμng buộc đều có thể đ−ợc đ−a vμo so sánh theo 
các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật. Cần phân biệt các tr−ờng hợp khác nhau theo khả 
năng điều tiét của hồ. 
a. Hồ chứa điều tiết năm. 
Nhiệm vụ chính của hồ điều tiết năm lμ tăng sản l−ợng điện năng cho NMTĐ vμ 
tăng công suất phát trong thời kỳ ít n−ớc (nâng cao công suất đảm bảo). Vì thế nếu 
xem nh− MNDBT đã biết thì bμi toán lựa chọn MNC cũng chính lμ bμi toán lựa 
chọn chiều sâu lμm việc của hồ sao cho sản l−ợng điện năng cả năm của NMTĐ lμ 
lớn nhất. 
Với một giả thiết về chiều sâu lμm việc của hồ (hay MNC) ta hoμn toμn có thể xác 
định đ−ợc sản l−ợng điện năng cực đại sản xuất ra trong một năm của NMTĐ. Sản 
l−ợng điện năng ở đây lμ cực đại theo cách tính toán điều tiết tối −u hồ chứa với 
biểu đồ thủy văn đã cho. 
Tính với các ph−ơng án MNC khác nhau ta có thể xây dựng đ−ợc đ−ờng cong quan 
hệ giữa sản l−ợng điện năng (cực đại) hμng năm với chiều sâu lμm việc của hồ. 
Quan hệ nμy có một trị số cực đại, t−ơng ứng với chiều sâu lμm việc tối −u. 
Có thể giải thích sự tồn tại giá trị cực đại của đ−ờng cong quan hệ nh− sau. Khi 
tăng chiều sâu lμm việc của hồ một l−ợng ΔHLV t−ơng ứng với việc hạ MNC xuống 
thấp vμ lμm tăng thêm dung tích hồ chứa một l−ợng lμ ΔV. Có 2 nguyên nhân dẫn 
đến các l−ợng điện năng thay đổi: l−ợng điện năng tăng (ký hiệu lμ ΔE1) do sử 
dụng thêm l−ợng n−ớc ΔV tích lũy trong hồ từ, l−ợng điện năng giảm ( ký hiệu lμ 
ΔE2) do vận hμnh l−ợng n−ớc dòng chảy với cột n−ớc thấp hơn. Khi giảm liên tiếp 
các trị số ΔHLV bằng nhau để tăng độ sâu lμm việc thì E1 tăng chậm dần (do lòng 
hồ hẹp lại ΔV bé đi, cột n−ớc cũng thấp dần). Trong khi đó E2 vẫn giảm đều do 
công suất tỉ lệ với cột n−ớc. 
 Trên hình 6.5 thể hiện các đ−ờng cong quan hệ nói trên, tính với các năm có l−ợng 
n−ớc khác nhau (năm nhiều n−ớc, năm n−ớc trung bình vμ năm ít n−ớc). Khi l−ợng 
n−ớc giảm thấp, cực trị dịch chuyển về phía tăng thêm chiều sâu lμm việc (nghĩa lμ 
giảm MNC xuống thấp, nâng cao dung tích hữu ích của hồ). 
Chiều sâu lμm việc đ−ợc −u tiên chọn cho năm ít n−ớc nhằm nâng cao công suất 
đảm bảo cho nhμ máy. Thực ra, khi tính sản l−ợng điện năng theo ph−ơng án điều 
tiết dμi hạn tối −u (san bằng dòng chảy) thì kết quả cũng t−ơng ứng nâng cao công 
suất đảm bảo. 
Cần chú ý lμ, khi có các NMTĐ bậc thang, cùng đ−ợc xây dựng trên một dòng 
sông, thì các số gia điện năng do tăng thêm chiêu sâu lμm việc ở mỗi NMTĐ cần 
phải đ−ợc tính đến ở tất cả các NMTĐ khác. Bμi toán điều tiết phải đ−ợc thực hiện 
phối hợp nh− đã trình bầy trong ch−ơng 4. Nói chung hiệu quả tổng hợp luôn luôn 
cao hơn khi chỉ có một nhμ máy. Hơn nữa chiều sâu lμm việc các hồ có xu h−ớng 
tăng thêm (hình 6.6). 
Về nguyên tắc, việc lựa chọn các thông số cho NMTĐ nói chung vμ MNC nói 
riêng phải tuân theo các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật. Vì thế các tính toán nêu trên chỉ 
đ−ợc coi lμ b−ớc lựa chọn sơ bộ cho MNC, hơn nữa mới chỉ t−ơng ứng với một 
MNDBT đã cho. Mức n−ớc chết lựa chọn cuối cùng cho NMTĐ chỉ có đ−ợc sau 
các tính toán lựa chọn phối hợp MNDBT vμ công suất dặt của nhμ máy. 
HLV3 
HLV2 
HLV1 
Enăm 
HLV hay Vhi
 Năm nhiều n−ớc. 
 Năm n−ớc trung bình. 
 Năm ít n−ớc. 
Hình 6.5 
HLV3
HLV1
Enăm 
HLV hay Vhi 
Năm nhiều n−ớc. 
Năm ít n−ớc. 
Hình 6.6 
H'LV1
H'LV3
 b. Hồ chứa điều tiết nhiều năm. 
Mục đích của điều tiết nhiều năm không phải lμ lμm tăng sản l−ợng điện năng 
hμng năm mμ lμm tăng công suất đảm bảo vμ điện năng đảm bảo. Khi tăng chiều 
sâu lμm việc thì dung tích hữu ích của hồ chứa tăng, tuy nhiên l−ợng n−ớc sử dụng 
hμng năm hầu nh− không thay đổi. Đó lμ vì, với hồ điều tiết nhiều năm, khi đ−ợc 
điều tiết tối −u nói chung không phải xả n−ớc thừa. Trong khi đó hạ thấp MNC sẽ 
lμm hạ thấp mức n−ớc nói chung, dẫn đến sản l−ợng điện năng trung bình giảm 
xuống. Công suất đảm bảo vμ điện năng đảm bảo tăng đ−ợc lμ do có sự phân bố 
l−ợng n−ớc từ năm nhiều n−ớc sang năm ít n−ớc. Lợi ích của việc tăng thêm công 
suất vμ điện năng đảm bảo lμ lμm cho l−ợng công suất vμ điện năng của NMTĐ 
tham gia cân bằng đ−ợc cho phụ tải hệ thống nhiều hơn. Chênh lệch giữa chi phí 
(kể cả l−ợng điện năng trung bình bị giảm) vμ lợi ích sẽ lμ cơ sở để lựa chọn MNC 
tối −u. Nh− vậy với hồ điều tiết nhiều năm MNC cần đ−ợc giả thiết vμ lựa chọn 
đồng thời với quá trình tính toán lựa chọn MNDBT vμ công suất đặt. 
c. Hồ điều tiết ngắn hạn (ngày và tuần) 
Khi hồ nhỏ không đặt ra cho NMTĐ nhiệm vụ tham gia điều tiết dμi hạn. Ví dụ khi 
toμn bộ l−ợng n−ớc của hồ chỉ đủ sử dụng trong một số ít ngμy (1 tuần trở xuống). 
Trong tr−ờng hợp nμy, khi tính toán sơ bộ (chọn MNDBT vμ Nđ), nếu không vi 
phạm các giới hạn thì có thể chọn MNC sao cho đủ để diều tiết ngμy hoμn toμn. 
Dung tích điều tiết ngμy hoμn toμn có thể tính theo phần đỉnh của biểu đồ phụ tải 
tổng hệ thống. Biết Qtb vμ Htb trong mùa ít n−ớc có thể tính đ−ợc Ptb vμ ETĐ. Cho 
công suất của NMTĐ phủ đỉnh biểu đồ phụ tải tổng hệ thống với giả thiết hồ chứa 
có dung tích đủ lớn (xem ch−ơng 5) sau đó xác định Wđt. Khi đó dựa vμo điều kiện 
Wđt = Vhi suy ra MNC. 
Sau khi chọn xong MNDBT vμ Nđ cho NMTĐ, MNC có thể đ−ợc xác định lại theo 
các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.