CHƯ¬ƠNG 1 Tính toán năng lượng dòng chảy sông ngòi

 1-1 Thuỷ năng và các dạng thuỷ năng

+/ Năng lượng thể hiện dưới 3 dạng :

- Hoá năng

- Nhiệt năng

- Cơ năng

+/ Khai thác Thuỷ năng

- Pháp (1834), Nga (1837) xây dựng thành công TB nước để phát điện  các loại TB mới ra đời .

+/ Trữ lượng Thuỷ năng trên TG rất lớn, nhưng chỉ mới khai thác được một phần rất nhỏ.

 1-2 Trữ năng của dòng nư¬ớc

1/ Tính công suất và điện lượng cho môt đoạn sông

+/ phân đoạn d/c tại một dòng sông

- không có dòng nhánh đổ vào

- tiết diện tại 2 m/c tương tự nhau

E1 - Năng lượng tiềm tàng của một khối lượng nước có thể tích W (m3 ) chảy từ m/c 1-1 đến m/c 2-2 trong khoảng thời gian t (gy) là :

E1 = W (Z1 + P1/ + v12/2g) [ KG m]

Trong đó :

Z - Cao trình mặt nước tại m/c 1 -1

P1 - áp suất trên mặt nước tại m/c 1 - 1

- Trọng lượng riêng của nước [ KG/m3]

V1 - Vận tốc d/c tại m/c 1 -1

- Hệ số xét đến sự phân bố vạn tốc không đều tai m/c 1 - 1

g - gia tốc trọng trường

W = Q. t [ m3]

Tưong tự như vậy đối với m/c 2 - 2 ta có

E2 = W (Z2 + P2/ + v22/2g) [ KG m]

Như vậy năng lượng tiềm tàng của một đoạn sông là :

E12 = E1 - E2 = W (Z1 - Z2 ) + (P1/ - P2/ ) + ( v12/2g - v22/2g ) [ KG m] (1)

Lược bỏ các trị số gần đúng [( v1 = v2 , P1/ = P2/ = Pa// (áp suất khí trời )] ta có

E12 = W H12 [ KG m ]

H12 Chênh lệch đo cao giữa m/c 1 - 1 và 2 - 2

Từ công thức trên ta có thể xác định được công suất của đoạn sông :

N = E/t = Q H12 [ KG m ]

Vì 1 mã lực = 75 Kgm/s, 1 Kw = 102 KGm/s, =1000KG/m3 nên khi biêu thị công suất bằng mã lực và Kw ta được :

N = 1000/75 QH = 13,33 [Mã lực]

N = QH = 9.81 Q H [Kw ]

2/ Tính trữ lượng thuỷ năng của một con sông

Trữ năng của một con sông được biểu thị bằng đồ thị quan hệ giữa các thông số lưu lượng (Q [m3/gy]), Công suất ([Mw]), Tổng công suất ( , Độ dốc [%] với chiều dài dòng sông [Km] .

3/Khả năng lợi dụng năng lượng tiềm tàng :

a/ Những hạn chế trong việc sử dụng năng lượng tiềm tàng

+ Kỹ thuật :

- Địa hình

- Địa chất

- Thuỷ văn

- Môi trường

- Khai thác bậc thang dòng chảy

+ Kinh tế :

- Hiệu ích công trình

- Thời gian hoàn vốn

b/ Công suất, điện lượng của TTĐ

Quá trình chuyển hoá năng lượng của d/c từ cửa nhận nước của TTĐ thành điện năng của, dòng chảy bị tổn hao một phần năng lượng không góp phần sinh công có ích, được đánh giá bằng tỷ số giữa công tiêu hao đi trên tổng số công có ích gọi là hiệu suất của TTĐ

Công suất TTĐ Ntđ = 9.81 QH . TTD [Kw ]

TTD= TB . mf . tđ . ct thuỷ công

TB - Hiệu suất TB

ct thuỷ công hiệu suất tổn thất thuỷ lực phần dẫn dòng

tđ - Hiệu suất truyền động (ma sát)

mf Hiệu suất máy phát điện

Điện lượng E = hoặc E = Ni ti

Trong đó Ni - trị số công suất trung bình trong thời đoạn ti

 1- 3 Các sơ đồ khai thác thuỷ năng

Năng lượng d/c trong thiên nhiên được biểu thị bằng phương trình tính toán công suất của dòng sông trên, toàn bộ năng lượng này tiêu phí và việc khắc phục sưc kháng thuỷ lực, xói mòn lòng dẫn, vận chuyển bùn cát, các vật trôi nổi. Để sử dụng năng lượng đó cần phải giảm tổn thất tiêu phí trên, và tập trung năng lượng thu được lại một chỗ .

Biện pháp tập trung năng lượng d/c thường thấy là dùng đập và dùng đường dẫn,

ngoài ra còn có những biện pháp đặc biệt như tháo nước từ hồ trên núi cao, hoặc chuyển nước từ hai hồ, hoặc hai lưu vực có độ cao khác nhau, hoặc lợi dụng mực nước triều( TTĐ Thuỷ triều) .Dưới đây giới thiệu hai phương pháp cơ bản để tập trung cột nước

1/ Sơ đồ khai thác kiểu đập :

Gồm 2 loại : Ngang đập và sau đập .

*/ ứng dụng : - Dòng chảy có độ dốc không lớn

- Địa hình không có độ dốc tập trung,

- Điều kiện địa hình và địa chất cho phép xây dựng đập với chiều cao không lớn (H< 50 m)

*/ Đặc điểm : - Tim nhà máy trùng với tim đập

- Đường dẫn nước ngắn, giảm tổn thất dòng chảy.

- Nhà máy chịu áp lực thuỷ tĩnh phía thượng lưu

- : Khi cột nước của TTĐ lớn hơn 50 m ( hoặc có thể căn cứ vào công thức kể đến sự tưong giữa cột nước và công suất của tổ máy HMax > 1.6 với HMax là cột nước lớn nhất của TTĐ, NA là c/s đm của một tổ máy ) thì việc đặt nhà máy ngang đập là rất khó khăn và tốn kém do áp lực thuỷ tĩnh lớn ( thể tích phần thuỷ công tăng rất lớn vì phải tham gia vào sự chống trượt của đập), nên người ta đặt lui nhà máy về phía sau đập , ta có Trạm Thuỷ điện kiểu sau đập và đập trọng lực có thể có chiều cao rất lớn.

-

2/ Sơ đồ khai thác kiểu đường dẫn:

Tập trung cột nước bằng cách dẫn nước từ sông thiên nhên hay hồ chứa, qua hệ thống công trình đầu mối (đập dâng, cửa nhận nước . . ) vào đường dẫn nước để lợi dụng độ dốc tập trung ở cuối đường dẫn nước . Đường dẫn nước có thể có mặt thoáng (kênh, hầm dẫn nước không áp ), nước được dẫn đến bể áp lực ở cuối đường dẫn từ đó nước được dẫn đến n/m TĐ. Đường dẫn có thể là hầm áp lực (không có mặt thoáng), nước được dẫn đến Tháp điều áp ở cuối đường dẫn từ đó nước được dẫn vào n/m TĐ.

Sơ đồ sử dụng nước loại này được giới thiệu qua hình vẽ dưới đây :

*/Nhà máy Thuỷ điện kiểu đường dẫn có áp :

- Đặc điểm :

Dùng đường hầm áp lực dẫn nước từ hồ chứa đến vị trí có độ dốc tập trung từ đó dẫn nước vào nhà máy TĐ. Đường hầm áp lực có thể phải đào xuyên qua vị trí có địa hình cao để rút ngắn chiều dài, giảm tổn thất thuỷ lực .

Công trình có hồ chứa có dung tích nhỏ, cột nước của TTĐ chủ yếu do địa hình tạo nên, và một phần do đập tạo nên .

- ứng dụng :

Được xây dựng ở nơi địa hình có độ dốc lớn , và điều kiện địa chất cho phép đào hầm dẫn nước

*/Nhà máy Thuỷ điện kiểu đường dẫn không áp:

- Đặc điểm :

Nước được dẫn từ công trình dâng nước theo đường hầm dẫn nước không áp, hoặc kênh dẫn theo đường đồng mức để tập trung độ dốc, đến bể áp lực, từ đó nước theo đường ống áp lực dẫn nước vào TB.

Công trình có hồ chứa nhỏ và mực nước dao động không nhiều, cột nước của TĐ là do địa hình tạo nên.

- ứng dụng:

Nơi có độ dốc tập trung lớn, hoàn cảnh địa hình và địa chất cho phép vạch tuyến kênh,

- Ngoài ra cũng có thể làm tăng cột nước tập trung bằng cách lợi dụng độ dốc của lòng sông ở phía sau vị trí n/m theo sơ đồ dưới đây. Nước sau khi ra khỏi TB thoát theo một đường dẫn có độ dốc bé hơn độ dốc thuỷ lực của lòng sông thiên nhiên.

 1-4 Sơ đồ khai thác thuỷ năng dòng chảy theo bậc và khai thác bổ sung

Điều kiện đia hình, địa chất, tổn thất ngập lụt và điều kiện kinh tế thường hạn chế chiều dài sử dụng đoạn sông, để sử dụng hợp lý hơn người ta chia nó ra thành một số bậc bằng cách xây một hệ thống bậc thang các trạm thuỷ điện.

Các trạm thuỷ điện trong bậc thang liên hệ với nhau về độ cao và năng lượng, có thể có 3 dạng liên hệ như sau :

Bậc thang hở đầu khi giữa hai bậc có đoạn sông chưa sử dụng, mực nước bậc sau không dâng lên bậc trên.

Bậc thang nối đầu, khi điểm cuối đường cong dâng nước của bậc phía dưới tiếp đúng hai lưu của bậc phía trên .

Bậc thang gối đầu , khi đường cong dâng nước của bậc phía dưới nằm cao hơn mực nước hạ lưu của bậc phía trên.

Qua phân tích nhận thấy rằng bậc thang gối đầu sử dụng đoạn sông hoàn thiện hơn vì nó làm giảm tổn thất trên đường cong dâng nước (trừ đoạn dốc nhất trên cùng của nó). Đồng thời bậc thang gối đầu cũng làm giảm dao động mực nước hạ lưu của bậc trên và thượng lưu bậc dưới.

Mặt khác nó còn cải thiện điều kiện hàng vận vì giữ được độ sâu cần thiết trên suốt chiều dài đoạn sông.

Khuyết điểm của loại bậc thang này là giá thành cao hơn.

Ngoài ra với các sông nằm gần nhau có thể giải quyết riêng hay phối hợp chuyển nước từ lưu vực này sang lưu vực khác điều này có thể tạo được cột nước tập trung thuận lợi và lớn hơn nhiều. Sơ đò loại này cho phép sử dungj, phân phối tài nguyên theo lãnh thổ .

 1-5 Trình tự lập dự án sử dụng năng lượng dòng chảy

1/ Đánh giá năng lượng tiềm tàng năng lượng d/c sông ngòi -- vị trí khai thác năng lượng ( vị trí có thể tập trung cột nuớc và lưu lượng ) - Dự án quy hoạch khai thác lưu vực sông

2/ Tiến hành công tác điều tra cơ bản : Điều kiên tự nhiên, dân sinh, kinh tế, nhu cầu sử dụng năng lượng khu vực, địa hình, địa chất, thuỷ văn, khí tượng tại tuyến công trình .

3/ Lập dự án dầu tư,-( so sánh các phương án khai thác năng lượng d/c với các biện pháp khai thác với các thông số khác nhau)- trình duyệt - Thiết kế kỹ thuật - Thiết kế thi công.

Nội dung môn học cung cấp cho sv kién thức lâp dự án sử dung năng lượng d/c sông ngòi .