Giáo trình Nhà máy thủy điện - Nghề: Vận hành thủy điện

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƢỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH

NỘI BỘ

MÔN: NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

NGHỀ : VẬN HÀNH THỦY ĐIỆN

(Áp dụng cho trình độ Trung cấp)

LƢU HÀNH NỘI BỘ

NĂM 2019

1

LỜI GIỚI THIỆU

Nhà máy thủy điện là một trong những môn học chuyên môn được biên soạn dựa

trên chương trình khung và chương trình dạy nghề do Bộ Lao động - Thương binh và Xã

hội và Tổng cục Dạy nghề ban hành dành cho hệ Cao Đẳng và Trung Cấp Nghề Vận

hành nhà máy thủy điện .

Giáo trình này được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên được xây dựng ở

mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất, trong mỗi bài đều có ví dụ và bài tập áp dụng để làm

sáng tỏ lý thuyết.

Khi biên soạn, tác giả đã dựa trên kinh nghiệm giảng dậy, tham khảo đồng nghiệp

và tham khảo ở nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và

phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với

nhu cầu thực tế.

Nội dung của môn học gồm có 5 chương:

Chƣơng 1: Khái quát về thuỷ năng và nguyên lý khai thác

Chƣơng 2: Các công trình và thiết bị chính của nhà máy thuỷ điện

Chƣơng 3: Các loại nhà máy thuỷ điện

Chƣơng 4: Các thông số cơ bản của nhà máy thuỷ điện

Trong quá trình biên soạn mặc dù đã có rất nhiều cố gắng song khó tránh khỏi

những sai sót, nhầm lẫn và khiếm khuyết. Tôi rất mong nhận được sự góp ý của Quý

đồng nghiệp và các bạn Học sinh - Sinh viên trong toàn Trường để giáo trình ngày càng

hoàn thiện hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp, cảm ơn Khoa Điện-Điện tử,

Trường Cao đẳng Lào Cai đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho tôi hoàn thành giáo trình này.

Lào Cai, ngày .... tháng .... năm 2019

Ngƣời biên soạn

GV Ngô Đức Hiếu

2

MỤC LỤC

Nội dung

TRANG

4

Chƣơng 1: Khái quát về thuỷ năng và

nguyên lý khai thác

1. Năng lượng của dòng nước và khả năng sử dụng.

2. Vấn đề sử dụng tổng hợp các lợi ích của hồ chứa

Chƣơng 2: Các công trình và thiết bị chính của nhà máy thuỷ điện

1. Công trình dẫn nước

4

15

16

25

35

38

44

45

46

49

2. Thiết bị biến đổi năng lượng

3.Trạm phân phối điện.

4. Hệ thống thiết bị phụ.

Chƣơng 3: Các loại nhà máy thuỷ điện

1. Nhà máy thuỷ điện kiểu đập.

2. Nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn.

3. Nhà máy thuỷ điện kiểu hỗn hợp.

4. Một vài nhà máy thuỷ điện dạng khác.

5. So sánh ưu, nhược điểm của nhà máy thuỷ điện với các nhà máy

điện khác

51

55

56

57

66

Chƣơng 4: Các thông số cơ bản của nhà máy thuỷ điện

1. Các thông số cơ bản, trình tự xác định

2. Xác định nhiệm vụ cung cấp nước và chọn mức nước tính toán

3. Chọn năm tính toán nước dự trữ

4. Cách xác định các thông số chính của nhà máy thuỷ điện

Tài liệu tham khảo

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

MỤC TIÊU MÔ ĐUN:

* Kiến thức

- Trình bày được nguyên lý chung, các dạng nhà máy Thuỷ điện; các công trình chính

của nhà máy Thuỷ điện, nguyên tác xác định trữ lượng thuỷ năng và lợi ích tổng hợp của

nguồn nước.

* Kỹ năng

- Phân biệt được các công trình chính trong nhà máy Thuỷ điện; hiểu được tầm quan

trong của nhà máy Thuỷ điện trong hệ thống điện Quốc gia;

- Chỉ ra được các đặc tính, thông số, chỉ tiêu kỹ thuật chính của các hệ thống, bộ phận

của nhà máy thuỷ điện.

* Năng lực tự chủ và trách nhiệm.

- Vận dụng được các kiến thức đã học vào việc vận hành an toàn nhà máy.

- Có thái độ nghiêm túc trong học tập.

NỘI DUNG:

CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ THỦY NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ KHÁI THÁC

Mục tiêu của bài:

Học xong bài này, người học có khả năng:

- Nhận biết được các loại máy điện;

- Vận dụng được các định luật dùng để nghiên cứu máy điện;

- Phân biệt được các loại vật liệu dùng trong máy điện;

- Giải thích được quá trình phát nóng và làm mát máy điện.

- Tích cực chủ động trong học tập.

Nội dung:

1. Năng lƣợng dòng nƣớc và khả năng sử dụng:

1.1 Thuỷ năng.

Thuỷ năng là năng lượng tiềm tàng trong nước. Môn thuỷ năng là ngành khoa học

nghiên cứu sử dụng, khai thác các nguồn năng lượng nước.

Nước trong thiên nhiên mang năng lượng ở 3 dạng: hoá năng, nhiệt năng, cơ năng.

Hoá năng của nước thể hiện chủ yếu trong việc tạo thành các dung dịch muối và hoà

tan các loại đất đồi núi trong nước sông. Nhiệt năng của nước thể hiện ở sự chênh lệch

nhiệt độ giữa các lớp nước trên mặt và dưới đáy sông, giữa nước trên mặt đất và nước

ngầm. Hai dạng năng lượng của nước nói trên có trữ lượng lớn, song phân tán, kỹ thuật

sử dụng còn nhiều khó khăn, hiện nay chưa khai thác được. Cơ năng của nước thiên

nhiên thể hiện trong mưa rơi, trong dòng chảy của sông suối, trong dòng nước và thuỷ

triều. Dạng năng lượng này rất lớn, ta có khả năng và điều kiện sử dụng. Trong đó

các dòng sông có nguồn năng lượng rất lớn và khai thác dễ dàng hơn cả. Năng lượng

tiềm tàng đó thường ngày bị tiêu hao một cách vô ích vào việc khắc phục những trở lực

trên đường chuyển động, ma sát nội bộ, bào mòn xói lở bờ sông và lòng sông, vận

chuyển phù sa bùn cát và các vật rắn, công sản ra để vận chuyển khối nước.

Nước ta ở vùng nhiệt đới, mưa nhiều, lượng mưa thường từ 1500-2000 mm/năm. Có

những vùng như Hà Giang, dọc Hoàng Liên Sơn, Tây Côn Lĩnh ,Tây Nguyên lượng

mưa đến 4000-5000 mm/năm nên nguồn nước rất phong phú.

Năng lượng khai thác từ nguồn nước chủ yếu là cơ năng của dòng chảy mặt (sông,

suối), của thuỷ triều và của các dòng hải lưu. Tuy nhiên ở môn học thủy điện I, chúng

ta sẽ chỉ tập trung nghiên cứu cơ năng của dòng chảy sông suối. Trữ lượng thủy năng

trên thế giới rất lớn. Theo nghiên cứu và công bố của B. Xlebinger tại hội nghị Năng

lượng toàn thế giới lần thứ 4 (Luân Đôn - 1950), trữ lượng thủy năng trên thế giới được

thống kê trong Bảng 1.3.

Bảng 1.1 Trữ lƣợng thủy năng trên thế giới theo B. Xlebinger

Vùng

Diện tích Trữ lượng Mật độ

công

3

2

6

(10 Km ) (10 Kw)

suất

17,3

55,0

38,2

29,5

62,5

13,9

1. Châu Âu

11.609

41.839

30.292

24.244

17.798

200

2. Châu Á

3. Châu Phi

4. Bắc Mỹ

5. Nam Mỹ

2.309

1.155

717

1.110

119

6. Châu Ũc và Châu Đ 8.557

Đại Dương.

Tổng cộng toàn trái 134.339

5.610

41,7

Theo một số tài liệu nghiên cứu, nước ta có trên 1000 con sông suối (chiều dài >

10Km) với trữ năng tiềm tàng khoảng 260 - 280 tỷ Kwh. Trong đó các lưu vực

sông Đà, Lô - Gâm và sông Đồng Nai có nguồn năng lượng lớn nhất. Đánh giá trữ

năng lý thuyết và trữ năng kinh tế kỹ thuật ở Việt Nam được thống kê trong Bảng

1.2 và Bảng 1.3

Bảng 1.2 Trữ năng lý thuyết và kinh tế-kỹ thuật một số lƣu vực lớn ở Việt

Nam.

Tên lưu vực sông

E

/E

0 LT 0 KT

0 lý thuyết

0 kỹ thuật

6

(%)

12

(10 KWh)

1. Sông Lô

39.600

4.752

2. Sông Thao

3. Sông Đà

4. Sông Mã

25.963

71.100

12.070

10.950

15.564

5.269

10.027

21.723

13.575

27.719

249.090

7.572

31.175

1.256

2.556

4.575

1.688

1.239

7.948

2.636

10.335

68.917

29

43

10

23

30

32

12

39

20

37

27,5

5. Sông Cả

6. Sông Vũ Gia - Thu Bồn

7. Sông Trà Khúc

8. Sông Ba

9. Sông Sê San

10. Sông Sêrêpok

11. Sông Đồng Nai

Tổng cộng

Bảng 1.3: Trữ năng kỹ thuật các lƣu vực lớn ở Việt Nam

Tên lưu vực Số bậc thang thủy điện Công suất (MW)

1. S. Hồng + S. Thái Bình

2. S. Mã + S. Cả

3. Vùng Đèo Ngang, Đèo Cả

4. S. Đồng Nai

5. Chi lưu S. Mê Kông

6. Các lưu vực khác

Tổng cộng

138

18

28

21

14

12.600

1.400

1.500

1.600

2.000

2.100

21.200

28

247

* Tính công suất điện lƣợng cho một đoạn sông.

Muốn xác định năng lượng tiềm tàng của dòng chảy trong sông thiên nhiên (hình 1-1)

từ mặt cắt (1-1) đến (2-2) ta xét năng lượng mà khối nước W di chuyển trong đoạn ấy đã

tiêu hao đi, nghĩa là tìm hiệu số năng lượng giữa hai mặt cắt đó:

E = E1-E2

Dựa vào phương trình Bec-nui chúng ta biết được năng lượng tiềm tàng chứa trong thể

tích nước W(m3) khi chảy qua mặt cắt (1-1) trong thời gian t(s) sẽ là:

Trong đó:

+ Z1 - cao trình mặt nước tại mặt cắt 1-1

+ p1 - áp suất trên mặt nước tại mặt cắt 1-1

+ γ

- trọng lượng thể tích của nước; γ = 9,81.103 N/m3

+ V1 - vận tốc dòng chảy tại mặt cắt 1-1

+ α1 - hệ số xét đến sự phân bố lưu tốc tại mặt cắt 1-1

+ g - gia tốc trọng trường.

Giả thiết rằng trong đoạn sông đang xét không có sông nhánh đổ vào, nghĩa là coi lượng

nước W chảy qua mặt cắt (1-1) và (2-2) là không đổi. Khi đó lượng nước W chảy qua

mặt cắt (2-2) sẽ có một năng lượng tiềm tàng là:

Ý nghĩa các ký hiệu trong biểu thức (1-2) giống như các ký hiệu của (1-1) Vậy năng

lượng tiềm tàng của đoạn sông sẽ là:

Phân tích biểu thức (1-3) ta thấy E cũng chính là công sản ra trong t giây để di chuyển

lượng nước W từ mặt cắt (1-1) sang (2-2) với cột nước toàn phần là:

Nghĩa là:

E1-2 = .W. H1-2 (Jun) (1-5)

Xét cột nước toàn phần, ta thấy nó gồm 3 thành phần:

- Cột nước địa hình:

Hđh = (Z1 - Z2)

- Cột nước áp suất:

- Cột nước lưu tốc:

Do đó H1-2 có thể viết: H1-2 = Hđh + Has + Hlt

Trong thực tế, trị số áp suất p1, p2 ở hai đầu đoạn sông nghiên cứu thường chênh lệch

nhau rất ít. Mặt khác giả thiết lượng nước trong đoạn sông đang xét không đổi nên khia

các đặc trưng về hình dạng của hai mặt cắt sông gần giống nhau thì sẽ dẫn đến

Nghĩa là coi

Bỏ qua sai số không đáng kể biểu thức (1-3) có thể viết dưới dạng đơn giản:

- Z2 ) (Jun) (1-6)

- Z2

(1-7)

Biểu thức (1-7) chính là công thức cho phép ta xác định năng lượng tiềm tàng của bất kỳ

đoạn sông nào.

E = 9,81.103.H.Q.t (Jun) (1-8)

Nếu thay đơn vị điện lượng jun bằng kwh với 1kwh =3600.103 jun, ta sẽ

Ta có: E = HQt/367,2 (kWh)

(1-9)

Từ biểu thức (1-8) và (1-9) ta có thể xác định công suất N của dòng nước trong một đoạn

sông theo công thức chung: N = E/t từ (1-8) ta có:

N = 9,81.103.Q.H

N = 9,81.Q.H

(W)

(1-10)

(kW) (1-11)

Công thức (1-11) được coi là công thức cơ bản nhất để tính toán thuỷ năng. Nó thường

được áp dụng nhiều trong công tác quy hoạch, khảo sát, điều tra trữ lượng thủy năng tiềm

tàng của sông ngòi.

* Tính trữ lƣợng thuỷ năng cho một con sông:

Muốn tính tữ lượng thuỷ nặng cho mọt con sông, ta phân nó ra nhiều đoạn, rồi dùng

công thức (1-11) tính trữ lượng thuỷ năng cho từng đoạn rồi sau đó cộng dồn lại. Thực tế

để dễ nhận thấy và tiện sử dụng, người ta dùng số liệu khảo sát, tính toán vẽ thành biểu

đồ như hình(1-2).

Các bước tiến hành như sau:

+ Điều tra, khảo sát và thu thập tài liệu.

a).Nguyên tắc phân đoạn:

Ta biết, muốn tính công suất, phải biết lưu lượng Q và cột nước H của từng đoạn. Khi

phân đoạn cần tuân theo một số nguyên tắc như:

-

Phân đoạn tuần tự từ nguồn đến cửa sông.

Phân đoạn ở những nơi Q và H thay đổi đặc biệt như nơi có sông nhánh hoặc

suối lớn chảy vào làm cho lưu lượng tăng lên rõ rệt, nơi có độ dốc lòng sông bắt

đầu thay đổi đặc biệt ở những nơi có thác ghềnh thiên nhiên.

Đó là 2 nguyên tắc cơ bản khi chọn mặt cắt phận đoạn còn phải lưu ý những vị trí thuận

tiện và có lợi cho việc khai thác, nơi có khả năng chọn làm tuyến xây dựng công trình

thuỷ điện sau này.

b). Cách tiến hành điều tra khảo sát và thu thập tài liệu.

Trước khi đi thực địa nên sơ bộ nghiên cứu địa hình trên bản đồ tỉ lệ 1/100.000;

1/50.000 hay 1/25.000. Dự kiến sơ bộ những vị trí cần bố trí phân đoạn, định ra hành

trình, bố trí kế hoạch tiến hành và các công tác chuẩn bị cần thiết khác.

Quá trình đi thực địa nhiều khi phải thay đổi hoặc định thêm một số vị trí phân đoạn.

Nguyên nhân là do bản đồ đo đặc không đầy đủ các chi tiết, hoặc do đã lâu, nay dưới

tác động của thiên nhiên và con người đã có thay đổi.

Tại mỗi mặt cắt phân đoạn đều phải tiến hành đo đạc cao tình mặt nước, vẽ quan hệ

giữa cao trình và chiều dài sông L. Đồng thời cũng tại mỗi mặt cắt phân đoạn đó tiến

hành đo đạc thủy văn, kết hợp với các số liệu quan trắc khí tượng khác, nắm chắc tình

hình lưu vực, để tính được lưu lượng bình quân chảy qua từng mặt cắt. Ở đây có thể

xác định lưu lượng bình quân Q theo hai cách: Có thể bằng trị số trung bình nhiều năm

hoặc lấy bằng lưu lượng bình quân năm của trạm thủy văn có tần suất p=50%. Ngoài ra

khi cần thiết ta có thể tính trữ lượng thủy năng cho những năm ít nước vói tần suất

90%, 95% vv…Từ các số liệu Q, ta vẽ được quan hệ giữa lưu lượng với chiều dài sông

Q~L.

Tại những vị trí thuận lợi cho việc xây dựng công trình thủy điện nếu tài liệu thủy văn

nói trên còn thiếu thì phải bố trí các trạm quan trắc để giúp cho việc đánh giá trữ lượng

thủy năng cũng như tính toán thiết kế sau này được chính xác.

Tính công suất cho từng đoạn ta dùng công thức (1-11) N = 9,81.Q.H (kW). Thí dụ ta

tính cho đoạn thứ i: Ni = 9,81.Qi.Hi. Ta lần lượt xác định cho từng số hạng trong công

thức.

Để xác định Hi ta lấy cao trình mặt nước đầu đoạn trừ cao trình mặt nước cuối đoạn.

Còn Qi được tính trung bình theo lưu lượng đầu đoạn và cuối đoạn.

Qi =(Qiđầu + Qicuối)/2

Khi phân đoạn ta đã lưu ý sao cho không có sông nhánh đổ vào trong đoạn đó.

Song do có mạch nước, rãnh hoặc suối nhỏ đổ vào, nên lưu lượng đầu và cuối thường

khác nhau. Do đó khi tính toán ta lấy trị số trung bình.

Sau khi có Qi, Hi việc tính toán công suất dòng nước Ni cho từng đoạn Li hết

sức đơn giản. Có các trị số Ni và Li tương ứng ta có thể vẽ quan hệ Ni~Li cho từng

đoạn sông. Sau đó vẽ các đường biểu diễn công suất trên một đơn vị chiều dài và

đường

-2)

Biểu đồ trên chưa kể năng lượng tiềm tàng của sông nhánh. Muốn tính năng

lượng tiềm tàng của sông có kể cả nhánh, ta tính riêng cho từng nhánh theo phương

pháp nêu trên. Sau đó cộng năng lượng của các nhánh, tại các tuyến chúng nhận vào

sông chính. Xem xét biểu đồ trữ lượng thuỷ năng ta có một số nhận xét sau:

- Nhìn chung độ dốc mặt nước càng về xuôi càng giảm (tức cột nước tính cho một

đơn vị chiều dài càng giảm). Trừ trường hợp ngoại lệ do có thác thiên nhiên.

- Đường biểu diễn lưu lượng có những chỗ tăng độ ngột do tại tuyến đó có sông nhánh

đổ vào.

- Công suất tính cho một đơn vị chiều dài ở đoạn đầu và cuối sông đều nhỏ hơn ở đoạn

giữa. Nguyên nhân ở đoạn đầu tuy có cột nước lớn song lưu lượng nhỏ và ở đoạn cuối

tuy có lưu lượng lớn nhưng cột nước thấp. Do đó công suất đơn vị không lớn lắm.

Trên đây đã trình bày cách tính và vẽ biểu đồ trữ lượng thuỷ năng cho các sông ngòi.

Đây là tài liệu rất cần cho công tác nghiên cứu lập quy hoạch khai thác thuỷ điện cũng

như sửa đổi quy hoạch khi cần thiết.

* Khả năng lợi dụng năng lƣợng tiềm tàng của dòng nƣớc.

a). Những hạn chế trong việc lợi dụng năng lượng tiềm tàng của đoạn sông.

Về lý luận, ta tính được năng lượng tiềm tàng của đoạn sông. Thực tế không thể lợi dụng

được hết năng lượng đó, do các nguyên nhân sau:

- Có thể đoạn sông nào đó không thể lợi dụng được do khó khăn về kỹ thuật,

hoặc do ngập lụt các công trình, các mỏ quý các khu dân cư lớn, các khu canh

tác phì nhiêu… dẫn đến không thuận lợi về mặt kinh tế.

- Mặt khác trong quá trình khai thác không thể tránh khỏi tổn thất lưu lượng do

bốc hơi, rò rỉ và thấm, tổn thất cột nước khi chảy qua các công trình lấy nước

và dẫn nước và máy móc thuỷ lực.vv…

Cho nên đồng thời với việc tính toán trữ lượng thuỷ năng tiềm tàng, cần tiến hành tính

toán trữ lượng thuỷ năng có thể khai thác được ( thường gọi là trữ năng kỹ thuật) Trữ

năng kỹ thuật không những phụ thuộc và điều kiện thiên nhiên của dòng sông, mà còn

phụ thuộc vào trình độ kỹ thuật, hoàn cảnh kinh tế của xã hội và sơ đồ khai thác đã hợp

lý hay chưa. Phải thông qua tính toán kinh tế kỹ thuật mới định ra được phương án hợp

lý, lợi dụng tối đa nguồn năng lượng thiên nhiên.

b). Công suất và điện lượng của trạm thuỷ điện

Muốn khai thác thuỷ năng để phát điện, chúng ta phả xây dựng trạm thuỷ điện. Công

trình chủ yếu của trạm thuỷ điện là công trình dâng nước ( đập ), công trình tràn và xả

nước thừa, công trình lấy nước và dẫn nước, các thiết bị máy móc thuỷ lực và cơ điện

trong nhà máy của trạm thuỷ điện. trong quá trình khai thác có tổn thất. Tổn thất thuỷ

năng của trạm thuỷ điện thể hiện ở:

- Tổn thất lưu lượng do bốc hơi, ngấm theo các đường nước ngầm, thấm qua lòng hồ, vai

đập và thân đập rò rỉ qua công trình và một phần lưu lượng thừa phải xả bỏ khi lưu lượng

đến nhiều mà công trình không đủ khả năng trữ, turbine không đủ khả năng tháo lưu

lượng lớn.

- Tổn thất cột nước khi chảy qua cửa lấy nước, công trình dẫn nước turbine cũng như các

tổn thất khác trong máy phát điện và hệ thống truyền động.

Vì vậy công suất của trạm thuỷ điện bao giờ cũng bé hơn công suất thiên nhiên tính theo

(1-11). Công suất của trạm thuỷ điện xác định theo công thức:

N = 9,81 .Q.H

(1-12)

Trong công thức (1-12) lưu lượng Q và cột nước H đã trừ đi mọi tổn thất về lưu lượng và

cột nước. Mặt khác để thể hiện tổn thất qua máy móc thiết bị trong công thức còn có hệ

số . Hệ số được gọi là hiệu suất của trạm thuỷ điện. Hiệu suất bao giờ cũng nhỏ hơn 1

và bằng:

Nếu turbine và máy phát nối trực tiếp (liên tục ) thì

dưới dạng:

= 1 Công thức (1-12) có thể viết

N=K.Q.H

(1-13)

Trong đó: K=9,81.

Thông thường khi tính toán thuỷ năng, chưa chọn được thiết bị, nên chưa xác định được

. Khi tính toán thường lấy theo kinh nghiệm.

- Trạm thủy điện lớn K= 8 - 8,5

- Trạm thủy điện vừa

K= 7 - 8

- Trạm thủy điện nhỏ

K= 6 - 7

Điện lượng E của trạm thuỷ điện là điện lượng thực tế mà trạm thuỷ điện phát ra đầu

thanh cái máy phát. Trị số này phụ thuộc vào công suất và thời gian làm việc của trạm.

Dạng chung để tính điện lượng của trạm là:

1.2 Nguyên lý khai thác Thuỷ năng.

Từ các công thức N = 9,81. .Q.H hay N = K.Q.H, ta thấy N tỉ lệ thuận với Q,H, và

. Do đó muốn tăng công suất phải tìm cách tăng Q, H,

Việc tăng lưu lượng Q có thể

dùng các biện pháp tập trung và điều tiết dòng chảy, tăng lưu lượng mùa kiệt. Mặt khác

có thể lấy nước từ lưu vực khác bổ sung cho lưu lượng của trạm. Cột nước H thì phân bố,

phân tán dọc theo chiều dài sông. Do đó muốn tăng H thì phải dùng biện pháp nhân tạo

bằng cách xây dựng công trình thuỷ lợi. Ngoài ra, muốn cho công suất của trạm thuỷ

điện phát ra lớn, phải có máy móc thiết bị tốt, có hiệu suất cao. Biện pháp nâng cao

hiệu suất của thiết bị máy móc sẽ được học ở môn học “thiết bị thuỷ điện”. Trong môn

học “ôthuỷ năng ” chỉ giải quyết các vấn đề tập trung cột nước và tập trung điều tiết lưu

lượng. Vấn đề này sẽ được

đây.

trình bày ở phần “ Biện pháp khai thác thuỷ năng”dưới

1.3 Biện pháp khai thác Thuỷ năng.

* Tập trung cột nƣớc;

Tuỳ theo biện pháp tăng cột nước, mà ta có các phương thức khai thác thuỷ năng sau

đây:

- Dùng đập để tạo thành cột nước.

- Dùng đường dẫn để tạo thành cột nước.

- Dùng hỗn hợp cả đập và đường dẫn để tạo thành cột nước.

a). Dùng đập để tạo thành cột nước.

Xây dựng đập tại một tuyến thích hợp nơi cân khai thác. Đập tạo ra cột nước do sự chênh

lệch mực nước thượng hạ lưu đập. Đồng thời tạo nên hồ chứa có tác dụng tập

trung và điều tiết lưu lượng làm tăng khả năng phát điện trong mùa kiệt, nâng cao hiệu

quả lợi dụng tổng hợp nguồn nước như cắt lũ chống lụt, cung cấp nước, nuôi cá, vận tải

thuỷ…

Phương thức tập trung cột nước như sơ đồ hình 1-3 được gọi là phương thức khai thác

kiểu đập. Phương thức này có ưu điểm là vừa tập trung được cột nước vừa tập trung và

điều tiết lưu lượng phục vụ cho việc lợi dụng tổng hợp nguồn nước. Song nó có nhược

điểm là đập càng cao, khối lượng xây lắp càng nhiều, kinh phí lớn, ngập lụt và thiệt hại

nhiều. Khi thiết kế xây dựng phải thông qua tính toán kinh tế kỹ thuật , so sánh lựa chọn

phương án có lợi.

Sơ đồ khai thác kiểu đập thường thích ứng với các vùng trung du của các sông nói có độ

dốc lòng sông tương đối nhỏ, địa hình địa thế thuận lợi cho việc tạo nên hồ chứa có dung

tích lớn là tổn thất ngập lụt tương đối nhỏ. Ngược lại ở vùng thượng lưu, do lòng sông

hẹp, độ dốc lòng sông lớn nên dù có làm đập cao cũng khó tạo thành hồ chứa có dung

tích lớn. Ở hạ lưu, độ dốc lòng sông nhỏ, xây đập cao dẫn đến ngập lụt lớn thiệt hại

nhiều. Cho nên ở vùng này ít có điều kiện khai thác kiểu đập. Với sơ đồ khai thác kiểu

đập, trạm thuỷ điện có thể bố trí ở ngang đập hay sau đập (xem hình 1-4 và 1-5 ) nhưng

thường thấy hớn cả là loại trạm thuỷ điện sau đập. Trạm thuỷ điện ngang đập chỉ thích

ứng trong trường hợp cột nước thấp, nhà máy đủ sức chịu lực như một đoạn đập và kết

cấu kinh tế.

b). Tập trung cột nước bằng đường dẫn.

Ở những đoạn sông thượng lưu, độ dốc lòng sông thường lớn, lòng sông hẹp, dùng đập

để tạo nên cột nước thường không có lợi cả về tập trung cột nước, tập trung và điều tiết

lưu lượng. Trong trường hợp này cách tốt nhất là dùng đường dẫn để tạo thành cột nước (

hình 1-6).

Hình 1-6 1-lòng sông thiên nhiên; 2- kênh hở; 3- đường ống áp lực dẫn nước vào turbine

4- đập; 5- nhà máy thủy điện; 6- bể áp lực

Đặc điểm của phương thức này là cột nước do đường dẫn tạo thành. Đường dẫn có thể

là kênh máng, ống dẫn hay đường hầm có áp hoặc không áp. Đường dẫn có độ dốc nhỏ

hơn sông suối, nên dẫn càng đi xa độ chênh lệch giữa đường dẫn và sông suối

* Điều tiết lƣu lƣợng.

2. Vấn đề sử dụng tổng hợp các lợi ích của hồ chứa:

2.1 Điều tiết lũ

Phương thức tập trung cột nước như sơ đồ hình 1-3 được gọi là phương thức khai thác

kiểu đập. Phương thức này có ưu điểm là vừa tập trung được cột nước vừa tập trung và

điều tiết lưu lượng phục vụ cho việc lợi dụng tổng hợp nguồn nước. Song nó có nhược

điểm là đập càng cao, khối lượng xây lắp càng nhiều, kinh phí lớn, ngập lụt và thiệt hại

nhiều. Khi thiết kế xây dựng phải thông qua tính toán kinh tế kỹ thuật , so sánh lựa chọn

phương án có lợi.

Sơ đồ khai thác kiểu đập thường thích ứng với các vùng trung du của các sông nói có độ

dốc lòng sông tương đối nhỏ, địa hình địa thế thuận lợi cho việc tạo nên hồ chứa có dung

tích lớn là tổn thất ngập lụt tương đối nhỏ. Ngược lại ở vùng thượng lưu, do lòng sông

hẹp, độ dốc lòng sông lớn nên dù có làm đập cao cũng khó tạo thành hồ chứa có dung

tích lớn.

2.2 Tƣới tiêu trong nông nghiệp và nƣớc sinh hoạt

Về lý luận, ta tính được năng lượng tiềm tàng của đoạn sông. Thực tế không thể lợi dụng

được hết năng lượng đó, do các nguyên nhân sau:

- Có thể đoạn sông nào đó không thể lợi dụng được do khó khăn về kỹ thuật, hoặc do

ngập lụt các công trình, các mỏ quý các khu dân cư lớn, các khu canh tác phì nhiêu…

dẫn đến không thuận lợi về mặt kinh tế.

- Mặt khác trong quá trình khai thác không thể tránh khỏi tổn thất lưu lượng do bốc hơi,

rò rỉ và thấm, tổn thất cột nước khi chảy qua các công trình lấy nước và dẫn nước và máy

móc thuỷ lực.vv…

2.3 Giao thông thuỷ.

Muốn khai thác thuỷ năng để phát điện, chúng ta phả xây dựng trạm thuỷ điện. Công

trình chủ yếu của trạm thuỷ điện là công trình dâng nước ( đập ), công trình tràn và xả

nước thừa, công trình lấy nước và dẫn nước, các thiết bị máy móc thuỷ lực và cơ điện

trong nhà máy của trạm thuỷ điện. trong quá trình khai thác có tổn thất. Tổn thất thuỷ

năng của trạm thuỷ điện thể hiện ở:

- Tổn thất lưu lượng do bốc hơi, ngấm theo các đường nước ngầm, thấm qua lòng hồ, vai

đập và thân đập rò rỉ qua công trình và một phần lưu lượng thừa phải xả bỏ khi lưu lượng

đến nhiều mà công trình không đủ khả năng trữ, turbine không đủ khả năng tháo lưu

lượng lớn.

- Tổn thất cột nước khi chảy qua cửa lấy nước, công trình dẫn nước turbine cũng như các

tổn thất khác trong máy phát điện và hệ thống truyền động.

CHƢƠNG II: CÁC CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CHÍNH CỦA

NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

Mục tiêu:

Sau khi học xong chương này người học có khả năng:

- Mô tả được các công trình chính của nhà máy thuỷ điện;

- Trình bày được tác dụng, cấu tạo và nguyên lý làm việc chung của các công trình

chính trong nhà máy thủy điện.

- Tích cực, nghiêm túc trong học tập.

Nội dung:

1. Công trình dẫn nƣớc:

1.1 Khái niệm và phân loại:

- Là các công trình được thiết kế thi công với mục đích vận chuyển, dẫn nước cung

cấp cho hệ thống điều khiển sản xuất.

Được chia làm các loại sau: Kênh dẫn nước, hầm dẫn nước, tháp điều áp.

1.2. Kênh dẫn nƣớc:

1.3. Hầm dẫn nƣớc:

Đường hầm dẫn nước còn được gọi là tuyến dẫn nước. Trong khái niệm về dường hầm

người ta chia ra làm 2 loại: đường hầm khô thường ứng dụng với mục đích gioa thông, bố

trí thiết bị, đường hầm dẫn nước dùng để cấp nước cho mục đích phát điện, tưới và các

ngành dùng nước.

Căn cứ vào chế độ thủy lực bên trong đường hầm mà chúng ta có thể chia hai loại cơ bản:

đường dẫn nước có áp và không có áp.

* Tiết diện đường hầm.

1.4 Tháp điều áp.

* Công dụng tháp điều áp.

* Điều kiện và vị trí đặt tháp.

* Nguyên lý làm việc của tháp điều áp.