Thủy năng và thủy điện - Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện

1 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC PGS. TS. NGUYỄN THỐNG Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Chương 1 : Tổng quan. Chương 2 : Tài nguyên nước và quy hoạch khai thác Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng lượng nước. Chương 4 : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện. Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ. Chương 6 : Công trình lấy nước và dẫn nước. Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp. Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng nước va. Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện. 2 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA THUỶ ĐIỆN  Giới thiệu  Phương pháp điều tiết đường chỉ thẳng 3 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện GIỚI THIỆU  Dòng chảy thiên nhiên thay đổi theo thời gian (mùa mưa, mùa khô).  Hồ chứa nhằm mục đích “trữ nước” vào mùa nhiều nước và tăng lưu lượng vào mùa khô so với lưu lượng tự nhiên  điều hoà dòng chảy theo thời gian (giảm sự khác biệt về lưu lượng giữa mùa nhiều nước & mùa ít nước). 4 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện GIỚI THIỆU  Một cách tổng quát hồ càng lớn  khả năng điều hoà dòng chảy lớn (điều hoà ngày, tuần, tháng, năm, nhiều năm). 5 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện THÔNG SỐ HỒ CHỨA 6 MNDBT MNGC MNC WHI VBC Z (m) Z (m) V (mil.m3) F (km 2) V=g(z) F=f(z) MNGC: mực nước cao nhất xảy ra khi có lũ kiểm tra MNDBT: mực nước hồ cao nhất khi khai thác bình thường MNC: mực nước hồ thấp nhất khi khai thác bình thường. Whi: dung tích hửu ích hồ chứa. VBC: dung tích chết (chứa bùn cát lắng đọng trong N năm) MNTL 2 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện THIẾT LẬP ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH HỒ (bản đồ tỷ lệ 1/10000  1/25000)  Fi =f1(Zi)  V=f2(z). i 1ii1ii i Z 3 FFFF V     7 Zi F i F i+1 Z PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA hồ = Whi/Va (01) hồ  hệ số dung tích hồ Whi  dung tích hữu ích (niv. Min  niv. Max). Va  thể tích nước trung bình vào hồ trong 1 năm. - Hồ điều tiết ngày : hồ < 12% - Hồ điều tiết tuần, tháng: hồ : 1-2%5-6% - Hồ điều tiết năm hồ : 5-6%12-14% - Hồ điều tiết nhiều năm hồ >12-14% 8 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện 9 HỒ ĐIỀU TIẾT HOÀN TOÀN & KHÔNG HOÀN TOÀN PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện 10 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA THUỶ ĐIỆN Wđến=Wcấp Wđến> Wcấp Giai đoạn xã tràn Q đến Q dùng PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện 11 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU TIẾT NGÀY HỒ CHỨA THUỶ ĐIỆN W cấp nước G/đ trữ nước G/đ cấp nước W trữ nước PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Một hồ chứa thuỷ điện nhỏ điều tiết ngày đêm (24h). Lưu lượng max NM là Qmax=20 m 3/s. Tính V hồ cần thiết để NM chạy liên tục trong các trường hợp sau (giả thiết thể tích nước đến hồ & thể tích nước qua NM trong ngày đêm là bằng nhau): 1. 4 h/ngày-đêm. 2. 12 h/ngày-đêm. 3. 24 h/ gày-đêm. 12 3 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Giả thiết một NM thuỷ điện có hồ chứa điều tiết ngày đêm hoàn toàn. Yêu cầu của hệ thống là NM sẽ làm việc 5h/ngày, cụ thể: Lần 1: Từ 9h 12h Lần 2: Từ 18h20h. Biết rằng Qmax của NM là 18m 3/s. Giả thiết dòng chảy đến là đều trong 24h. Tính dung tích hửu ích cần có của hồ  hồ. (Chú ý: Nguyên lý tính giống như tính dung tích điều hòa trong mạng lưới cấp nước). 13 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Hướng dẫn: 14 24h T Q 9h 12h 18h 20h Wyc 1=Qmax*3*3600 m 3 Qtb=Wyc/24h Qtb Qmax 0 Hồ trữ nước W0 W1=W0+Qtb*9h W2 W3 W4 Hồ cấp nước bổ sung W5=W0 W lũy tích trong hồ PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện LƯU LƯỢNG & LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN THEO THỜI GIAN 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T (mois) Q m ( m 3 /s ) 15 Lưu lượng theo thời gian Q=f(t) T (tháng) PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN (Đường lũy tích lưu lượng) Gọi Q(t) là lưu lượng theo t, lưu lượng cộng dồn W(t) được xác định bởi:  Với t cho trước  xác định W(t)  được gọi là lưu lượng cộng dồn. 16  t t QdttW 0 )( PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Trong thực hành: • Với Qt được xem là hằng số trong thời đoạn Δt gọi là bước thời gian (đơn vị  s or h) 17 tQQdttW t t t t t     0 0 )( PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện NHẬN XÉT - Tại các vị trí sông chỉ có dòng chảy một chiều  Đường lưu lượng cộng dồn luôn tăng hoặc nằm ngang (khi Q=0) theo t. - Độ dốc của tiếp tuyến với đường cong luỹ tích lưu lượng  lưu lượng dòng chảy tại thời điểm t tương ứng. 18 )( ii tgQ  4 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện W(m3) 19 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ta có: Q5=0 ; Q6 =tg(α) α Đường luỹ tích l/lượng W(t) PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 1 & 2: Tính và trình bày trên đồ thị lưu lượng và lưu lượng công dồn W(t) của 2 chuỗi số liệu sau (lấy 1th=30ngày). Tính lưu lượng trung bình Q0 (m 3/s). Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q(m3/s) 70 40 25 20 20 35 40 60 150 170 150 120 Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q(m3/s) 60 40 25 35 120 170 250 400 300 200 120 80 20 [1] [2] PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện • Lời giải: 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T (mois) Q m ( m 3 /s ) 21 Chuỗi t/gian Q=f(t) PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Lời giải 1 (Q0=75m 3/s): Lưu lượng cộng dồn: 0 500 1000 1500 2000 2500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T (mois) W (m il. m 3 ) Tháng 1 2 3 4 5 6 W (mil.m3) 181 285 350 402 454 544 22 Tháng 7 8 9 10 11 12 W (mil.m3) 648 804 1192 1633 2022 2333 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Lời giải 2: Chuỗi thời gian của Qm 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T (mois) Q m ( m 3 /s ) 23 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện • Solution 2 (Q0=150m 3/s): Lưu lượng cộng dồn Tháng 1 2 3 4 5 6 W (mil.m3) 156 259 324 415 726 1166 Mois 7 8 9 10 11 12 W (mil.m3) 1814 2851 3629 4147 4458 4666 24 0 1000 2000 3000 4000 5000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T (mois) W (m il. m 3 ) 5 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 3: Tính và vẽ trên đồ thị lưu lượng công dồn W: Tháng 1 2 3 4 5 6 Q(m3/s) 30 40 70 90 0 120 Tháng 7 8 9 10 11 12 Q(m3/s) 130 200 255 150 100 15 25 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện • Solution: Tháng 1 2 3 4 5 6 W (mil.m3) 78 181 363 596 596 907 Tháng 7 8 9 10 11 12 W (mil.m3) 1244 1763 2424 2812 3072 3110 26 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 4: Lưu lượng cộng dồn W theo tháng của chuỗi dòng chảy 12 tháng như sau. Trình bày số liệu lên đồ thị và tính giá trị lưu lượng của tháng thứ 2, 5, 8 và 12. Lấy 30ngày/tháng. Tháng 1 2 3 4 5 6 W(tri.m3) 155.52 220.32 272.16 311.04 336.96 375.84 Tháng 7 8 9 10 11 12 W(tri.m3) 458.78 601.34 860.54 1171.58 1689.98 2052.86 27 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện 28 LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN TRONG TỌA ĐỘ XIÊN PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện GIẢI THÍCH BẰNG ĐỒ THỊ 29 T W T* Lưu lượng cộng dồn W=f(t) (Q0t)  Lũy tích giá trị TB 0 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện GIẢI THÍCH BẰNG ĐỒ THỊ 30 T W T* W=f(t) (Q0t) 0 W* 6 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện GIẢI THÍCH BẰNG ĐỒ THỊ 31 T* Công thức tính W trong toạ độ xiên: W=(Q-Q0)t 0 W* PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện LƯU LƯỢNG CỘNG DỒN TRONG TOẠ ĐỘ XIÊN Cho chuỗi dòng chảy Q(m3/s) có lưu lượng trung bình Q0. Lưu lượng cộng dồn W(t) trong toạ độ xiên được định nghĩa bởi: 32 tQtQdtQQtW t t t t t 0 0 0 0 )()(     Tổng thể tích nước vào hồ từ t=0 t PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Dạng tổng quát của W(t): 33 -800 -600 -400 -200 0 200 400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 α W(m 3 ) t(s) QQ0 Q=Q0 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện NHẬN XÉT  W(t) có thể tăng hoặc giảm theo t.  W(t) tăng khi Qt>Q0 và ngược lại.  W(t) là có chu kỳ cho chuỗi dòng chảy nghiên cứu  Giá trị W tại đầu và cuối chu kỳ là bằng nhau.  Lưu lượng dòng chảy tại thời điểm t:  tg(α) >= - Q0 (vì Qt>=0). 34 )(0 tgQQt  PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 1 & 2: Tính và vẽ đường lưu lượng cộng dồn trong toạ độ xiên (30ngày/tháng). Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q (m3/s) 70 40 25 20 20 35 40 60 150 170 150 120 Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q (m3/s) 60 40 25 35 120 170 250 400 300 200 120 80 35 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Lời giải 1: Q0=75m 3/s tháng 1 2 3 4 5 6 W(mil.m3) -13.0 -103.7 -233.3 -375.8 -518.4 -622.1 tháng 7 8 9 10 11 12 W(mil.m3) -712.8 -751.7 -557.3 -311.0 -116.6 0.0 36 -1000 -800 -600 -400 -200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T (mois) W (m il. m 3 ) 7 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện • Solution 2: Q0=150m 3/s -2000 -1500 -1000 -500 0 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T (mois) W ( m il . m 3 ) Tháng 1 2 3 4 5 6 W(mil.m3) -233 -518 -842 -1140 -1218 -1166 37 Tháng 7 8 9 10 11 12 W(mil.m3) -907 -259 130 259 181 0 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 3: Số liệu W(t) dòng chảy trong toạ độ xiên như sau. Biết lưu lượng trung bình dòng chảy là 80m3/s (1 tháng có 30ngày). Vẽ W(t) lên đồ thị. Xác định lưu lượng tháng 2, 5, 10. Tháng 1 2 3 4 5 6 W(tr.m3) -15.0 -110.7 -245.3 -380. -520. -620. 38 Tháng 7 8 9 10 11 12 W(tr.m3) -700. -780. -540. -310. -110. 0.0 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện ĐƯỜNG LUỸ TÍCH LƯU LƯỢNG & ĐƯỜNG BỔ TRỢ TRONG TOẠ ĐỘ XIÊN 39 Đường bổ trợ của W=f(t) W(mil. m3) T(mois) 0 B A T0 Lưu lượng cộng dồn trong TĐX W=f(t) Z Whi C D t Dung tích nước có trong hồ lúc t Biểu thị hồ ở MNC Biểu thị hồ ở MNDBT PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện CHÚ Ý Xét “hành lang” giới hạn bởi đường lũy tích lưu lượng và đường bổ trợ.  Xét một điểm bất kỳ M trong hành lang, KHOẢNG CÁCH THẲNG ĐỨNG từ điểm xét đến đường LŨY TÍCH biểu thị DUNG TÍCH NƯỚC CÓ trong hồ tại thời điểm t tương ứng.  Điểm nằm trên đường lũy tích  HỒ CẠN: MNC  Điểm nằm trên đường bổ trợ  HỒ ĐẦY: MNDBT 40 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 4: Xét trong tọa độ xiên. Các số liệu: A=50tr.m3; B=150tr.m3; C=-10tr.m3; D=50tr.m3. Lưu lượng TB của chuỗi Q0=15m 3/s. Tính lưu lượng TB tháng Qi với i=1,12 (lấy 30ngày/tháng). 41 W(tr. m3) T(th) 0 B A Luỹ tích lưu lượng trong TĐX W=f(t) Z C D tA=1th. tB=2th. tC=7th. tD=8th. tZ=12th. Lưu lượng hằng số từ tháng 3  7 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 5: Lấy số liệu bài tập trên. Vẽ đường bổ trợ với dung tích hửu ích Whi=80 tr. m 3.  Tính giá trị lưu lượng bởi các tia điều tiết O1AB1CD1Z. 42 8 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Hướng dẫn: 43 W(tr. m3) T(th) 0 B A Z C D tA=1th. tB=2th. tC=7th. tD=8th. tZ=12th. Whi=50 tr. m 3 A1 B1 C1 D1 01 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập 6: Lấy số liệu bài tập trên 4 & 5. Giả thiết hồ cạn ở t=0. Giả thiết lưu lượng lấy ra khỏi hồ chứa để chạy NM của tháng 1, 2 và 3 lần lượt là 20m3/s, 40m3/s và 8m3/s . a. Tính tổng thể tích nước lấy ra khỏi hồ đến cuối tháng 1, 2 và 3. 44 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện b. Tính thể tích nước còn lại trong hồ vào cuối tháng 1, 2, 3 (tọa độ xiên). c. Đưa số liệu nước còn lại trong hồ ở câu (b) vào đồ thị tọa độ xiên. Từ đồ thị tính các lưu lượng lấy ra khỏi hồ tương ứng các tháng 1, 2, 3. 45 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện 46 ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA THUỶ ĐIỆN PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA THUỶ ĐIỆN Quá trình lấy lưu lượng Qđt(t) ra khỏi hồ để đi vào NM phát điện (hoặc phục vụ tưới,…) gọi là quá trình điều tiết hồ. 47 WHI VBC Qđt(t) Qđến(t) Mực nước hồ tại thời điểm t MNDBT PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Một số chú ý: - Sau một chu kỳ điều tiết (ngày, tuần, tháng, năm, nhiều năm) mực nước hồ trở về mực nước ban đầu. - Qđt(t) được xác định tuỳ theo phương pháp điều tiết. - Trong quá trình điều tiết, Qđến(t) đã biết (số liệu thuỷ văn tính). - Qđt(t) và Qđến(t) >=0 - Quá trình điều tiết khác nhau  diễn biến mực nước hồ khác nhau. 48 9 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Hãy giải thích ý nghĩa đường MiMj & tình trạng mực nước hồ tại các thời điểm “đặc biệt” trên đồ thị sau  49 W(mil. m3) T(month) 0 B A Lưu lượng cộng dồn trong TĐX W=f1(t) Z Đường bổ trợ W=f2(t) Whi C D M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 T0 t0 Thể tích nước có trong hồ tại t0 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Xét hồ chứa có đường lũy tích & bổ trợ trong TĐX như sau. Giả thiết hồ đầy nước ở t=0 & t=T0. Hãy xác định phương án điều tiết (thể hiện bằng đường gãy khúc từ t=0  t=T0) để Qđiều tiết min là lớn nhất. 50 W(mil. m3) T(mois) 0 B A Lưu lượng cộng dồn trong TĐX W=f(t) Z Whi C D T0 Đường bổ trợ W=f2(t) Điểm bắt đầu Điểm kết thúc PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Giả thiết hồ đầy nước ở t=0 & t=T0. Hãy xác định phương án điều tiết (thể hiện bằng đường gãy khúc từ t=0  t=T0) để Qđiều tiết max là nhỏ nhất. 51 W(mil. m3) T(mois) 0 B A Lưu lượng cộng dồn trong TĐX W=f(t) Z Whi C D T0 Đường bổ trợ W=f2(t) Điểm bắt đầu Điểm kết thúc PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện BÀI TẬP (lấy số liệu bài trước): ĐIỀU TIẾT HỒ 52 W(tr. m3) T(th) 0 B A Z C D tA=1th tB=2th tC=7th tD=8th tZ=12th Whi=50 tr. m 3 0’ B’ D’ Biết rằng O’AB’CD’Z biểu diễn một chuỗi lưu lượng Qđt lấy ra khỏi hồ (điều tiết)  Tính các giá trị lưu lượng tương ứng. Z’ Đường luỹ tích dòng chảy đến trong TĐX Đường bổ trợ PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện  Tính thể tích nước vào và ra khỏi hồ kể từ t=0 đến tại các thời điểm A, B, C. Nhận xét.  Tính thể tích nước còn trong hồ sau 1th, 1.5th, 4th, 6th, 7th, 10th. Với giả thiết hồ đầy lúc t=0. Bài tập tương tự với tia điều tiết O’B’CD’Z. 53 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện ĐIỀU TIẾT HỒ 54 W(tr. m3) T(th) 0 B A Z C D t1=1th t2=2th t3=5th t4=8th t5=12th 0’ B’ D’ CHÚ Ý !!! Đường điều tiết gãy khúc không bao giờ đi ra khỏi hành lang giới hạn bởi đường luỹ tích và đường bổ trợ. Whi 10 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện NHẬN XÉT Xét 1 điểm “bất kỳ” ở thời điểm t trong hành lang giới hạn bởi đường lũy tích & đường bổ trợ: “KHOẢNG CÁCH THẲNG ĐỨNG TỪ ĐƯỜNG LŨY TÍCH ĐẾN ĐIỂM XÉT BIỂU THỊ THỂ TÍCH NƯỚC CÓ TRONG HỒ TẠI THỜI ĐIỂM XÉT t”. 55 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện 56 ĐIỀU TIẾT HỒ THEO PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU HÒA LƯU LƯỢNG NHẤT  P/P ĐƯỜNG CHỈ THẲNG (ĐCT) PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện ĐIỀU TIẾT THEO P/P ĐƯỜNG CHỈ THẲNG Điều tiết: Điều tiết hồ là một chuỗi lưu lượng liên tục lấy ra khỏi hồ theo thời gian và tuân theo một quy luật được xác định. 57 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện PP. Điều hòa nhất (pp. ĐCT) Điều tiết hồ theo phương pháp điều hòa nhất là phương pháp điều tiết sao cho sự SAI BIỆT giữa lưu lượng điều tiết Max và lưu lượng điều tiết Min là BÉ NHẤT. 58 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Ví dụ xét 1 hồ chứa có thể tích hữu ích (Whi) đã biết. Giả thiết lưu lượng đến hồ theo thời gian đã biết (vẽ được đừờng lũy tích lưu lượng trong TĐX).  Xem đồ thị sau: 59 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện PHƯƠNG PHÁP “ĐƯỜNG CHỈ THẲNG” 60 W(tr. m3) T(th) 0 B A Z C D tA=1th tB=2th tC=7th tD=8th tZ=12th Whi=50 tr. m 3 0’ B’ D’ Z’ Nhận xét: O’B’CD’Z’ là đường ngắn nhất nối O’ et Z’ Đường điều tiết theo p/p “Đường chỉ thẳng” 11 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện CÂU HỎI Giả thiết hồ đầy tại t=0 (có thể trạng thái khác):  Đại biểu là điểm O’ Và hồ cũng sẽ trạng thái đầy cuối chu kỳ (giống tại thời điểm t=0) Đại biểu là điểm Z’ Một cách “định tính” hãy xác định đường “gãy khúc” (nằm trong hành lang) nối O’ & Z’ là NGẮN NHẤT. 61 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện TÍNH CHẤT  Giữa A & Z lưu lượng điều tiết min là lớn nhất.  Giữa A & Z lưu lượng điều tiết max là nhỏ nhất. Phương pháp điều tiết có tính “CỰC ĐẠI” lưu lượng điều tiết min và “CỰC TIỂU” lưu lượng điều tiết max. 62 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện TÍNH CHẤT  So với các phương pháp khác, phương pháp ĐCT làm cho chênh lệch giữa giá trị điều tiết Max và Min là NHỎ NHẤT.  Lưu lượng qua TUA BIN là “ĐIỀU HÒA” nhất. 63 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Hãy vẽ tia điều tiết theo phương pháp ĐCT cho 2 t/h: hồ cạn lúc t=0 & W=0.5Whi lúc t=0. 64 W(mil. m3) T(mois) 0 B A Lưu lượng cộng dồn trong TĐX W=f(t) Z Whi C D T0 Đường bổ trợ W=f2(t) A’ B’ C’ D’ Z’ 0’ PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập : Xét đồ thị : 65 W(tr.m3) T(th) 0 1 năm 2 năm 3 năm a b a’ b’ c c’ Whi Đường bổ trợ Đường lũy tích trong TĐX PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện 1. Giả thiết lưu lượng TB của chuỗi dòng chảy là 50m3/s. Toạ độ điểm a, b là -100 tr.m3 và -700 tr.m3. Tính thể tích nước vào hồ trong thời đoạn từ ta đến tb. Lấy 360ngày/năm. 2. Cho biết dung tích hữu ích là 150 tr. m3. Tính lưu lượng điều tiết tương ứng tia a’c và cb’ với tC=1năm8th và tung độ c là -900tr.m 3. 3. Hãy cho nhận xét về thể tích nước đến hồ & thể tích nước lấy ra khỏi hồ trong thời đoạn từ a đến b. 4. Giả thiết hồ đầy lúc t=0. Vẽ tia điều tiết p/p ĐCT. 66 12 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Cho dòng chảy đến hồ chứa sau: tháng 1 2 3 4 5 6 Q(m3/s) 70 50 20 10 15 25 tháng 7 8 9 10 11 12 Q(m3/s) 40 150 200 250 150 100 67 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Lưu lượng TB là Q0 =90m 3/s. Giả thiết hồ đầy ở t=0 và có dung tích hữu ích 250 tr.m3. a. Tính và vẽ đường lũy tích lưu lượng trong tọa độ xiên. Vẽ đường điều tiết bằng p/p ĐCT và tính lưu lượng tương ứng. b. Trình bày kết qủa trên đồ thị và giải thích sự thay đổi mực nước trong hồ. c. Tính thể tích nước trong hồ vào cuối các tháng 3, 4. 68 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện d. Mực nước hồ TB tháng 2 và 7 lần lượt là 300m và 250m. Mực nước sau NM tương ứng là 60m và 58m. Giả thiết mất năng (cột nước) là 15% giá trị cột nước địa hình và hiệu suất tổng NM là =0,85. Tính công suất (MW) phát ra của NM và năng lượng E (tr.kwh) của 2 tháng nêu trên. 69 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHỈ THẲNG 70 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A Z B C D E F G TIA ĐIỀU TIẾT W hi PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện AB BC CD DE EF FG GZ Q (m3/s) 70.0 50.0 41.3 150.0 176.8 150. 100. W (tr.m3) 181.4 129.6 535.1 388.8 916.4 388.8 259.2 71 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện tháng Qin(m 3/s) Win(tr.m 3) Cộng dồn. 1 70 -51.8 -51.8 2 50 -103.7 -155.5 3 20 -181.4 -337.0 4 10 -207.4 -544.3 5 15 -194.4 -738.7 6 25 -168.5 -907.2 7 40 -129.6 -1036.8 8 150 155.5 -881.3 9 200 285.1 -596.2 10 250 414.7 -181.4 11 150 155.5 -25.9 12 100 25.9 0.0 72 13 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Lưu lượng đến hồ chứa như sau: tháng 1 2 3 4 5 6 Q(m3/s) 30 40 70 90 150 200 tháng 7 8 9 10 11 12 Q(m3/s) 250 310 275 150 100 15 73 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Lưu lượng TB Q0 =140m 3/s. Giả thiết hồ đầy ở t=0 và có dung tích 350 tr.m3. a. Tính lưu lượng cộng dồn trong tọa độ xiên. Tính lưu lượng điều tiết bởi p/p đường chỉ thẳng. b. Giải thích sự thay đổi mực nước trong hồ. c. Tính thể tích nước trong hồ vào cuối tháng 3 và tháng 4. 74 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện d. Mực nước hồ TB tháng 1 và 9 lần lượt là 400m và 370m. Mực nước sau NM tương ứng là 120m và 118m. Giả thiết mất năng (cột nước) là 15% và hiệu suất tổng NM là =0,85. Tính công suất (MW) phát NM và năng lượng năm E (tr.kwh) của 2 tháng nói trên. 75 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 76 A B C D E F G Z PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện AB BC CD DE EF FG GZ Q(m3/s) 91.3 150 200 233.3 150 100 15 W(tr.m3) 946.2 388.8 518.4 1814.3 388.8 259.2 38.8 77 HƯỚNG DẪN PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Xét đồ thị sau với: Q0=30m 3/s; tg(α) = -10; t0=2th ; tung độ A là 150 tr. m3; T0=12th. 78 W(tr. m3) T(th) 0 α B A t0 T0 Z Dòng chảy đến Dòng chảy ra khỏi hồ A0 14 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Tính: - Lưu lượng tương ứng tia OB. - Tung độ B. - Tổng lượng nước vào hồ đến thời điểm t0. - Thể tích nước có trong hồ ở thời điểm t0. 79 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Giải: - QB=Q0+tg(α) =30-10 =20m 3/s. - Tung độ B =(QB-Q0)dt= -10*2th=-51.84 tr.m3. - Thể tích nước vào hồ =150+Q0dt=150+30*2th.= 305.52tr.m3. - Thể tích nước trong hồ: =150-(-51.64) =201.84 tr.m3. 80 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Lấy lại số liệu trên, vẽ đường bổ trợ với Whi=50tr.m 3. Ngoài ra: - Tung độ A0 là 55 tr. m 3 - Tung độ của B là -50 tr. m3 - Tung độ C là 100 tr. m3 Tính lưu lượng điều tiết bởi p/p đường chỉ thẳng. 81 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Giải: 82 W(tr. m3) T(th) 0 B A C Z Dòng chảy đến A0 tA0=1th tA=2th tB=7th tC=9th tZ=12th 50(tr. m3) PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Bài tập: Dòng chảy có lưu lượng TB là 90m3/s. Hồ đầy lúc t=0 có W=200tr.m3. Lưu lượng tích luỹ vào và ra khỏi hồ chứa trong tọa độ xiên theo đồ thị và bảng giá trị như sau: 83 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T(mois) W (m il .m 3 ) 84 15 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện T 1 2 3 4 5 6 Win -51.8 -155.5 -337.0 -544.3 -738.7 -907.2 Wout -303.7 -407.4 -511.0 -645.8 -780.6 -915.4 T 7 8 9 10 11 12 Win -1036.8 -881.3 -596.2 -181.4 -25.9 0.0 Wout -1050.2 -946.5 -816.9 -537.0 -355.5 -200.0 85 Note: Win: lưu lượng vào; Wout: lưu lượng ra Đơn vị: tr.m3 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện Câu hỏi: 1. Tính lưu lượng vào TB tháng 2. Tính lưu lượng điều tiết 3. Xác định thời điểm hồ đầy, cạn. 86 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện tháng Qin Win Accu. Qout Wout Accu. Delta 0 0 0 0 -200 1 70 -51.8 -51.8 50 -103.7 -303.7 251.8 2 50 -103.7 -155.5 50 -103.7 -407.4 251.8 3 20 -181.4 -337.0 50 -103.7 -511.0 174.1 4 10 -207.4 -544.3 38 -134.8 -645.8 101.5 5 15 -194.4 -738.7 38 -134.8 -780.6 41.9 6 25 -168.5 -907.2 38 -134.8 -915.4 8.2 7 40 -129.6 -1036.8 38 -134.8 -1050.2 13.4 8 150 155.5 -881.3 130 103.7 -946.5 65.2 9 200 285.1 -596.2 140 129.6 -816.9 220.7 10 250 414.7 -181.4 198 279.9 -537.0 355.5 11 150 155.5 -25.9 160 181.4 -355.5 329.6 12 100 25.9 0.0 150 155.5 -200.0 200.0 Qtb 90 0.00 90 0.00 87 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 4: Điều tiết hồ chứa thủy điện 88