Thủy năng và thủy điện - Chương 6: Công trình lấy nước và dẫn nước

1 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH K OA 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 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 2 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. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 3 CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC, DẪN NƯỚC 1. Tổng quát. 2. Lấy nước từ sông. 3. Lấy nước từ hồ chứa. 4. Công trình dẫn nước. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 4 TỔNG QUÁT  Lấy nước từ sông hoặc hồ chứa với lưu lượng yêu cầu nhằm cung cấp cho tuabin.  Loại bỏ được các hạt lơ lửng (kích thước >= 0.1 mm). THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 5 LẤY NƯỚC TỪ SÔNG - Cửa lấy nước, - Cửa van điều tiết lưu lượng, mực nước, - Công trình lắng. Cửa lấy nước nên đặt tại vị trí có lợi về mặt thuỷ lực (có chú ý về mặt điạ chất). THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 6 BỐ TRÍ CỬA LẤY NƯỚC Bể lắng cát Công trình nâng mực nước Lưới chắn rác “thô” Lưới chắn rác “tinh” Van xã cát 2 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 7 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 8 BỂ LẮNG CÁT THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 9 BỂ LẮNG CÁT Bùn cát lắng đọng Vị trí nạo vét bùn cát lắng đọng Lưới chắn rác “mịn” THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 10 Kè hướng dòng (tạo dòng chủ lưu) LẤY NƯỚC Ở ĐOẠN SÔNG THẲNG THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 11 CÔNG TRÌNH NÂNG MỰC NƯỚC Chủ yếu sử dụng đập dâng để tạo mực nước cần thiết cho phép lấy nước. CÔNG TRÌNH LẮNG CÁT Nhằm mục đích loại các hạt (vật) lơ lửng (0.05 1.5mm) và bùn cát đáy ra khỏi nước. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 12 LẤY NƯỚC TỪ HỒ CHỨA Khi xây dựng đập tạo hồ chứa:  Tạo hiện tượng lắng đọng bùn cát trong hồ bắt đầu từ cuối hồ và di chuyển về phía đập.  Hạt lớn lắng đọng trước và các hạt bé theo sau.  Bùn cát lơ lửng sau khi lắng đọng có thể được nén chặt theo thời gian.  Dung tích chết. 3 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 13 Dung tích chết LẤY NƯỚC TỪ HỒ CHỨA MNC MNDBT Cao trình cửa lấy nước Cát, sỏi thô “Lưởi” bùn cát THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 14 LẤY NƯỚC TỪ HỒ CHỨA  Thường là dòng chảy có áp qua cửa lấy nước DƯỚI SÂU (mực nước hồ dao động nhiều).  Cao trình ngưỡng cửa lấy nước phụ thuộc vào DUNG TÍCH CHẾT  Cao trình trần cửa nằm ĐỦ SÂU để không xảy ra hiện tượng không khí bị lôi vào cửa lấy nước (hồ ở MNC)  a=(35)V2/2g. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 15 CỬA LẤY NƯỚC TỪ HỒ MNC a>(3-5)V 2 /2g Q, V Cao trình max bùn cát lắng đọng Lưới chắn rác THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 16 CỬA LẤY NƯỚC TỪ HỒ Lưới chắn rác THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 17 Lưới chắn rác (bê tông cốt thép) Khe van THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 18 RM (MNC) Ống thép D=5.75m 4 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 19 CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC  Kênh dẫn (chảy không áp). Dùng khi mực nước hồ dao động bé. Địa hình đường dẫn đi qua tương đối bằng phẳng.  Đường hầm (chảy có áp). Dùng khi mực nước hồ dao động lớn. Mục đích: Đưa nước từ cửa lấy nước đến bể áp lực (kênh dẫn) hoặc giếng điều áp (đường hầm với dòng chảy có áp)  đi vào NMTĐ. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 20 KEÂNH DAÃN NÖÔÙC  Hình daïng keânh phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän ñòa chaát, ñòa hình keânh ñi qua.  Thoâng thöôøng coù daïng hình thang caân.  m h m=ctg() b THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 21 KÊNH DẪN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 22 KÊNH ĐẮP KÊNH ĐÀO THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 23 Kênh Đường ống áp lực BỂ ĐIỀU ÁP THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 24 Công thức Manning: (chảy đều  J=i) V: vận tốc TB, J : độ dốc thuỷ lực. R: bán kính thuỷ lực, i: độ dốc đáy kênh. n: hệ số nhám RiCRJCV  n iR V 2/13/2  6/1R n 1 C  5 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 25 VẼ ĐƯỜNG MẶT NƯỚC CHẢY ỔN ĐỊNH KHÔNG ĐỀU Phương pháp cộng trực tiếp (TL 2 Ch.1): 2 2 g2 Q hvoi Ji l        Năng lượng riêng đơn vị của mặt cắt THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 26 D=3,5m, L=9065m i=0,0061 Đường hầm dẫn nước THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 27 CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC CÓ ÁP Đường hầm dẫn nước THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 28 ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC Đường hầm vừa thi công thô Đường hầm đã xử lý đáy THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 29 ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC Mặt cắt dạng móng ngựa Mặt cắt dạng tròn THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 30 TIẾT DIỆN ĐƯỜNG HẦM HOÀN CHỈNH LOẠI BÊ TÔNG CỐT THÉP Đường hầm kiểm tra Thu và thoát nước thấm 6 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 31 Ngách thi công Ngách thi công TRẮC DỌC ĐƯỜNG HẦM Gia cố thép Gia cố bê tông cốt thép THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 32 ĐƯỜNG KÍNH KINH TẾ DOP Giả thiết đường hầm đã xác định L và lưu lượng đi qua Q:  Thiết kế D  lớn  chi phí xây dựng hầm LỚN & TỔN THẤT năng lượng  BÉ  TIẾT KIỆM năng lượng do ma sát dòng chảy và hầm  TĂNG thu tiền điện.  Thiết kế D  bé  chi phí xây dựng hầm BÉ & TỔN THẤT năng lượng  LỚN  MẤT năng lượng do ma sát dòng chảy và hầm  GIẢM thu tiền điện. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 33 KHÁI NIỆM VỀ MẶT CẮT KINH TẾ Kích thước đường hầm xác định theo quan điểm kinh tế: C: chi phí xây dựng e: chi phí do mất năng ma sát giữa nước và thành D(m) F($) Dop C=f(D) e=f(D) (e+C) (e+C)min THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 34 TRÌNH TỰ XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH KINH TẾ DOP  Bắt đầu với giả thiết DMIN theo yêu cầu thi công.  Giả thiết D1  tính đầu tư đường hầm và tính năng lượng phát ra của NM  tiền thu từ điện.  Giả thiết D2 =D1+d  Tính gia số đầu tư cho đường hầm (Ij với j=1,k ). ă THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 35  Tính năng lượng điện  Tính gia số tiền thu từ điện (Bj, j=k,N).  Tính chỉ tiêu tài chính của dòng tiền I & B (ví dụ chỉ tiêu IRR), xem đồ thị sau. Nếu IRR đáng giá (>=MARR)  chọn D2 và tiếp tục tính với gia số D3 =D2+d  trở lại bước 2. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 36 CHUỖI DÒNG TIỀN GIA SỐ ĐẦU TƯ ĐƯỜNG HẦM & GIA SỐ LỢI NHUẬN THU TỪ TIẾT KIỆN ĐIỆN T Bj 0 I1 Ik Bk+1 BN Gia số đầu từ đường hầm Gia số lợi nhuận 7 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 37 ĐƯỜNG DẪN SAU NM THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 38 XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC SAU NM Dùng trong xác định năng lượng nước. Đường quan hệ q=f(Z) được thiết lập bằng p/p thuỷ lực (chảy đều, không đều,…) Từ lưu lượng qua NM, tra quan hệ giữa Q & Z để xác định Z. Trong trường hợp dòng không đều  vẽ đường mực nước từ biên HL về NM. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 39 XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC SAU NM Q(m3/s) Z(m) Z=f(Q) ĐƯỢC THIẾT LẬP TRONG NGHIÊN CỨU THỦY VĂN Q1 z1 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước PGS. TS. Nguyễn Thống 40