Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế sơ bộ trạm thủy điện

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
1
LỜI NÓI ĐẦU
Thuỷ năng là một dạng năng lượng tiềm tàng trong nước. Năng lượng
tiềm tàng đó thể hiện dưới ba dạng: Hoá năng- nhiệt năng - cơ năng
Hoá năng của nước thể hiện trong việc làm thành các dung dịch muối
hoà tan , các loại trong nước sông đẻ biến thành năng lượng . Nhiệt năng của
nước sinh ra do sự chênh lệch nhiệt đọ giữa các lớp nước trên mặt và dưới
đáy
sông,biển,giữa nước trên mặt đất và trong các mỏ nước ngầm . Hai dang năng
lượng của nước nêu trên tuy có trữ lượng lớn , nhưng phân bố rời rạc khó khai
thác .
Cơ năng của nước thể hiện trong mưa , trong dòng chảy của sông suối
, trong sóng nước và thuỷ triều . Trong đó năng lượng của dòng sông là nguồn
năng lượng rất lớn và khai thác thuận tiện hơn cả.Trong khi đó sông suố

2
Với đồ án tốt ngiệp của tôi được giao thiết kế sơ bộ TTĐ trên sông
Spêpook thuộc hệ thống sông Đồng Nai nằm ở tỉnh Đăc Lắc với những tài
liệu thiết kế cần thiết sau:
Nhiệm vụ của công trình
Tài liệu về địa hình
Tài liệu về địa chất
Tài liệu về khí tượng thuỷ văn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
3
PHẦN I: TỔNG QUAN
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH
⇓1.1. ĐẶC ĐIỂM VỊ TRÍ ĐỊA LÝ
* Vị trí và sự hình thành lưu vực:
- Hồ trước của trạm thuỷ điện nằm trên sông Eakrông thuộc một đoạn
sông Spêpook thuộc tỉnh Đăc Lắc
- Trực tuyến đập theo hướng Tây Bắc - Đông Nam
⇓1.2.ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH - ĐỊA CHẤT
I.ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH
Địa hình sông Spêpook chảy trên lãnh thổ Việt Nam theo hướng Bắc và
Tây Bắc, qua vùng địa thế đa dạng và phức tạp, nhiều núi non hiểm trở, xen
kẽ đầm lầy rừng rậm, rừng thưa và các vùng đất thoai thoải phủ cỏ và các cây
thấp. Địa hình lưu vực sông này có thể chia làm 3 đoạn như sau:
- Đoạn I: Từ thượng lưu buôn Tulanh, vùng núi cao có độ trung bình

T
1-2
và phun trào Bazan độ tứ cuội kết và vối nhét, thế nằm của nó tạo thành
bộ uốn nếp, có hướng nằm Tây - Tây- Nam hoặc Đông Nam, trong lưu vực có
một vài nếp gãy kiến tạo cắt qua theo hướng Tây Bắc - Đông Nam ở phía Tây
Bắc Đrâylinh ở vùng Krongpack có khe nứt khe nứt theo hướng Đông Bắc từ
buôn Bray về thượng nguồn có các trầm tích đội tứ gồm các cuội , sỏi cuội, đá
tả
ng và đá Granit
III.ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN
1. Nhiệt độ
Nhiệt độ cao nhất thường xuất hiên tháng 4 đạt tới 39
÷
40
o
C thấp nhất
vào tháng 12 xuống tới 7
÷
4
o
C, nhiệt độ trung bìn năm tăng 23
÷
24
o
c ( theo
tài liệu của trạm khí tượng Buôn Mê Thuật)
2. Độ ẩm
Lượng bình quân 82,4%, nhỏ nhất 40,5%. Tháng có độ ẩm lớn nhất là
tháng 9, tháng có độ ẩm thấp nhất là tháng 3. Khí hậu Buôn Mê Thụt mang
tính chất khí hậu cao nguyên trung bộ

đất.
1.Đá
Đá phân bố rộng rãi trong phạm vi công trình và lân cận bao gồm các
loại đá granít, bazaít…
2. Vật liệu cát, cuội sỏi…
Vùng xây dựng công trình lòng sông thoải dần nên, về phía thượng lưu
của công trình có nhiều bãi bồi lớn, đó là nơi tập trung các bãi cuội, sỏi, cát có
trữ lượng lớn.
3. Các loại vật liệu khác
Về xi măng, sắt thép, do ở địa phương chưa phát triển về ngành này nên
phải
đi mua ở nơi khác
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
6
⇓1.4. TÌNH HÌNH GIAO THÔNG VẬN TẢI
Mạng lưới giao thông trong vùng chưa phát triển, chỉ có đường mòn nối
các khu dân cư trong vùng, nhưng có một thuận lợi là giao thông bằng đường
thuỷ
⇓1.5. YÊU CẦU VỀ SỬ DỤNG NƯỚC
- Công trình trạm thuỷ điện được xây dựng chủ yếu cho phát điện và
cung cấp điện cho địa phương.
- Vấn đề tưới và giao thông thuỷ ở phía thượng lưu, hạ l
ưu công trình
cũng được đặt ra, nhưng do sự phát triển kinh tế, nhu cầu có sử dụng của địa

7
TÀI LIỆU THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH
⇓2.1. Ý NGHĨA VÀ NHIỆM VỤ CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN CT
4
I. Ý NGHĨA
Qua tình hình của tỉnh Đắc Lắc và lưu vực sông Spêpook thấy việc xây
dựng Trạm thuỷ điện CT
4
có ý nghĩa lớn với cả vùng, có tác dụng thúc đẩy sự
phát triển kinh tế của cả vùng và của tỉnh, thúc đẩy sự phát triển kinh tế của
các ngành sử dụng điện, nước đảm bảo cung cấp điện tại chỗ. Đồng thời đóng
góp cho hệ thống điện quốc gia một lượng điện năng đáng kểm đời sống
người dân nâng cao.
II.NHIỆM VỤ
Trạm thuỷ điện CT
4
có nhiệm vụ chính là phát điện. Ngoài ta còn có thể
lợi dụng tổng hợp: phòng lũ, tưới, giao thông, dịch vụ…
⇓2.2.TÀI LIỆU THIẾT KẾ
1. Bình đồ lưu vực: Tỷ lệ 1
÷
500
2. Đường đặc tính lòng hồ
Z
tl
(m) 340 435 436 437 438
F(km
2
) 4,8 6,8 7,6 8,1 8,2
W.10

1
8
g
Q
th
10% 90 74 59 49 85.5 133
Q
th
50% 75 47.2 30.1 29.2 38.8 61.8
Q
th
90% 38.2 25.8 17.2 17.2 42.2 47.2

Thán
g
7 8 9 10 11 12
Q
th
10% 138 157 413 460 180 122
Q
th
50% 182 151 298 264 144 136
Q
th
90% 55,4 125 205 255 107 66,1

2.Tài liệu mưa và bốc hơi

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
9
Chế độ dòng chảy ở tuyến Công trình
F
lv

(km
2
)
Qđến (
m3/s)
Mo ( l/s-
km2)

C
vC
s

Q
p %
(m

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
F (km
2
)
V ( 10
6
m
3
)

PHẦN II: TÍNH TOÁN THUỶ NĂNG
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CƠ BẢN
⇓ 1.1 MỤC ĐÍCH
412
412.5
413
413.5
414
414.5
415
415.5
50 70 90 110 130 150 170 190 210 230
Zhl
Q
biÓu ®å quan hÖ q ~ z
hl
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4

).
- Cột nước tính toán (H
tt
).
Các thông số đó làm cơ sở cho việc tính toán chọn thiết bị cho nhà máy,
xác định kích thước đường dẫn nhà máy, công trình thủy công và các vấn đề
liên quan khác.
♣
2-2 PHƯƠNG THỨC KHAI THÁC THỦY NĂN
G
Việc chọn phương thức khai thác thủy năng phải dựa vào điều kiện cụ
thể của từng công trình, điều kiện thiên nhiên, điều kiện địa chất, đia chất thuỷ
văn, bản đồ địa hình và tình hình kinh tết xã hội để lựa chọn.
Qua việc nghiên cứu các tài liệu nêu trên tôi có nhận về khu vực xây
dựng TTĐ CT4 như sau:
- Công trình TTĐ CT4 là một trạm trên sông Spêpook. Do đị
a hình thuận
lợi, tuyến đập được bố trí giữa hai khe núi, như vậy sẽ giảm được khối lượng
đào đắp.Và ta dựa vào tài liệu bình đồ khu vực xây dựng công trình thuỷ điện
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
13
CT4 đã cho. Dựa vào các nhận xét trên tôi chọn phương thức khai thác kiểu
nhà máy thuỷ điện sau đập vậy ta chọn phương thức khai thác thuỷ năng kiểu
đập dâng tạo cột nước.

tt
).
Ta thấy nếu P
tt
mà tăng lên thì công suất bảo đảm của TTĐ (N
bđ
) sẽ
giảm xuống, có nghĩa là công suất tất yếu của TTĐ sẽ giảm xuống. Điều đó
đồng nghĩa với việc:

N
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
14 - Vốn đầu tư vào TTĐ giảm đi một lượng (
Δ
K
TĐ
), nhưng do N
ty

giả thiết ban đầu. Cho nên việc xây dựng mức bảo đảm tính toán thường được
tiến hành theo kinh nghiệm và theo các định mức. Cụ thể là:
Để chọn mức bảo đảm tính toán của TTĐ người ta dựa vào các nguyên
tắc sau:
+.Công su
ất lắp máy của TTĐ càng lớn thì mức bảo đảm phải chọn càng
cao, vì thiệt hại do chế độ làm việc bình thường của TTĐ có công suất lắp
máy lớn bị phá vỡ nghiêm trọng so với trạm có công suất lắp máy nhỏ.
+Trạm thuỷ điện có công suất càng lớn so với tổng công suất của toàn hệ
thống điện lực thì mức bảo đảm tính toán phải chọ
n càng cao, vì khi TTĐ
không làm việc bình thường thì công suất thiếu hụt khó bù hơn so với các
trạm nhỏ, nhất là trong thời kỳ công suất dự trữ đã sử dụng gần hết.
+Các hộ dùng điện càng quan trọng về mặt khinh tế, khoa học kỹ thuật
thì mức bảo đảm tính toán của trạm cung cấp điện càng cao vì lẽ nếu thiếu
điện tổn thất sẽ càng nghiêm trọng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
15
+Nếu trạm thuỷ điện có hồ điều tiết càng lớn, hệ số điều tiết cao, sự phân
bố dòng chảy trong sông lại tương đối đều thì có thể chọn mức bảo đảm tính
toán cao mà vẫn lợi dụng được phần lớn năng lượng nước thiên nhiên. Trong
trường hợp không có hồ điều tiết dài hạn, muốn lợi dụng năng lượng nướ
c
được nhiều không nên chọn mức bảo đảm tính toán cao.

), mực nước chết (MNC), dung tích
hữu ích (V
hi
).
3) Xác định công suất bảo đảm ( N
bđ
), công suất lắp máy ( N
lm
).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
16
4) Tính điện lượng bình quân nhiều năm (
nn
E
____
), số giờ lợi dụng công
suất lắp máy(h
Nln
).
5) Xác định các cột nước đặc trưng của TTĐ CT4.
CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN:

I .XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC DÂNG BÌNH THƯỜNG (MNBT).
1.Định nghĩa

1
17
+Giao thông thủy: Khi NMDBT, dung tích hồ chứa tăng, khả năng
chuyên chở thượng, hạ lưu tăng.
* Mối quan hệ giữa NMDBT và chi phí.
Khi NMDBT làm cho chiều dài, chiều cao đập tăng đồng thời cũng ảnh
hưởng đến số lượng và kích thước các đập phụ xung quanh hồ dẫn đến vốn
đầu tư, chi phí hàng năm tăng nhanh.
NMDBT tăng, diện tích ngập lụt tăng, nhiều khi giây ngập các mỏ
khoáng sản quí hiế
m, gây ngập các di tích lịch sử, thay đổi môi trường sinh
thái, cảnh quan khu vực xây dựng công trình dẫn đến chí đền bù thiệt hại tăng,
xử lý nền móng và thấm phức tạp. Vì vậy chi phí cho công trình lớn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
18
2.Xác định mực nước dâng bình thường
Việc xác định MNDBT phải dựa trên cở sở phân tích so sánh các phương
án theo các yếu tố liên quan.
Để xác định được hết lợi ích và thiệt hại của từng phương án là một vấn
đề hết sức khó khăn vì sự ảnh hưởng về mặt xã hội và môi trường là không rõ
ràng. Tuy nhiên để đánh gía về mặt kinh tế cho việc thay đổi MNDBT người

C
t
: Chi phí năm thứ t.
i: Lãi xuất .
So sánh giữa các phương án, phương án nào có NPV lớn nhất thì
chọn.
- Tiêu chuẩn chi phí tính toán quy về thời điểm hiện tại là nhỏ nhất
(C
min
).
Trong trường hợp các phương án đưa ra đều đạt lợi ích như nhau thì
có thể chọn theo tiêu chuẩn chi phí tính toán quy về thời điểm hiện tại là
nhỏ nhất:
Chi phí tính toán quy về hiện tại là:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
19
()
∑
=
+
+
=
n
1t

- Giới hạn trên của MNDBT phụ thuộc vào các yếu tố:
+Điều kiện địa chất tuyến xây dựng công trình .
+Điều kiện địa hình ngập lụt và tình hình dân sinh kinh tế.
+Các yếu tố về văn hoá xã hội.
Trên cơ sở phạm vi giới hạn MNDBT, ta định ra hàng loạt phương án
MNDBT chênh nhau khoảng
Δ
h = (2
÷
5) m. Tiến hành tính toán với từng
phương án MNDBT cụ thể, xác định các thông số: Công suất bảo đảm (N
bđ
),
Công suất lắp máy (N
lm
), điện lượng bình quân nhiều năm (E
nn
) cho mỗi
phương án. Tính chênh lệch công suất
Δ
N và điện lượng cho từng phương án.
- Xác định lợi ích tăng thêm cho các ngành lợi dụng tổng hợp của mỗi
phương án.
- Xác định vốn đầu tư xây dựng công trình và phần vốn tăng thêm
Δ
k
cho mỗi phương án.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ

ct
= MNDBT – MNC
- MNC là mực nước thấp nhất trong điều kiện làm việc bình thường
của hồ chứa
- Phần dung tích nằm dưới MNC gọi là dung tích chết (Vc).
- Phần dung tích nằm giữa MNDBT và MNC được gọi là dung tích
hữu ích của hồ chứa (V
hi
).
Đối với mỗi phương án MNDBT thì vấn đề đặt ra là nên chọn độ sâu
công tác (h
ct
) là bao nhiêu là có lợi nhất.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
21
2.Xác định độ sâu công tác có lợi của hồ chứa (hct)
Để xác định độ sâu công tác có lợi của hồ chứa được thỏa đáng ta tiến
hành xem xét kỹ hơn về mối quan hệ N =
φ
(h
ct
), E = f (h
ct
). Ta biết rằng điện

ct
đến một trị số nào đó, ta sẽ có
trị số E
mk
lớn nhất, sau đó tiếp tục tăng h
ct
, thì trị số E
mk
sẽ giảm vì phần điện
lượng tăng thêm do tăng lưu lượng điều tiết không kịp bù lại phần điện lượng
mất đi do cột nước giảm.
Trị số h
ct
khi E
mk
đạt tới trị số lớn nhất gọi là độ sâu công tác có lợi nhất.
Nếu lượng nước không trữ trong mùa kiệt càng lớn thì độ sâu công tác có
lợi của hồ chứa càng nhỏ.(Hình vẽ)
Tuy nhiên, nếu chỉ dựa vào điện lượng mùa kiệt để xác định độ sâu công
tác có lợi nhất thì chưa hẳn đã hợp lý mà còn phải xem xét diễn biến của điện
lượng năm.
Trong th
ời kỳ trữ nước do mực nước trong hồ thấp nên khả năng phát
điện bị hạn chế. Bởi vậy khi tăng độ sâu công tác của hồ, điện lượng năm sẽ
tăng không đáng kể so với điện lượng mùa kiệt. Vì vậy, trị số điện lượng năm
lớn nhất sẽ xuất hiện khi h
ct
nhỏ hơn so với h
ct
cho E

hiệu suất cao, lưu lượng cần thiết không kéo theo bùn cát…cho Turbin làm
việc.
* Tiêu chuẩn để chọn độ sâu công tác.
Chi phí tính toán của hệ thống là nhỏ nhất hay lợ
i nhuận thu được do xây
dựng TTĐ là lớn nhất (1).
Độ sâu công tác đảm bảo cho điện lượng mùa cấp (E
mk
) hay điện lượng
năm (E
n
) là lớn nhất(2).
Đồng thời nó còn phải thoả mãn các điều kiện ràng buộc sau:
+ Phải có cột nước để Turbin làm việc trong vùng có hiệu suất cao
+ Phải đảm bảo hồ chứa có dung tích chết chứa hết lượng bùn cát lắng
đọng trong thời kỳ khai thác, vận hành.
Việc xác định h
ct
theo tiêu chuẩn (1) là rất phức tạp, đòi hỏi nhiều thời
gian. Trong thiết kế sơ bộ để giảm bớt khối lượng tính toán tôi sử dụng tiêu
chuẩn điện lượng mùa cấp lớn nhất (E
mkmax
) để xác định độ sâu công tác cho
hồ chứa của TTĐ CT4.
Để xác định độ sâu công tác có lợi của hồ chứa trước hết ta đi xác định
độ sâu công tác cho phép của hồ chứa.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1

(Q
min
): Mực nước hạ lưu nhỏ nhất khi lưu lượng xả xuống hạ lưu là
nhỏ nhất(Q
min
)
Q
min
lấy theo yêu cầu về lợi dụng tổng hợp. Do chưa có yêu cầu về lợi
dụng tổng hợp ở hạ lưu nên sơ bộ lấy Q
min
= min ( Q
i
), với ( Q
i
) là lưu lượng
của tháng thứ i trong 3 năm điển hình.
Theo tài liệu 3 năm điển hình ta có:
Q
min
= min(Q
i
) =17.2(m
3
/s)
Với Q
min
= 17.2 (m
3
/s) tra quan hệ Q ~ Z

ct
h
)
Để đảm bảo công trình làm việc, vận hành an toàn trong suốt thời gian
khai thác, hồ chứa cần có một dung tích để chứa toàn bộ lượng bùn cát mà
dòng chảy mang đến lắng đọng xuống hồ, đồng thời không để bùn cát chui
vào đường ống làm ảnh hưởng đến chế độ làm việc bình thường của TTĐ khi
đó
BC
ct
h
được xác định như sau: Hình vẽ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ
ĐIỆN CT4
SVTH: NGÔ HỒNG THANH-LỚP 41Đ
1
24
BC
ct
h
= MNDBT – MNC
MNC = Z
bc
+ h
1
+ D + h
2

Wo
TK
V
bc
bc
×
××
=
γ
ρ

Trong đó:
T: Thời gian làm việc của hồ chứa T = 50 năm

Wo
:dòng chảy bình quân nhiều năm (m
3
) :
Wo
=3818.275
×
10
6

ρ
: Lượng chuyển bùn cát trung bình
ρ
= 0.081(kg/s)
γ
bc