Giao Trinh Thuy Dien

February 15, 2017 | Author: Anhthe Nguyen | Category: N/A

Share Embed Donate

Report this link

Short Description

Download Giao Trinh Thuy Dien...

Description

L∙ V¨n ót, ®Æng quèc thèng ng« v¨n d−ìng

Nhµ m¸y

thñy ®iÖn

Hµ néi 12 - 2005

Më ®Çu I. . C«ng nghÖ n¨ng l−îng vµ vai trß cña thñy n¨ng §iÖn n¨ng cÇn ®−îc t¹o ra tõ çc d¹ng n¨ng l−îng kh¸c tiÒm tμng trong tù nhiªn nhê c«ng nghÖ biÕn ®æi n¨ng l−îng. Ch¼ng h¹n, nhiÖt n¨ng tiÒm tμng trong çc d¹ng nhiªn liÖu (than ®¸, dÇu má, khÝ ®èt ...) ®−îc gi¶i phãng qua ph¶n øng ch¸y, biÕn ®æi thμnh c¬ n¨ng vμ cuèi cïng thμnh ®iÖn n¨ng ë çc nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn. C¬ n¨ng cña dßng n−íc (s«ng, suèi, thñy triÒu ...) ®−îc biÕn thμnh ®iÖn n¨ng ë çc nhµ m¸y thñy ®iÖn. T¹i çc nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö, n¨ng l−îng gi¶i phãng tõ ph¶n øng h¹t nh©n (cña çc nguyªn tè cã nguyªn tö l−îng lín - U235) còng ®−îc biÕn thμnh ®iÖn n¨ng qua çc qu¸ tr×nh biÕn ®æi nhiÖt → c¬ → ®iÖn tõ. Ngoμi çc c«ng nghÖ quan träng nãi trªn nh÷ng c«ng nghÖ n¨ng l−îng míi còng ®ang ®−îc nghiªn cøu ¸p dông nh−: n¨ng l−îng mÆt trêi, n¨ng l−îng ®Þa nhiÖt, n¨ng l−îng giã, n¨ng l−îng sinh khèi, sinh khÝ ... LÞch sö ph¸t triÓn cho thÊy tØ lÖ çc d¹ng n¨ng l−îng tù nhiªn ®−îc biÕn ®æi khai th¸c kh«ng gièng nhau vμ cã sù biÕn ®éng m¹nh theo thêi gian (h×nh 1). Vμo nh÷ng n¨m 50 cña thÕ kû tr−íc, tuyÖt ®¹i ®a sè ®iÖn n¨ng ®−îc s¶n suÊt ra lμ ë çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn (trªn 90%). Tuy nhiªn theo thêi gian tØ lÖ ®iÖn n¨ng do çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn ph¸t ra cã xu h−íng gi¶m dÇn, thuû ®iÖn t¨ng dÇn vμ cã sù ph¸t triÓn nhanh cña phÇn ®iÖn n¨ng do çc nhμ m¸y ®iÖn nguyªn tö s¶n xuÊt. §iÒu nμy cã thÓ gi¶i thÝch ®−îc bëi sù c¹n dÇn cña çc lo¹i nhiªn liÖu vμ nhu cÇu øng dông nã vμo çc lÜnh vùc kinh tÕ kh¸c ngμy cμng cã gi¸ trÞ h¬n. (VÝ dô sö dông than ®¸, dÇu má, khÝ ®èt nh− lμ nguyªn liÖu s¶n xuÊt chÊt dÎo, t¬ nh©n t¹o, vËt liÖu míi ...). Trong khi ®ã kü thuËt x©y dùng vμ khai th¸c thuû n¨ng l¹i cã nh÷ng b−íc thay ®æi v−ît bËc, cho phÐp l¾p ®Æt nh÷ng tæ m¸y c«ng suÊt lín, ®¾p ®Ëp ng¨n s«ng x©y dùng nh÷ng NMT§ khæng lå ( NMT§ Tam HiÖp, x©y dùng trªn s«ng D−¬ng Tö (TQ) víi tæng c«ng suÊt 26 x 700 MW = 18200 MW lμ mét vÝ dô) lμm cho gi¸ thμnh x©y dùng (tÝnh trªn mét ®¬n vÞ c«ng suÊt l¾p m¸y) ngμy cμng gi¶m. TÝnh chung trªn thÕ giíi, s¶n l−îng ®iÖn cña çc NMT§ s¶n suÊt ra hiÖn ®ang cung cÊp cho trªn 1/3 tæng s¶n l−îng ®iÖn tiªu thô. Mét sè n−íc cã tØ lÖ thuû ®iÖn lín

nh−: Cana®a (93%), PhÇn Lan (91%), Nauy (99%), Thuþ Sü (99,5%). ViÖt Nam, theo con sè thèng kª n¨m 1997 tØ lÖ thuû ®iÖn chiÓm 65% tæng s¶n l−îng ®iÖn n¨ng s¶n xu©t vμ tiªu thô toμn quèc. II. Vµi nÐt vÒ ph¸t triÓn thuû ®iÖn ë ViÖt Nam TÝnh ®Õn n¨m 1954 (sau kh¸ng chiÕn chèng Ph¸p) s¶n l−îng ®iÖn n¨ng ViÖt nam nãi chung vμ thuû ®iÖn nãi riªng hÇu nh− ch−a cã g×. Tuy nhiªn, miÒn B¾c ®· cã çc NMT§ Tμ Sa, Na NgÇn, Bμn Th¹ch; miÒn Nam cã NMT§ §a Nhim (c«ng suÊt 4 x 40 = 160 MW). N¨m 1971 do LX cò gióp x©y dùng ®· kh¸nh thμnh NMT§ Th¸c Bμ víi c«ng suÊt 3 x 36 = 108 MW. Lóc nμy tæng c«ng suÊt cña çc NMN§ miÒn B¾c vÉn ch−a v−ît qu¸ 100 MW, nghÜa lμ thuû n¨ng ®· gi÷ tØ lÖ quan träng trong HT§ ViÖt Nam tõ nh÷ng ngμy ®Çu x©y dùng. N¨m 1992 NMT§ Hoμ B×nh ®· x©y dùng vμ l¾p ®Æt xong ®Õn tæ m¸y cuèi cïng víi tæng c«ng suÊt lªn tíi 1920 MW (8 x 240 MW). Vμo thêi ®iÓm nμy tæng c«ng suÊt tiªu thô cña HT§ miÒn B¾c lóc cùc ®¹i chØ vμo kho¶ng 1100 MW, do ®ã ®−êng d©y siªu cao ¸p 500 KV ®−îc x©y dùng gÊp rót ®Ó t¶i ®iÖn n¨ng thõa cña NMT§ Hoμ B×nh vμo miÒn Nam (nhiÖt ®iÖn ë miÒn B¾c lóc nμy cßn cã çc nhμ m¸y Ph¶ L¹i 440 MW, Ninh B×nh 100 MW). TiÕp sau NMT§ Hoμ B×nh, ®Ó ®¸p øng nhu cÇu t¨ng tr−ëng nhanh cña phô t¶i ®iÖn, lÇn l−ît nhiÒu NMT§ lín ®−îc x©y dùng vμ ®−a vμo vËn hμnh. Cã thÓ nhËn thÊy r»ng (xem b¶ng) HT§ ViÖt Nam cã mét tiÒm n¨ng thuû ®iÖn kh¸ lín. TØ lÖ thuû n¨ng chiÕm cao trong tæng s¶n l−îng ®iÖn n¨ng toμn quèc. Thuû ®iÖn, cã thÓ ph¸t triÓn kh¾p c¶ 3 miÒn. MiÒn B¾c cã thÓ x©y dùng nh÷ng NMT§ lín do nh÷ng dßng s«ng lín, ®é dèc cao. MiÒn Trung cã nhiÒu thuû ®iÖn nhá (s«ng cã ®é dèc lín, nh−ng l−u l−îng l¹i bÐ), miÒn Nam cã kh¶ n¨ng x©y dùng mét sè NMT§ c«ng suÊt trung b×nh (®é dèc çc dßng s«ng th−êng kh«ng lín). Qu¸ khø (cho ®Õn hiÖn t¹i) thuû ®iÖn ViÖt Nam ®· cã mét lÞch sö ph¸t triÓn m¹nh mÏ, tiÒm n¨ng thuû ®iÖn Viªt Nam cßn rÊt dåi dμo, t−¬ng lai thuû ®iÖn ViÖt Nam sÏ cßn ph¸t triÓn vμ chiÕm vÞ trÝ quan träng trong HT§ ViÖt Nam.

B¶ng 1. Çc NMT§ ®ang vËn hµnh Nhà máy thủy điện

Tỉnh

Công suất đặt (MW)

Chiều cao đập (m)

Da Nhim

Lam Dong Ninh Thuan Yen Bai Hoa Binh Dong Nai Binh Dinh Binh Phuoc Phu Yen Lam Dong Binh Thuan Lam Dong Binh Thuan Gia Lai Kontum

4 x 40

Thac Ba Hoa Binh Tri An Vinh Son Thac Mo Song Hinh Ham Thuan Dami Yali

Năm đưa vào vận hành 1964

Sản lượng điện năng hàng năm (GWh) thiết kế thực tế

Nước hợp tác xây dựng

38

Chiều cao cột nước (m) 741

1 055

809

Japon

Giá xây dựng (106 USD) 50

3 x 36 8 x 240 4 x 100 2 x 33 2 x 75 2 x 75 2 x 150

45 128 40 37 + 40 46 43 93,5

30 88 50 612 90 148 250

1972 1984 1988 1994 1995 1999 2001

416 8 100 1 760 228 640 378 1 017

450 7 200 1 400 252 600 320 800

URSS URSS URSS France Ukraine Suède Japon

110 1 500 400 70 150 100 300

2 x 87,5

72

143

2001

590

500

Japon

180

4 x 180

7

190

2001

3 650

3 300

Ukraine Russie

700

B¶ng 2. Çc NMT§ ®ang x©y dùng Giai ®o¹n 2002 - 2005 NMT§

C«ng suÊt ®Æt

Khëi c«ng

Vμo vËn hμnh

1

Se San 3

300

2002

2005

2

Th¸c M¬

50

2005

më réng

3

CÇn §¬n

72

2005

BOT

Giai ®o¹n 2006 - 2010 4

Tuyªn Quang

342

2002

2006-2007

5

§¹i Ninh

300

2003

2006-2007

6

Rμo Qu¸n

70

2003

2007

7

A V−¬ng I

170

2003

2007

8

Pleikrong

110

2003

2007

9

Ban La

300

2004

2008-2009

10

§ång Nai 3-4

510

2005

2009-2010

11

Bu«n Ku¬p

280

2003

2008-2009

12

S«ng Ba H¹

250

2005

2009-2010

13

S«ng Tranh 2

135

2005

2009-2010

14

KonTum Th−îng

220

2006

2010

15

S«ng Con 2

69

2006

2009-2010

16

B¶n Chac-Huéi Qu¶ng

740

2006

2009-2011

17

§¾c Rinh

97

2006

2009-2010

18

Ea Krong

65

2004

2008-2009

Ghi chó

B¶ng 3. Çc NMT§ lín trªn thÕ giíi Itaipú Brazil/Paraguay 1984/1991/2003 14000 MW 93.4 TW-hours Guri Venezuela 1986 10200 MW 46 TW-hours Grand Coulee hoa Kỳ 1942/1980 6809 MW 22.6 TW-hours Sayano Shushenskaya Nga 1983 6721 MW 23.6 TW-hours Robert-Bourassa Canada 1981 5616 MW Thác Churchill Canada 1971 5429 MW 35 TW-hours Yaciretá Argentina/Paraguay 1998 4050 MW 19.1 TW-hours Iron Gates Rumani/Serbia 1970 2280 MW 11.3 TW-hours Aswan Ai Cập 1970 2100 MW •

Đập Tam Hiệp, Trung Quốc. Phát điện lần đầu tháng Bảy 2003, dự kiến hoàn thành 2009, 18200 MW

Các nước có công suất thuỷ điện lớn nhất •

Canada, 341312 GWh (66954 MW đã lắp đặt)

•

Hoa Kỳ, 319484 GWh (79511 MW đã lắp đặt)

•

Brazil, 285603 GWh (57517 MW đã lắp đặt)

•

Trung Quốc, 204300 GWh (65000 MW đã lắp đặt)

•

Nga, 169700 GWh (46100 MW đã lắp đặt) (2005)

•

Na Uy, 121824 GWh (27528 MW đã lắp đặt)

Ch−¬ng I Kh¸i niÖm vÒ sö dông n¨ng l−îng dßng n−íc vμ nhμ m¸y thuû ®iÖn 1.1 N¨ng l−îng cña dßng n−íc vµ kh¶ n¨ng sö dông Mét dßng ch¶y tù nhiªn cã s¬ ®å mÆt c¾t däc nh− trªn h×nh vÏ (h×nh 1.1), trªn ®ã xÐt 2 mÆt c¾t ngang I-I vμ II-II (ë çc vÞ trÝ bÊt kú). T¹i mÆt c¾t I-I, gäi chiÒu cao møc n−íc lμ z1, vËn tèc trung b×nh cña dßng ch¶y lμ v1, ¸p suÊt trong lßng n−íc lμ p1. Ký hiÖu t−¬ng tù çc th«ng sè cho mÆt c¾t II-II.

I z 1, v 1 , p 1 W

II I

ΔH

H

z2, v2, p2

II

▼0

H×nh 1.1 S¬ ®å tÝnh to¸n tiÒm n¨ng cña dßng s«ng

XÐt mét khèi n−íc W ®ang chuyÓn ®éng t¹i I-I. Theo lý thuyÕt ®éng lùc häc chÊt láng, n¨ng l−îng chøa trong khèi n−íc W nμy cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau:

⎛ p1 α 1v12 ⎞ ⎟γ w E1 = ⎜⎜ z1 + + γ 2 g ⎟⎠ ⎝ Trong ®ã: z1 - ®é cao cña mÆt c¾t I-I; γ - träng l−îng riªng cña n−íc (1000 kg/m3);

, kgm

v1, p1 - vËn tèc vμ ¸p suÊt trung b×nh cña dßng ch¶y t¹i mÆt c¾t I-I; g = 9,81 m/sec2 - gia tèc r¬i tù do bëi träng tr−êng. α1 - hÖ sè hiÖu chØnh kÓ ®Õn sù ph©n bè kh«ng ®Òu cña dßng ch¶y trªn mÆt c¾t. NÕu vËn tèc nh− nhau trªn toμn bé diÖn tÝch mÆt c¾t th× α1 = 1. Ng−îc l¹i, cÇn lÊy gi¸ trÞ kh¸c ®i, tÝnh theo c«ng thøc:

∫∫ω u dω 3

α=

v 3ω

,

víi : ω - diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña dßng ch¶y, u lμ

vËn tèc t¹i vi ph©n diÖn tÝch dω, v lμ vËn tèc trung b×nh. Th«ng th−êng cã thÓ coi gÇn ®óng ω ≈ 1. ThÓ tÝch n−íc W tÝnh b»ng m3. Trong lý thuyÕt thuû khÝ ®éng häc, thμnh phÇn trong ngoÆc ®−îc gäi lμ cét ¸p, cã thø nguyªn lμ m. Nã bao gåm thμnh phÇn cét ¸p thuû tÜnh (z +p/γ) vμ cét ¸p thuû ®éng v2/2g. VÒ trÞ sè, cét ¸p b»ng n¨ng l−îng chøa trong mét ®¬n vÞ träng l−îng n−íc d−íi d¹ng thÕ n¨ng (t−¬ng øng víi cét ¸p thuû tÜnh) vμ ®éng n¨ng (cét ¸p thuû ®éng). Víi dßng ch¶y lý t−ëng, kh«ng tæn hao vμ chØ chÞu t¸c dông lùc träng tr−êng th× cét ¸p t¹i mäi vÞ trÝ mÆt c¾t ®Òu b»ng nhau vμ n¨ng l−îng chøa trong khèi n−íc W sÏ kh«ng ®æi khi chuyÓn ®éng. §èi víi dßng ch¶y cña çc dßng s«ng n¨ng l−îng lu«n lu«n bÞ tæn thÊt (do cã mét phÇn biÕn thμnh c«ng bμo mßn ®Êt ®¸, vËn chuyÓn phï sa ...). V× thÕ khi chuyÓn ®éng ®Õn mÆt c¾t II-II, n¨ng l−îng chøa trong khèi n−íc W chØ cßn l¹i lμ :

⎛ p α v2 ⎞ E2 = ⎜⎜ z 2 + 2 + 2 2 ⎟⎟ γ w < E1 γ 2g ⎠ ⎝

.

PhÇn n¨ng l−îng mÊt m¸t ®Ó sinh c«ng cã thÓ tÝnh ®−îc :

⎛ p − p2 α 1v12 − α 2 v22 ⎞ ⎟⎟ γ w , ΔE = E1 − E2 = ⎜⎜ z1 − z 2 + 1 + γ 2 g ⎠ ⎝

(kgm) .

Th«ng th−êng víi çc dßng ch¶y tù nhiªn p vμ v Ýt thay ®æi (nÕu coi tiÕt diÖn mÆt c¾t ngang ®ång ®Òu vμ ¸p suÊt khÝ quyÓn trªn mÆt tho¸ng nh− nhau t¹i mäi n¬i),

khi ®ã c«ng do khèi n−íc W sinh ra khi chuyÓn ®éng tõ I-I ®Õn II-II cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc gÇn ®óng:

ΔE ≈ ( z1 − z 2 )γ W = ΔH .γ .W .

(1-1)

B©y giê nÕu xÐt khèi n−íc W cã thÓ tÝch b»ng tæng l−îng n−íc cña dßng s«ng ch¶y qua mÆt c¾t trong thêi gian 1 sec (nghÜa lμ ®óng b»ng trÞ sè l−u l−îng n−íc Q cña dßng ch¶y), ®ång thêi xÐt kho¶ng çch tõ I-I ®Õn II-II lμ toμn bé chiÒu dμi cña dßng s«ng th× ΔE lμ sÏ c«ng cña c¶ dßng s«ng sinh ra trong 1 gi©y ( hay còng chÝnh lμ c«ng suÊt cña nã, ký hiÖu lμ N), ta cã thÓ viÕt l¹i : N = ( z1 − z 2 )γ Q = H .γ .Q ,

kgm / s .

NÕu ®æi sang tÝnh b»ng kW (1kW = 102 kgm/s) th× c«ng thøc trë thμnh: N = 9,81.H.Q ,

kW .

(1-2)

C«ng thøc trªn th−êng ®−îc dïng ®Ó ®¸nh gi¸ tr÷ l−îng thuû n¨ng cña dßng s«ng. TrÞ sè tÝnh ®−îc chÝnh lμ c«ng suÊt tæng céng mμ dßng s«ng cã thÓ sinh ra ®−îc (cßn ®−îc gäi lμ tiÒm n¨ng cña dßng s«ng). DÔ thÊy, trÞ sè nμy kh¸c rÊt xa víi tiÒm n¨ng thuû ®iÖn, bëi con ng−êi chØ cã thÓ tËn dông ®−îc mét phÇn n¨ng l−îng ë nh÷ng ®o¹n nhá ΔH cña dßng s«ng. Còng tõ çc c«ng thøc tÝnh n¨ng l−îng cña dßng ch¶y nh− ®· nªu trªn (c«ng thøc 1-1) ta cßn nhËn thÊy r»ng n¨ng, l−îng tiÒm tμng trong mçi dßng s«ng ®−îc ph©n bè tr¶i kh¾p theo chiÒu dμi dßng ch¶y. Mét ®o¹n ng¾n bÊt kú cña dßng s«ng ®Òu cã chøa mét n¨ng l−îng, tÝnh ®−îc theo (1-1). Tuy nhiªn mËt ®é ph©n bè kh«ng ®Òu, ®o¹n cã ®é dèc cμng lín th× mËt ®é n¨ng l−îng tËp trung cμng cao (do ΔH lín). §ã còng chÝnh lμ nh÷ng vÞ trÝ thuËn lîi ®Ó x©y dùng NMT§. Ngoμi ra, dùa theo (1-1) vμ (1-2) ta còng cã thÓ trùc tiÕp ®−a ra c«ng thøc tÝnh c«ng suÊt cho nhμ m¸y thuû ®iÖn: NT§ = 9,81. η.Q.H0 Trong ®ã:

(kW).

(1-3)

H0 - chªnh lÖch møc n−íc ë phÝa tr−íc vμ phÝa sau NMT§, cßn gäi lμ

cét n−íc h×nh häc cña nhμ m¸y; Q - l−u l−îng n−íc ch¶y qua NMT§ ; η - hiÖu suÊt chung cña NMT§;

Víi viÖc xÐt ®Õn hiÖu suÊt biÕn ®æi n¨ng l−îng η nªu trªn, c«ng suÊt tÝnh theo (1-3) cho NMT§ chÝnh lμ c«ng suÊt ®iÖn ph¸t ra cña çc m¸y ph¸t. Cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng hiÖu suÈt : η = ηT.ηF ; ë ®©y ηT - lμ hiÖu suÊt cña tua bin n−íc kÓ c¶ ®Õn tæn thÊt n¨ng l−îng ®−êng èng;

ηF - hiÖu suÊt cña m¸y ph¸t;

Víi ηT = (0,88 - 0,91), ηF = (0.95 - 0.98), khi thiÕt kÕ tÝnh gÇn ®óng cã thÓ lÊy η ≈ 0,86. Khi ®ã thay vμo (1-3) ta cã : NT§ ≈ 8,3.Q.H0

(kW).

(1-4)

C«ng thøc trªn th−êng ®−îc dïng ®Ó ®¸nh gi¸ s¬ bé c«ng suÊt cña NMT§ khi thiÕt kÕ. Thùc ra khi x¸c ®Þnh c«ng suÊt NMT§ theo (1-3) hoÆc (1-4) ta ®· bá qua c¶ chªnh lÖch ¸p suÊt vμ vËn tèc dßng ch¶y ë tr−íc vμ sau NMT§ (tÝnh ë cöa vμo vμ ra cña thiÕt bÞ thuû n¨ng), bëi H0 míi chØ xÐt ®Õn chªnh lÖch cét ¸p thuû tÜnh. Khi xÐt ®Çy ®ñ çc tæn thÊt cét n−íc cña NMT§ cÇn tÝnh theo c«ng thøc:

H = z1 − z 2 +

p1 − p2

γ

+

α1v12 − α 2 v22 2g

,

cßn c«ng suÊt NMT§ khi ®ã lμ: N = 9,81.η.Q.H

(kW)

sÏ phô thuéc phøc t¹p vμo nhiÒu yÕu tè h¬n (H kh«ng cßn lμ h»ng sè). 1.2 Çc lo¹i nhµ m¸y thuû ®iÖn Tõ c«ng thøc tÝnh c«ng suÊt cña NMT§ cã thÓ thÊy r»ng viÖc t¹o ra chªnh lÖch møc n−íc H0 lμ ®iÒu kiÖn tiªn quyÕt cho viÖc x©y dùng NMT§. ChÝnh v× thÕ çc ph−¬ng ¸n kh¸c nhau t¹o ra chªnh lÖch møc n−íc còng ®ång thêi lμ ®iÒu kiÖn ph©n lo¹i çc nhμ m¸y thuû ®iÖn. 1. Nhµ m¸y thuû ®iÖn kiÓu ®Ëp B»ng çch x©y dùng çc ®Ëp ch¾n ngang s«ng cã thÓ lμm cho møc n−íc ë tr−íc ®Ëp d©ng cao t¹o ra cét n−íc H0 ®Ó x©y dùng NMT§. Khi ®ã ta cã NMT§ kiÓu ®Ëp. §Ëp cμng cao th× c«ng suÊt cña NMT§ cã thÓ nhËn ®−îc cμng lín. Tuy nhiªn chiÒu cao ®Ëp cÇn ph¶i ®−îc lùa chän kü l−ìng theo çc ®iÒu kiÖn kinh tÕ - kü

thuËt vμ hμng lo¹t nh÷ng yÕu tè an toμn kh¸c (liªn quan ®Õn m«i tr−êng, di d©n, quèc phßng...). MÆt kh¸c khi x©y dùng ®Ëp cao n−íc d©ng lªn cã thÓ lμm ngËp nh÷ng khu vùc quan träng (®«ng d©n, thÞ trÊn cæ, hÇm má ch−a khai th¸c...). NhiÒu tr−êng hîp, ®©y l¹i lμ yÕu tè chÝnh h¹n chÕ chiÒu cao cña ®Ëp. Nãi chung NMT§ kiÓu ®Ëp th−êng cã thÓ x©y dùng thuËn lîi ë nh÷ng n¬i dßng ch¶y cã ®é dèc lín, ch¶y ngang qua thung lòng cña nh÷ng qu¶ ®åi. Trong tr−êng hîp nμy, vïng ngËp n−íc dÔ h¹n chÕ ®−îc trong khu vùc thung lòng, trong khi chØ cÇn x©y dùng çc ®Ëp ng¾n nèi gi÷a çc qu¶ ®åi ®Ó ch¾n dßng s«ng.

Hå chøa

®Ëp

ΔH

NM

I

II

Nói ®åi

S«ng cò

Ho

®Ëp NM

I Vïng ngËp n−íc

II

H×nh 1.2. S¬ ®å NMT§ kiÓu ®Ëp

Nhμ m¸y thuû ®iÖn kiÓu ®Ëp cã çc −u ®iÓm sau: -

Cã thÓ t¹o ra nh÷ng NMT§ c«ng suÊt rÊt lín, do cã kh¶ n¨ng tËn dông ®−îc toμn bé l−u l−îng cña dßng s«ng;

-

Cã hå chøa n−íc, mμ hå chøa lμ mét c«ng cô hÕt hiÖu qu¶ ®Ó ®iÒu tiÕt n−íc vμ vËn hμnh tèi −u NMT§, ®iÒu tiÕt lò, phôc vô t−íi tiªu vμ nhiÒu lîi Ých kh¸c.

Çc nh−îc ®iÓm chÝnh cña NMT§ kiÓu ®Ëp: -

Vèn ®Çu t− lín, thêi gian x©y dùng l©u;

-

Vïng ngËp n−íc cã thÓ ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn sinh th¸i m«i tr−êng (di d©n, thay ®æi khÝ hËu).

Nhμ m¸y thuû ®iÖn kiÓu ®Ëp lμ lo¹i phæ biÕn nhÊt ®· x©y dùng trong thùc tÕ (trªn thÕ giíi còng nh− trong n−íc). ë n−íc ta çc NMT§ kiÓu ®Ëp còng lμ lo¹i chñ yÕu: Hoμ B×nh, Th¸c Bμ, TrÞ An, Th¸c M¬, ... CÇn nãi thªm lμ, cã thÓ x©y dùng nèi tiÕp rÊt nhiÒu NMT§ kiÓu ®Ëp trªn cïng mét dßng s«ng. Trong tr−êng hîp nh− vËy hiÖu qu¶ ®iÒu tiÕt vËn hμnh phèi hîp cña çc NMT§ sÏ tèt h¬n khi chØ cã mét NMT§ (xem ch−¬ng 4). 2. Nhµ m¸y thuû ®iÖn kiÓu kªnh dÉn Cét n−íc cña NMT§ cßn cã thÓ t¹o ra ®−îc b»ng viÖc sö dông çc kªnh dÉn. Tr−êng hîp chung nhÊt kªnh bao gåm 2 phÇn: phÇn ®Çu ®−îc x©y dùng d−íi d¹ng çc kªnh dÉn hë (cßn gäi lμ kªnh dÉn kh«ng ¸p). PhÇn nμy cã nhiÖm vô dÉn n−íc tõ n¬i mμ dßng chμy cã møc n−íc cao ®Õn n¬i mμ dßng ch¶y cã møc n−íc thÊp (vÞ trÝ x©y dùng NMT§) nh−ng gi÷ nguyªn møc n−íc (kªnh cã ®é dèc rÊt nhá). PhÇn cuèi lμ çc èng dÉn kÝn (cßn ®−îc gäi lμ kªnh dÉn cã ¸p). PhÇn nμy cã nhiÖm vô ®−a n−íc tõ trªn cao xuèng thÊp ®Ó ch¹y tuabin. Do dßng ch¶y trong èng kÝn b¶o toμn ®−îc cét ¸p thñy tÜnh nªn cét n−íc cña NMT§ cã thÓ ®−îc tÝnh nh− tõ møc n−íc cuèi kªnh dÉn hë (phÝa trªn èng dÉn kÝn) ®Õn møc n−íc phÝa sau NMT§. DÔ thÊy, cét n−íc cña NMT§ kiÓu kªnh dÉn cã thÓ rÊt lín nÕu nguån n−íc lÊy ®−îc xuÊt ph¸t tõ vÞ trÝ cao. Còng cÇn nãi thªm lμ s¬ ®å cÊu tróc cña NMT§ kiÓu kªnh dÉn nªu trªn nh»m minh häa nguyªn lý chung (trong ®ã kªnh gåm 2 phÇn). Thùc tÕ kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i cã phÇn kªnh dÉn hë. PhÇn nμy chØ ®−îc t¹o ra khi cã thÓ (víi ®Þa h×nh cho phÐp) vμ ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ (cã vèn ®Çu t− nhá h¬n èng dÉn kÝn). Cã tr−êng hîp phÇn kªnh dÉn hë

®−îc thay thÕ b»ng hÇm dÉn n−íc (h×nh 1.4). ¸p lùc n−íc trong hÇm cã thÓ lín h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn (do cã ®é dèc), nh−ng th−êng kh«ng lín.

§Ëp thÊp

BÓ ®iÒu tiÕt

Kªnh dÉn

ΔH Ho

S«ng c¹n

èng dÉn kÝn NM

BÓ ®iÒu tiÕt Kªnh dÉn §Ëp thÊp NM S«ng c¹n

H×nh 1.3. S¬ ®å NMT§ kªnh dÉn

DÔ thÊy, −u ®iÓm næi bËt cña NMT§ kªnh dÉn lμ vèn ®Çu t− nhá, c«ng suÊt æn ®Þnh (Ýt phô thuéc vμo møc n−íc). §Þa h×nh thÝch hîp cho NMT§ kªnh dÉn lμ vïng nói ®åi, n¬i cã çc dßng s«ng (suèi) dèc ch¶y tõ trªn cao xuèng. Còng cã khi lμ n¬i cã 2 con s«ng ch¶y c¹nh nhau víi møc n−íc chªnh lÖch lín. Trong tr−êng hîp nμy kªnh ®−îc x©y dùng dÉn n−íc tõ dßng s«ng cã møc n−íc cao sang dßng s«ng cã

møc n−íc thÊp. Nhμ m¸y ®−îc x©y dùng gÇn bê s«ng cã møc n−íc thÊp vμ x¶ n−íc vμo dßng s«ng nμy.

Cöa nhËn n−íc

Th¸p ®iÒu ¸p

HÇm dÉn n−íc èng dÉn kÝn

NM

H0

S«ng c¹n

§Ëp thÊp NM Cöa nhËn n−íc

HÇm dÉn n−íc

Th¸p ®iÒu ¸p

H×nh 1.4. S¬ ®å NMT§ kªnh dÉn (cã hÇm dÉn n−íc)

Nh−îc ®iÓm chÝnh cña NMT§ kiÓu kªnh dÉn lμ kh«ng cã hå chøa n−íc, do ®ã kh«ng cã kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt n−íc vμ ®iÒu chØnh c«ng suÊt. Kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nμy trong nhiÒu tr−êng hîp, víi ®Þa h×nh cho phÐp, ng−êi ta x©y dùng çc hå nh©n t¹o ë çc vÞ trÝ cao (cuèi cña çc kªnh dÉn hë). Tuy nhiªn khi ®ã vèn ®Çu t− tæng céng cña c«ng tr×nh l¹i t¨ng lªn.

Mét vÝ dô ®iÓn h×nh cho NMT§ kªnh dÉn ë ViÖt Nam lμ thñy ®iÖn §a Nhim. Nhμ m¸y nμy ®−îc x©y dùng tõ nh÷ng n¨m 60 (cña thÕ kû tr−íc). Kªnh gåm 2 èng kÝn dμi gÇn 3 km dÉn n−íc tõ thung lòng trªn ®Ønh cao nguyªn §μ L¹t (hå §a Nhim) xuèng vïng ®Êt thÊp t¹o ra cét n−íc tíi 1020 m. Nhê cét n−íc rÊt lín nªn chØ víi l−u l−îng nhá c«ng suÊt nhμ m¸y ®· rÊt ®¸ng kÓ. 3. Nhµ m¸y thñy ®iÖn kiÓu hçn hîp vµ nguyªn t¾c chung n©ng cao c«ng suÊt cho çc nhµ m¸y thñy ®iÖn

Hå chøa

§Ëp

H0 H'0 NM èng dÉn kÝn

H×nh 1.5. Nhμ m¸y thñy ®iÖn kiÓu hçn hîp

Víi nh÷ng ®Þa h×nh thÝch hîp, b»ng viÖc kÕt hîp x©y dùng dËp víi kªnh dÉn, cã thÓ t¹o ra NMT§ cã c«ng suÊt lín, vèn ®Çu t− l¹i nhá. S¬ ®å ®iÓn h×nh cña NMT§ kiÓu hçn hîp nh− trªn h×nh (1.5). Hå x©y dùng ®−îc ë vÞ trÝ cao trong khi cã vÞ trÝ thÊp h¬n ®Ó bè trÝ nhμ m¸y (n¬i ®Æt tua-bin n−íc vμ m¸y ph¸t). TËn dông chªnh

lÖch ®é cao phÝa d−íi ®Ëp cã thÓ n©ng c«ng suÊt nhμ m¸y lªn ®¸ng kÓ trong khi chØ cÇn ®Çu t− thªm dμn èng dÉn n−íc tõ trªn cao xuèng thÊp. èng dÉn kÝn b¶o toμn cét ¸p nªn cét n−íc vÉn ®−îc tÝnh tõ mÆt tho¸ng cña hå (trªn cao) ®Õn møc n−íc h¹ l−u phÝa sau nhμ m¸y. Ngoμi −u ®iÓm vÒ kinh tÕ, nhμ m¸y cßn tæ hîp ®−îc çc −u ®iÓm cña NMT§ kiÓu ®Ëp vμ kiÓu kªnh dÉn nh−: cã cét n−íc cao, c«ng suÊt æn ®Þnh, cã kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt nhê hå chøa. Nhμ m¸y thñy ®iÖn Yaly vμ nhμ m¸y thñy ®iÖn Huéi Qu¶ng (ch−a x©y dùng) lμ nh÷ng vÝ dô rÊt ®iÓn h×nh cña NMT§ kiÓu hçn hîp ë ViÖt Nam. Hå chøa n−íc cña NMT§ Yaly cã ®é cao 515 m (so víi møc n−íc biÓn). Ng−êi ta x©y dùng mét ®−êng hÇm dÉn n−íc tõ hå xuèng vÞ trÝ thÊp (305 m) dμi tíi h¬n 4km ®Ó cung cÊp n−íc cho nhμ m¸y (n¬i l¾p ®Æt çc tua-bin vμ m¸y ph¸t). §Ëp vμ hå t¹o ra cét n−íc kh«ng lín (15m) nh−ng cã ý nghÜa tËp trung l−u l−îng n−íc. HÇm kÝn tÝch lòy cét n−íc rÊt lín (thªm gÇn 200m), nhê thÕ c«ng suÊt cña NMT§ ®−îc n©ng lªn rÊt cao (720 MW). Tõ cÊu tróc cña çc NMT§ ®· nªu (gÆp phæ biÕn nhÊt trong thùc tÕ) dÔ thÊy ®−îc nguyªn t¾c chung n©ng cao c«ng suÊt cho çc NMT§: ®ã lμ çc biÖn ph¸p tËp trung l−u l−îng vμ tËp trung ®é dèc (cét n−íc). Hå chøa cho phÐp tËp trung l−u l−îng (cã thÓ cña nhiÒu dßng ch¶y) cßn ®Ëp vμ kªnh dÉn tËp trung cét n−íc. Thùc chÊt lμ tËp trung çc l−îng n−íc vÒ vÞ trÝ cao so víi n¬i cã thÓ x©y dùng nhμ m¸y (cμng thÊp cμng tèt). Trong ph−¬ng ¸n NMT§ kiÓu ®Ëp (h×nh 1.1) n¨ng l−îng lóc ®Çu cña khóc s«ng tõ I-I ®Õn II-II ph©n bè gÇn nh− ®ång ®Òu theo chiÒu dμi (®é dèc lßng s«ng gÇn nh− nhau). Nhê cã ®Ëp d©ng n−íc lªn cao, ®é dèc dßng ch¶y tr−íc ®Ëp gi¶m nhiÒu (chØ cßn l¹i b»ng ΔH), ®éng n¨ng dßng ch¶y còng gi¶m nhiÒu do tiÕt diÖn hå më réng (biÕn thμnh thÕ n¨ng). Khi vËn tèc n−íc ch¶y trong hå ®ñ nhá th× ΔH còng nhá, khi ®ã gÇn nh− toμn bé ®é dèc cña dßng ch¶y tËp trung vÒ phÇn cuèi (tõ tr−íc ®Ëp cho ®Õn mÆt c¾t II-II), nãi kh¸c ®i, n¨ng l−îng dßng ch¶y ®−îc tËp trung ®Õn phÝa tr−íc ®Ëp. Víi ph−¬ng ¸n sö dông kªnh dÉn, ®é dèc cña kªnh lμm thay ®æi mËt ®é ph©n bè n¨ng l−îng cña dßng ch¶y. PhÇn ®Çu cña kªnh cã ®é dèc rÊt nhá ®Ó n¨ng l−îng tËp trung vμo cuèi.

Còng cÇn nãi thªm lμ, do èng kÝn b¶o toμn ®−îc cét ¸p nªn chØ cÇn tËp trung n¨ng l−îng dßng ch¶y ®Õn tr−íc çc èng dÉn kÝn, toμn bé n¨ng l−îng sÏ ®−îc nhËn ë ®Çu ra. Lîi dông ®Æc ®iÓm nμy ng−êi ta cã thÓ chän çc vÞ trÝ thuËn lîi ®Ó tËp trung n¨ng l−îng, vÝ dô çc hå chøa, bÓ chøa n−íc trªn cao. §Ó tËp trung l−u l−îng, cã thÓ sö dông çc ®Ëp thÊp ®Ó chÆn vμ ®æi h−íng dßng ch¶y, còng cã thÓ dïng b¬m. H×nh (1.6) minh häa ph−¬ng ¸n tËp trung cét n−íc b»ng b¬m. Thùc chÊt ph−¬ng ¸n nμy lμ tËp trung l−u l−îng n−íc cã cét n−íc H1 vμo vÞ trÝ cã cét n−íc H2 so víi nhμ m¸y. B¬m cÇn sö dông n¨ng l−îng ®iÖn ®Ó n©ng cao cét n−íc tr−íc khi tËp trung vμo hå chøa, nh−ng bï l¹i cã thÓ tËn dông ®−îc nguån n¨ng l−îng cña çc dßng ch¶y n»m trªn ®Þa h×nh kh«ng thuËn lîi dÉn n−íc ®Õn nhμ m¸y.

BÓ chøa n−íc

Tr¹m b¬m H2 H1

NM

H×nh 1.6. TËp trung n−íc b»ng b¬m

4. Mét vµi nhµ m¸y thñy ®iÖn d¹ng kh¸c a. Nhµ m¸y thñy ®iÖn thñy triÒu T¹i nh÷ng vïng bê biÓn cã møc n−íc thñy triÒu lªn xuèng chªnh lÖch lín ( >7m ), lîi dông dßng n−íc ch¶y vμo vμ ch¶y ra ë çc cöa vÞnh (tù nhiªn hoÆc nh©n t¹o), ng−êi ta x©y dùng çc nhμ m¸y thñy ®iÖn (NM§ thñy triÒu). VÒ b¶n chÊt, thñy

triÒu lμ hiÖn t−îng n−íc biÓn d©ng lªn h¹ xuèng theo lùc hÊp dÉn cña mÆt tr¨ng. Theo chu kú th¸ng (©m lÞch), t¹i nh÷ng khu vùc mÆt tr¨ng ®i ngang qua møc n−íc biÓn ë ®ã d©ng lªn, h¹ xuèng mét lÇn. Cã nh÷ng vïng bê biÓn møc n−íc thñy triÒu lªn xuèng chªnh lÖch rÊt lín nh− vïng Fandi (Cana®a) 19m, T©y B¾c Mü 10m, Arcgentina 11m, mét sè vïng biÓn ë Anh, Ph¸p tíi 14m . T¹i mét sè khu vùc bê biÓn thuéc LX cò còng cã møc thñy triÒu chªnh lÖch lín nh− vÞnh Pengin (13,4m), Tugur vμ Megen (10m) ... cã thÓ x©y dùng ®−îc nh÷ng NM§ thñy triÒu c«ng suÊt rÊt lín. ë ViÖt Nam thñy triÒu (6-8)m xuÊt hiÖn ë çc khu vùc biÓn Mãng Çi, Hμ Tiªn. TiÒm n¨ng lý thuyÕt cña n¨ng l−îng thñy triÒu trªn tr¸i ®Êt rÊt lín (2,5 lÇn tiÒm n¨ng cña tæng çc dßng s«ng). V× thÕ NM§ thñy triÒu lμ ®èi t−îng nghiªn cøu vμ x©y dùng ë rÊt nhiÒu n¬i.

Z m Hmin Hmin Møc n−íc biÓn

Cèng

BiÓn

Hmin

VÞnh

NM

H0

Hmin

Møc n−íc vÞnh t

P MW VÞnh

BiÓn

t1 t2 t3 t4 t5 a)

t6 t7

t

b)

H×nh 1.7. Nhμ m¸y thñy ®iÖn thñy triÒu

H×nh (1.7) m« t¶ cÊu tróc vμ ho¹t ®éng cña NM§ thñy triÒu ch¹y ®¬n. C«ng tr×nh chÝnh cña nhμ m¸y vÉn lμ ®Ëp ng¨n n−íc t¹i cöa vÞnh. Cã hÖ thèng cèng ®Ó ®iÒu khiÓn cét n−íc. HÖ thèng dÉn n−íc vμo tua-bin cña cña NM§ thñy triÒu th−êng cã

çc van mét chiÒu ®¶m b¶o cho n−íc ch¶y qua tua-bin theo mét chiÒu duy nhÊt trong khi n−íc vμo ra tõ biÓn ®Õn vÞnh ®æi chiÒu theo chu kú. §iÒu khiÓn cét n−íc b»ng hÖ thèng cèng theo thêi gian lªn xuèng cña thñy triÒu (t−¬ng øng víi ngμy ©m lÞch) lμ ph−¬ng thøc vËn hμnh c¬ b¶n cña NM§ thñy triÒu. CÇn lùa chän ®óng thêi ®iÓm chuyÓn ®æi ph−¬ng thøc vËn hμnh (h×nh 1.7,b): t1 - §ãng cèng, kh«ng ch¹y m¸y (chê ®Õn cét n−íc Hmin) ; t2 - §ãng cèng, ch¹y m¸y (ph¸t c«ng suÊt thiÕt kÕ) ; t3 - Më cèng, ngõng m¸y (n−íc vÞnh h¹ xuèng b»ng møc n−íc biÓn); t4 - §ãng cèng, kh«ng ch¹y m¸y (chê ®Õn cét n−íc Hmin) ; t5 - §ãng cèng, ch¹y m¸y (ph¸t c«ng suÊt thiÕt kÕ); t6 - Më c«ng, ngõng m¸y (n−íc vÞnh d©ng lªn b»ng møc n−íc biÓn); t7 - LÆp l¹i nh− giai ®o¹n t1. Do ph¶i cã çc thêi gian chê cét n−íc ®¹t ®Õn quy ®Þnh vËn hμnh nªn c«ng suÊt cña NM§ thñy triÒu ph¸t kh«ng liªn tôc vμ nhμ m¸y cÇn ®−îc nèi lμm viÖc víi hÖ thèng. Ngoμi ra, tua-bin cña NM§ thñy triÒu cßn cÇn ®−îc chÕ t¹o ®Æc biÖt ®Ó thÝch hîp lμm viÖc víi cét n−íc thÊp, nhê thÕ kho¶ng thêi gian lμm viÖc trong chu kú (øng víi H ≥ Hmin ) cã thÓ kÐo dμi. VÞnh th−êng cã thÓ tÝch rÊt lín, ®ñ n−íc cung cÇp cho nhiÒu tæ m¸y ®ång thêi vËn hμnh. V× thÕ c«ng suÊt tæng cña çc NM§ thñy triÒu cã thÓ rÊt lín, hμng n¨m cung cÊp cho hÖ thèng mét l−îng ®iÖn n¨ng ®¸ng kÓ. §Ó cã ®iÖn n¨ng ph¸t liªn tôc, ng−êi ta còng t¹o ra NM§ thñy triÒu lμm viÖc theo nhiÒu phÇn kh¸c nhau cña hå (vÞnh). Tuy nhiªn khi ®ã ®iÖn n¨ng tæng nhËn ®−îc lu«n thÊp h¬n cña nhμ m¸y lμm viÖc theo chu kú ®¬n. Trªn thÕ giíi nhiÒu NM§ thñy triÒu ®−îc x©y dùng víi c«ng suÊt rÊt lín. NM§ thñy triÒu Rance (Ph¸p) víi c«ng suÊt 400MW, hμng n¨m cung cÊp tíi 500.000 kWh ®iÖn n¨ng. ë LX cò, sau khi x©y dùng thö nghiÖm NM§ thñy triÒu ®Çu tiªn 400kW vμo n¨m 1968 (ë vïng biÓn Baenxova) ®· x©y dùng hμng lo¹t NM§ thñy triÒu c«ng suÊt lín vμo nh÷ng n¨m 1981-1985. §iÓn h×nh lμ çc NM§ thñy triÒu Lumb 300 MW, Mezen vμ Tugur (10.000MW), Pengin 30.000 MW. Vïng vÞnh

Fandi cña Canada cã çc nhμ m¸y Kamberland 1000MW, Kouwid 4000MW. ë Anh cã nhμ m¸y ®iÖn thñy triÒu Severn 4000MW. b. Nhµ m¸y thñy ®iÖn tÝch n¨ng §©y lμ kiÓu NMT§ kh«ng sö dông n¨ng l−îng cña dßng s«ng mμ nhiÖm vô cña nã chØ lμ biÕn ®æi 2 chiÒu: ®iÖn n¨ng cña HT§ thμnh c¬ n¨ng cña n−íc vμ ng−îc l¹i. V× kh«ng sö dông n¨ng l−îng cña dßng s«ng nªn vÞ trÝ x©y dùng NMT§ tÝch n¨ng th−êng ®−îc chän ë nh÷ng n¬i cã vÞ trÝ cao thuËn lîi x©y dùng ®−îc hå, bªn c¹nh khu vùc thÊp lu«n cã n−íc (dßng s«ng, ®Çm n−íc hoÆc bê biÓn) ®Ó cã thÓ b¬m n−íc lªn hå vμ tho¸t n−íc cho nhμm m¸y. −u tiªn çc vÞ trÝ gÇn çc trung t©m phô t¶i ®Ó gi¶m tæn thÊt cho l−íi. §«i khi cã thÓ kÕt hîp x©y dùng víi NMT§ th−êng (kiÓu hçn hîp) ë nh÷ng dßng s«ng nhá nh−ng l¹i cã hå cao, dung tÝch rÊt lín ®Ó ph¸t triÓn thªm çc tæ m¸y lμm viÖc theo kiÓu tÝch n¨ng.

Hå chøa n−íc

Th¸p ®iÒu ¸p

H0 NM

H×nh 1.8. Nhμ m¸y thñy ®iÖn tÝch n¨ng

H×nh (1.8) m« t¶ NMT§ tÝch n¨ng cã s¬ ®å gièng nh− NMT§ kiÓu hçn hîp. Sù kh¸c biÖt chñ yÕu ë ®©y lμ trong nhμ m¸y võa cã tua-bin n−íc võa cã b¬m. Tua-bin ®Ó quay m¸y ph¸t ®iÖn khi cÇn ph¸t ®iÖn n¨ng vμo HT§, cßn b¬m sö dông ®iÖn

l−íi ®Ó b¬m n−íc lªn hå. Ng−êi ta còng chÕ t¹o kiÓu tua-bin n−íc ®Æc biÖt, cã thÓ lμm viÖc c¶ ë chÕ ®é b¬m (m¸y ph¸t còng lμm viÖc ®−îc ë chÕ ®é ®éng c¬ ®ång bé). VÒ chÕ ®é lμm viÖc, NMT§ tÝch n¨ng ho¹t ®éng theo giê trong ngμy. Vμo nh÷ng giê cao ®iÓm cña phô t¶i hÖ thèng, NMT§ tÝch n¨ng sö dông n−íc cña hå ch¹y tua-bin, quay m¸y ph¸t ®iÖn ®Ó ph¸t ®iÖn vμo hÖ thèng cßn vμo nh÷ng giê thÊp ®iÓm cña phô t¶i - nhμ m¸y sö dông ®iÖn l−íi ch¹y b¬m ®Ó ®−a n−íc lªn hå. HiÖu qu¶ ho¹t ®éng cña NMT§ tÝch n¨ng rÊt lín. Nhê kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh c«ng suÊt nhanh trong ph¹m vi réng (tõ ©m sang d−¬ng) mμ HT§ lμm viÖc kinh tÕ h¬n: çc NMN§ ®−îc lμm viÖc æn ®Þnh trong ph¹m vÞ c«ng suÊt cã hiÖu suÊt cao, kh«ng ph¶i ®ãng c¾t lß (do ®ã kh«ng mÊt chi phÝ khëi ®éng), tæn thÊt ®iÖn n¨ng trªn l−íi còng gi¶m (theo chÕ ®é vËn hμnh tèi −u). Nãi chung çc hiÖu qu¶ trªn (tÝnh b»ng tiÒn) th−êng lín h¬n rÊt nhiÒu lÇn so víi chi phÝ tæn thÊt n¨ng l−îng (do 2 lÇn biÕn ®æi) ë chÝnh b¶n th©n NMT§ tÝch n¨ng. Cã thÓ hiÓu ®¬n gi¶n hiÖu qu¶ cña NMT§ tÝch n¨ng nh− lμ kh¶ n¨ng c¾t ®Ønh vμ bï ®¸y biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng. Nhê thÕ khi vËn hμnh tèi −u, chi phÝ vËn hμnh chung cña toμn hÖ thèng gi¶m nhiÒu, ®Æc biÖt trong tr−êng hîp cã mét tØ lÖ lín çc NMN§ lμm viÖc víi hiÖu suÊt thay ®æi (khi ®iÒu chØnh c«ng suÊt). Khi trong HT§ cã nhiÒu NM§ kh«ng mong muèn ®iÒu chØnh c«ng suÊt vμ kh«ng cã kh¶ n¨ng gi¶m thÊp c«ng suÊt (N§ than, NM§ nguyªn tö) th× vai trß cña çc NMT§ tÝch n¨ng cμng quan träng h¬n. Mét ®iÓm ®¸ng chó ý lμ tæn thÊt n¨ng l−îng qua 2 lÇn biÕn ®æi ë NMT§ tÝch n¨ng kh¸ lín (tíi gÇn 30%) vμ phô thuéc nhiÒu vμo cét n−íc. Cét n−íc cμng cao th× tØ lÖ tæn thÊt cμng Ýt (hiÖu suÊt biÕn ®æi l¬n h¬n), do ®ã vÞ trÝ cã hå cao sÏ thuËn lîi cho viÖc lùa chän x©y dùng NMT§ tÝch n¨ng. Trªn thÕ giíi ®ang cã mét sè l−îng lín çc NMT§ tÝch n¨ng vËn hμnh. HÇu nh− çc HT§ lín cã tØ lÖ ®¸ng kÓ çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn vμ ®iÖn nguyªn tö ®Òu ®−îc nghiªn cøu x©y dùng NMT§ tÝch n¨ng. ë çc HT§ thuéc LX cò nhiÒu NMT§ tÝch n¨ng ®−îc x©y dùng ngay ngo¹i « çc thμnh phè lín (cung cÊp th¼ng ®Õn trung t©m phô t¶i) nh− Kiev (285 MW), Matxc¬va 1200 MW, Litva 1600 MW, Leningrad (1300 MW), Trung ¸ (2000 MW), §nhep (2200 MW), Kanhep (3600 MW). ë

Ph¸p hμng chôc NMT§ tÝch n¨ng ®−îc ph¸t triÓn ®ång thêi víi qu¸ tr×nh x©y dùng çc NM§ nguyªn tö nh»m ®¶m b¶o nhu cÇu ®iÒu chØnh c«ng suÊt vμ tÝch lòy ®iÖn n¨ng. T¹i ViÖt Nam çc dù ¸n x©y dùng NMT§ tÝch n¨ng ®· b¾t ®Çu ®−îc nghiªn cøu. Khã kh¨n chñ yÕu lμ ph¶i lùa chän ®−îc çc vÞ trÝ thÝch hîp (míi ®¶m b¶o tÝnh kinh tÕ vμ hiÖu suÊt lμm viÖc). 1.3. çc c«ng tr×nh vµ thiÕt bÞ chÝnh cña nhµ m¸y thñy ®iÖn Tuy cã çc ph−¬ng ¸n kh¸c nhau x©y dùng NMT§, nh−ng nãi chung trong mçi c«ng tr×nh thñy ®iÖn ®Òu cã çc thμnh phÇn chÝnh sau: 1) C«ng tr×nh cét n−íc (®Ëp, kªnh dÉn, b¬m ...); 2) C«ng tr×nh ®iÒu tiÕt n−íc (hå chøa, bÓ ®iÒu tiÕt, cèng...); 3) ThiÕt bÞ biÕn ®æi n¨ng l−îng (tua-bin, m¸y ph¸t, ®éng c¬, b¬m); 4) ThiÕt bÞ ph©n phèi ®iÖn (m¸y biÕn ¸p, m¸y c¾t ®iÖn, dao çch ly, thanh dÉn, thanh gãp ...); 5) Çc c«ng tr×nh phô (èng dÉn n−íc vμo tuabin, thiÕt bÞ ch¾n r¸c, c«ng tr×nh x¶ lò, ®Ëp trμn, c«ng tr×nh x¶ çt, ...). Ngoμi ra cßn cã thÓ cã çc c«ng tr×nh khai th¸c lîi Ých tæng hîp nguån n−íc: ©u tÇu, ®−êng ç ®i, cèng lÊy n−íc ... C¨n cø vμo ®Þa h×nh cô thÓ, cÇn ph¶i nghiªn cøu nh÷ng çch bè trÝ hîp lý cho çc c«ng tr×nh trªn. §iÒu kiÖn tù nhiªn th−êng mu«n h×nh mu«n vÎ, çch bè trÝ kh¸c nhau cßn tïy thuéc nhiÒu vμo chiÒu cao cét n−íc còng nh− kÕt cÊu cña ®Ëp (®Ëp ®Êt, ®Ëp bª t«ng, ®Ëp ®¸ ®æ...). Trªn h×nh 1.9 thÓ hiÖn çch bè trÝ cña mét sè NMT§ kiÓu ®Ëp. Khi ®Ëp thÊp (d−íi 25m), cã kÕt cÊu bª t«ng ng−êi ta th−êng bè trÝ tßa nhμ NMT§ (n¬i ®Æt tua-bin, m¸y ph¸t ®iÖn) liÒn víi ®Ëp, phÝa h¹ l−u (sau ®Ëp). Trong tr−êng hîp nμy, t−êng cña nhμ m¸y còng ®ång thêi chÞu lùc nh− mét phÇn cña ®Ëp. N−íc ®−îc ®−a trùc tiÕp vμo tua-bin theo hÖ thèng ®−êng dÉn xuyªn qua thμnh ®Ëp (h×nh 1-9,a).

4 7 1

6

3

2

9

3

8

a)

c) 4 10 5

2

4

6

11 7

5

3

b)

9

d)

3

H×nh 1.9. Bè trÝ c«ng tr×nh NMT§ kiÓu ®Ëp 1- ¢u tÇu; 2-§Ëp trμn; 3-NMT§; 4-Cöa lÊy n−íc 5-§Ëp bª t«ng; 6-èng dÉn n−íc vμo tua-bin; 7-§Ëp ®Êt hoÆc ®¸ ®æ; 8- Lèi x¶ trμn; 9-Th¸p ®iÒu ¸p; 10-Th¸p lÊy n−íc x¶; 11-®−êng hÇm x¶ n−íc.

Còng víi kÕt cÊu bª t«ng nh−ng cét n−íc cao h¬n (trªn 25m) th× cÇn ph¶i bè trÝ riªng tßa nhμ NMT§ t¸ch rêi khái ®Ëp, ë vÞ trÝ thÊp phÝa h¹ l−u. Çch bè trÝ nh− vËy sÏ thuËn lîi cho viÖc t¨ng c−êng ®é bÒn cña ®Ëp b»ng çch thay ®æi h×nh d¹ng 2 m¸ bªn cña nã (h×nh 1.9,b). Trong tr−êng hîp nμy ®Ó ®−a n−íc vμo tua-bin cÇn x©y dùng thªm hÖ thèng èng dÉn víi cöa nhËn vμ th¸p ®iÒu ¸p (khi cét n−íc lín, èng dÉn n−íc ®i xa). Víi ®Ëp cã kÕt cÊu lâi ®Êt hoÆc ®¸ ®æ th× vÞ trÝ tßa nhμ NMT§ lu«n ®−îc bè trÝ ë phÝa sau. §ã lμ v× h×nh d¹ng ®Ëp trong tr−êng hîp nμy th−êng

®−îc më réng vÒ 2 phÝa, èng dÉn n−íc kÐo dμi, cã cöa nhËn n−íc vμ giÕng ®iÒu ¸p ®Æt riªng (h×nh 1.9,c,d).

8

7

5 3

1

2

6

4 S«ng §. Nai

9

H×nh 1.10. Bè trÝ ®Ëp NMT§ TrÞ An 1- NMT§; 2- Cöa nhËn n−íc; 3- Kªnh dÉn ra 4- §Ëp Suèi Rép; 5- §Ëp lßng s«ng; 6- §Ëp trμn; 7- Kªnh nèi hå chÝnh vμ hå phô; 8,9- §ª ch¾n .

Çc tr−êng hîp cét n−íc rÊt cao th−êng thuéc vÒ NMT§ kiÓu kªnh dÉn. Bè trÝ çc c«ng tr×nh trªn mÆt b»ng th−êng nh− h×nh 1.3 vμ h×nh 1.4. Nãi chung, do ®Þa h×nh thùc tÕ t¹i çc khu vùc x©y dùng NMT§ mu«n h×nh mu«n vÎ nªn çch bè trÝ rÊt ®a d¹ng. Çc vÝ dô trªn chØ minh häa mét sè nguyªn t¾c chung. Kh«ng bao giê gÆp 2 NMT§ cã bè trÝ hoμn toμn nh− nhau. H×nh 1.10 lμ vÝ dô cô thÓ bè trÝ mÆt b»ng cña NMT§ TrÞ An. §Ó t¹o nªn hå chøa cÇn x©y dùng mét sè c«ng tr×nh ®Ëp vμ ®ª ng¨n n−íc. §Ëp trÇn ®−îc x©y dùng t¸ch rêi h¼n víi ®Ëp chÝnh. TËn dông çc vïng n−íc s©u lμm hå chøa ng−êi ta t¹o ra 2 khu vùc hå chÝnh, hå phô th«ng víi nhau bëi kªnh dÉn (nh»m ng¨n båi l¾ng lßng hå).

1.4. vÊn ®Ò sö dông tæng hîp çc lîi Ých cña nguån n−íc Khi x©y dùng mét c«ng tr×nh thñy ®iÖn ngoμi lîi Ých vÒ ®iÖn n¨ng cßn rÊt cÇn ph¶i chó ý ®Õn çc lîi Ých tæng hîp kh¸c cña nguån n−íc ®Ó cã thÓ phèi hîp khai th¸c tèi ®a hiÖu qu¶ theo nhiÒu môc ®Ých: phôc vô t−íi tiªu, chèng lò lôt, cung cÊp n−íc ngät, ph¸t triÓn thñy s¶n, du lÞch ... §ång thêi còng ph¶i hÕt søc quan t©m ®Õn çc t¸c ®éng g©y ¶nh h−ëng xÊu tíi m«i tr−êng (tù nhiªn, x· héi), ¸p dông çc biÖn ph¸p cÇn thiÕt gi¶m thiÓu t¸c h¹i xuèng ®Õn møc an toμn. Tr−íc hÕt, lîi dông mùc n−íc ®−îc d©ng cao trong hå, cã thÓ x©y dùng hÖ thèng n«ng giang phôc vô t−íi tiªu (nÕu xung quanh nhμ m¸y cã khu vùc h¹n h¸n, kh«ng ph¸t triÓn ®−îc n«ng nghiÖp). NhiÒu tr−êng hîp thùc tÕ ®· gÆp, lîi Ých nμy cã ý nghÜa kinh tÕ lín. Mét vÝ dô ®iÎn h×nh th−êng nªu cho NMT§ x©y dùng ë Ai CËp (víi ®Ëp Aswan ng¨n s«ng Nin). Nhê x©y dùng nhμ m¸y nμy mμ mét diÖn tÝch lín ®Êt ®ai kh« c»n ë Ai CËp vμ Xu®¨ng ®−îc t−íi n−íc. NÒn n«ng nghiÖp ph¸t triÓn dμi l©u ®· nhanh chãng thu håi vèn ®Çu t− cho c¶ nhμ m¸y. Mét lîi Ých kh¸c, lu«n ®−îc coi lμ g¾n liÒn víi viÖc x©y dùng çc NMT§ kiÓu ®Ëp ®ã lμ kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕu lò b»ng hå. Vμo mïa lò, n−íc dån nhiÒu xuèng h¹ l−u, nÕu m−a lò kÐo dμi th× nguy c¬ ngËp lôt rÊt lín. Khi ®ã viÖc gi÷ n−íc l¹i trong hå phÝa th−îng nguån lμ biÖn ph¸p h÷u hiÖu tr¸nh ®−îc sù cè (vì ®ª) g©y ngËp lôt phÝa h¹ l−u. Ngμy nay ng−êi ta cßn rÊt nhÊn m¹nh ®Õn nhu cÇu cung cÊp n−îc ngät: n−íc lμ tμi nguyªn quý cña mçi quèc gia, do d©n sè vμ nhu cÇu ph¸t triÓn n«ng nghiÖp t¨ng lªn nhiÒu. Hå chøa cña çc NMT§ cßn lμ çc kho dù tr÷ n−íc, tõ ®ã cã thÓ truyÒn dÉn vμ ph©n phèi tiÕt kiÖm cho mäi nhu cÇu (gi¶m mÊt m¸t do ch¶y ngÊm, bèc h¬i), ®Æc biÖt nh»m cung cÊp ®ñ n−íc s¹ch cho çc thμnh phè lín. Ngoμi çc lîi Ých trªn, viÖc x©y dùng çc NMT§ cßn t¹o ®iÒu kiÖn cho ph¸t triÓn du lÞch, nu«i trång thñy s¶n, ph¸t triÓn v¨n hãa x· héi çc khu vùc miÒn nói ... Tr¸i ng−îc víi çc lîi Ých, mét néi dung quan träng kh¸c còng cÇn ®−îc quan t©m liªn quan ®Õn viÖc x©y dùng NMT§ ®ã lμ çc t¸c ®éng ®èi víi m«i tr−êng. Vïng ngËp n−íc cña hå cã thÓ chiÕm diÖn tÝch lín, trªn ®ã cã ®Êt ®ai n«ng nghiÖp, khu d©n c−, çc c«ng tr×nh v¨n hãa cã ý nghÜa lÞch sö ... dÉn ®Õn çc mÊt m¸t vμ mét l−îng vèn ®Çu t− lín cÇn phô thªm ®èi víi c«ng tr×nh thñy ®iÖn (cho ®Òn bï di d©n,

b¶o tån çc di tÝch ...). Ngoμi ra t¸c ®éng nμy cßn ¶nh h−ëng ®Õn m«i tr−êng x· héi, ®Õn cuéc sèng b×nh th−êng cña hμng chôc ngμn d©n. Trong nh÷ng møc ®é kh¸c nhau, x©y dùng NMT§ cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn m«i tr−êng tù nhiªn, khÝ hËu (tïy theo ®Þa h×nh cô thÓ). Ch¼ng h¹n, vËn tèc dßng ch¶y thay ®æi cã thÓ g©y båi l¾ng phÝa h¹ l−u, cöa s«ng. Møc n−íc thay ®æi lμm ¶nh h−ëng ®Õn ®é Èm vμ khÝ hËu çc khu vùc ven s«ng. Nh÷ng ph−¬ng ¸n chÆn n−íc, ®æi dßng, nh»m tËp trung l−u l−îng vμ n©ng cao cét n−íc (h×nh 1.11) ®«i khi g©y ra h¹n h¸n kh« c»n cho c¶ nh÷ng khu vùc réng lín. Trong nh÷ng tr−êng hîp nh− vËy, th−êng çch kh¾c phôc lμ ph¶i thay ®æi l¹i toμn bé ph−¬ng ¸n nhμ m¸y (gi¶m c«ng suÊt hoÆc ngõng h¼n) ®Ó tr¶ l¹i ®iÒu kiÖn tù nhiªn ban ®Çu cho dßng s«ng.

Kªnh dÉn

§Ëp ng¨n

Vïng ®Êt kh« S«ng c¹n

Hå tËp trung n−íc NMT§

BiÓn

H×nh 1.11

Tuy nhiªn, khi lËp dù ¸n còng nh− thiÕt kÕ nÕu qu¸ thËn träng ®Ò phßng, sî x¶y ra çc t×nh huèng t−¬ng tù còng cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng thiÖt h¹i ®¸ng tiÕc. VÝ dô còng ph−¬ng ¸n trªn nh−ng dßng s«ng bÞ chÆn chØ ch¶y qua vïng nói ®åi (kh«ng d©n c−) th× viÖc ¸p dông ph−¬ng ¸n tËp trung n−íc sÏ ®em l¹i hiÖu qu¶ lín mμ kh«ng cã hËu qu¶ nμo vÒ m«i tr−êng. NÕu bá qua ph−¬ng ¸n nμy c«ng suÊt cña NMT§ bÞ gi¶m ®i ®¸ng kÓ. Thùc hiÖn tÝnh to¸n tØ mØ çc t¸c ®éng m«i tr−êng, ®¸nh gi¸ ®óng

møc çc ¶nh h−ëng bÊt lîi, ¸p dông mäi biÖn ph¸p gi¶m thiÓu t¸c h¹i xuèng ®Õn møc an toμn, trong khi chó ý ®Õn çc ph−¬ng ¸n khai th¸c tèi ®a lîi Ých ®iÖn n¨ng lμ hÕt søc cÇn thiÕt. Trong mét sè tr−êng hîp cßn ph¶i chó ý c¶ ®Õn çc ¶nh h−ëng gi¸n tiÕp ®èi víi nh÷ng c«ng tr×nh cã s½n xung quanh NMT§. Ch¼ng h¹n, ¶nh h−ëng lμm t¨ng cÊp ®éng ®Êt côc bé (cßn gäi lμ ®éng ®Êt thø cÊp) do x©y dùng NMT§. HiÖn t−îng nμy th−êng x¶y ra ®èi víi çc NMT§ lín, kiÓu ®Ëp. Khèi n−íc cña hå ®Ì nÆng trªn mÆt ®Êt, khi b¾t ®Çu tÝch n−íc ®−a nhμ m¸y vμo vËn hμnh, cã thÓ lμm t¨ng cÊp ®éng ®Êt (l©u dμi sau ®ã hoÆc trong mét thêi gian). HiÖn t−îng nμy rÊt cÇn ®−îc quan t©m ®èi víi khu vùc th−êng xuyªn cã ®éng ®Êt vμ cã nh÷ng c«ng tr×nh lín ®· ®−îc x©y dùng tr−íc khi cã NMT§. 1.5. Çc ®Æc ®iÓm cña nhµ m¸y thñy ®iÖn So víi nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn, NMT§ cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng ®¸ng chó ý nh− sau: 1. Nhµ m¸y thñy ®iÖn sö dông nguån n¨ng l−îng v« tËn cña thiªn nhiªn. Nh− ®· biÕt, NMT§ sö dông n¨ng l−îng cña çc dßng n−íc tù nhiªn ®Ó biÕn ®æi thμnh ®iÖn n¨ng (trõ thñy ®iÖn tÝch n¨ng), ®ã lμ nguån n¨ng l−îng v« tËn, g¾n liÒn víi sù tån t¹i vÜnh viÔn cña çc dßng s«ng, dßng suèi, thñy triÒu ... NÕu kh«ng x©y dùng NMT§, hoÆc x©y dùng chËm th× n¨ng l−îng cña dßng s«ng còng liªn tôc mÊt ®i, biÕn thμnh çc d¹ng n¨ng l−îng v« Ých kh¸c (biÕn thμnh c«ng bμo mßn ®Êt ®¸, vËn chuyÓn phï xa, biÕn thμnh nhiÖt n¨ng táa vμo m«i tr−êng ...). Nh− vËy −u tiªn ph¸t triÓn thñy ®iÖn còng ®ång nghÜa víi tËn dông n¨ng l−îng tù nhiªn, tiÕt kiÖm ®−îc çc d¹ng nhiªn liÖu cã thÓ phôc vô cho nhiÒu môc ®Ých. Trªn mét khÝa c¹nh kh¸c, ®Æc ®iÓm nμy cßn thÓ hiÖn −u thÕ v−ît tréi cÇn ®−îc kÓ thªm cho çc dù ¸n thñy ®iÖn khi nghiªn cøu, so s¸nh çc ph−¬ng ¸n quy ho¹ch ph¸t triÓn nguån. Ch¼ng h¹n, sau (20 - 25) n¨m (lμ thêi gian tÝnh to¸n cho çc dù ¸n) çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn nãi chung kh«ng cßn sö dông ®−îc n÷a (c¹n kiÖt nguån nhiªn liÖu t¹i chç, kh«ng cßn phï hîp vÞ trÝ cho nguån nhiªn liÖu míi v.v...) vμ dù ¸n kÕt thóc. §èi víi NMT§ sau thêi gian trªn sÏ vÉn cßn lμ mét nhμ m¸y lμm viÖc b×nh th−êng do lu«n ®−îc duy tu, söa ch÷a lín vμ hiÖn ®¹i hãa tæ m¸y. Çc dßng s«ng vÉn tiÕp tôc cung cÊp ®Òu n¨ng l−îng cho nhμ m¸y ho¹t ®éng. Çc c«ng tr×nh

bª t«ng, ®Êt ®¸ cã tuæi thä kÐo dμi h¬n rÊt nhiÒu so víi thêi h¹n tÝnh to¸n. Còng v× ®Æc ®iÓm nμy, cÇn ph¶i chó ý nhiÒu h¬n ®Õn çc lîi Ých dμi l©u cña dù ¸n thñy ®iÖn. Mét vÞ trÝ cã nhiÒu tiÒm n¨ng thñy ®iÖn mμ x©y dùng c«ng tr×nh víi quy m« nhá (do thiÕu vèn ®Çu t− ch¼ng h¹n) sÏ kh«ng cßn kh¶ n¨ng ph¸t triÓn thªm sau nμy. 2. Nhµ m¸y thñy ®iÖn cã chi phÝ vËn hµnh thÊp, vËn hµnh ®¬n gi¶n, dÔ dµng thùc hiÖn tù ®éng hãa. Nhiªn liÖu cÇn sö dông ë çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn th−êng chiÕm phÇn tØ lÖ lín trong chi phÝ vËn hμnh. Kh«ng cã phÇn chi phÝ nμy lμm cho NMT§ cã gi¸ thμnh ®iÖn n¨ng s¶n xuÊt (gi¸ ®iÖn n¨ng néi bé) rÊt thÊp. So víi nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn, NMT§ kh«ng cã phÇn lß, gia c«ng nhiªn liÖu, gi¶m nhiÒu ®−îc c«ng søc vËn hμnh. Lß h¬i lμ bé phËn vËn hμnh phøc t¹p trong nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn, tua-bin h¬i lμm viÖc víi ¸p suÊt h¬i lín, nhiÖt ®é cao, tèc ®é quay nhanh, g©y c¨ng th¼ng cho ng−êi phôc vô. VËn hμnh NMT§ cßn nhÑ nhμnh h¬n do ®iÒu kiÖn m«i tr−êng tèt, thùc hiÖn tù ®éng hãa ®−îc ë hÇu hÕt çc bé phËn ... Sè ng−êi phôc vô ë NMT§ th−êng Ýt h¬n kho¶ng 8-10 lÇn so víi nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn. NMT§ Bratxkaia 4500MW (LX cò) chØ biªn chÕ 320 ng−êi, nhμ m¸y Kratxno-iaxkaia 5000 MW còng chØ cã 350 ng−êi phôc vô. Trong khi ®ã çc nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn cïng c«ng suÊt (ë Nga) cÇn biªn chÕ ®Õn 8000 ng−êi. Nhμ m¸y thñy ®iÖn Th¸c Bμ theo biªn chÕ lóc ®Çu chØ cá 72 ng−êi (kÓ c¶ 13 ng−êi lμm c«ng t¸c hμnh chÝnh). 3. NMT§ cã vèn ®Çu t− lín thêi gian x©y dùng l©u. Bï l¹i víi −u ®iÓm vÒ chi phÝ vËn hμnh thÊp, NMT§ l¹i cã nh−îc ®iÓm lín ®ã lμ vèn ®Çu t− cao, thêi gian x©y xùng kÐo dμi. Th−êng vèn ®Çu t− cao tËp trung vμo çc c«ng tr×nh cét n−íc vμ ®iÒu tiÕt (x©y dùng ®Ëp, hå chøa, kªnh, èng dÉn kÝn ...). Nh÷ng c«ng tr×nh nμy th−êng ®ßi hái mét khèi l−îng lín bªt«ng, s¾t thÐp. ViÖc san lÊp mÆt b»ng, kh¬i s©u lßng hå tr−íc khi x©y dùng ®Ëp ®ßi hái rÊt nhiÒu thêi gian c«ng søc cha kÓ ®Õn nh÷ng c«ng tr×nh ph¶i x©y dùng liªn quan tr−íc ®ã nh− ®−êng giao th«ng, di d©n, x©y dùng khu ë cho ng−êi lao ®éng,... SuÊt vèn ®Çu t− cho NMT§ (tÝnh cho 1 ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Æt) th−êng gÊp tõ 5 ®Õn 10 lÇn cña nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn (trõ nh÷ng NMT§ cã ®Þa h×nh x©y dùng hÕt søc thuËn lîi). Thêi gian x©y dùng th−êng kÐo dμi tõ 5 ®Õn 10 n¨m. Nh÷ng NMT§ lín cã thÓ ph¶i x©y dùng

kÐo dμi hμng vμi chôc n¨m. NMT§ Hßa B×nh khëi ®−îc c«ng x©y dùng n¨m 1979, sau 9 n¨m míi ®−a vμo vËn hμnh tæ m¸y ®Çu tiªn (1988), vμ kh¸nh thμnh víi ®Çy ®ñ 8 tæ m¸y n¨m 1994. Víi kü thuËt hiÖn ®¹i NMT§ Tam HiÖp cña Trung Quèc (18200 MW) b¾t ®Çu ®−îc x©y dùng 1994, dù kiÕn kh¸nh thμnh n¨m 2009. Nhμ m¸y thñy ®iÖn S¬n La cña ViÖt Nam ®−îc khëi c«ng x©y dùng ngμy 2 th¸ng 12 n¨m 2005, dù kiÕn ph¸t ®iÖn tæ m¸y ®Çu tiÖn vμo n¨m 2012. Vèn ®Çu t− lín thêi gian x©y dùng l¹i l©u (chËm hoμn vèn) lμ mét ®Æc ®iÓm lμm khã kh¨n ph¸t triÓn thñy ®iÖn ®èi víi çc n−íc cã vèn ®Çu t− h¹n hÑp. 4. X©y dùng NMT§ cã thÓ ®em l¹i nhiÒu lîi Ých tæng hîp cña nguån n−íc nh−ng ®ång thêi còng cã thÓ cã nh÷ng ¶nh h−ëng bÊt lîi vÒ sinh th¸i m«i tr−êng (xem môc 1.4). 5. Nguån n−íc cung cÊp cho çc NMT§ (tõ çc dßng ch¶y tù nhiªn) thay ®æi theo thêi gian (phô thuéc khÝ hËu, thêi tiÕt). §©y còng lμ mét ®Æc ®iÓm kh¸c biÖt so víi nhiÖt ®iÖn, rÊt cÇn ®−îc quan t©m khi thiÕt kÕ vËn hμnh NMT§. L−îng n−íc ch¶y vÒ NMT§ trong mïa kh« (mïa c¹n) th−êng nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi mïa m−a (mïa lò). L−îng n−íc tæng hμng n¨m ch¶y qua NMT§ còng kh«ng gièng nhau (cã tÝnh ngÉu nhiªn). TËn dông thÓ tÝch hå chøa nh»m lμm t¨ng kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt cho NMT§ (tÝch n−íc mïa lò ®Ó sö dông trong mïa c¹n) lμ mét trong nh÷ng môc tiªu c¬ b¶n khi v¹ch çc ph−¬ng ¸n thñy ®iÖn (nh−ng ®ång thêi ph¶i chó ý ®Õn ¶nh h−ëng m«i tr−êng). MÆt kh¸c, do ®Æc ®iÓm nμy trong quy ho¹ch ph¸t triÓn nguån ®iÖn cÇn ph¶i tÝnh ®Ðn giíi h¹n vÒ l−îng n−íc theo mïa cña çc NMT§. Trong HT§ cã tØ lÖ c«ng suÊt thñy ®iÖn cμng lín th× dù phßng ph¶i cμng cao míi ®¶m b¶o ®−îc an ninh n¨ng l−îng. Trong vËn hμnh (khi c«ng suÊt NMT§ vμ dung tÝch hå chøa ®· x¸c ®Þnh) viÖc lËp ra çc ph−¬ng ¸n ®iÒu tiÕt tèi −u dßng ch¶y (dμi h¹n, ng¾n h¹n) cã ý nghÜa rÊt quan träng trong viÖc n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ cho NMT§ nãi riªng vμ toμn hÖ thèng nãi chung.

Ch−¬ng 2 Çc ®Æc tr−ng cña dßng ch¶y tù nhiªn

2.1. biÓu ®å thñy v¨n Sè liÖu thñy v¨n ®Æc tr−ng nhÊt cña çc dßng ch¶y tù nhiªn (dßng s«ng, dßng suèi) ®ã lμ chuçi çc sè liÖu quan s¸t vμ thèng kª l−u l−îng n−íc. Çc tr¹m quan tr¾c thñy v¨n ®Æt trªn nh÷ng vÞ trÝ kh¸c nhau cña dßng s«ng cã thÓ ghi trÞ sè l−u l−îng n−íc ®o hμng ngμy trong nhiÒu n¨m liªn tôc (ghi theo thø tù thêi gian). Dùa trªn c¬ së chuçi sè liÖu thñy v¨n nμy ng−êi ta thiÕt lËp çc lo¹i sè liÖu ®Æc tr−ng kh¸c nhau cho dßng s«ng. §Ó cã ®−îc çc ®Æc tr−ng tin cËy çc sè liÖu ph¶i ®−îc quan s¸t liªn tôc tõ 50 n¨m trë lªn. Chuçi sè liÖu thñy v¨n th−êng ®−îc ghi l¹i d−íi d¹ng b¶ng sè hoÆc ®å thÞ. Q

m3/s

1

2

3

4

5

t n¨m

H×nh 2.1. Chuçi sè liÖu thñy v¨n

DÔ thÊy ®Æc tr−ng chu kú cña chuçi sè liÖu thñy v¨n bëi çc dßng ch¶y tù nhiªn phô thuéc thêi tiÕt, khÝ hËu. Theo vßng quay cña tr¸i ®Êt xung quanh mÆt trêi, khÝ hËu thêi tiÕt cã tÝnh chu kú n¨m. Ngoμi ra do ¶nh h−ëng phøc t¹p cña ®Þa h×nh, lùc hÊp dÉn cña mÆt tr¨ng chuçi thñy v¨n ®«i khi cßn cã tÝnh chu kú nhiÒu n¨m. 1.BiÓu ®å thñy v¨n. BiÓu ®å thñy v¨n biÓu thÞ diÔn biÕn cña l−u l−îng n−íc trªn s«ng theo chu kú n¨m. BiÓu ®å ®−îc x©y dùng trªn c¬ së chuçi sè liÖu thñy v¨n theo çc ph−¬ng ph¸p x¸c xuÊt thèng kª, d¹ng ®iÓn h×nh nh− trªn h×nh 2.2. Çc sè liÖu x©y dùng biÓu ®å (khi

cho d−íi d¹ng b¶ng sè) cã thÓ ®−îc tÝnh lμ l−u l−îng n−íc trung b×nh ngμy, trung b×nh 5 ngμy, trung b×nh tuÇn, cã khi lμ trung b×nh th¸ng. Mçi dßng s«ng cã thÓ x©y dùng mét biÓu ®å thñy v¨n ®iÓn h×nh (khi dßng ch¶y t−¬ng ®èi ®ång ®Òu), mét vμi biÓu ®å(cho çc n¨m n−íc to, n¨m n−îc trung b×nh, n¨m n−íc nhá) hoÆc cho mét vμi n¨m cô thÓ. Q m3/s

I

II

III

IV

V

VI VII VIII IX

X

XI

XII th¸ng

H×nh 2.2. BiÓu ®å thñy v¨n cña dßng s«ng

DÔ thÊy, biÓu ®å thñy v¨n trong mét chõng mùc nμo ®ã thÓ hiÖn tÝnh quy luËt cña dßng ch¶y. TÝnh chu kú vμ æn ®Þnh cña dßng ch¶y cho phÐp x©y dùng çc biÓu ®å thñy v¨n ®iÓn h×nh cho dßng s«ng. BiÓu ®å thñy v¨n v× thÕ cã ý nghÜa øng dông lín trong çc tÝnh to¸n thiÕt kÕ vμ vËn hμnh NMT§. Tuy nhiªn, do ®Æc tÝnh thay ®æi ngÉu nhien cña dßng ch¶y çc sè liÖu ®−îc tÝnh theo biÓu ®å thñy v¨n chØ cã ý nghÜa trung b×nh x¸c suÊt. Gi¸ trÞ thùc tÕ l−u l−îng n−íc cña dßng s«ng ë thêi ®iÓm tÝnh to¸n cô thÓ nμo ®ã cã thÓ kh¸c so víi gi¸ trÞ ®· x¸c ®Þnh ®−îc. Còng chÝnh v× thÕ çc tÝnh to¸n vÒ thñy n¨ng lu«n ph¶i chó ý ®Õn çc ph−¬ng ¸n dù phßng, nh»m ®¶m b¶o ®é tin cËy cung cÊp ®iÖn ®èi víi hÖ thèng. 2. 2. Çc ®¹i l−îng trung b×nh

BiÓu ®å thñy v¨n lμ sè liÖu ®Çy ®ñ nhÊt ®Æc tr−ng cho mçi dßng s«ng, tuy nhiªn ng−êi ta cßn ®−a ra çc nh÷ng ®¹i l−îng cã ý nghÜa trung b×nh. Chóng ®−îc sö dông trong çc tr−êng hîp kh¸c nhau rÊt thuËn tiÖn. 1. L−u l−îng n−íc trung b×nh n¨m.

T

Qtb nam =

∑Q

i

i =1

T

[m 3 / s ],

trong ®ã: Qi - trÞ sè l−u l−îng n−íc trung b×nh cña ngμy thø i; T- Thêi gian trong n¨m tÝnh b»ng ngμy (T=365 hoÆc 366). 2. L−îng n−íc trung b×nh n¨m: W = Qtb n¨m . 31,54.106 [m3]. ë ®©y, 31,54 106 chÝnh lμ thêi gian cña mét n¨m tÝnh b»ng sec. Cã thÓ hiÓu W chÝnh lμ tæng l−îng n−íc cña dßng s«ng ch¶y qua nhμ m¸y thñy ®iÖn tõ ®Çu n¨m ®Õn cuèi n¨m. ë çc NMT§ ng−êi ta cßn hay gäi lμ l−îng n−íc vÒ trong n¨m. N¨m n−íc vÒ nhiÒu th× NMT§ ®−îc mïa, ng−îc l¹i lμ mÊt mïa thñy ®iÖn. 3. L−îng n−íc trung b×nh nhiÒu n¨m: W0 =

W1 + W2 + ... + Wn n

[m 3 ];

Trong ®ã : n - sè n¨m thèng kª sè liÖu; Wi - l−îng n−íc trung b×nh cña n¨m thø i. 4. L−u l−îng n−íc trung b×nh nhiÒu n¨m: n

Q0 =

∑Q i =1

tb nam i

n

=

W0 [m 3 / s ], 6 31,54.10

§Ó cã ý nghÜa tin cËy cho Q0 vμ W0, sè n¨m tÝnh to¸n n ph¶i ®ñ lín (n ≥ 50n¨m). 5. HÖ sè lÖch dßng: HÖ sè lÖch dßng cña n¨m thø i: ki =

DÔ thÊy,

Wi Qtb nam i = . W0 Q0

ki > 1 - n¨m i lμ n¨m n−íc to; ki < 1 - n¨m i lμ n¨m n−íc nhá; ki = 1 - n¨m i lμ n¨m n−íc trung b×nh;

6. §é æn ®Þnh dßng:

§Æc trùng biÕn déng cña dßng ch¶y trªn s«ng ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng ®é æn ®Þnh dßng tÝnh theo c«ng thøc sau: n

Cv =

∑ (k i =1

i

− 1) 2

n −1

,

cßn ®é kh«ng ®èi xøng: n

Cs =

n∑ (k i − 1) 3 i =1

(n − 1)(n − 2)C v3

.

Khi dßng s«ng æn ®Þnh tuyÖt ®èi (ki = 1) th× Cv =0. Khi ki > 1 hoÆc ki QP (®−êng cong lòy tÝch ®iÒu tiÕt sÏ ph¶i n»m cao h¬n) th× tõ h×nh vÏ thÊy r»ng ®Õn thêi ®iÓm t'5 hå ®· hÕt n−íc. Thêi ®iÓm t'5 míi ®ang ë gi÷a mïa lò, do ®ã nhμ m¸y sÏ ph¶i vËn hμnh víi c«ng suÊt rÊt nhá, t−¬ng øng víi l−u l−îng n−íc cña mïa c¹n. Ng−îc l¹i nÕu cho nhμ m¸y vËn hμnh víi Q"P < QP (®−êng ®iÒu tiÕt sÏ n»m thÊp h¬n) th× còng tõ h×nh vÏ thÊy r»ng, hå kh«ng lóc nμo hÕt n−íc suèt trong mïa c¹n. H¬n n÷a ®Õn thêi ®iÓm t"5 t× hå l¹i ®Çy n−íc mat t"5 míi chØ lμ cuèi mïa c¹n nªn nhμ m¸y sÏ ph¶i x¶ mét l−îng n−íc rÊt lín vμo mïa lò tiÕp sau. Râ rμng vËn hμnh víi l−u l−îng n−íc QP ®· x¸c ®inhlμ hîp lý. Còng cã thÓ xÐt t−¬ng tù cho çc kho¶ng thêi gian kh¸c. Sau khi cã ®−êng cong lü tÝch ®iÒu tiÕt tèi −u, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc mäi th«ng sè vËn hμnh kh¸c cña nhμ m¸y ë mäi kho¶ng thêi gian trong n¨m : trÞ sè l−u l−îng n−íc vËn hμnh, thÓ tÝch n−íc trong hå, møc n−íc th−îng l−u, møc n−íc h¹ l−u, cét n−íc cña nhμ m¸y tõ ®ã tÝnh ®−îc c«ng suÊt vËn hμnh cña NMT§ vμ s¶n l−¬ng ®iÖn n¨ng c¶ n¨m. H×nh 4.7. minh häa kÕt qu¶ tÝnh to¸n mét sè ®¹i l−îng ®· nªu.

V Vhi

t

T t1

t2

t3

t4

t5

t'1

t'2

t'3

t'4

Z

Zdbt T

Zch t1

t2

t3

t4

t5

t

t'1

t'2

t'3

t'4

Zhl Zhl(t) t t1

t2

t3

t5 T t'1

t4

t'2

t'3

t'4

QS

Q

QT(t)

QTmax

T t1

t2

t3

t4

t5

t t'1

t'2

t'3

t'4

PT§

t

T t1

t2

t3

t4

t5

t'1

t'2

t'3

t'4

H×nh 4.7

Cã thÓ thùc hiÖn theo thø tù sau. - Theo ®−êng cong ®iÒu tiÕt x¸c ®Þnh trÞ sè l−u l−îng n−íc vËn hμnh qua tua bin NMT§ ë tõng kho¶ng thêi gian. KÕt qu¶ t−¬ng øng víi b¶ng sau:

Thêi gian

0 - t1

t1 - t2

t2-t3

t3-t4

t4-t5

t5-T

QT(t)

QS

QTmax

QTmax

QS

QP

QS

Qx(t)

0

0

Qs- QTmax

0

0

0

- X¸c ®Þnh biÕn thiªn thÓ tÝch n−íc trong hå (dùa vμo kho¶ng çch gi÷a ®−êng cong lòy tÝch n−íc ch¶y vμo hå vμ ®−êng cong l−u l−îng n−íc ®iÒu tiÕt). - BiÕt thÓ tÝch n−íc trong hå cã thÓ tÝnh ®−îc møc n−íc th−îng l−u theo ®−êng cong ®Æc tÝnh thÓ tÝch hå. - BiÕt trÞ sè l−u l−îng n−íc vËn hμnh QT vμ l−u l−îng n−íc x¶ Qx x¸c ®Þnh møc n−íc h¹ l−u theo ®−êng cong ®Æc tÝnh møc n−íc h¹ l−u. - TÝnh cét n−íc cña NMT§: H = Z (Q) − Z hl (QT + Qx ) − ΔH (QT )

- X¸c ®Þnh c«ng suÊt cña NMT§: PT§ = 9,81ηHQT . - TÝnh s¶n l−îng ®iÖn n¨ng c¶ n¨m cña NMT§: ETD = ∑ PTD (t i )Δt i ti

III. Çc tr−êng hîp riªng 1. Tr−êng hîp hå cã dung tÝch lín Tr−êng hîp hå cã dung tÝch t−¬ng ®èi lín, khi tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt tèi −u l−u l−îng n−íc x¶ cã thÓ b»ng 0. Trong tr−êng hîp nμy viÖc tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt cßn cã thÓ thùc hiÖn theo çch ®¬n gi¶n h¬n. Sau khi vÏ ®−êng cong lòy tÝch n−íc ch¶y vμo hå vμ ®−êng cong kiÓm tra cã thÓ x©y dùng ®−êng cong lòy tÝch ®iÒu tiÕt b»ng çch vÏ liªn tiÕp çc ®o¹n th¼ng tiÕp tuyÕn, tiÕp xóc phÝa trªn víi ®−êng cong kiÓm tra vμ tiÕp xóc phÝa d−íi víi ®−êng cong lòy tÝch n−íc ch¶y vμo hå. PhÇn cßn l¹i cña ®−êng cong ®−îc vÏ men theo çc ®−êng cong nãi trªn. Ph−¬ng ph¸p nμy cßn ®−îc gäi lμ ph−¬ng ph¸p "sîi chØ c¨ng". Th«ng th−êng víi mäi tr−êng hîp, ng−êi ta ¸p dông thö ®Çu tiªn ph−¬ng ph¸p sîi chØ c¨ng. Sau ®ã kiÓm tra riªng cho mïa lò b»ng çch vÏ tia tiÕp tuyÕn víi ®−êng cong lòy tÝch n−íc ch¶y vμo hå. NÕu tiÕp tuyÕn dèc h¬n ®−êng sîi chØ c¨ng th×

ph−¬ng ph¸p sîi chØ c¨ng th¶o m·n, lÊy lμm kÕt qu¶ tÝnh to¸n. Trong tr−êng hîp ng−îc l¹i, sö dông tia tiÕp tuyÕn thay cho sîi chØ c¨ng vμ hiÖu chØnh l¹i ®−êng cong lòy tÝch ®iÒu tiÕt (theo tr−êng hîp cã x¶). W

QS QTmax QT

Vhi

t 0

§−¬ng cong kiÓm tra

H×nh 4.7. Ph−¬ng ph¸p sîi chØ c¨ng

2. Tr−êng hîp cã nhiÒu nhµ m¸y thñy ®iÖn x©y dùng nèi tiÕp trªn cïng mét dßng s«ng Khi cã nhiÒu NMT§ x©y dùng nèi tiÕp trªn cïng mét dßng s«ng th× thùc hiÖn ®iÒu tiÕt ë mét nhμ m¸y cã thÓ cã ¶nh h−ëng ®Õn çc nhμ m¸y ®iÖn cßn l¹i. Th«ng th−ëng chØ viÖc ®iÒu tiÕt ë çc NMT§ phÝa trªn cã ¶nh h−ëng ®Õn çc NMT§ phÝa d−íi. ¶nh h−ëng ng−îc l¹i khi çc NMT§ ë rÊt gÇn nhau, møc n−íc h¹ l−u cña NMT§ phÝa trªn bÞ ¶nh h−ëng bëi møc n−íc ®iÒu tiÕt phÝa d−íi. TÝnh to¸n ®iÒu tiÕt trong tr−îng hîp nμy cÇn ®−îc thùc hiÖn teo thø tù: NMT§ phÝa trªn tr−íc, phÝa d−íi sau. L−u l−îng n−íc ch¶y vμo hå tÝnh to¸n cho NMT§ phÝa d−íi ®−îc lÊy b»ng l−u l−¬ng dßng ch¶y tù nhiªn (khi ch−a cã sù ®iÒu tiÕt nμo) trõ ®i tæng thÓ tÝch çc l−îng n−íc bÞ gi÷ l¹i ë çc hå phÝa trªn, tÝnh trong mét ®¬n vÞ

thêi gian vμ t¹i cïng mét thêi ®iÓm. Trong thùc hμnh, viÖc trõ nμy dÔ dμng thùc hiÖn ®−îc theo çc ®−êng cong lòy tÝch.

Qtt1 = QS Qtt 2 = QS − ΔV1 T§1

Qtt 3 = QS − ΔV1 − ΔV2 T§2

W Qtt1=Qs

ΔV1

QT1

§−êng cong kiÓm tra

t

W QS ΔV1

Qtt2=Qs-ΔV1

ΔV2

QT2

§−êng cong kiÓm tra

H×nh 4.8

t

H×nh 4.8 minh häa kÕt qu¶ thùc hiÖn tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt cho 2 nhμ m¸y thñy ®iÖn kiÓu ®Ëp x©y dùng nèi tiÕp trªn mét dßng s«ng. §iÒu tiÕt ë NMT§ thø 2 (phÝa d−íi) ®−îc gi¶ thiÕt tháa m·n ph−¬ng ph¸p sîi chØ c¨ng. Cã thÓ nhËn thÊy r»ng, khi thùc hiÖn ®iÒu tiÕt ®ång thêi çc NMT§ x©y dùng nèi tiÕp trªn mét dßng s«ng, hiÖu qu¶ lu«n lu«n ®−îc t¨ng thªm so víi khi chØ cã mét nhμ m¸y. Nhμ m¸y cμng n»m phÝa d−íi th× hiÖu qu¶ "céng thªm" cμng cao. §ã lμ v× sau mçi ®iÒu chØnh ë NMT§ phÝa trªn dßng ch¶y l¹i ®ång ®Òu h¬n. L−îng n−íc x¶ ë NMT§ phÝa d−íi gi¶m ®−îc, cét n−íc còng d©ng cao vμ ®ång ®Òu nªn ®iÖn n¨ng thu ®−îc lín. IV. TÝnh to¸n ®iÒu tiÕt nhiÒu n¨m Khi dung tÝch hå lín cã thÓ tËn dông ®Ó ®iÒu tiÕt nhiÒu n¨m. Ph−¬ng ph¸p ®å thÞ gi¶i bμi to¸n ®iÒu tiÕt nhiÒu n¨m hoμn toμn t−¬ng tù nh− ®iÒu tiÕt n¨m. V× hå lín ng−êi ta th−êng ¸p dông ban ®Çu theo ph−¬ng ph¸p sîi chØ c¨ng. NÕu trong mïa lò nμo ®ã, theo ph−¬ng ph¸p sîi chØ c¨ng nhËn ®−îc gi¸ trÞ QT > QTmax th× còng ph¶i hiÖu chØnh l¹i v× cã x¶ trμn. Trªn h×nh 4.9 minh häa ®−êng cong ®iÒu tiÕt ®iÒu tiÕt nhiÒu n¨m khi hå cã dung tÝch h¹n chÕ, t−¬ng øng víi sè liÖu cña h×nh 4.5. W

m3 Vhi san b»ng dßng ch¶y nhiÒu n¨m QS

Vhi QT

x¶

1

t

2

3

4

§−êng cong kiÓm tra

H×nh 4.5

5

6

§−êng Qtb nhiÒu n¨m

7

n¨m

Ngoμi çc tÝnh to¸n theo ®Æc tr−ng thêi gian (sö dông chuçi sè liÖu l−u l−îng n−íc thèng kª theo lÞch thêi gian), víi ®iÒu tiÕt nhiÒu n¨m ng−êi ta cßn thùc hiÖn tÝnh to¸n theo ®Æc tr−ng x¸c suÊt. Mét trong çc bμi to¸n thuéc lo¹i nμy lμ x©y dùng quan hÖ gi÷a x¸c suÊt ®¶m b¶o n−íc p cho l−îng n−íc sö dông Wp víi dung tÝch h÷u Ých cña hå Vhi. Çc ®¹i l−îng th−êng ®−îc tÝnh trong hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi:

α=

Wp W0

;

β=

Whi W0

Trong ®ã: W0 - lμ l−îng n−íc trung b×nh nhiÒu n¨m, ®−îc lÊy lμm l−îng c¬ b¶n tÝnh to¸n thÓ tÝch n−íc. Quan hÖ gi÷a çc ®¹i l−îng trªn ®−îc x©y dùng cho dßng s«ng cô thÓ, ®· biÕt tr−íc çc ®Æc tr−ng dßng ch¶y nh− ®−êng cong tÇn suÊt ®¶m b¶o n−íc (còng tÝnh trong hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi), ®é æn ®Þnh dßng Cv, ®é kh«ng ®èi xøng Cs . Khi ®ã, nÕu cho tr−íc 2 trong 3 ®¹i l−îng (α, β, p) sÏ x¸c ®Þnh ®−îc ngay ®¹i l−îng thø 3. VÝ dô cho tr−íc thÓ tÝch h÷u Ých cña hå β, x¸c xuÊt ®¶m b¶o n−íc p, tõ ®−êng cong quan hÖ:

β = f (α , p )

cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc l−îng n−íc ®¶m b¶o (tÇn suÊt p) lμ α, víi trÞ sè : Wp = αW0. Ng−êi ta còng x©y dùng quan hÖ tæng hîp h¬n, xÐt ®Õn c¶ sù thay ®æi cña hÖ sè Cv ( vμ coi Cs = 2Cv) x©y dùng ®−êng cong quan hÖ d¹ng:

β = f (α , C v , p ) . HÖ sè α th−êng ®−îc chän x©y dùng tõ 0,2 ®Õn 0,9 cßn p trong pham vi tõ 75% ®Õn 97%. §−êng cong sau khi x©y dùng ®−îc cã thÓ dïng vμo nhiÒu môc ®Ých tÝnh to¸n kh¸c nhau xÐt ®Õn çc ®Æc tr−ng x¸c suÊt cña dßng ch¶y. 4.3. BiÓu ®å ®iÒu phèi hå chøa

Nh− ®· biÕt (trong ch−¬ng 2), çc ®Æc tr−ng thñy v¨n ®−a ra vμ sö dông cho çc tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt dßng ch¶y ®Òu dùa vμo chuçi çc sè liÖu thèng kª qu¸ khø. Çc ®Æc tr−ng nμy nãi chung chØ cã ý nghÜa trung b×nh x¸c xuÊt, bëi dßng ch¶y cã ®Æc tÝnh ngÉu nhiªn. Trong vËn hμnh NMT§ th−êng kh«ng cã ®−îc çc dù b¸o dμi h¹n tin cËy nªn cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng sai kh¸c ®¸ng kÓ, ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu qu¶ khai th¸c thñy n¨ng vμ ®é tin cËy cung cÊp ®iÖn cho hÖ thèng. §Ó xö lý çc t×nh huèng

sai lÖch ng−êi ta nghiªn cøu çc quy t¾c vËn hμnh hå chøa theo tr¹ng th¸i hiÖn thùc cña hå. Mét trong nh÷ng quy t¾c vËn hμnh nh− vËy ®−îc thÓ hiÖn d−íi d¹ng biÓu ®å gäi lμ biÓu ®å ®iÒu phèi n−íc cña hå chøa. BiÓu ®å gióp cho ng−êi vËn hμnh chñ ®éng trong mäi t×nh huèng, xö lý ®óng, kh¾c phôc ®−îc nh÷ng biÕn ®éng bÊt th−êng cña dßng ch¶y còng nh− nh÷ng yªu cÇu ®ét xuÊt vÒ nhu cÇu n−íc vμ nhu cÇu n¨ng l−îng. Trôc hoμnh cña biÓu ®å ®iÒu phèi biÓu thÞ thêi gian trong n¨m (theo lÞch), trôc tung biÓu thÞ thÓ tÝch n−íc hoÆc møc n−íc trong hå.

Z

1

m

II I

III

5

2

I

3 IV 4 5 6

7 8

9 10 11 12 1

2 3 4

5 6

7 8 9

t th¸ng

H×nh 4.6. BiÓu ®å ®iÒu phèi

Víi çc ®−êng cong giíi h¹n x©y dùng ®−îc, biÓu ®å ®iÒu phèi chia ra thμnh çc vïng sau (h×nh 4.6): I- Vïng chèng x¶ thõa (vËn hμnh víi c«ng suÊt tèi ®a); II- Vïng vËn hμnh b×nh th−êng (ph¸t c«ng suÊt n©ng cao trªn møc ®¶m b¶o theo ®iÒu tiÕt tèi −u); III- Vïng ph¸t theo c«ng suÊt ®¶m b¶o;

IV- Vïng cung cÊp ®iÖn h¹n chÕ (gi¶m thÊp xuèng d−íi c«ng suÊt ®¶m b¶o). §Ó ph©n chia çc vïng trªn, cÇn x©y dùng çc ®−êng ®ång møc sö dông l−u l−îng n−íc (hay cïng c«ng suÊt ph¸t trung b×nh ngay ®ªm) cña NMT§. §−êng giíi h¹n quan träng nhÊt lμ ®−êng ®ång møc ph¸t c«ng suÊt ®¶m b¶o (®−êng 2 trªn h×nh 4.6). Møc n−íc ë d−íi ®−êng nμy kh«ng cho phÐp NMT§ ph¸t lªn trªn c«ng suÊt ®¶m b¶o tÝnh to¸n, nh»m duy tr× ph¸t c«ng suÊt ®−îc æn ®Þnh l©u dμi (kh«ng bÞ thiÕu n−íc). C«ng suÊt ®¶m b¶o tÝnh to¸n lμ c«ng suÊt ph¸t thÊp nh−ng cã ®é tin cËy cao (víi tÇn xuÊt ®¶m b¶o n−íc 90%) cã xÐt ®Õn kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt tèi −u dßng ch¶y (cña n¨m n−íc ®iÓn h×nh tÝnh to¸n). C«ng suÊt nμy, gi¶ thiÕt ®· tÝnh ®−îc vμ t−¬ng øng víi l−u l−îng n−íc ®¶m b¶o Qp. §Ó x©y dùng ®−êng giíi h¹n nãi trªn cÇn dùa vμo sè liÖu dßng ch¶y cña çc n¨m cã l−îng n−íc gÇn víi l−îng n−íc cña n¨m tÝnh to¸n (ký hiÖu lμ Wp). Sè liÖu dßng ch¶y cña n¨m thø i, ®−îc quy chuÈn b»ng çch nh©n víi tØ sè Wp/Wi (Wi lμ l−îng n−íc cña n¨m thø i ®· lùa chän). Nöa ®−êng cong phÝa mïa c¹n ®−îc x©y dùng b»ng çch gi¶i bμi to¸n ®iÒu tiÕt ng−îc (tõ cuèi mïa c¹n) víi gi¶ thiÕt cuèi mïa c¹n hå hÕt n−íc (ë møc n−íc chÕt) vμ l−u l−îng n−íc sö dông gi÷ kh«ng thay ®æi b»ng Qp. Nöa ®−êng cong t−¬ng øng víi mïa lò còng ®−îc thùc hiÖn t−¬ng tù nh−ng xuÊt ph¸t tõ cuèi mïa lò, víi møc n−íc d©ng b×nh th−êng (®−êng 1 trªn h×nh vÏ). KÕt qu¶ sÏ nhËn ®−îc çc ®−êng cong kh¸c nhau (cho mçi n¨m). VÏ ®−êng bao phÝa trªn çc ®−êng cong nμy, ta ®−îc ®−êng cong giíi h¹n 2 cÇn vÏ. GÆp nh÷ng n¨m ®Æc biÖt Ýt n−íc (t−¬ng øng víi tÇn suÊt trªn 90%) cÇn vËn hμnh víi l−u l−îng n−íc h¹n chÕ ®Ó kh«ng ph¶i gi¶m ®ét biÕn kh¶ n¨ng cung cÊp ®iÖn cña NMT§. Th−êng tÝnh víi kh¶ n¨ng vËn hμnh b»ng 0,8Qp. §Ó x©y dùng ®−êng cong giíi h¹n trong tr−êng hîp nμy cÇn chän ra çc n¨m Ýt n−íc ®Æc biÖt trong chuçi thèng kª. Quy ®æi l−u l−îng n−íc mçi n¨m vÒ n¨m tÝnh to¸n vμ thùc hiÖn tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt ng−îc tõ cuèi mïa c¹n, gi÷ l−u l−îng n−íc kh«ng ®æi b»ng 0,8Qp. KÕt qu¶ nhËn ®−îc ®−êng cong 3 nh− trªn h×nh vÏ (lμ ®−êng bao phÝa trªn cña çc ®−êng cong ®· tÝnh to¸n). §«i khi ng−êi ta cßn x©y dùng thªm ®−êng giíi h¹n øng víi l−u l−îng b»ng 0,6Qp ®Ó ¸p dông cho nh÷ng n¨m qu¸ Ýt n−íc. Çch

x©y dùng còng t−¬ng tù. Møc n−íc hå xuèng d−íi ®−êng cong nμy cÇn gi¶m c«ng suÊt chØ cßn 60% so víi c«ng suÊt ®¶m b¶o (®−êng 4). §−êng cong ph©n chia ra vïng vËn hμnh chèng x¶ thõa n»m bªn trªn vïng ph¸t c«ng suÊt n©ng cao. Khi møc n−íc n»m trªn ®−êng giíi h¹n nμy (trong vïng chèng x¶ thõa) cÇn cho nhμ m¸y vËn hμnh víi l−u l−îng n−íc tèi ®a QTmax. §©y lμ vïng, theo tÝnh to¸n, nÕu kh«ng vËn hμnh tèi ®a ch¾c ch¾n ph¶i x¶ thõa. §−êng cong ®−îc x©y dùng dùa vμo sè liÖu çc n¨m n−íc to (tÇn suÊt d−íi 10%). Sè liÖu ®−îc quy ®æi vÒ n¨m cã tÇn suÊt (1-p), nghÜa lμ nh©n víi tØ sè W(1-p)/Wi. §−êng giíi h¹n trong tr−êng hîp nμy t−¬ng øng víi ®−êng bao phÝa d−íi cña çc ®−êng cong tÝnh to¸n. §−êng cong x©y dùng ®−îc th−êng chØ tån t¹i trong mïa c¹n vμ ®Çu mïa lò (®−êng 4 trªn h×nh 4.6), bëi trong mïa lò c«ng suÊt th−êng ph¶i ph¸t n©ng cao ®Õn tèi ®a míi ®¶m b¶o tèi −u (®Ó l−îng n−íc x¶ Ýt nhÊt). Vïng ph¸t n©ng cao vμ vïng chèng x¶ thõa trong mïa lò trïng nhau. H¬n n÷a, cuèi mïa lò cßn cã thÓ cã c¶ kho¶ng thêi gian ph¶i x¶ thõa b¾t buéc, kh«ng thÓ vËn hμnh chèng x¶ thõa. BiÓu ®å x©y dùng ®−îc nh− trªn míi chØ lμ c¬ së cho biÓu ®å ®iÒu phèi. Trong thùc tÕ ®Ó ¸p dông thμnh quy tr×nh vËn hμnh ng−êi ta cßn xem xÐt thªm lêi gi¶i tèi −u cña bμi to¸n ®iÒu tiÕt çc n¨m (qu¸ khø) ®Ó hiÖu chØnh çc ®−êng cong, còng nh− hiÖu chØnh theo kinh nghiÖm vËn hμnh l©u n¨m cho biÓu ®å ®iÒu phèi. Lý do cã thÓ hiÖu chØnh çc ®−êng cong giíi h¹n lμ v× cã nh÷ng phÇn ranh giíi kh«ng ch¾c ch¾n (gi÷a ®−êng bao phÝa trªn vμ phÝa d−íi çc ®−êng cong). Ngoμi ra xuÊt ph¸t tõ ®Æc ®iÓm hÖ thèng c«ng suÊt yªu cÇu ®¶m b¶o cã thÓ kh¸c nhau. Môc ®Ých cuèi cïng cña viÖc hiÖu chØnh lμ gi÷ cho c«ng suÊt vËn hμnh æn ®Þnh (Ýt bÞ ph¸ vì xuèng d−íi c«ng xuÊt yªu cÇu) vμ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng thu ®−îc tèi ®a. DÔ nhËn thÊy r»ng, nÕu tu©n thñ biÓu ®å ®iÒu phèi th× chØ tån t¹i vïng t−¬ng ®èi hÑp gi÷a ®−êng 2 vμ ®−êng 5 (vïng ph¸t n©ng cao) cÇn x¸c ®Þnh c«ng suÊt ph¸t cô thÓ theo tÝnh to¸n tèi −u còng nh− çc yªu cÇu kh¸c cña hÖ thèng. 4.4. TÝnh to¸n ®iÒu tiÕt dµi h¹n theo çc ph−¬ng ph¸p sè

I. Bµi to¸n §Ó tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt dμi h¹n dßng ch¶y theo çc ph−¬ng ph¸p sè ng−êi ta th−êng m« t¶ bμi to¸n d−íi d¹ng m« h×nh ®iÒu khiÓn tèi −u.

1. Hµm môc tiªu (cùc ®¹i hãa s¶n l−îng ®iÖn n¨ng trong chu kú tÝnh to¸n): T

E = ∫ PTD (t )dt ⇒ Max

(1)

0

BiÓu thøc cña PT§ trong hμm môc tiªu cã d¹ng: PT§ = 9,81.η.H.Q = 9,81.η.(Z - Zhl - ΔH).Q Tïy theo møc ®é chÝnh x¸c, hiÖu suÊt η, møc n−íc h¹ l−u Zhl vμ tæn thÊt cét n−íc ΔH cÇn ®−îc m« t¶ theo çc hμm quan hÖ víi l−u l−îng n−íc (trong rμng buéc). 2. Çc rµng buéc a- Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n−íc cña hå (theo 3.7): F (Z )

dZ = Qs − Q − Qx − Qr − Qtl dt

(2)

b- Çc ®−êng cong quan hÖ: + §Æc tÝnh diÖn tÝch mÆt hå: F = φ(Z) ; + §Æc tÝnh møc n−íc h¹ l−u: Zhl = ψ(Q+Qx) ; + §Æc tÝnh tæn thÊt cét n−íc: ΔH = ξ(Q) + §Æc tÝnh hiÖu suÊt : η = χ(Q,H) c- Çc giíi h¹n vËn hμnh: + Møc n−íc th−îng l−u:

Zmin(t) ≤ Z(t) ≤ Zmax(t) ;

(3)

Møc n−íc cùc ®¹i phô thuéc nhiÒu vμo yªu cÇu ®iÒu tiÕt lò, cßn møc n−íc cùc tiÓu th−êng phô thuéc çc nhu cÇu vÒ lîi Ých tæng hîp nguån n−íc. Tr−êng hîp riªng Zmin(t) = Zch, Zmax(t) = Zdbt ; + L−u l−îng vËn hμnh: Qmin ≤ Q(t) ≤ QTmax . Giíi h¹n tèi thiÓu Qmin th−êng phô thuéc yªu cÇu ®¶m b¶o møc n−íc h¹ l−u, QTmax t−¬ng øng víi chÕ ®é ph¸t cùc ®¹i c«ng suÊt cña çc tæ m¸y. + Giíi h¹n c«ng suÊt ph¸t: PT§min(t) ≤ PT§(t) ≤ PT§max(t) . Giíi h¹n tèi thiÓu cña c«ng suÊt ph¸t th−êng ®−îc ®Æt ra theo yªu cÇu hÖ thèng, cßn giíi h¹n tèi ®a theo c«ng suÊt kh¶ ph¸t cña çc tæ m¸y. Víi çc tua bin kiÓu Francis vμ Kaplan ng−êi ta th−êng sö dông quan hÖ gÇn ®óng cho giíi h¹n c«ng suÊt kh¶ ph¸t:

⎧P PTD max (t ) = ⎨ max TK ⎩aH + b

khi khi

H ≥ H TK H min < H < H TK

Trong ®ã: Pmax TK lμ c«ng suÊt ®Þnh møc ph¸t theo cét n−íc thiÕt kÕ HTK . a , b - lμ nh÷ng hÖ sè tÝnh theo ®−êng cong giíi h¹n vËn hμnh tua bin. + Giíi h¹n ®iÖn n¨ng cung cÊp : Emin ti ≤ ΔEti ≤ Emax ti

(4)

ë ®©y, çc l−îng ®iÖn n¨ng cung cÊp ®−îc tÝnh cho nh÷ng kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh (ngμy, tuÇn hoÆc th¸ng). §©y lμ giíi h¹n rÊt quan träng phô thuéc vμo yªu cÇu huy ®éng c«ng suÊt cña hÖ thèng, ®Æc biÖt lμ trÞ sè Emin trong çc th¸ng mïa kh«. TrÞ sè Emin kh«ng thÓ yªu cÇu lín h¬n ®iÖn n¨ng ®¶m b¶o cña NMT§, nh−ng cã thÓ chÊp nhËn trÞ sè nhá h¬n nÕu hÖ thèng cã dù phßng lín. Khi ®ã hiÖu qu¶ kinh tÕ ®iÒu tiÕt sÏ cao h¬n. Khi ®iÒu tiÕt phèi hîp çc NMT§ trªn çc bËc thang dßng s«ng (x©y dùng nèi tiÕp) hoÆc cã nhiÒu NMT§ trong hÖ thèng, m« h×nh vÉn cã d¹ng t−¬ng tù. Sù kh¸c nhau chñ yÕu lμ m« t¶ hμm môc tiªu (theo ®iÖn n¨ng tæng) vμ çc quan hÖ l−u l−îng cña çc NMT§ x©y dùng nèi tiÕp (nh− trong ph−¬ng ph¸p ®å thÞ). Còng cÇn nãi thªm lμ, çch m« t¶ bμi to¸n nh− trªn nh»m thÓ hiÖn tr−êng hîp chung nhÊt. Thùc tÕ, phô thuéc vμo ®Æc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p gi¶i, ng−êi ta cã thÓ thay ®æi m« h×nh bμi to¸n. Phæ biÕn nhÊt lμ çch chia kho¶ng thêi gian tÝnh to¸n (coi çc th«ng sè vËn hμnh kh«ng ®æi trong tõng kho¶ng thêi gian). Khi ®ã hμm môc tiªu (1) ®−îc ®−a vÒ d¹ng: N

E = ∑ PTD (Δt i )Δt i ⇒ Max

(5)

i =1

Trong ®ã, Δti cã thÓ chän lμ çc th¸ng trong n¨m (hoÆc ng¾n h¬n). Thêi ®iÓm cuèi mçi kho¶ng chia th−êng ®−îc ®¸nh sè thø tù trïng víi sè thø tù cña kho¶ng. Trong tr−êng hîp nμy rμng buéc c©n b»ng n−íc ®−îc sö dông trªn c¬ së (3.6) vμ ®−a vÒ d¹ng: Δ V i = ( Q si − Q i − Q xi − Q ri − Q tli ) Δ t i

(6)

Çc trÞ sè l−u l−îng n−íc trong ph−¬ng tr×nh ®−îc hiÓu lμ trÞ sè trung b×nh trong kho¶ng Δti. ThÓ tÝch n−íc ΔVi tÝch l¹i trong hå b»ng hiÖu thÓ tÝch n−íc hå t¹i thêi ®iÓm ti (cuèi kho¶ng Δti) vμ thêi ®iÓm ti-1: ΔVi = Vi − Vi −1

(7)

Víi ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n−íc d¹ng (6) vμ (7) th× sö dông ®Æc tÝnh thÓ tÝch hå sÏ thuËn lîi h¬n ®Æc tÝnh diÖn tÝch. Cã thÓ tÝnh ®−îc thÓ tÝch n−íc hå t¹i thêi ®iÓm ®Çu vμ cuèi kho¶ng xÐt theo çc møc n−íc th−îng l−u: Vi = f ( Z i ) Vi −1 = f ( Z i −1 )

(8)

II. Çc ph−¬ng ph¸p g¶i 1. Ph−¬ng ph¸p quy ho¹ch ®éng rêi r¹c Bμi to¸n ®−îc m« t¶ theo (5), (6), (7) vμ (8). Çc rμng buéc kh¸c gièng nh− trong tr−êng hîp chung. §Ó thÊy râ ý nghÜa cña ph−¬ng ph¸p ta minh häa thuËt to¸n theo s¬ ®å h×nh häc. Gi¶ thiÕt chu kú tÝnh to¸n T ®−îc chia ra lμm N kho¶ng (t¹i çc ®iÓm chia t0 =0, t1, t2, ..., TN=T). Sè thø tù kho¶ng ®−îc lÊy trïng víi ®iÓm chia cuèi kho¶ng. Møc n−íc hå ®−îc rêi r¹c hãa thμnh M møc t¹i çc gi¸ trÞ Z1 = Zch, Z2, Z3, ..., ZM = Zdbt. Z ZM

G

C

ZS

E

D

B

ZR A

Z2

F

Z1

t

0

t1

t2

ti-1

ti

H×nh 4.7. Minh häa ph−¬ng ph¸p QH§

tN-2 tN-1

T

§Ó ®¬n gi¶n ta gi¶ thiÕt chØ xÐt rμng buéc giíi h¹n (3). Theo lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tèi −u, ta chØ cÇn x¸c ®Þnh quü ®¹o cho mét biÕn ®éc lËp nμo ®ã (gäi lμ biÕn ®iÒu khiÓn). Sau khi cã quü ®¹o tèi −u cho biÕn ®iÒu khiÓn cã thÓ t×m ®−îc mäi biÕn kh¸c (tèi −u) d−a trªn çc quan hÖ vμ rμng buéc. NÕu chän biÕn ®iÒu khiÓn lμ møc n−íc th−îng l−u trong hå th× bμi to¸n cã thÓ m« t¶ thμnh viÖc t×m mét quü ®¹o møc n−íc trªn mÆt ph¼ng (Z,t) sao cho nÕu NMT§ vËn hμnh theo møc n−íc nμy th× s¶n l−îng ®iÖn n¨ng c¶ n¨m ®¹t cùc ®¹i (quü ®¹o tèi −u). Víi çc gi¸ trÞ ®−îc rêi r¹c hãa nh− trªn (cña thêi gian vμ møc n−íc) sÏ tån t¹i mét sè l−îng h÷u h¹n nh−ng rÊt lín çc quü ®¹o cã thÓ vËn hμnh (®i qua çc ®iÓm nót cña s¬ ®å l−íi) tõ ®Çu ®Õn cuèi qu¸ tr×nh. NÕu nÕu liÖt kª lùa chän mäi ph−¬ng ¸n sÏ ®ßi hái mét khèi l−îng tÝnh to¸n qu¸ lín. ThuËt to¸n quy ho¹ch ®éng (QH§) rêi r¹c cho phÐp gi¶m bít ®¸ng kÓ sè ph−¬ng ¸n cÇn xÐt trong çc ph−¬ng ¸n kÓ trªn. Tr−íc hÕt ta còng chÊp nhËn gi¶ thiÕt thêi ®iÓm ®Çu vμ cuèi qu¸ tr×nh tÝnh to¸n lμ cuèi cña mïa n−íc c¹n, víi møc n−íc trong hå ®−îc gi÷ thÊp nhÊt. Khi ®ã ®iÓm ®Çu vμ cuèi cña quü ®¹o tèi −u ®· hoμn toμn x¸c ®Þnh (®iÓm O vμ T trªn trôc hoμnh).

tèi −u trong I tèi −u trong II tèi −u c¶ qu¸ tr×nh I

kh«ng tèi −u II

t

Theo thuËt to¸n QH§ cña Belman quü ®¹o tèi −u cÇn ®−îc x¸c ®Þnh ng−îc tõ cuèi qu¸ tr×nh vÒ phÝa ®Çu. §ã lμ v× theo nguyªn lý tèi −u "phÇn cuèi cña mét quü ®¹o tèi −u còng lμ mét quü ®¹o tèi −u". NÕu t×m ®−îc phÇn cuèi cña quü ®¹o tèi −u th× ®ã lμ phÇn tèi −u ch¾c ch¾n.

Trë l¹i bμi to¸n, ta xÐt tõ thêi ®iÓm tN-2 ®Õn cuèi qu¸ tr×nh. Gi¶ sö quü ®¹o tèi −u toμn côc ®i tõ ®iÓm O vÒ ®Õn tN-2 r¬i vμo ®iÓm A. Khi ®ã ®Ó t×m nèt phÇn cßn l¹i cña quü ®¹o tèi −u ta chØ cÇn xÐt M ph−¬ng ¸n quü ®¹o. §ã lμ çc quü ®¹o xuÊt ph¸t tõ A ®i vÒ T qua M møc n−íc (nh− vÏ trªn h×nh). Víi mçi quü ®¹o ng¾n nμy (chØ gåm 2 ®o¹n nhá ΔtN-1 vμ ΔtN) cã thÓ tÝnh ®−îc l−îng ®iÖn n¨ng s¶n xuÊt ra cña nhμ m¸y nÕu vËn hμnh theo mçi ph−¬ng ¸n. So s¸nh M trÞ sè ®iÖn n¨ng ta x¸c ®Þnh ®−îc quü ®¹o tèi −u (t−¬ng øng víi l−îng ®iÖn n¨ng lín nhÊt). Ch¼ng h¹n ®ã lμ ®−êng nÐt liÒn xuÊt ph¸t tõ A ®Õn T nh− trªn h×nh vÏ. Quü ®¹o tèi −u ®i tõ ®Çu qu¸ tr×nh ®Õn thêi ®iÓm tN-2 cã thÓ kh«ng r¬i vμo ®iÓm A (çc tÝnh to¸n ë trªn chØ lμ mét gi¶ thiÕt). Cã tÊt c¶ M kh¶ n¨ng kh¸c nhau vÒ vÞ trÝ cña quü ®¹o tèi −u (tÝnh theo møc n−íc) t¹i thêi ®iÓm tN-2. CÇn thùc hiÖn tÝnh to¸n t−¬ng tù cho çc tr−êng hîp cßn l¹i. KÕt qu¶ víi mçi møc n−íc ta nhËn ®−îc mét quü ®¹o tèi −u xuÊt ph¸t tõ tN-2 ®Õn T (çc ®−êng nÐt liÒn trªn h×nh vÏ). TiÕp theo, xÐt t¹i thêi ®iÓm tN-3. Gi¶ thiÕt quü ®¹o tèi −u ®i tõ ®Çu qu¸ tr×nh ®Õn thêi ®iÓm nμy r¬i vμo ®iÓm B. DÔ thÊy, ®Ó t×m quü ®¹o tèi −u xuÊt ph¸t tõ B ®Õn cuèi qu¸ tr×nh còng chØ cÇn so s¸nh M ph−¬ng ¸n quü ®¹o. §ã lμ çc quü ®¹o xuÊt ph¸t tõ B, nèi víi çc ®−êng nÐt liÒn ®· x¸c ®Þnh ®−îc (®i tõ tN-2 ®Õn T) nh− trªn h×nh vÏ. Cßn rÊt nhiÒu quü ®¹o kh¸c kh«ng cÇn xÐt ®Õn bëi ch¾c ch¾n kh«ng ph¶i lμ quü ®¹o tèi −u. Ta cã thÓ chøng minh ®−îc ®iÒu nμy dùa vμo nguyªn lý tèi −u. ThËt vËy, gi¶ thiÕt tån t¹i quü ®¹o tèi −u ®i tõ B ®Õn T n»m ngoμi M quü ®¹o võa nªu, ch¼ng h¹n quü ®¹o ®i theo ®−êng BCDT. Khi ®ã, s¶n l−îng ®iÖn n¨ng cña quü ®¹o BCDT lμ lín nhÊt. Ta viÕt ®−îc t−¬ng quan sau:

ΔE(BCDT) > ΔE(BEFT) > ΔE(BCGT) H¬n n÷a theo nguyªn lý tèi −u cña Belman, phÇn cuèi cña quü ®¹o nμy (xuÊt ph¸t tõ C) còng ph¶i cã ®iÖn n¨ng lín nhÊt so víi tÊt c¶ çc quü ®¹o cïng xuÊt ph¸t tõ C ®Õn T. Trong khi ®ã,

ΔE(BCDT) = ΔE(BC) + ΔE(CDT) ; ΔE(BCGT) = ΔE(BC) + ΔE(CGT) ; Suy ra:

ΔE(CDT) > ΔE(CGT).

T−¬ng quan cuèi cïng nhËn ®−îc l¹i kh«ng ®óng víi kÕt qu¶ ®· tÝnh to¸n, bëi ®iÖn n¨ng cña tÊt çc çc quü ®¹o xuÊt ph¸t tõ C ®· ®−îc so s¸nh ®Çy ®ñ vμ chän ra quü ®¹o CGT cã trÞ sè ®iÖn n¨ng lín nhÊt (vμ vÏ thμnh nÐt liÒn). M©u thuÉn nμy tån t¹i ®èi víi mäi quü ®¹o gi¶ thiÕt lμ tèi −u nh−ng kh«ng n»m trong sè M quü ®¹o ®· chän ban ®Çu (chøng minh t−¬ng tù), nghÜa lμ quü ®¹o tèi −u chØ cã thÓ lμ BEFT. Do vÞ trÝ B cña quü ®¹o tèi −u ®i tõ ®Çu qu¸ tr×nh ®Õn thêi ®iÓm tN-3 còng chØ lμ gi¶ thiÕt. Ta ph¶i tÝnh thªm t−¬ng tù cho M-1 møc n−íc kh¸c cßn l¹i vμ chän ra M ph−¬ng ¸n tèi −u vμ ®¸nh dÊu b»ng ®−êng nÐt liÒn (trªn h×nh kh«ng vÏ). Çch thùc hiÖn t−¬ng tù cã thÓ tiÕp tôc cho ®Õn tËn thêi ®iÓm t1 vμ nhËn ®−îc M ®−êng nÐt liÒn kÐo dμi tõ T. Cuèi cïng, tõ t0 vÏ çc tia nèi ®iÓm O duy nhÊt víi çc ®−êng nÐt liÒn ta cã M quü ®¹o. So s¸nh ®iÖn n¨ng cña M quü ®¹o nμy ta nhËn ®−îc quü ®¹o tèi −u toμn côc (c¶ qu¸ tr×nh). DÔ nhËn thÊy r»ng mçi b−íc lïi vÒ phÝa ®Çu qu¸ tr×nh ®Òu chØ cÇn so s¸nh M2 ph−¬ng ¸n quü ®¹o. C¶ qu¸ tr×nh cÇn so s¸nh N.M2 ph−¬ng ¸n, Ýt h¬n nhiÒu so víi MN ph−¬ng ¸n tæng céng. ThuËt to¸n vÉn cho phÐp nhËn ®−îc lêi gi¶i tèi −u toμn côc. §ã chÝnh lμ −u ®iÓm cña thuËt to¸n QH§. Khi thùc hiÖn tÝnh to¸n b»ng m¸y, sau mçi b−íc thùc hiÖn cÇn ghi l¹i M quü ®¹o tèi −u víi çc l−îng ®iÖn n¨ng t−¬ng øng. §Ó so s¸nh M quü ®¹o ë b−íc tiÕp theo ta chØ cÇn céng thªm ®iÖn n¨ng cña ®o¹n quü ®¹o kÐo dμi. Ng−êi ta còng thiÕt lËp çc biÓu thøc chung ®Ó tÝnh ®iÖn n¨ng cho mçi ®o¹n nhá quü ®¹o nh− sau. Gi¶ thiÕt ®o¹n nhá xuÊt ph¸t tõ thêi ®iÓm ti-1 víi møc n−íc ZR ®Õn møc n−íc ZS ë thêi ®iÓm ti. - Dùa vμo ®Æc tÝnh thÓ tÝch cña hå ta tÝnh ®−îc thÓ tÝch n−íc trong hå t−¬ng øng t¹i ti-1 vμ ti lμ Vi-1 vμ Vi. Tõ ®ã ta tÝnh ®−îc ΔVi = Vi-Vi-1 . - ThÓ tÝch n−íc x¶ ®−îc x¸c ®Þnh theo l−îng n−íc thõa trong Δti :

ΔWth = (QSi-QTmax). Δti - ΔVi. ΔWX = Wth khi Wth > 0 .

(9)

Trong tr−êng hîp nμy çc tæ m¸y ®−îc x¸c ®Þnh lμ vËn hμnh tèi ®a víi l−u l−îng n−íc b»ng QTmax.

- Khi l−îng n−íc x¶ b»ng 0 (Wth cã gi¸ trÞ ©m), l−u l−îng n−íc vËn hμnh (trung b×nh) trong Δti ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n−íc (3.6) :

Qi = (Qsi − Qri − Qtli ) −

ΔVi Δt i

(10)

- TÝnh møc n−íc th−îng l−u trung b×nh trong kho¶ng thêi gian Δt i : Z=

Z i + Z i −1 . 2

Ng−êi ta cßn hay tÝnh møc n−íc th−îng l−u trung b×nh theo ®Æc tÝnh thÓ tÝch (®−îc coi lμ cã xÊp xØ tèt h¬n). Tr−íc hÕt tÝnh: Vtb =

Vi + Vi −1 , sau ®ã tõ ®Æc tÝnh thÓ tÝch 2

x¸c ®Þnh møc n−íc th−îng l−u Z (còng mang ý nghÜa trung b×nh). - X¸c ®Þnh møc n−íc h¹ l−u trung b×nh theo ®Æc tÝnh møc n−íc h¹ l−u: Zhl =

ψ(Q+Qx) ; - X¸c ®Þnh tæn thÊt cét n−íc: ΔH = ξ(Qi) . TÝnh c«ng suÊt ph¸t (trung b×nh) cña NMT§ trong Δt i :

PT§i = 9,81.η.(Z - Zhl - ΔH).Qi .

(11)

- L−îng ®iÖn n¨ng s¶n xuÊt ra trong Δt i :

ΔEi = PT§i. Δti . Thñ tôc trªn ®óng cho mäi ®o¹n quü ®¹o nhá nªn rÊt thuËn lîi trong çc tÝnh to¸n b»ng ch−¬ng tr×nh. Còng cÇn nãi thªm lμ, thuËt to¸n tr×nh bÇy trªn chñ yÕu cã ý nghÜa minh häa ph−¬ng ph¸p, trong ®ã ®· cã nh÷ng gi¶ thiÕt ®¬n gi¶n hãa. Khi ¸p dông thùc tÕ, tïy theo ®Æc ®iÓm cña nhμ m¸y vμ hÖ thèng cÇn bæ sung hoÆc thay ®æi m« h×nh bμi to¸n cho thÝch hîp. VÝ dô, cÇn xÐt ®Õn ®Çy ®ñ çc giíi h¹n vËn hμnh mμ trong m« h×nh võa nªu míi chØ xÐt duy nhÊt møc n−íc trong hå ë d¹ng ®¬n gi¶n nhÊt (ch−a kÓ ®Õn yªu cÇu cña ®iÒu tiÕt lò). Cuèi mïa c¹n kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i ®iÒu tiÕt hå xuèng møc n−íc chÕt (møc n−íc cuèi trë thμnh biÕn tù do cã thÓ lùa chän), kÓ c¶ l−îng n−íc x¶ còng kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i tÝnh víi lóc vËn hμnh cùc ®¹i çc tæ m¸y.

Khi ®ã thuËt to¸n x¸c ®Þnh gi¸ trÞ ΔEi vμ s¬ ®å lùa chän quü ®¹o sÏ phøc t¹p h¬n, tuy vÉn dùa trªn nguyªn lý tèi −u cña Belman. 2. Ph−¬ng ph¸p quy ho¹ch phi tuyÕn (QHPT) §Ó gi¶i bμi to¸n ®iÒu tiÕt dμi h¹n dßng ch¶y theo ph−¬ng ph¸p QHPT cÇn thiÕt ph¶i rêi r¹c hãa biÕn thêi gian. Çc biÕn cßn l¹i ®−îc x¸c ®Þnh t¹i çc ®iÓm chia tÝnh to¸n (cã thÓ nhËn mäi gi¸ trÞ trong ph¹m vi cã thÓ). Nh− vËy vÉn sö dông m« h×nh hμm môc tiªu (5), ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n−íc d¹ng (6) vμ (7), nh−ng møc n−íc cã thÓ biªn thiªn liªn tôc. H·y xÐt kü h¬n vÒ çc biÕn ®éc lËp cña bμi to¸n. Gi¶ thiÕt kho¶ng thêi gian còng ®−îc chia ra lμm N kho¶ng t¹i çc ®iÓm chia t0 = 0, t1, t2, ..., tN=T. Nh− vËy møc n−íc th−îng l−u trong hå t¹i N thêi ®iÓm cã thÓ coi lμ çc biÕn ®éc lËp. Møc n−íc hå ban ®Çu Z0 cã thÓ coi lμ ®· biÕt nÕu tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt nèi theo chuçi l−u l−îng n−íc tõng n¨m, nÕu tÝnh theo chu kú thñy v¨n ®iÓn h×nh cã thÓ coi Z0 = ZN. NghÜa lμ lu«n cã N m−íc n−íc cÇn t×m. Còng nh− trong ph−¬ng ph¸p QH§, l−u l−îng n−íc x¶ cã thÓ coi lμ phô thuéc (tÝnh víi QTmax) hay ®éc lËp. Trong tr−êng hîp coi lμ biÕn ®éc lËp sè biÕn cña bμi to¸n t¨ng lªn ®¸ng kÓ (thªm N biÕn), trong khi lêi gi¶i tèi −u nhËn ®−îc kh«ng kh¸c nhiÒu so víi tr−êng hîp tÝnh phô thuéc vμo QTmax. Nh− vËy trong tr−êng hîp chung, hμm môc tiªu (5) chøa 2N biÕn ®éc lËp: ET§(Z1, Z2, ..., ZN, Q1, Q2, ..., QN) → max . Khi chÊp nhËn rμng buéc (9) hμm chØ cßn N biÕn møc n−íc. ChÊp nhËn thªm m−íc n−íc ë cuèi mïa c¹n: Z0 = ZN = Zch ta cã N-1 biÕn ®éc lËp. Çc biÕn trung gian ®−îc ®−a vμo hμm môc tiªu vμ çc rμng buéc nh»m lμm ®¬n gi¶n biÓu thøc hμm . a. Hµm môc tiªu: Sö dông (11) ta cã biÓu thøc cô thÓ h¬n cña hμm môc tiªu: N

ETD = ∑ 9,81.η .Δt i .( Z tb i − Z hl i − ΔH i ).Qi → max i =1

Çc ®¹i l−îng trong hμm môc tiªu ®Òu lμ trÞ sè trung b×nh trong kho¶ng . b. Çc rµng buéc: - Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n−íc cho mçi kho¶ng:

(12)

V i − V i −1 = ( Q si − Q i − Q xi − Q ri − Q tli ) Δ t i

(13)

- Çc quan hÖ hμm tÝnh to¸n cho çc ®¹i l−îng trong mçi kho¶ng i : + Møc n−íc th−îng l−u trung b×nh: Ztb i = 0,5.(Zi+Zi-1) ; + §Æc tÝnh thÓ tÝch:

Vi = f(Zi) ;

+ §Æc tÝnh møc n−íc h¹ l−u:

Zhl i = ψ(Qi+Qxi) ;

+ §Æc tÝnh tæn thÊt cét n−íc:

ΔHi = ξ(Qi) ;

+ §Æc tÝnh hiÖu suÊt :

ηi = χ(Qi,Hi) ;

(14)

- Çc giíi h¹n : + Møc n−íc th−îng l−u:

Zmin(ti) ≤ Zi ≤ Zmax(ti) ;

+ L−u l−îng vËn hμnh tèi thiÓu:

Qmin i ≤ Qi ≤ Qmax i .

+ Giíi h¹n ®iÖn n¨ng cung cÊp :

Emin ti ≤ ΔEti ≤ Emax ti

(15)

ΔEti = 9,81.η. Δti .(Ztb i - Zhl - ΔHi).Qi . Çc rμng buéc (13) - (15) t−¬ng øng víi i = 1, 2, ..., N. §Ó ¸p dông çc ph−¬ng ph¸p gi¶i QHPT (vÝ dô thuËt to¸n gradien) ng−êi ta th−êng xÊp xØ çc hμm thùc nghiÖm f, ψ, ξ, χ b»ng biÓu thøc gi¶i tÝch (hiÖu suÊt η cßn ®−îc coi lμ h»ng sè). ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p QHPT lμ cã m« t¶ to¸n häc ®¬n gi¶n. Nh−îc ®iÓm chung lμ cã kh¶ n¨ng kh«ng héi tô ®Õn lêi gi¶i hoÆc chØ nhËn ®−îc lêi gi¶i tèi −u côc bé. Tuy nhiªn víi bμi to¸n ®iÒu tiÕt dμi h¹n dßng ch¶y, çc quan hÖ hμm kh«ng phøc t¹p l¾m nªn nh−îc ®iÓm trªn Ýt g©y khã kh¨n trong çc tÝnh to¸n øng dông.

Ch−¬ng 5 chÕ ®é lμm viÖc ngμy cña nhμ m¸y thñy ®iÖn trong hÖ thèng ®iÖn (®iÒu tiÕt ng¾n h¹n) 5.1. Kh¸i niÖm chung

1. Khi thùc hiÖn ®iÒu tiÕt dμi h¹n dßng ch¶y kÕt qu¶ nhËn ®−îc chØ lμ trÞ sè l−u l−îng n−íc vËn hμnh tèi −u ë trong nh÷ng kho¶ng thêi gian t−¬ng ®èi dμi (th−êng tõ mét tuÇn trë lªn). §ã lμ v× ®é tin cËy cña çc sè liÖu ®Çu vμo còng nh− ®é chÝnh x¸c cña lêi gi¶i kh«ng cho phÐp tÝnh to¸n chi tiÕt h¬n. H¬n n÷a, ®iÒu tiÕt dμi h¹n vμ ng¾n h¹n kh¸c nhau h¼n vÒ môc tiªu, kh«ng thÓ nhËp chung trong mét m« h×nh bμi to¸n ®Ó gi¶i. Tuy nhiªn, hai bμi to¸n ®−îc thùc hiÖn trªn cïng thêi gian (xÐt víi nh÷ng kho¶ng thêi gian ng¾n), nªn ph¶i cã nh÷ng quan hÖ nhÊt ®Þnh. DÔ thÊy lμ, nÕu bμi to¸n ®iÒu tiÕt ng¾n h¹n ®−îc thùc hiÖn sau th× ph¶i ®¶m b¶o gi÷ nguyªn trÞ sè l−u l−îng n−íc trung b×nh tèi −u ®· x¸c ®Þnh ®−îc cña bμi to¸n ®iÒu tiÕt dμi h¹n vμ kh«ng lμm ph¸t sinh thªm l−u l−îng n−íc x¶. §iÒu kiÖn nμy cã thÓ dÔ dμng ®¶m b¶o ®−îc trong mïa c¹n, bëi hå cßn v¬i, cã thÓ d©ng n−íc lªn cao thªm (do gi¶m c«ng suÊt vμo giê thÊp ®iÓm) råi l¹i h¹ xuèng ngay trong ngμy (sö dông n−íc hå ®Ó ph¸t t¨ng c−êng trong giê cao ®iÓm). §èi víi çc NMT§ cã hå nhá, kh«ng cã kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt n¨m th× ®iÒu kiÖn ®Æt ra lμ sö dông hÕt (hoÆc tèi ®a) l−îng n−íc ®Õn trong ngμy, trong khi tËn dông thÓ tÝch hå ®Ó ®iÒu tiÕt ng¾n h¹n. 2. Bμi to¸n ®iÒu tiÕt ng¾n h¹n ®−îc ¸p dông phæ biÕn nhÊt lμ ®iÒu tiÕt ngμy. Khi ®ã thùc chÊt cña bμi to¸n lμ x¸c ®Þnh biÓu ®å ph¸t c«ng suÊt ngμy tèi −u cña NMT§ ®ang lμm viÖc trong hÖ thèng. Thùc ra ®©y lμ bμi to¸n ®· ®−îc ®Æt ra d−íi d¹ng chung: ph©n bè tèi −u c«ng suÊt cho çc NM§ trong HT§ hçn hîp thñy nhiÖt ®iÖn (xÐt víi chu kú ng¾n h¹n - mét ngμy ®ªm). Tuy nhiªn víi mçi NMT§ bμi to¸n vÉn ®−îc quan t©m xÐt riªng bëi çc lý do sau: - BiÓu ®å ph¸t c«ng suÊt tèi −u cña NMT§ cã nh÷ng ®Æc tr−ng riªng vÒ hå chøa (rÊt khã ®−a vμo bμi to¸n chung) cÇn ®−îc xÐt ®Õn khi vËn hμnh. VÝ dô, cÇn xÐt ®Õn ®iÒu kiÖn giíi h¹n vÒ dung tÝch hå, ¶nh h−ëng biÕn ®éng cña møc n−íc th−îng l−u, h¹ l−u ®Õn cét n−íc...

- Trong nhiÒu tr−êng hîp, do ®Æc thï hÖ thèng vμ ph−¬ng ph¸p gi¶i, ë bμi to¸n chung ng−êi ta chØ x©y dùng biÓu ®å ph¸t c«ng suÊt tèi −u cho tõng NMN§. Çc NMT§ ®−îc nhËn mét phÇn biÓu ®å chung vμ tù ph©n chia néi bé. 3. Theo çch nh×n tæng qu¸t, bμi to¸n ph©n bè tèi −u c«ng suÊt cho çc NM§ cã thÓ ®−îc hiÓu nh− bμi to¸n ph©n chia biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng (cã kÓ ®Õn tæn thÊt) cho tõng NM§. Yªu cÇu vÒ c©n b»ng c«ng suÊt vμ ®iÖn n¨ng trong hÖ thèng ®−îc thÓ hiÖn nh− lμ sù trïng khÝt cña tæng biÓu ®å c«ng suÊt ph¸t víi biÓu ®å phô t¶i hÖ thèng. TÝnh tèi −u ®−îc thÓ hiÖn bëi h×nh d¹ng vμ vÞ trÝ cña biÓu ®å cña mçi NM§. Còng theo mét çch nh×n s¬ bé (nh−ng rÊt cã ý nghÜa) th× biÓu ®å ph¸t c«ng suÊt cña çc NMN§ cμng b»ng ph¼ng cμng tèt, nhÊt lμ nh÷ng nhμ m¸y Ýt cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh vμ hiÖu suÊt gi¶m nhiÒu ra ngoμi vïng lμm viÖc kinh tÕ. Víi çc NMT§ th× biÓu ®å cÇn lùa chän tïy thuéc theo mïa. Mïa c¹n hå v¬i, cã Ýt n−íc ®Ó sö dông, biÓu ®å cã thÓ thay ®æi tïy ý nªn −u tiªn lμm viÖc thay ®æi gièng nh− phÇn ngän cña biÓu ®å. Mïa n−íc, çc NMT§ cÇn vËn hμnh th−êng xuyªn víi c«ng suÊt lín (thËm chÝ, ®Çy t¶i 24/24 giê) nh»m gi¶m tèi ®a l−îng n−íc x¶. Nh− vËy phÇn cè ®Þnh cña nã chØ cã thÓ chän ë ®¸y cña biÓu ®å phô t¶i tæng. Nãi kh¸c ®i vÒ mïa lò NMT§ cÇn nhËn biÓu ®å ë vÞ trÝ thÊp. Tuy nhiªn do kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt tèt cña NMT§ (Ýt ¶nh h−ëng hiÖu suÊt) biÓu ®å cña mçi nhμ m¸y lu«n lu«n ®−îc coi lμ n»m ë vÞ trÝ cμng cao cμng tèt trong biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng. Khi thùc hiÖn tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt riªng cho çc NMT§ (®iÒu tiÕt ngμy) theo çc ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n ng−êi ta cßn coi çc ®iÒu kiÖn trªn chÝnh lμ tiªu chuÈn ®Ó x©y dùng biÓu ®å c«ng suÊt ph¸t tèi −u vμo hÖ thèng. 5.2. §−êng cong n¨ng l−îng

Phôc vô môc ®Ých x©y dùng biÓu ®å c«ng suÊt vËn hμnh cho NMT§ ng−êi ta th−êng x©y dùng mét ®−êng cong bªn c¹nh biÓu ®å c«ng suÊt phô t¶i tæng hÖ thèng, gäi lμ ®−êng cong n¨ng l−îng. §−êng cong ®−îc x©y dùng nh− sau. - XuÊt ph¸t tõ ®Ønh cña biÓu ®å c«ng suÊt vÏ mét ®−êng th¼ng n»m ngang. §−êng th¼ng nμy sÏ ®−îc dïng lμm trôc täa ®é tÝnh l−îng ®iÖn n¨ng (MWh).

- Sö dông çc ®−êng th¼ng n»m ngang chia biÓu ®å thμnh nh÷ng d¶i hÑp. Çc ®−êng th¼ng ®−îc ®Æt çch nhau nh÷ng bËc c«ng suÊt ®ñ nhá (so víi c«ng suÊt lín nhÊt cña biÓu ®å), ký hiÖu lμ ΔP1, ΔP2, ΔP3, ..., ΔPn. - TÝnh diÖn tÝch cña tõng d¶i hÑp biÓu ®å (trong ®¬n vÞ MWh). §ã còng chÝnh lμ nh÷ng phÇn ®iÖn n¨ng t−¬ng øng cña çc d¶i hÑp, ký hiÖu lμ ΔE1, ΔE2, ΔE3, ..., ΔEn.

P

MW

ΔE1 ΔE2 ΔE3

ΔP1

ΔE

ΔE1

E MWh

ΔE2

ΔP2 ΔP3

ΔE3

ΔE

ET§ t 0

24

h

H×nh 5.1

Dùa vμo çc cÆp sè (ΔP1,ΔE1), (ΔP2,ΔE2), (ΔP3,ΔE3), ..., (ΔPn,ΔEn) vÏ ®−îc täa ®é cña çc ®iÓm t−¬ng øng trªn ®−êng cong n¨ng l−îng. Nèi chóng l¹i ta ®−îc toμn bé ®−êng cong (h×nh 5.1). Víi ®−êng cong n¨ng l−îng ta dÔ dμng x¸c ®Þnh ®−îc l−îng ®iÖn n¨ng ΔE cña mét phÇn bÊt kú biÓu ®å n»m giíi h¹n gi÷a 2 ®o¹n th¼ng n»m ngang, ng−îc l¹i cã thÓ c¾t phÇn biÓu ®å t−¬ng øng víi l−îng ®iÖn n¨ng cho tr−íc (xem h×nh vÏ). §ã còng chÝnh lμ nh÷ng thao t¸c x¸c ®Þnh biÓu ®å c«ng suÊt vËn hμnh ngμy cña NMT§ theo ph−¬ng ph¸p ®å thÞ.

5.3. ph−¬ng ph¸p ®å thÞ x©y dùng biÓu ®å c«ng suÊt vËn hµnh ngµy cña nhµ m¸y thñy ®iÖn lµm viÖc trong hÖ thèng

I. Bµi to¸n Çc sè liÖu cÇn ®−îc cho tr−íc gåm: - BiÓu ®å phô t¶i tæng cña hÖ thèng (®−îc dù b¸o trong ph¹m vi mét ngμy ®ªm); - L−u l−îng n−íc trung b×nh (Qtb) vμ cét n−íc trung b×nh (Htb) tèi −u, ®· x¸c ®Þnh ®−îc tõ lêi gi¶i cña bμi to¸n ®iÒu tiÕt dμi h¹n; - C«ng suÊt lín nhÊt cã thÓ vËn hμnh cña NMT§ (Nkd); - Dung tÝch ®iÒu tiÕt ngμy cña hå (Vng). CÇn ph¶i x©y dùng biÓu ®å c«ng suÊt vËn hμnh ngμy (PT§(t)) cña NMT§ sao cho gi¶m ®−îc chi phÝ vËn hμnh cña hÖ thèng xuèng møc thÊp nhÊt. Nh− ®· nãi trªn, tiªu chuÈn tèi −u ë ®©y ®−îc hiÓu theo ý nghÜa t×m vÞ trÝ cao nhÊt cho biÓu ®å NMT§ trong biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng. Nhμ m¸y ph¶i ®¶m b¶o sö dông hÕt l−îng n−íc trong ngμy, tÝnh theo lêi gi¶i cña bμi to¸n ®iÒu tiÕt dμi h¹n. II. Ph−¬ng ph¸p gi¶i Bμi to¸n ®−îc gi¶i theo ph−¬ng ph¸p ®å thÞ, sö dông ®−êng cong n¨ng l−îng. CÇn chia ra çc tr−êng hîp kh¸c nhau tïy thuéc vμo t−¬ng quan l−îng n−íc víi dung tÝch hå vμ c«ng suÊt ®Æt (hay c«ng suÊt kh¶ dông) cña NMT§. 1. Tr−êng hîp NMT§ kh«ng bÞ giíi h¹n vÒ dung tÝch hå vµ c«ng suÊt nhµ m¸y §ã lμ tr−êng hîp tÝnh to¸n cho mïa c¹n, khi l−îng n−íc dßng ch¶y rÊt Ýt, hå v¬i, cã thÓ ®¶m b¶o tháa m·n chÕ ®é ®iÒu tiÕt tèi −u kh«ng h¹n chÕ. Çc b−íc thùc hiÖn nh− sau: - §Çu tiªn, víi biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng ®· cho, x©y dùng ®−êng cong n¨ng l−îng (theo ph−¬ng ph¸p trong môc 5.2). - TiÕp theo, tÝnh l−îng ®iÖn n¨ng cã thÓ s¶n xuÊt ra trong mét ngμy ®ªm cña NMT§. Víi gi¶ thiÕt tæn thÊt do ®iÓu chØnh lμ bÐ cã thÓ bá qua (xem phÇn sau), ta cã thÓ tÝnh l−îng ®iÖn n¨ng nμy theo çc gi¸ trÞ trung b×nh (nh− kh«ng ®iÒu chØnh): ET§ = 24. Ptb = 24. 9,81.η. Htb.Qtb = 9,81.η. Htb.Wng ë ®©y, còng ký hiÖu Wng = 24.Qtb lμ l−îng n−íc ®−îc phÐp sö dông trong ngμy.

Nh− vËy, l−îng ®iÖn n¨ng tÝnh ®−îc theo c«ng thøc trªn còng chÝnh lμ l−îng ®iÖn n¨ng cÇn ph¸i ph¸t trong ngμy ®èi víi nhμ m¸y, theo yªu cÇu cña ®iÒu tiÕt dμi h¹n. - BiÓu ®å vËn hμnh cña NMT§ ®−îc x©y dùng b»ng çch x¸c ®Þnh phÇn ngän cña biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng t−¬ng øng víi diÖn tÝch b»ng ET§.

P MW

0

ET§

E MWh

E®t

ET§

Nkd P MW

Nkd

Pmax E®t Ptb

t

t 0

24

h

a)

0

t1

t2

24 h

b) H×nh 5.2

Khi ®· cã ®−êng cong n¨ng l−îng th× viÖc x¸c ®Þnh phÇn biÓu ®å nh− vËy rÊt ®¬n gi¶n: chØ cÇn ®Æt ®o¹n cã chiÒu dμi b»ng ET§ trªn trôc n¨ng l−îng (tÝnh tõ ®iÓm gèc 0), dãng xuèng ®−êng cong n¨ng l−îng, råi dãng ngang sang biÓu ®å (h×nh 5,2,a). DÔ nhËn thÊy, trong tr−êng hîp nμy, viÖc lùa chän biÓu ®å c«ng suÊt vËn hμnh cho NMT§ (h×nh 5.2,b) theo çch nªu trªn lμ hîp lý. Tr−íc hÕt biÓu ®å ®¶m b¶o sö dông võa ®óng l−îng n−íc ®· cho (x¸c ®Þnh theo lêi gi¶i bμi to¸n ®iÒu tiÕt dμi h¹n). Cã thÓ kh¼ng ®Þnh ®iÒu nμy v× l−îng ®iÖn n¨ng s¶n xuÊt ra trong ngμy ®óng b»ng ET§ (®· ®−îc tÝnh theo l−îng n−íc). BiÓu ®å chiÕm vÞ trÝ cao nhÊt trªn phÇn ngän cña biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng, nªn phÇn biÓu ®å cßn l¹i b»ng ph¼ng, ®¶m b¶o cho çc NMN§ lμm viÖc víi hiÖu suÊt cao, gi¶m ®−îc chi phÝ nhiªn liÖu (t−¬ng øng víi môc tiªu cña ®iÒu tiÕt ng¾n h¹n). Ngoμi ra, çch lùa chän biÓu ®å nh− trªn cßn cho phÐp NMT§ tham gia tèi ®a vμo c©n b»ng c«ng suÊt hÖ thèng giê cao ®iÓm (cßn gäi lμ phñ ®Ønh biÓu ®å phô t¶i).

Tuy nhiªn biÓu ®å x©y dùng nh− trªn còng chØ cã thÓ vËn hμnh ®−îc nÕu kh«ng vi ph¹m çc giíi h¹n vÒ c«ng suÊt ph¸t vμ dung tÝch ®iÒu tiÕt cña hå (nh− ®· gi¶ thiÕt). CÇn kiÓm tra l¹i çc ®iÒu kiÖn sau: Pmax ≤ Nkd ; W®t ≤ Vng . Trong ®ã, Pmax - lμ trÞ sè c«ng suÊt ph¸t lín nhÊt theo biÓu ®å; W®t - lμ thÓ tÝch n−íc lín nhÊt cÇn tÝch vμo hoÆc lÊy ra tõ hå chøa trong ph¹m vi mét ngμy ®ªm. Wng - Dung tiÕt ngμy cña NMT§ t¹i thêi gian tÝnh to¸n (x¸c ®Þnh theo møc n−íc trung b×nh trong hå vμ ®Æc tÝnh thÓ tÝch). TrÞ sè Pmax cã thÓ x¸c ®Þnh trùc tiÕp tõ biÓu ®å (sau ®ã so s¸nh víi Nkd ®Ó kiÓm tra ®iÒu kiÖn). TrÞ sè W®t cÇn ph¶i x¸c ®Þnh qua çc c«ng thøc tÝnh to¸n. Gi¶ thiÕt ®−êng c«ng suÊt trung b×nh c¾t biÓu ®å t¹i çc thêi ®iÓm t1 vμ t2. C«ng suÊt nμy t−¬ng øng víi l−u l−îng n−íc vËn hμnh kh«ng ®æi b»ng Qtb. Nh− vËy, theo biÓu ®å vËn hμnh, trong çc kho¶ng thêi gian tõ 0 ®Õn t1 vμ tõ t2 ®Õn 24 giê n−íc ®−îc tÝch vμo hå (l−u l−îng n−íc vËn hμnh nhá h¬n Qtb), cßn tõ t1 ®Õn t2 n−íc ®−îc lÊy ra ®Ó ph¸t n©ng cao c«ng suÊt. L−îng n−íc tÝch vμo vμ lÊy ra b»ng nhau (b»ng W®t), ta tÝnh ®−îc: t2

Wdt = ∫ (Q − Qtb )dt t1

t2 1 ≈ ( PTD − Ptb )dt 9,81.η .H tb t∫1 1 = E dt . 9,81.η .H tb

Trong ®ã, ký hiÖu E®t lμ l−îng ®iÖn n¨ng t−¬ng øng víi phÇn ngän biÓu ®å (phÇn n»m bªn trªn trÞ sè c«ng suÊt trung b×nh). L−îng ®iÖn n¨ng nμy cã thÓ tÝnh trùc tiÕp theo diÖn tÝch phÇn ngän biÓu ®å hoÆc tÝnh theo ®−êng cong n¨ng l−îng (h×nh 5.2,a), thay vμo biÓu thøc trªn ta tÝnh ®−îc W®t. So s¸nh W®t víi Vhi ®Ó kiÓm tra ®iÒu kiÖn giíi h¹n vÒ dung tÝch hå. NÕu cã ®iÒu kiÖn nμo ®ã kh«ng tháa m·n, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh l¹i biÓu ®å ®Ó tÝnh ®Õn ®iÒu kiÖn nμy.

2. Tr−êng hîp NMT§ bÞ giíi h¹n vÒ c«ng suÊt ph¸t, dung tÝch hå chøa ®ñ lín §©y cã thÓ lμ tr−êng hîp tÝnh to¸n cho mïa n−íc trung b×nh. Hå cã dung tÝch lín, ®ñ ®Ó cã thÓ tËp trung toμn bé l−îng n−íc phñ ®Ønh biÓu ®å phô t¶i nh− tr−êng hîp trªn. Tuy nhiªn, víi l−îng n−íc nhiÒu h¬n, ®Ønh nhän cña biÓu ®å phô t¶i cã thÓ lμm cho nhμ m¸y kh«ng ®¸p øng giíi h¹n vÒ c«ng suÊt ph¸t. §Ó tr¸nh x¶y ra kh¶ n¨ng nμy cÇn ph¶i giíi h¹n chiÒu cao phÇn ngän cña biÓu ®å. §ã lμ phÇn c«ng suÊt ph¸t lªn trªn trÞ sè c«ng suÊt trung b×nh, tham gia phñ ®Ønh biÓu ®å phô t¶i. PhÇn cßn l¹i cña biÓu ®å (gäi lμ phÇn gèc) ®−îc lùa chän sao cho sö dông hÕt l−îng n−íc cßn l¹i.

P MW

0 E®t

E MW h

E®t

P®

ET§-E®t P MW

Ptb

Pmax

ET§-E®t

P®t

E®t

N®

Ptb

t

t 0

24

h

a)

0

24 h

b) H×nh 5.3

Gi¶ thiÕt c«ng suÊt tèi ®a cã thÓ ph¸t cña nhμ m¸y lμ Nkd (cßn gäi lμ c«ng suÊt kh¶ dông), trÞ sè cã thÓ b»ng c«ng suÊt ®Æt N® hoÆc nhá h¬n (bÞ gi¶m do ®iÒu kiÖn kü thuËt hoÆc do yªu cÇu hÖ thèng). C«ng suÊt trung b×nh tÝnh ®−îc theo l−îng n−íc: Ptb = 9,81.η. Htb.Qtb . Khi ®ã c«ng suÊt ®Ønh (do ®iÒu tiÕt) : P® = Nkd - Ptb. C«ng suÊt nμy x¸c ®Þnh phÇn ngän biÓu ®å c«ng suÊt NMT§ trªn ®Ønh cña biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng. PhÇn ngän cã l−îng ®iÖn n¨ng t−¬ng øng (ký kiÖu lμ E®t) cã thÓ tÝnh ®−îc nhê ®−êng cong n¨ng l−îng (h×nh 5.3,a).

PhÇn gèc cña biÓu ®å ®−îc x©y dùng b»ng çch sö dông mét tam gi¸c vu«ng cã c¹nh gãc vu«ng n»m ngang chiÒu dμi b»ng ET§-E®t, c¹nh gãc vu«ng th¼ng ®øng b»ng Ptb. DÞch chuyÓn tam gi¸c vu«ng däc theo ®−êng cong n¨ng l−îng (gi÷ nguyªn ph−¬ng cña çc c¹nh) sao cho cã mét ®Ønh cña c¹nh huyÒn tr−ît theo ®−êng cong. VÞ trÝ mμ c¶ hai ®Ønh thuéc c¹nh huyÒn cïng n»m trªn ®−êng cong n¨ng l−îng sÏ x¸c ®Þnh phÇn gèc biÓu ®å (dãng 2 ®Ønh c¹nh huyÒn sang biÓu ®å ®Ó cã çc giíi h¹n trªn vμ d−íi - h×nh 5.3,a). BiÓu ®å võa x©y dùng ®−îc (h×nh 5.3,b) tháa m·n ®iÒu kiÖn sö dông ®óng l−îng n−íc ®· cho, bëi l−îng ®iÖn s¶n suÊt ra (t−¬ng øng víi diÖn tÝch biÓu ®å) b»ng ET§. BiÓu ®å còng ®· n»m ë çc vÞ trÝ cao nhÊt cã thÓ ®−îc trong biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng. Víi çch x©y dùng nh− trªn, ®iÒu kiÖn giíi h¹n vÒ c«ng suÊt sÏ lu«n lu«n tháa m·n, bëi Pmax = P® +(N®-P®) = Nkd . ChØ cßn cÇn kiÓm tra ®iÒu kiÖn giíi h¹n vÒ dung tÝch hå. T−¬ng tù nh− tr−êng hîp tr−íc, ®iÒu kiÖn cÇn kiÓm tra lμ: W®t ≤ Vng. Trong ®ã W®t - lμ thÓ tÝch n−íc lín nhÊt cÇn tÝch vμo hoÆc lÊy ra tõ hå, trÞ sè cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc: wdt =

1 E dt , 9,81.η .H tb

víi E®t - lμ ®iÖn n¨ng phÇn ngän cña biÓu ®å ®· x¸c ®Þnh ®−îc. So s¸nh W®t víi Vng ®Ó kiÓm tra giíi h¹n vÒ dung tÝch hå. NÕu ®iÒu kiÖn kh«ng tháa m·n, cÇn ph¶i x©y dùng l¹i biÓu ®å cã xÐt ®Õn ®iÒu kiÖn nμy. Trong tr−êng hîp ®ang xÐt, ng−êi ta cßn hay x©y dùng biÓu ®å theo çch kh¸c (h×nh 5.4). §Ó khèng chÕ chiÒu cao biÓu ®å, ng−êi ta sö dông mét tam gi¸c vu«ng cã c¹nh gãc vu«ng th¼ng ®øng b»ng N® cßn c¹nh gãc vu«ng n»m ngang b»ng ET§. DÞch chuyÓn tam gi¸c vu«ng däc theo ®−êng cong n¨ng l−îng (gi÷ nguyªn ph−¬ng cña çc c¹nh) sao cho cã mét ®Ønh cña c¹nh huyÒn tr−ît theo ®−êng cong. VÞ trÝ mμ c¶ hai ®Ønh thuéc c¹nh huyÒn cïng n»m trªn ®−êng cong n¨ng l−îng sÏ x¸c ®Þnh biÓu ®å c«ng suÊt vËn hμnh cña NMT§ (h×nh 5.4,a). Tr−êng hîp nμy ®Ó kiÓm

tra ®iÒu kiÖn giíi h¹n vÒ dung tÝch hå, cÇn tÝnh W®t theo trÞ sè E®t tõ biÓu ®å ®· x©y dùng ®−îc (h×nh 5.4,b). BiÓu ®å nhËn ®−îc cã d¹ng ®¬n gi¶n h¬n (vÒ ph−¬ng diÖn sö dông ®Ó vËn hμnh), l¹i tËn dông ®−îc dung tÝch ®iÒu tiÕt cña hå. Tuy nhiªn, theo ý nghÜa "san b»ng" phÇn cßn l¹i cña biÓu ®å phô t¶i hÖ thèng th× hiÖu qu¶ ®iÒu tiÕt cã thÓ kÐm h¬n so víi çch x©y dùng tr−íc. Sai sè ®−îc coi lμ cho phÐp ®èi víi ph−¬ng ph¸p ®å thÞ. Thùc ra, xÐt theo gi¸ trÞ cùc tiÓu hμm môc tiªu cña bμi to¸n ®iÒu tiÕt ng¾n h¹n, d¹ng biÓu ®å vËn hμnh cña NMT§ cã thÓ kh¸c nhau nhiÒu, trong khi gi¸ trÞ hμm môc tiªu kh«ng kh¸c nhau ®¸ng kÓ (nhÊt lμ khi cã nhiÒu NMT§ cïng ph¸t c«ng suÊt trong mét khu vùc). Lóc ®ã yÕu tè vËn hμnh thuËn tiÖn (Ýt ph¶i ®iÒu chØnh), dÔ x©y dùng biÓu ®å... l¹i ®−îc coi lμ tiªu chuÈn quyÕt ®Þnh cho viÖc lùa chän (çc biÓu ®å t−¬ng ®−¬ng nhau vÒ mÆt hiÖu qu¶). P MW E

0

MW h

ET§ ET§ Nkd

P MW

Pmax E®t

Nkd

Ptb

t

t 0

24

h

a)

0

t1

t2 24 h

b) H×nh 5.4

Tõ çch x©y dùng biÓu ®å, còng nhËn thÊy r»ng víi cïng mét NMT§ víi dung tÝch hå chøa x¸c ®Þnh, l−îng n−íc dßng ch¶y cμng Ýt th× biÓu ®å n»m ë vÞ trÝ cμng cao trong biÓu ®å phô t¶i hÖ thèng (vμ ng−îc l¹i). Ng−êi ta còng nhËn xÐt thμnh quy t¾c chung lμ vÒ mïa c¹n NMT§ lμm viÖc ë chÕ ®é phñ ®Ønh cßn mïa lò NMT§ lμm viÖc ë chÕ ®é ch¹y ®¸y. ViÖc dÞch biÓu ®å xuèng vÞ trÝ thÊp (trong mïa n−íc) lμm cho diÖn tÝch biÓu ®å t¨ng lªn (t−¬ng øng víi l−îng n−íc sö dông nhiÒu h¬n)

nh»m tr¸nh l−îng n−íc x¶ thõa. TËn dông ®iÖn n¨ng thñy ®iÖn trong mïa n−íc (chi phÝ vËn hμnh rÊt thÊp) lu«n lu«n lμ ph−¬ng ¸n cã lîi h¬n cho x¶ thõa vμ ph¸t t¨ng c«ng suÊt nhiÖt ®iÖn (kÓ c¶ víi hiÖu suÊt cao). 3. Tr−êng hîp NMT§ cã h¹n chÕ vÒ dung tÝch hå, c«ng suÊt ph¸t ch−a ®Õn giíi h¹n §©y còng lμ tr−êng hîp tÝnh to¸n cho mïa n−íc trung b×nh, nh−ng nhμ m¸y cã dung tÝch hå nhá. Còng t−¬ng tù nh− khi bÞ giíi h¹n bëi c«ng suÊt ph¸t tèi ®a, tr−êng hîp nμy, biÓu ®å còng ®−îc coi gåm hai phÇn: phÇn ngän vμ phÇn gèc. PhÇn ngän lμ phÇn biÓu ®å n»m bªn trªn trÞ sè c«ng suÊt trung b×nh, sö dông l−îng n−íc b»ng W®t cña hå ®Ó ph¸t t¨ng c«ng suÊt, phñ ®Ønh cho biÓu ®å phô t¶i. PhÇn gèc - n»m d−íi trÞ sè c«ng suÊt trung b×nh, sö dông l−îng n−íc cßn l¹i (sau khi tÝch vμo hå l−îng n−íc b»ng W®t). Do thÓ tÝch hå nhá nªn ®Ó tËn dông tèi ®a kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt cña hå, phÇn ngän ®−îc x©y dùng sao cho W®t = Vng. MÆt kh¸c ta cã quan hÖ: wdt =

1 E dt . Suy ra: E®t = 9,82.η.Htb.Vhi. NghÜa lμ, 9,81.η .H tb

cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ®iÖn n¨ng cña phÇn ngän. Dùa vμo E®t , phÇn ngän ®−îc x©y dùng b»ng çch x¸c ®Þnh phÇn ®Ønh cao nhÊt cña biÓu ®å, t−¬ng øng víi diÖn tÝch b»ng E®t.

P MW

0 E®t

E MW h

E®t ET§-E®t

P MW

Ptb ET§-E®t

Pmax E®t

Ptb

t

t 0

24

h

a)

0

24 h

b) H×nh 5.5

PhÇn gèc cña biÓu ®å ®−îc x©y dùng b»ng çch sö dông mét tam gi¸c vu«ng cã c¹nh gãc vu«ng n»m ngang chiÒu dμi b»ng ET§ - E®t. c¹nh gãc vu«ng th¼ng ®øng b»ng Ptb. DÞch chuyÓn tam gi¸c theo ®−êng cong n¨ng l−îng, vÞ trÝ mμ c¶ hai ®Ønh thuéc c¹nh huyÒn cïng n»m trªn ®−êng cong sÏ x¸c ®Þnh phÇn gèc cña biÓu ®å (h×nh 5.5,a). BiÓu ®å c«ng suÊt vËn hμnh cña NMT§ nhËn ®−îc b»ng çch céng (t−¬ng øng theo thêi gian) hai phÇn nãi trªn (h×nh 5.5,b). Còng nh− çc tr−êng hîp tr−íc, vËn hμnh theo biÓu ®å th× l−îng ®iÖn n¨ng nhËn ®−îc trong mét ngμy ®ªm b»ng E = E®t+(ET§-E®t ) = ET§ (t−¬ng øng víi l−îng n−íc cho phÐp sö dông). PhÇn biÓu ®å phô t¶i hÖ thèng cßn l¹i còng t−¬ng øng víi kh¶ n¨ng ®−îc san b»ng tèi ®a - ®¶m b¶o tÝnh tèi −u theo môc tiªu ®iÒu tiÕt ng¾n h¹n. Trong tr−êng hîp nμy ®iÒu kiÖn giíi h¹n vÒ dung tÝch hå lu«n lu«n tháa m·n, bëi theo çch x©y dùng ta lu«n cã W®t = Vng. ChØ cßn cÇn kiÓm tra ®iÒu kiÖn giíi h¹n vÒ c«ng suÊt ph¸t Pmax ≤ Nkd. §iÒu kiÖn nμy dÔ dμng kiÓm tra ®−îc khi x©y dùng xong biÓu ®å, x¸c ®Þnh ®−îc trÞ sè Pmax. NÕu ®iÒu kiÖn kh«ng tháa m·n còng cÇn x©y dùng l¹i biÓu ®å. 4. Tr−êng hîp NMT§ bÞ giíi h¹n c¶ vÒ dung tÝch håvµ c«ng suÊt ph¸t Mïa n−íc to vμ trung b×nh, cã thÓ ph¶i xÐt ®Õn ®ång thêi çc giíi h¹n vÒ thÓ tÝch hå chøa vμ c«ng suÊt ph¸t. Çc tr−êng hîp 2 vμ 3 võa xÐt ë trªn, nÕu giíi h¹n kiÓm tra kh«ng tháa m·n th× sÏ ®−îc ®−a vÒ tr−êng hîp nμy. Còng cÇn nãi thªm lμ, trong gi÷a mïa lò, nãi chung NMT§ cÇn ®−îc lμm viÖc liªn tôc ë chÕ ®é giíi h¹n tèi ®a c¶ vÒ c«ng suÊt ph¸t vμ møc n−íc trong hå (theo môc tiªu ®iÒu tiÕt dμi h¹n). Khi ®ã bμi to¸n ®iÒu tiÕt ngμy kh«ng ®−îc ®Æt ra (biÓu ®å n»m trong phÇn ®¸y thÊp nhÊt cña biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng). Tuy nhiªn ngay khi l−îng n−íc yªu c©u sö dông kh«ng ph¶i lμ tèi ®a vμ hå cßn v¬i (Vng ≠ 0), cã thÓ tËn dông hå ®Ó ®ång thêi ®iÒu tiÕt ng¾n h¹n. §iÒu kiÖn ®iÒu tiÕt vÉn lμ tham gia tèi ®a vμo c«ng suÊt ®Ønh trong khi ®¶m b¶o sö dông hÕt l−îng n−íc tÝnh to¸n trong ngμy. Tõ çch tÝnh to¸n x©y dùng biÓu ®å cho tr−êng hîp chØ cã mét giíi h¹n (hoÆc vÒ c«ng suÊt hoÆc vÒ dung tÝch hå) nªu trªn, cã thÓ suy ra çch x©y dùng t−¬ng tù cho

tr−êng hîp cã c¶ 2 giíi h¹n. §Ó tháa m·n c¶ hai ®iÒu kiÖn th× ®iÖn n¨ng phÇn ngän ph¶i ®−îc giíi h¹n nhá h¬n hoÆc b»ng trÞ sè E®t tÝnh to¸n. Khi bÞ giíi h¹n vÒ c«ng suÊt, ®iÖn n¨ng E®t ®−îc tÝnh theo trÞ sè c«ng suÊt ®Ønh: P® = Nkd - Ptb , cßn theo giíi h¹n vÒ dung tÝch hå cÇn x¸c ®Þnh: E®t = 9,82.η.Htb.Vng. Gi¸ trÞ nhá h¬n cña E®t tÝnh ®−îc theo 2 ®iÒu kiÖn trªn ®−îc lÊy ®Ó x¸c ®Þnh phÇn ngän biÓu ®å. PhÇn gèc ®−îc x¸c ®Þnh theo l−îng ®iÖn n¨ng cßn l¹i hoμn toμn t−¬ng tù nh− 2 tr−êng hîp trªn. Tuy nhiªn, trong tr−êng hîp nμy ng−êi ta th−êng x©y dùng biÓu ®å ph¸t c«ng suÊt cho NMT§ theo çch kh¸c, nh»m tËn dông tèi ®· kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt cña hå: phÇn ngän ®−îc x©y dùng theo ®iÒu kiÖn: W®t = Vng.

P MW E

0 E®t

MW h

E®t N®-Ptb ET§-E®t

P MW

Ptb

Pmax

ET§-E®t

E®t

Ptb

t

t 0

24

h

0

a)

24 h

b) H×nh 5.6

T−¬ng tù tr−êng hîp trªn ta tÝnh ®−îc l−îng ®iÖn n¨ng phÇn ngän: E®t = 9,82.η.Htb.Vng. Dùa vμo trÞ sè E®t , phÇn ngän ®−îc x©y dùng b»ng çch sö dông mét tam gi¸c vu«ng cã c¹nh gãc vu«ng n»m ngang b»ng E®t, c¹nh gãc vu«ng th¼ng ®øng b»ng Nkd - Ptb. PhÇn gèc ®−îc x©y dùng b»ng çch sö dông mét tam gi¸c vu«ng kh¸c cã c¹nh gãc vu«ng n»m ngang chiÒu dμi b»ng ET§ - E®t, c¹nh gãc vu«ng th¼ng ®øng

b»ng Ptb. DÞch chuyÓn çc tam gi¸c vu«ng nãi trªn däc theo ®−êng cong n¨ng l−îng, cã thÓ t×m ®−îc vÞ trÝ phÇn ngän vμ phÇn gèc cña biÓu ®å (h×nh 5.6,a). BiÓu ®å tæng hîp c«ng suÊt vËn hμnh cña NMT§ nhËn ®−îc b»ng çch céng hai phÇn nãi trªn (h×nh 5.6,b). Trong tr−êng hîp nμy nÕu biÓu ®å ®· x©y dùng ®−îc th× çc ®iÒu kiÖn giíi h¹n lu«n tháa m·n. Ta cã Pmax = Nkd vμ W®t = Vng. BiÓu ®å cã thÓ kh«ng x©y dùng ®−îc khi chän sai tr−êng hîp tÝnh to¸n. Ch¼ng h¹n, khi dÞch chuyÓn çc tam gi¸c biÓu ®å nhËn ®−îc cã phÇn chung. Khi ®ã cÇn chän l¹i tr−êng hîp ®Ó x©y dùng biÓu ®å. III. Mét sè tr−êng hîp kh¸c 1. Tr−êng hîp cã thªm giíi h¹n c«ng suÊt theo çc ®iÒu kiÖn kü thuËt Mét sè NMT§ cã yªu cÇu kh«ng ®−îc gi¶m c«ng suÊt ph¸t xuèng d−íi mét trÞ sè Pmin nμo ®ã (t−¬ng øng víi l−îng ®iÖn n¨ng tèi thiÓu Emin), ch¼ng h¹n, yªu cÇu ®¶m b¶o møc n−íc h¹ l−u (cho giao th«ng, nu«i trång thñy s¶n ...), yªu cÇu gi÷ sè tæ m¸y cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o æn ®Þnh tÜnh hÖ thèng.

P MW E

0

MW h

ET§-Emin Nkd-Pmin

P MW ET§-Emin

Pmax Nkd

Emin

Pmin

Pmin

t

t 0

24

h

a)

0

24 h

b) H×nh 5.7

Trong tr−êng hîp nμy ph−¬ng ph¸p x©y dùng biÓu ®å vÉn t−¬ng tù nh− tr−êng hîp trªn. §Ó ®¶m b¶o giíi h¹n d−íi vÒ c«ng suÊt (phÇn ®¸y), tr−íc khi thùc hiÖn x©y dùng biÓu ®å cÇn trõ trÞ sè Pmin (vμ l−îng ®iÖn n¨ng Emin) vμo biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng, vμ mét sè ®¹i l−îng tÝnh to¸n. Sau khi x©y dùng biÓu ®å, l¹i céng çc trÞ sè nãi trªn vμo phÇn biÓu ®å nhËn ®−îc. H×nh 5.7 minh häa çch thùc hiÖn x©y dùng biÓu ®å cho tr−êng hîp hå cã dung tÝch ®ñ lín, nh−ng c«ng suÊt bÞ giíi h¹n c¶ Pkd (giíi h¹n trªn) vμ Pmin (giíi h¹n d−íi). 2. Tr−êng hîp cã nhiÒu NMT§ cïng vËn hµnh trong HT§ Ph−¬ng ph¸p x©y dùng biÓu ®å c«ng suÊt cho mçi NMT§ trong tr−êng hîp nμy vÉn t−¬ng tù nh− khi chØ cã mét NMT§. ChØ cÇn chó ý ®ªn thø tù thùc hiÖn biÓu ®å: tõ NMT§ cã l−îng n−íc Ýt tr−íc, cã l−îng n−íc nhiÒu h¬n sau. §Ó so s¸nh t−¬ng quan l−îng n−íc cÇn dùa vμo thêi gian lμm viÖc cùc ®¹i cña çc nhμ m¸y: Tmax =

ETĐ năă Nđ

,

[h] .

Trong ®ã ET§ n¨m - lμ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng trung b×nh c¶ n¨m cña NMT§. Nhμ m¸y cã Tmax lín h¬n ®−îc coi lμ cã l−îng n−íc nhiÒu h¬n. ViÖc thùc hiÖn theo thø tù trªn ®· mÆc nhiªn ®¶m b¶o cho tÝnh tèi −u çc biÓu ®å NMT§. §ã lμ v× nhμ m¸y cã l−îng n−íc Ýt sÏ chiÕm vÞ trÝ cao h¬n so víi NMT§ cã l−îng n−íc nhiÒu h¬n (chän sau trong biÓu ®å phô t¶i hÖ thèng cßn l¹i), t−¬ng øng víi quy t¾c chung lùa chän vÞ trÝ tèi −u cho biÎu ®å c«ng suÊt NMT§. 5.4. Tæn thÊt do ®iÒu tiÕt ngµy

Khi thùc hiÖn ®iÒu tiÕt ngμy, cét n−íc vËn hμnh bÞ thay ®æi, cã thÓ cao h¬n hoÆc thÊp h¬n trÞ sè trung b×nh (øng víi tr¹ng th¸i kh«ng ®iÒu tiÕt ngμy). Nguyªn nh©n g©y ra do sù thay ®æi møc n−íc th−îng l−u vμ h¹ l−u theo l−u l−îng n−íc vËn hμnh. Vμo nh÷ng giê cao ®iÓm phô t¶i, nhμ m¸y ph¸t phñ ®Ønh víi l−u l−îng n−íc sö dông lín, møc n−íc th−îng l−u h¹ xuèng. Nh÷ng giê thÊp ®iÓm, n−íc ®−îc tÝch vμo hå, møc n−íc th−îng l−u d©ng cao, lªn ®Õn møc cao nhÊt ë cuèi thêi kú tÝch n−íc. Trong khi ®ã, møc n−íc h¹ l−u lªn xuèng gÇn nh− gÇn nh− ®ång pha víi

biÓu ®å l−u l−îng n−íc. KÕt qu¶ lμ, cét n−íc vËn hμnh cña NMT§ thay ®æi theo h−íng: gi¶m vμo thêi kú l−u l−îng n−íc sö dông t¨ng vμ d©ng cao vμo thêi kú l−u l−îng n−íc sö dông Ýt (h×nh 5.8). NÕu l−u l−îng n−íc vËn hμnh kh«ng ®æi vμ cét n−íc t¨ng gi¶m ®èi xøng xung quanh trÞ sè trung b×nh thi cã thÓ coi ®iÖn n¨ng thay ®æi cã thÓ bï trõ nhau c©n b»ng. Tuy nhiªn, ®èi víi ®iÒu tiÕt ngμy, cét n−íc Q

l¹i t¨ng khi l−u l−îng n−íc vËn

m3/s

hμnh thÊp vμ gi¶m khi l−u l−îng Q(t)

n−íc vËn hμnh cao. Nh− thÕ ®iÖn n¨ng t¨ng thªm do cét n−íc cao

Qtb

Ýt h¬n ®iÖn n¨ng bÞ gi¶m do cét n−íc thÊp. §ã lμ nguyªn nh©n g©y ra tæn thÊt cña ®iÒu tiÕt t 0 Z m

24

Ztl

ngμy. MÆt kh¸c, do mÆt hå loang réng khi møc n−íc d©ng cao, nªn cïng l−îng n−íc tÝch vμo vμ

Htb

lÊy ra lμ W®t, møc n−íc th−îng t

Zhl 0

24

l−u d©ng cao lªn bªn trªn trÞ sè trung b×nh sÏ Ýt h¬n khi bÞ gi¶m thÊp so víi trÞ sè nμy. Nh− vËy

H×nh 5.8

cét n−íc sÏ bÞ gi¶m nhiÒu h¬n lμ

®−îc t¨ng thªm. Mét nguyªn nh©n kh¸c cã thÓ còng gãp phÇn vμo tæn thÊt ®iÒu tiÕt ngμy lμ sù gi¶m thÊp hiÖu suÊt tæ m¸y khi ph¶i vËn hμnh víi c«ng suÊt thay ®æi. Tuy nhiªn tæn thÊt ®iÒu tiÕt ngμy cã thÓ ®−îc coi lμ nhá. Th−êng kh«ng v−ît qu¸ (3-5)%. Tæn thÊt chiÕm tØ lÖ cao khi NMT§ cã cét n−íc thÊp vμ l−u l−îng n−íc vËn hμnh lín. Trong tr−êng hîp nμy th−êng ph¶i xÐt ®Õn ¶nh h−ëng tæn thÊt khi tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt ngμy (cã thÓ ph¶i h¹n chÕ ®iÒu chØnh hoÆc thay ®æi d¹ng biÓu ®å). 5.5. dao ®éng møc n−íc th−îng l−u vµ h¹ l−u

Khi thùc hiÖn ®iÒu tiÕt ngμy, l−u l−îng n−íc vËn hμnh qua tua bin NMT§ thay ®æi t−¬ng ®èi nhanh dÉn ®Õn hiÖn t−îng thay ®æi côc bé vÒ møc n−íc vμ xuÊt hiÖn hiÖn

t−îng dao ®éng sãng c¶ ë th−îng l−u vμ h¹ l−u NMT§. Khi t¨ng l−u l−îng qua tua bin sÏ g©y ra hiÖn t−îng: - Gi¶m møc n−íc th−îng l−u tr−íc ®Ëp, sau ®ã lan truyÒn qu¸ tr×nh gi¶m thÊp møc n−íc vÒ phÝa ng−îc dßng (t¹o thμnh sãng biªn ®é ©m vÒ møc n−íc). Qu¸ tr×nh sãng cã thÓ ph¶n håi khi lªn ®Õn vÞ trÝ cao, hay gÆp ®Þa h×nh phøc t¹p. - T¨ng møc n−íc h¹ l−u phÝa sau NMT§ vμ lan truyÒn qu¸ tr×nh d©ng cao møc n−íc theo h−íng xu«i dßng (d−íi d¹ng sãng d−¬ng vÒ møc n−íc). Khi gi¶m l−u l−îng n−íc qua tua bin, qu¸ tr×nh sãng diÔn ra ng−îc l¹i. Víi yªu cÇu ®iÒu chØnh liªn tôc l−u l−îng n−íc theo biÓu ®å c«ng suÊt vËn hμnh ngμy cña NMT§, qu¸ tr×nh sãng diÔn ra kh¸ phøc t¹p. HiÖu øng chung cña hiÖn t−îng lμ lμm t¨ng thªm biÕn thiªn cét n−íc, lμm t¨ng tæn thÊt. Ngoμi ra, dao ®éng møc n−íc cßn cã thÓ ¶nh h−ëng (lμm gi¶m) dung tÝch ®iÒu tiÕt ngμy cña hå. Tuy nhiªn, khi hå lín (hå ®iÒu tiÕt n¨m trë lªn) th× dao ®éng møc n−íc th−îng l−u th−êng kh«ng ®¸ng kÓ (cã thÓ chØ vμi cm). Dao ®éng møc n−íc h¹ l−u cã thÓ ®¹t tíi 2-5 m, bëi dßng ch¶y phÝa h¹ l−u th−êng hÑp. 5.6. X©y dùng biÓu ®å c«ng suÊt vËn hµnh ngµy cña NMT§ theo ph−¬ng ph¸p sè

Nh− trªn ®· nãi, ®iÒu tiÕt ng¾n h¹n ë NMT§ thuéc vÒ bμi to¸n vËn hμnh tèi −u hÖ thèng ®iÖn trong tr−êng cã hîp hçn thñy ®iÖn, nhiÖt ®iÖn. §Ó gi¶i bμi to¸n theo çc ph−¬ng ph¸p sè (tÝnh to¸n b»ng m¸y tÝnh) cÇn m« t¶ to¸n häc ®Çy ®ñ cho hμm môc tiªu, çc rμng buéc vμ lùa chän ph−¬ng ph¸p gi¶i phï hîp. Çc néi dung nμy ®· ®−îc tr×nh bÇy kü trong gi¸o tr×nh riªng (xem gi¸o tr×nh "Tèi −u hãa chÕ ®é cña hÖ thèng ®iÖn" vμ çc tμi liÖu liªn quan). Trong phÇn nμy chØ xem xÐt bμi to¸n d−íi gãc ®é nh÷ng vÊn ®Ò liªn quan khi cã sù tham gia cña NMT§ trong hÖ thèng. 1. Tr−êng hîp bá qua ¶nh h−ëng cña sù thay ®æi cét n−ícvµ ¶nh h−ëng cña çc giíi h¹n Khi cét n−íc cã thÓ coi lμ kh«ng ®æi th× quan hÖ gi÷a l−îng n−íc tiªu hao Q vμ c«ng suÊt ph¸t P cña NMT§ cã d¹ng quan hÖ hμm Q(P) hoμn toμn x¸c ®Þnh. Trong tr−êng hîp chung ®Æc tÝnh tiªu hao n−íc cã d¹ng Q(P,H). §Ó ®¬n gi¶n, xÐt HT§ cã

mét NMN§ ®¼ng trÞ nh−ng cã m nhμ m¸y thñy ®iÖn. §Æc tÝnh tiªu hao nhiªn liÖu B(PN) cña NMN§ vμ ®Æc tÝnh tiªu hao n−íc Qk(Pk) cña mçi NMT§ ®· biÕt. L−îng n−íc ®−îc sö dông trong ngμy cña çc NMT§ ®· ®−îc cho, hoÆc tÝnh ®−îc theo l−u l−îng n−íc trung b×nh: Wng k = 24.3600.Qtb k. k=1,2,...,m. Còng gi¶ thiÕt cho tr−íc biÓu ®å phô t¶i tæng hÖ thèng P(t) ®−îc dù b¸o chi tiÕt cho tõng giê trong ngμy. a. Hµm môc tiªu: XÐt hμm môc tiªu cña bμi to¸n lμ cùc tiÓu chi phÝ nhiªn liÖu tæng trong ngμy cña NMN§. Cã thÓ m« t¶ nh− sau: n

BΣ = ∑ B( PN t )Δt → min ;

(5.1)

t =1

Trong ®ã, PN t - lμ c«ng suÊt ph¸t trong kho¶ng thêi gian t cña NMN§;

Δt - thêi gian cña kho¶ng t trong ngμy. Th−êng chän n=24, Δt =1h. b. Çc rµng buéc (viÕt víi n=24, Δt =1h): - C©n b»ng c«ng suÊt trong HT§: f t = P N t + P1t + P2 t + ... + Pm t − Pt − ΔPt = 0 ; t = 1,2,...,24.

(5.2)

- C©n b»ng n−íc trong ngμy cña mçi NMT§: 24

ϕ k = ∑ Qk ( Pk t ) − Wk = 0; k = 1,2,..., m.

(5.3)

t =1

Trong çc ph−¬ng tr×nh rμng buéc, ký hiÖu P1t, P2t, ...,Pmt - lμ c«ng suÊt cña çc NMT§ ë giê t, Pt vμ ΔPt lμ c«ng suÊt phô t¶i vμ tæn thÊt c«ng suÊt trong l−íi cña HT§ trong giê t. Wk - lμ l−îng n−íc ®−îc sö dông trong ngμy cña NMT§ k. Do kh«ng xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña çc giíi h¹n, bμi to¸n cã thÓ gi¶i b»ng ph−¬ng ph¸p Lagrange. Ta thiÕt lËp hμm Lagrange: 24

24

m

t =1

t =1

k =1

φ = ∑ B( PN t ) + ∑ λ N t f t + ∑ λk ϕ k → min.

(5.4)

Trong ®ã ký hiÖu λNt vμ λk - lμ çc nh©n tö Lagrange (nh− çc biÕn cÇn x¸c ®Þnh).

§¹o hμm hμm Lagrange theo tÊt c¶ çc biÕn vμ çc nh©n tö ta cã hÖ ph−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh lêi gi¶i tèi −u. Ta cã: ⎛ ∂ΔP ⎞ ∂B ∂φ ⎟=0. + λ N t ⎜1 − = ⎜ ∂P ⎟ ∂PN t ∂PN t N t ⎠ ⎝

(5.5)

t = 1, 2, ..., 24 .

⎛ ∂ΔP ⎞ ∂φ ⎟ + λk ∂Qk = 0 . = λ N t ⎜1 − ⎜ ⎟ ∂Pk t ∂Pk t ⎝ ∂PN t ⎠ t = 1, 2, ..., 24 ;

(5.6) k = 1, 2, ..., m.

∂φ = f t = P N t + P1t + P2 t + ... + Pm t − Pt − ΔPt = 0 ; ∂λ N t (5.7) t = 1,2,...,24 24 ∂φ = ϕ k = ∑ Qk ( Pk t ) − Wk = 0; ∂λk t =1 k = 1,2,..., m.

(5.8)

Nh− vËy ta cã ®ñ sè ph−¬ng tr×nh ®Ó t×m ®−îc 24x(1+m) biÕn c«ng suÊt ph¸t tõng giê cho NMN§ vμ m NMT§, 24 nh©n tö λNt vμ m nh©n tö λk ; Kh«ng dõng l¹i ë ph−¬ng ph¸p gi¶i hÖ trªn, ta xÐt ®Õn mèi quan hÖ cña çc ®¹i l−îng tèi −u. Tr−íc hÕt, ®Æt thªm çc ký hiÖu:

b=

∂B - lμ suÊt t¨ng t−¬ng ®èi tiªu hao nhiªn liÖu cña NMN§; ∂PN

qk =

∂Qk - lμ suÊt t¨ng t−¬ng ®èi tiªu hao nhiªn liÖu cña NMN§ thø k; ∂Pk

σN =

∂ΔP - lμ suÊt t¨ng t−¬ng ®èi tæn thÊt c«ng suÊt l−íi theo c«ng suÊt NMN§; ∂PN

σk =

∂ΔP -lμ suÊt t¨ng t−¬ng ®èi tæn thÊt c«ng suÊt l−íi theo c«ng suÊt NMT§ k. ∂Pk

Tõ (5.5) ta cã: − λN t =

bt ; 1−σ N t

t = 1,2,...,24.

(5.9)

− λk t =

λk t q k t ; 1−σ kt

t = 1,2,...,24; k = 1,2,..., m.

(5.10)

Tõ (5.9) vμ (5.10) cã thÓ viÕt ®iÒu kiªn tèi −u (cho mçi thêi ®iÓm bÊt kú):

λ q λq λq b = 1 1 = 2 2 = ... = m m ; 1−σ N 1−σ1 1−σ 2 1−σ m

(5.11)

Nh− vËy trong suèt thêi gian vËn hμnh, ®Ó ®¶m b¶o tèi −u, mçi nhμ m¸y thñy ®iÖn ph¶i gi÷ ®−îc quan hÖ víi NMN§ theo biÓu thøc sau: −1

⎛ b λ1 = ⎜⎜ ⎝1−σ N

⎞⎛ q1 ⎞ ⎟⎟⎜⎜ ⎟⎟ ; ⎠⎝ 1 − σ 1 ⎠

⎛ b λ2 = ⎜⎜ ⎝1−σ N

⎞⎛ q 2 ⎞ ⎟⎟⎜⎜ ⎟⎟ ; ⎠⎝ 1 − σ 2 ⎠

−1

... ⎛ b λm = ⎜⎜ ⎝1−σ N

⎞⎛ q m ⎟⎟⎜⎜ ⎠⎝ 1 − σ m

−1

⎞ ⎟⎟ ; ⎠

®ång thêi ®¶m b¶o çc ®iÒu kiÖn rμng buéc (5.2) vμ (5.3). Dùa vμo çc quan hÖ vμ ®iÒu kiÖn nªu trªn ng−êi ta x©y dùng thuËt to¸n ph©n bè tèi −u c«ng suÊt cho çc NM§ trong HT§ thñy nhiÖt ®iÖn hçn hîp, kh«ng cÇn gi¶i theo hÖ (5.5)-(5.8). Tr−íc hÕt ta xÐt ý nghÜa cña çc nh©n tö λk vμ çc yÕu tè quyÕt ®Þnh trÞ sè cña nã. §Ó ®¬n gi¶n ta xÐt hÖ thèng chØ cã 1 NMN§ vμ 1 NMT§, bá qua tæn hao c«ng suÊt. §iÒu kiÖn ph©n bè tèi −u c«ng suÊt gi÷a 2 nhμ m¸y sÏ lμ: b = λq. MÆt kh¸c ta cã:

ΔB ; b= ΔPN

⎛ ΔB ΔQ . Khi ®ã: λ = ⎜⎜ q= ΔPTĐ ⎝ ΔPN

⎞⎛ ΔQ ⎟⎟⎜⎜ ⎠⎝ ΔPTĐ

−1

⎞ ⎟⎟ . ⎠

XÐt çc sè gia nh− nhau vÒ c«ng suÊt gi÷a NMT§ vμ NMN§: ΔPN = ΔPT§ , ta cã:

λ=

ΔB . ΔQ

Nh− vËy, λ lμ sè ®o hiÖu qu¶ sö dông n−íc cña NMT§ lμm viÖc trong hÖ thèng thñy nhiÖt ®iÖn hçn hîp. Quan hÖ ΔB = λΔQ cho biÕt l−îng nhiªn liÖu tiÕt kiÖm ®−îc khi sö dông l−îng n−íc lμ ΔQ ë NMT§. TrÞ sè λ cμng lín th× hiÖu qu¶ sö dông n−íc cμng cao. MÆt kh¸c, khi NMT§ cã hå chøa n−íc ®ñ lín, c«ng suÊt ph¸t kh«ng bÞ h¹n chÕ th× l−îng n−íc cã thÓ sö dông vμo bÊt cø lóc nμo trong ngμy. Khi ®ã chÕ ®é vËn hμnh tèi −u sÏ ph¶i t−¬ng øng víi chÕ ®é ®¶m b¶o cho hiÖu qu¶ sö dông n−íc lμ ®ång ®Òu trong suèt thêi kú tÝnh to¸n. (V× nÕu cßn chªnh lÖch th× viÖc ®iÒu chØnh l¹i sÏ cho ph−¬ng ¸n cã lîi h¬n).

B

b

B2

α2

HÖ sè λ g¾n liÒn víi çc th«ng sè cña NMT§, ®ã lμ cét n−íc vμ l−îng n−íc. Tr−íc hÕt xÐt quan hÖ cña hÖ sè nμy theo l−îng n−íc tiªu hao ΔQ trong khi cét

B1

a

α1

n−íc kh«ng ®æi. Gäi phô t¶i tæng hÖ thèng lμ P = PN§1 + PT§1.

PN PN1

PN2

Víi tr¹ng th¸i ph©n bè nμy (®iÓm a trªn h×nh 5.9) nhiªn liÖu tiªu hao lμ B1, suÊt

H×nh 5.9

t¨ng t−¬ng ®èi tiªu hao nhiªn liªu lμ: b1 = tgα1 cßn hiÖu qu¶ sö dông n−íc lμ

λ=

b1 . q1

B©y giê gi¶ thiÕt cho NMT§ lμm viÖc víi c«ng suÊt nhá h¬n, PT§2 . Khi ®ã theo ®iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt, NMN§ sÏ cã c«ng suÊt PN2 lín h¬n, sao cho P = PN2+PT§2. ë tr¹ng th¸i ph©n bè míi nμy NMT§ vËn hμnh víi Q2 < Q1, cßn NMN§ vËn hμnh víi nhiªn liªu tiªu hao B2>B1, t−¬ng øng víi suÊt t¨ng t−¬ng ®èi b2 = tgα2, hÖ sè hiÖu qu¶ sö dông n−íc: λ =

b2 . Tõ d¹ng cña ®Æc tÝnh tiªu hao nhiªn q2

liÖu vμ tiªu hao n−íc dÔ thÊy r»ng b2 > b1, q2 < q1 , khi ®ã λ2 > λ1. NghÜa lμ hiÖu qu¶ sö dông n−íc tØ lÖ nghÞch víi c«ng suÊt ph¸t cña NMT§. VÒ ý nghÜa, cã thÓ

gi¶i thÝch ®iÒu nμy, khi thñy ®iÖn gi¶m c«ng suÊt, NMN§ ph¶i lμm viÖc trong miÒn kÐm kinh tÕ cña ®Æc tÝnh tiªu hao ®Ó ®¶m b¶o c©n b»ng c«ng suÊt. Mçi mÐt khèi n−íc vËn hμnh t¨ng thªm khi ®ã sÏ tiÕt kiÖm ®−îc nhiÒu nhiªn liÖu h¬n do gi¶m t¶i ®−îc ë çc trang thiÕt bÞ ®ang ph¶i vËn hμnh kÐm kinh tÕ. HÖ sè λ tØ lÖ thuËn víi cét n−íc bëi v× víi c«ng suÊt nh− nhau cét n−íc cμng lín th× l−îng n−íc tiªu hao cμng Ýt (h×nh 5.11). λ PT§ 1 PT§ 2

λ

PT§ 3

PT§ 1 0 lóc hå cÊp thªm n−íc cho sö dông. Çc ®iÒu kiÖn giíi h¹n ®−îc ®−a thªm vμo: - Giíi h¹n møc n−íc th−îng l−u vμ h¹ l−u: Zk min ≤ Zk t ≤ Zk max Zhl k min ≤ Z hl k t ≤ Zhl k max

(5.13)

- Giíi h¹n c«ng suÊt ph¸t: Pk min ≤ Pk t ≤ Pk max PN min ≤ PN t ≤ PN max

(5.14)

§Ó cã çc trÞ sè giíi h¹n (cùc ®¹i, cùc tiÓu) ®−a vμo tÝnh to¸n, cÇn ph¶i c¨n cø vμo çc ®iÒu kiÖn cô thÓ cña nhμ m¸y vμ çc yªu cÇu vËn hμnh. VÝ dô, giíi h¹n trªn cña møc n−íc th−îng l−u cã thÓ lμ møc n−íc d©ng b×nh th−êng, còng cã thÓ ph¶i thÊp h¬n theo yªu cÇu phßng lò. Møc n−íc h¹ l−u x¸c ®Þnh bíi yÕu tè ngËp lôt vμ yªu cÇu giao th«ng... §èi víi c«ng suÊt ph¸t cña NMT§, giíi h¹n trªn cÇn ®−îc x¸c ®Þnh theo quan hÖ víi cét n−íc vËn hμnh vμ giíi h¹n hiÖu suÊt tua bin (h×nh 5.13). Víi çc tua bin kiÓu Fransis vμ Kaplan cã thÓ viÕt: ⎧N Pmax = ⎨ đ ⎩aH + b

khi H ≥ H tt khi H < H tt

(5.15)

Trong ®ã a vμ b lμ çc hÖ sè x¸c H m

®Þnh theo ®Æc tÝnh lμm viÖc cña tua bin (h×nh 5.13).

Hmax

Møc n−íc th−îng l−u vμ h¹ l−u, còng nh− tæn thÊt cét ¸p ΔH cã quan hÖ phøc t¹p víi l−u l−îng n−íc vËn hμnh vμ l−îng n−íc x¶.

Htt Hmin

V× thÕ tÝnh to¸n víi ®iÒu kiÖn giíi

ChiÒu t¨ng hiÖu suÊt

h¹n (5.13) rÊt khã kh¨n. Ng−êi ta PT§

th−êng thay ®iÒu kiÖn giíi h¹n N®

0

møc n−íc th−îng l−u b»ng ®iÒu kiÖn giíi h¹n dung tÝch ®iÒu tiÕt

MW

H×nh 5.13

ngμy cña hå:

∑ ΔQ

ΔQk t < 0

kt

Δt =

∑ (Q

Qk t < Qtb k

tb k

− Qk t )Δt ≤ Vng .

(5.16)

Thùc ra, ®Ó x¸c ®Þnh thÓ tÝch ®iÒu tiÕt Vng còng cÇn xÐt ®Õn ®Æc tÝnh hå vμ ®Æc tÝnh møc n−íc th−îng l−u vμ hiÖn tr¹ng cña hå. Tuy nhiªn, viÖc tÝnh Vng ®¬n gi¶n h¬n vμ cã thÓ lÊy çc gi¸ trÞ gÇn ®óng. Giíi h¹n møc n−íc h¹ l−u th−êng xuÊt ph¸t tõ çc nhu cÇu tæng hîp ph¶i ®iÒu tiÕt n−íc (giao th«ng, cÊp n−íc, chèng lò ...), cã thÓ thay b»ng ®iÒu kiÖn giíi h¹n theo l−u l−îng n−íc tèi thiÓu vËn hμnh:

Qkmin ≤ Qk t ≤ Qk max .

(5.17)

XÐt thªm çc quan hÖ vμ çc rμng buéc giíi h¹n nh− ®· nªu, bμi to¸n ph©n bè tèi −u c«ng suÊt trong HT§ nãi chung vμ x©y dùng biÓu ®å vËn hμnh ng¾n h¹n cho NMT§ nãi riªng ®ßi hái ph¶i sö dông çc ph−¬ng ph¸p to¸n häc phøc t¹p (nh− QHTT nguyªn thùc hçn hîp, QHPT, QH§...). Còng cÇn nãi thªm lμ ¶nh h−ëng cña cét n−íc ®Õn lêi gi¶i cña bμi to¸n x©y dùng biÓu ®å vËn hμnh tèi −u cho NMT§ kh«ng gièng nhau. Çc NMT§ cã hå chøa n−íc lín (cã kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt n¨m) th−êng cã møc n−íc th−îng l−u thay ®æi kh«ng nhiÒu khi thùc hiÖn ®iÒu tiÕt ngμy, chØ cÇn xÐt ®Õn khi ®Æc tÝnh møc n−íc h¹ l−u thay ®æi m¹nh. Çc NMT§ cã cét n−íc cao th× møc ®é ¶nh h−ëng thay ®æi cét n−íc còng rÊt Ýt, cã thÓ bá qua khi tÝnh to¸n.

Ch−¬ng 6 tÝnh to¸n kinh tÕ - kü thuËt nhμ m¸y thñy ®iÖn 6.1. Çc chØ tiªu kinh tÕ - kü thuËt chñ yÕu

1. C«ng suÊt ®Æt vµ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng C«ng suÊt ®Æt N® lμ tæng c«ng suÊt (t¸c dông) ®Þnh møc cña tÊt c¶ çc tæ m¸y l¾p ®Æt trong NMT§ (cßn ®−îc gäi lμ c«ng suÊt l¾p m¸y). C«ng suÊt tù dïng (kÓ c¶ khi ®Æt riªng tæ m¸y ph¸t tù dïng) ®Òu ®−îc tÝnh vμo cho c«ng suÊt ®Æt. C«ng suÊt ®Æt lμ trÞ sè quan träng nhÊt cña NMT§, ®Æc tr−ng cho quy m« cña nhμ m¸y. TrÞ sè hîp lý cña c«ng suÊt ®Æt cÇn ®−îc lùa chän xuÊt ph¸t tõ çc ®Æc tr−ng tù nhiªn cña dßng s«ng, vÞ trÝ x©y dùng NMT§, ®iÒu liÖn ®Þa chÊt, lßng hå... cïng hμng lo¹t çc yÕu tè an toμn kh¸c. Bªn c¹nh kh¸i niÖm vÒ c«ng suÊt ®Æt cßn

E

MWh

cã çc kh¸i niÖm kh¸c vÒ c«ng suÊt cña NMT§ nh− c«ng suÊt cùc ®¹i, c«ng suÊt kh¶ dông, c«ng suÊt khai th¸c tèi ®a ... cã thÓ gièng nhau vÒ trÞ sè trong nh÷ng

N®

®iÒu kiÖn cô thÓ.

MW

Víi NMT§ ®· x©y dùng, s¶n l−îng ®iÖn

Tmax h

n¨ng hµng n¨m nhËn ®−îc rÊt kh¸c nhau phô thuéc l−îng n−íc ch¶y vÒ cña

N®

dßng s«ng mçi n¨m. Ng−êi ta th−êng

MW

quan t©m ®Õn s¶n l−îng ®iÖn n¨ng trung H×nh 6.1

b×nh vμ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng ®¶m b¶o.

S¶n l−îng ®iÖn n¨ng trung b×nh ®−îc tÝnh víi n¨m n−íc trung b×nh, cßn s¶n l−îng ®iÖn n¨ng ®¶m b¶o - víi n¨m Ýt n−íc tÝnh to¸n (tÇn suÊt 90%). Víi s¶n l−îng ®iÖn n¨ng trung b×nh vμ c«ng suÊt ®Æt ®· biÕt, ng−êi ta x¸c ®Þnh thêi gian lμm viÖc cùc ®¹i cho NMT§: Tmax =

ETĐ năă Nđ

[ h] .

Th«ng th−êng trÞ sè Tmax = (1500-4500)h, nhá h¬n so víi çc NMN§. TrÞ sè trung b×nh cña ET§n¨m vμ Tmax cã quan hÖ víi c«ng suÊt ®Æt lùa chän. Çc quan hÖ nμy cã d¹ng nh− trªn h×nh 6.1. C«ng suÊt ®Æt t¨ng nh−ng l−îng n−íc trªn s«ng h÷u h¹n nªn s¶n l−îng ®iÖn n¨ng t¨ng chËm dÇn. 2. SuÊt vèn ®Çu t− a- Vèn ®Çu t− cho NMT§. §Ó x¸c ®Þnh suÊt vèn ®Çu t− cÇn ph¶i tÝnh ®−îc vèn ®Çu t− tæng cho NMT§. Ng−êi ta th−êng thùc hiÖn tÝnh to¸n vèn ®Çu t− theo thø tù sau: - Vèn ®Çu t− tæng hîp VΣ. §ã lμ tæng gi¸ trÞ tμi chÝnh cho tÊt c¶ çc chi phÝ liªn quan ®Õn viÖc x©y dùng c«ng tr×nh thñy ®iÖn, bao gåm: 1) x©y dùng çc c«ng tr×nh kü thuËt thñy n¨ng (®Ëp, kªnh dÉn, èng dÉn, tßa nhμ NMT§ víi çc tæ m¸y, biÕn ¸p, thiÕt bÞ ph©n phèi ®iÖn... 2) h×nh thμnh hå chøa n−íc, x©y dùng ©u thuyÒn, kªnh tho¸t, ®Òn bï di d©n khái lßng hå, thiÕt lËp vïng kinh tÕ míi, x©y dùng ®−êng giao th«ng phôc vô c«ng tr−êng...3) x©y dùng çc x−ëng c¬ khÝ phôc vô söa ch÷a, s¶n xuÊt phô tïng thay thÕ, m¸y mãc, vËt liÖu thi c«ng... 4) t¹o dùng nhμ ë c«ng nh©n, c©u l¹c bé, nhμ v¨n hãa 5) ®Çu t− x©y dùng çc c«ng tr×nh lîi Ých tæng hîp nguån n−íc (hÖ thèng thñy n«ng, cÊp n−íc, nu«i trång thñy s¶n, kinh doanh du lÞch...). ViÖc tÝnh to¸n nμy cßn phôc vô môc ®Ých ®¸nh gi¸ tÝnh kh¶ thi cña c«ng tr×nh. - Vèn ®Çu t− cè ®Þnh cña c«ng tr×nh thñy ®iÖn VCT: §ã lμ phÇn tμi chÝnh nhËn ®−îc sau khi trõ vμo VΣ çc gi¸ trÞ c«ng tr×nh cã thÓ hoμn tr¶ vμ chuyÓn giao: VCT = VΣ - VCG PhÇn vèn chuyÓn giao VCG bao gåm çc thμnh phÇn trang thiÕt bÞ c«ng tr×nh, sau khi NMT§ x©y dùng xong vÉn sö dông tiÕp ®−îc nh−ng d−íi sù qu¶n lý cña bé phËn kh¸c: çc m¸y mãc x©y dùng cßn tèt, çc x−ëng söa ch÷a c¬ khÝ, nhμ m¸y bª t«ng ®óc s½n, ®−êng giao th«ng, th«ng tin liªn l¹c, nhμ ë, c©u l¹c bé... - Vèn ®Çu t− tæng cho môc ®Ých ®iÖn n¨ng VE:

Cã thÓ chÝnh lμ VCT nÕu c«ng tr×nh thñy ®iÖn kh«ng cã çc ®Çu t− cho môc ®Ých kh¸c víi môc ®Ých ph¸t ®iÖn. Trong tr−êng hîp chung cÇn tÝnh riªng thμnh phÇn cho môc ®Ých ph¸t ®iÖn theo çch nh©n hÖ sè: VE = αVCT. HÖ sè α ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua çch ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ chi phÝ vμ hiÖu qu¶ cña çc c«ng tr×nh.

VE

®

ChÝnh VE lμ thμnh phÇn vèn ®Çu t− cña NMT§ ®−îc dïng trong çc tÝnh to¸n luËn chøng kinh tÕ - ký thuËt. Quan hÖ gi÷a trÞ

V0

sè vèn ®Çu t− VE cña NMT§ víi c«ng suÊt ®Æt cã d¹ng nh− trªn h×nh 6.2. Thμnh phÇn vèn ®Çu t− ban ®Çu kh«ng thay ®æi theo

N® 0

c«ng suÊt çc tæ m¸y chiÕm tØ lÖ kh¸ lín (50-70)%, bëi víi vÞ trÝ ®· chän çc c«ng

MW

H×nh 6.2

tr×nh thñy n¨ng tèi thiÓu ®Ó x©y dùng NMT§ ®· cÇn l−îng vèn ®Çu t− ®¸ng kÓ (x©y dùng ®Ëp, kªnh dÉn, hå chøa...). b- SuÊt vèn ®Çu t−: Cã çc kh¸i niÖm kh¸c nhau vÒ suÊt vèn ®Çu t−. - SuÊt vèn ®Çu t− trung b×nh tÝnh cho 1 ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Æt:

Ap =

VE Nđ

[đ / kW ] .

- SuÊt vèn ®Çu t− tÝnh cho 1 ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Æt thªm:

ap =

ΔVE ΔN đ

[đ / kW ] .

- SuÊt vèn ®Çu t− trung b×nh tÝnh cho 1 ®¬n vÞ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng: AE =

VE ETĐ năă

[đ / kWh] .

- SuÊt vèn ®Çu t− tÝnh cho 1 ®¬n vÞ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng ®Æt thªm: aE =

ΔVE ΔETĐ năă

[đ / kWh] .

CÇn chó ý mét sè ®iÓm sau. - Do thμnh phÇn vèn ®Çu t− kh«ng ®æi chiÕm tØ lÖ lín nªn suÊt vèn ®Çu t− cho 1 ®¬n vÞ c«ng suÊt sÏ kh¸ cao nÕu c«ng suÊt ®Æt cña NMT§ kh«ng thÓ t¹o ra ®ñ lín so víi quy m« c«ng tr×nh. Víi mét ph−¬ng ¸n x©y dùng NMT§, suÊt vèn ®Çu t− trung b×nh th−êng gi¶m nhanh theo c«ng suÊt ®Æt. Trong khi ®ã, suÊt vèn ®Çu t− tÝnh cho 1 ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Æt thªm th−êng rÊt Ýt thay ®æi do phô chñ yÕu vμo chi phÝ tæ m¸y (h×nh 6.3,a).

AP

®/kWh

AE

aP

®/kWh

aE AE

AP

aE aP N®

N®

kW

kW

a)

b)

H×nh 6.3 - SuÊt vèn ®Çu t− tÝnh cho 1 ®¬n vÞ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng th−êng cã gi¸ trÞ nhá nhÊt trong ph¹m vi c«ng suÊt ®Æt nμo ®ã cña NMT§ (h×nh 6.3,b). Khi c«ng suÊt ®Æt chän qu¸ nhá, l−îng n−íc cña dßng s«ng kh«ng ®−îc tËn dông ®Ó ph¸t ®iÖn s¶n l−îng ®iÖn n¨ng thÊp, suÊt vèn ®Çu t− trung b×nh tÝnh cho 1 ®¬n vÞ s¶n l−îng ®iÖ n¨ng sÏ lín. Ng−îc l¹i, t¨ng qu¸ cao c«ng suÊt ®Æt, vèn ®Çu t− t¨ng nhiÒu trong khi s¶n l−îng ®iÖn n¨ng bÞ h¹n chÕ do thiÕu n−íc cho çc tæ m¸y ®Æt thªm cuèi cïng. Tuy nhiªn kh«ng ph¶i suÊt vèn ®Çu t− tÊp nhÊt t−¬ng øng víi ph−¬ng ¸n tèi −u cña c«ng suÊt ®Æt lùa chän. §ã lμ v× khi lμm viÖc trong hÖ thèng tÝnh tèi −u cÇn ®−îc x¸c ®Þnh theo hiÖu qu¶ chung. 3. Gi¸ thµnh ®iÖn n¨ng néi bé Gi¸ thμnh ®iÖn n¨ng néi bé s lμ chØ tiªu quan träng nhÊt cña NM§ nãi chung vμ NMT§ nãi riªng. TrÞ sè cña gi¸ thμnh ®iÖn n¨ng néi bé cña NMT§ ®−îc tÝnh b»ng

tØ sè gi÷a chÝ phÝ vËn hμnh hμng n¨m CΣ ®Ó s¶n suÊt ®iÖn n¨ng vμ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng tÝnh ë thanh çi cung cÊp cña NMT§ (trõ ®iÖn tù dïng): s=

CΣ ETĐ năă

[đ / kWh] .

Chi phÝ vËn hμnh hμng n¨m cña NMT§ bao gåm çc thμnh phÇn sau: 1) PhÝ tæn vËn hμnh: l−¬ng c«ng nh©n, chi phÝ söa ch÷a b¶o d−ìng th−êng xuyªn, çc chi phÝ phô (b¶o vÖ m«i tr−êng, c«ng t¸c phÝ...). 2) Chi phÝ cho sö ch÷a lín, ®−îc tÝnh theo hÖ sè khÊu hao hao mßn trang thiÕt bÞ. Çc chi phÝ trªn hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµo s¶n l−îng ®iÖn n¨ng (còng nh− l−îng n−íc) v× thÕ gi¸ thμnh ®iÖn n¨ng néi bé sÏ gi¶m khi l−îng n−íc vÒ trong n¨m cña NMT§ lín vμ ng−îc l¹i. Khi tÝnh to¸n kinh tÕ kü thuËt ng−êi ta hay sö dông gi¸ thμnh ®iÖn n¨ng trung b×nh. Khi ®ã cã thÓ tÝnh gÇn ®óng s¶n l−îng ®iÖn n¨ng theo thêi gian sö dông c«ng suÊt lín nhÊt Tmax T§ : s=

TrÞ sè : c p =

CΣ Nđ

cp CΣ = [đ / kWh] . N đ .Tmax TĐ Tmax TĐ

[đ / kW ] ®−îc gäi lμ suÊt chi phÝ vËn hμnh hμng n¨m cña NMT§

tÝnh cho 1 ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Æt. Thùc ra, ®èi víi NMT§ gi¸ thμnh ®iÖn n¨ng néi bé cßn chÝnh lμ suÊt chi phÝ vËn hμnh hμng n¨m tÝnh cho mét ®¬n vÞ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng. So s¸nh víi NMN§, ta còng cã tÊt c¶ çc kh¸i niÖm trªn nh−ng néi dung tÝnh to¸n cã thay ®æi. - Trong chi phÝ vËn hμnh hμng n¨m CΣ ngoμi thμnh phÇn kh«ng ®æi tÝnh nh− víi NMT§ cßn cã thμnh phÇn thay ®æi tØ lÖ víi s¶n l−îng ®iÖn n¨ng. §ã chÝnh lμ chi phÝ nhiªn liÖu. Cã thÓ tÝnh ngay cho 1 kWh ë d¹ng: sN1 = cb [®/kWh]. Trong ®ã: b - suÊt nhiªn liÖu tiªu hao tÝnh cho 1 ®¬n vÞ ®iÖn n¨ng, [kg/kWh]. c - gi¸ nhiªn liÖu tÝnh to¸n [®/kg]. Khi ®ã, ®èi víi NMN§:

s = s N1 +

CΣ N E N năă

= sN1 +

cN Tmax N

[đ / kWh] .

- X©y dùng NMN§ g¾n liÒn víi ®Çu t− khai th¸c vμ vËn chuyÓn nhiªn liÖu (bÕn c¶ng, ®−êng s¾t, kho chøa...). V× thÕ trong vèn ®Çu t− tæng, ngoμi thμnh phÇn tÝnh cho çc c«ng tr×nh thuéc nhμ m¸y cßn cã thªm thμnh phÇn vèn ®Çu t− cho c¬ së khai th¸c vμ vËn chuyÓn nhiªn liÖu Vnhl. L−îng nhiªn liÖu tiªu hao tØ lÖ víi ®iÖn n¨ng s¶n suÊt cña NMN§, v× thÕ suÊt vèn ®Çu t− cho c¬ së s¶n suÊt vμ vËn chuyÓn nhiªn liÖu cÇn tÝnh cho 1 ®¬n vÞ ®iÖn n¨ng s¶n xuÊt cña NMN§: aN1 =

Vnhl E N năă

[đ / kWh] .

CÇn chó ý lμ víi NMN§ vèn ®Çu t− tæng tØ lÖ víi c«ng suÊt ®Æt vμ s¶n l−îng ®iÖn n¨ng, nªn suÊt vèn ®Çu t− trung b×nh vμ suÊt vèn ®Çu t− khi ®Æt thªm c«ng suÊt lμ nh− nhau. 6.2. TÝnh to¸n lùa chän çc th«ng sè chñ yÕu cña NMT§

Khi x©y dùng dù ¸n, thiÕt kÕ NMT§ cÇn thiÕt ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc çc th«ng sè chñ yÕu nh−: møc n−íc d©ng b×nh th−êng, dung tÝch h÷u Ých cña hå vμ c«ng suÊt ®Æt cña nhμ m¸y. Çc th«ng sè nμy quyÕt ®Þnh hiÖu qu¶ kinh tÕ, çc ®Æc tÝnh kü thuËt vËn hμnh cña nhμ m¸y. Ngoμi ®Æc tr−ng dßng ch¶y vμ ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, viÖc lùa chän çc th«ng sè c¬ b¶n cña NMT§ cßn phô thuéc nhiÒu vμo nhu cÇu sö dông ®iÖn. H¬n n÷a viÖc lùa chän çc th«ng sè còng phô thuéc lÉn nhau: c«ng suÊt ®Æt chØ tÝnh ®−îc khi cho tr−íc chiÒu cao møc n−íc vμ dung tÝch h÷u Ých cña hå. Ng−îc l¹i ®Ó tÝnh to¸n çc chØ tiªu kinh tÕ - kü thuËt cho lùa chän møc n−íc l¹i cÇn th«ng qua trÞ sè c«ng suÊt ®Æt, trong khi th«ng sè nμy cßn phô thuéc vμo ®iÒu kiÖn hÖ thèng ®iÖn. §Ó thùc hiÖn ®−îc ng−êi ta th−êng gi¶ thiÕt tr−íc çc ph−¬ng ¸n kh¸c nhau vÒ møc n−íc, tÝnh to¸n lùa chän trong sè çc ph−¬ng ¸n nμy. Víi mçi ph−¬ng ¸n tiÕn hμnh x¸c ®Þnh c«ng suÊt ®Æt hîp lý (tèi −u) trong ®iÒu kiÖn hÖ thèng ®· cho. Trong çc tÝnh to¸n thùc tÕ, ng−êi ta th−êng ®−a ra kh«ng Ýt h¬n 3 møc n−íc d©ng b×nh th−êng (ë mét vÞ trÝ x©y dùng). Víi mçi møc n−íc d©ng b×nh th−êng l¹i ®−îc xÐt (3-4) møc n−íc chÕt (còng quyÕt ®Þnh dung tÝch h÷u Ých).

I. TÝnh to¸n lùa chän c«ng suÊt ®Æt 1. Nguyªn t¾c chung Do NMT§ cã thêi gian ho¹t ®éng l©u dμi nªn çc dù ¸n thñy ®iÖn cÇn ph¶i ®−îc tÝnh Ýt nhÊt víi thêi h¹n (15-20) n¨m. C«ng suÊt ®Æt cña NMT§ còng cÇn ®−îc xem xÐt trong quan hÖ lμm viÖc víi hÖ thèng, t−¬ng lai Ýt nhÊt trong kho¶ng thêi gian nμy. Cã çc quan ®iÓm kh¸c nhau khi chän ph−¬ng ph¸p thùc hiÖn dù ¸n: - Ph−¬ng ph¸p so s¸nh ph−¬ng ¸n th«ng qua çc chØ tiªu kinh tÕ tμi chÝnh (NPV, IRR, B/C). - Ph−¬ng ph¸p lùa chän ph−¬ng ¸n theo tiªu chuÈn tèi −u (chi phÝ tÝnh to¸n Z). - Ph−¬ng ph¸p so s¸nh víi ®èi t−îng nhiÖt ®iÖn thay thÕ. Mçi ph−¬ng ph¸p cã −u nh−îc ®iÓm riªng nªn th−êng ®−îc phèi hîp ¸p dông. ë giai ®o¹n ®Çu ®Ó luËn chøng tiÒn kh¶ thi vμ kh¶ thi, ph−¬ng ph¸p dùa vμo çc chi tiªu ph©n tÝch kinh tÕ - tμi chÝnh tá ra thÝch hîp. TÝnh kh¶ thi cña tÊt c¶ çc ph−¬ng ¸n møc n−íc (tæ hîp MNDBT vμ MNC) víi c«ng suÊt ®¶m b¶o (tÝnh theo l−îng n−íc dßng ch¶y, ch−a xÐt ®iÒu kiÖn hÖ thèng) cá thÓ kiÓm tra ®−îc theo çc chØ tiªu NPV, IRR, B/C. Thùc chÊt ë giai ®o¹n nμy cã thÓ coi çc dù ¸n ®éc lËp víi vèn ®Çu t− h¹n chÕ hoÆc kh«ng h¹n chÕ nªn çc ph−¬ng ¸n cã NPV>0 ®Òu ®−îc coi lμ kh¶ thi, ®−a vμo so s¸nh tiÕp. Trong b−íc tÝnh to¸n tiÕp theo, c«ng suÊt ®Æt ®−îc xem xÐt ®Õn ®iÒu kiÖn hÖ thèng vμ chän ra c«ng suÊt ®Æt cuèi cïng (t¹m gäi lμ tèi −u) cho mçi ph−¬ng ¸n møc n−íc. TÝnh hîp lý (hay tèi −u vÒ c«ng suÊt ®Æt) cho mçi ph−¬ng ¸n møc n−íc rÊt phô thuéc vμo ®iÒu kiÖn ho¹t ®éng vμ chÕ ®é lμm viÖc cña nã. Çc NMT§ kh«ng cã hå chøa n−íc rÊt mong muèn ph¸t ®iÖn theo chÕ ®é cña dßng ch¶y tù nhiªn: ph¸t b»ng ph¼ng theo biÓu ®å ng¾n h¹n vμ thay ®æi s¶n l−îng ®iÖn n¨ng cung cÊp theo mïa. Trong khi ®ã phô thuéc vμo hîp ®ång mua b¸n ®iÖn hay nhu cÇu hÖ thèng biÓu ®å ph¸t cã thÓ bÞ giíi h¹n, hoÆc theo d¹ng ®Þnh s½n. Çc NMT§ cã hå chøa n−íc cã thÓ tham gia ®iÒu tiÕt (tõ ®iÒu tiÕt ngμy trë lªn) chñ yÕu bÞ giíi h¹n bëi kh¶ n¨ng cung cÊp ®iÖn n¨ng theo mïa. PhÝa hÖ thèng giíi h¹n phÇn c«ng suÊt tham gia phñ ®Ønh cña nhμ m¸y, tïy thuéc vμo biÓu ®å phô t¶i tæng vμ nhu cÇu c«ng suÊt dù phßng söa ch÷a.

Çc yÕu tè trªn ¶nh h−ëng ®Õn quyÕt ®Þnh lùa chän trÞ sè c«ng suÊt ®Æt cuèi cïng. Trong giíi h¹n quy ®Þnh, çc NMT§ cã thÓ lùa chän c«ng suÊt ®Æt thªm (v−ît lªn trªn trÞ sè c«ng suÊt ®¶m b¶o) sao cho cã lîi nhÊt vÒ ®Çu t− kinh tÕ. Nãi chung, trÞ sè c«ng suÊt ®¶m b¶o lμ trÞ sè c«ng suÊt tèi thiÓu cho c«ng suÊt ®Æt bëi çc tæ m¸y lu«n lu«n ®ñ n−íc (trõ khi bÞ giíi h¹n bëi çc ®iÒu kiÖn phi kinh tÕ). Cã nªn ®Æt thªm çc tæ m¸y lμm viÖc theo mïa hay kh«ng phô thuéc giíi h¹n cho phÐp (tõ phÝa hÖ thèng hay hîp ®ång) vμ l−îng n−íc cßn d− theo mïa. Do cμng cã nhiÒu tæ m¸y ®Æt thªm th× thêi gian cßn d− n−íc theo mïa cμng ng¾n (t−¬ng øng víi ®−êng cong thêi gian ®¶m b¶o n−íc), hiÖu qu¶ ®Æt thªm c«ng suÊt cμng gi¶m, nªn nguyªn t¾c chung cña viÖc lùa chän c«ng suÊt ®Æt lμ t¨ng dÇn tõng b−íc trÞ sè c«ng suÊt cho ®Õn khi hiÖu qu¶ kinh tÕ kh«ng cßn nh− mong muèn. Khi ®ã nhËn ®−îc trÞ sè c«ng suÊt ®Æt cuèi cïng. Cã thÓ ¸p dông çc ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau khi ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ cña l−îng c«ng suÊt ®Æt thªm tïy thuéc çc ®iÒu kiÖn tÝnh to¸n. Víi çc dù ¸n thñy ®iÖn nhá th−êng chØ cã çc hîp ®ång mua b¸n ®iÖn (quy ®Þnh gi¸ ®iÖn vμ çc giíi h¹n biÓu ®å). §«i khi cßn bÞ giíi h¹n bëi kh¶ n¨ng truyÒn t¶i cña l−íi. Trong tr−êng hîp nμy cã thÓ tÝnh to¸n kh¸ ®¬n gian theo thêi gian thu håi vèn ®Çu t− cña çc tæ m¸y ®Æt thªm. Gi¸ b¸n ®iÖn vμ ®Æc tr−ng l−îng n−íc cña dßng ch¶y lμ nh÷ng yÕu tè quyÕt ®Þnh. Víi dù ¸n x©y dùng çc NMT§ lín, viÖc lùa chän c«ng suÊt ®Æt th−êng ph¶i xuÊt ph¸t tõ çc ®Æc tr−ng hÖ thèng. Ph−¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt lμ so s¸nh hiÖu qu¶ víi mét ®èi t−îng nhiÖt ®iÖn thay thÕ vÒ mäi ph−¬ng diÖn: tham gia c©n b»ng c«ng suÊt cho phô t¶i, phôc vô dù phßng söa ch÷a, gi¶m gi¸ thμnh ®iÖn n¨ng... §èi t−îng nhiÖt ®iÖn thay thÕ lμ mét dù ¸n x©y dùng NMN§ cã tÝnh kh¶ thi cao, hiÖu qu¶ nhÊt trong cïng thêi gian luËn chøng x©y dùng NMT§. Ng−êi ta th−êng hay chän NMN§ kiÓu ng−ng h¬i lμm ®èi t−îng thay thÕ. HiÖu qu¶ kinh tÕ khi ®Æt thªm mét ®¬n vÞ c«ng suÊt ë ®èi t−îng nhiÖt ®iÖn thay thÕ th−êng Ýt thay ®æi, trong khi víi NMT§ - v−ît tréi lóc ®Çu, sau gi¶m nhanh theo chiÒu t¨ng c«ng suÊt. C«ng suÊt ®Æt cuèi cïng cña NMT§ ®−îc lùa chän tr−íc khi tÝnh v−ît tréi vÒ kinh tÕ kh«ng cßn n÷a.

TÝnh hîp lý cña ph−¬ng ph¸p trªn cã thÓ gi¶i thÝch nh− sau. - Dù ¸n x©y dùng NMT§ ®−îc lËp nªn xuÊt ph¸t tõ nhu cÇu ph¸t triÓn c«ng suÊt hÖ thèng. NÕu kh«ng x©y dùng NMT§, ch¾c ch¾n ph¶i cã mét dù ¸n kh¸c t¨ng thªm nguån ph¸t. - Chän hiÖu qu¶ t−¬ng ®−¬ng ph¸t triÓn c«ng suÊt thñy ®iÖn vμ nhiÖt ®iÖn lμm cho tØ lÖ c«ng suÊt ph¸t trong hÖ thèng ngμy cμng hîp lý h¬n. 2. ChØ tiªu v−ît tréi vÒ hiÖu qu¶ kinh tÕcña NMT§ so víi ®èi t−îng thay thÕ Gi¶ thiÕt t¨ng thªm c«ng suÊt ®Æt ë NMT§ mét l−îng c«ng suÊt lμ ΔN® l−îng ®iÖn n¨ng ph¸t cña nã t¨ng ®−îc lμ ΔET. Tuy nhiªn ®Ó cã thªm l−îng c«ng suÊt nμy NMT§ cÇn t¨ng thªm l−îng vèn ®Çu t− lμ ΔVT, chi phÝ vËn hμng n¨m t¨ng thªm mét trÞ sè lμ ΔCT. Theo çc ký hiÖu ®· dïng ta cã:

ΔVT§ = ap. ΔN® . ΔCT§ = cp. ΔN® . Gi¶ thiÕt viÖc t¨ng c«ng suÊt ®Æt NMT§ trÞ sè ΔN® cho phÐp gi¶m ®−îc c«ng suÊt ë ®èi t−îng nhiÖt ®iÖn thay thÕ lμ ΔNth , ®ång thêi gi¶m ®−îc l−îng ®iÖn n¨ng lμ

ΔEN . Khi ®ã, t−¬ng øng vèn ®Çu t− vμ chi phÝ vËn hμnh ë ®èi t−îng nhiÖt ®iÖn thay thÕ còng gi¶m ®−îc:

ΔVth = aN. ΔNN + aN1. ΔEN . ΔCth = cN. ΔNN + sN1. ΔEN . SuÊt vèn ®Çu t− aN ký hiÖu ë ®©y chØ tÝnh cho phÇn vèn ®Çu t− çc c«ng tr×nh thuéc ph¹m vi nhμ m¸y. Tiªu chuÈn v−ît tréi vÒ hiÖu qu¶ c«ng suÊt ®Æt thªm cña NMT§ t−¬ng øng víi ®iÒu kiÖn sau: T=

ΔVTĐ − ΔVth ≤ Ttc . ΔCth − ΔCTĐ

Víi çc dù ¸n NMT§ th−êng lÊy thêi gian thu håi vèn ®Çu t− tiªu chuÈn T®m = 10 n¨m.. Sö dông hÖ sè hiÖu qu¶ ®Çu t− ®Þnh møc: r = 1/T®m cã thÓ viÕt l¹i thμnh: r.ΔVTĐ + ΔCTĐ ≤ r.ΔVth + ΔCth .

Thay çc biÓu thøc tÝnh cô thÓ cña ΔVT§ , ΔCT§ , ΔVth , ΔCth vμo bÊt ®¼ng thøc trªn, sau ®ã chia c¶ 2 vÕ cho ΔN® ta cã: cp + r.ap ≤ φ (cN + r.aN) + ψ(sN1+r.aN1).Tmax T§ , víi çc hÖ sè míi ®−îc ®Æt :

ϕ=

ΔN N - hÖ sè thay thÕ c«ng suÊt ; ΔN đ

ψ=

ΔE N - hÖ sè thay thÕ ®iÖn n¨ng. ΔETĐ

Ta còng ®Æt thªm çc ký hiÖu: p zTĐ = c p + r.a p - suÊt chi phÝ tÝnh to¸n tÝnh cho mét ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Æt thªm

cña NMT§; z thp = c N + r.a N - suÊt chi phÝ tÝnh to¸n tÝnh cho mét ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Æt thªm

cña ®èi t−îng nhiÖt ®iÖn thay thÕ; z thE = s N 1 + r.a N 1 - suÊt chi phÝ tÝnh to¸n cho tiªu hao nhiªn liÖu ë ®èi t−îng nhiÖt

®iÖn thay thÕ khi s¶n xuÊt mét ®¬n vÞ ®iÖn n¨ng; Khi ®ã cã thÓ viÕt gän tiªu chuÈn v−ît tréi ë d¹ng: p zTĐ ≤ ϕ .z thp + ψ .z thE .Tmax TĐ .

(6.1)

CÇn chó ý lμ, trong khi biÕn ®æi çc biÓu thøc ta ®Æt: ΔET§ = ΔNđ .Tmax T§ , v× thÕ cÇn hiÓu Tmax T§ lμ thêi gian lμm viÖc cùc ®¹i cña l−îng c«ng suÊt ®Æt thªm ΔN® , còng b»ng thêi gian ®ñ n−íc tm cho l−îng c«ng suÊt ΔNđ (h×nh 6.4,b). Tiªu chuÈn (6.1) sÏ ®−îc dïng ®Ó kiÓm tra tÝnh v−ît tréi cña NMT§ ë mçi b−íc t¨ng c«ng suÊt ®Æt cÇn lùa chän. 3. ý nghÜa cña çc hÖ sè thay thÕ φ vµ ψ Ta ®· gi¶ thiÕt r»ng çc l−îng c«ng suÊt ΔNđ , ΔNN vμ ®iÖn n¨ng ΔET§ , ΔEth thay thÕ ®−îc t−¬ng ®−¬ng cho nhau trong hÖ thèng (mÆc dï trÞ sè cña chóng kh¸c nhau theo çc hÖ sè φ vμ ψ). a. HÖ sè thay thÕ c«ng suÊt φ

Theo ®Þnh nghÜa ta cã: ϕ =

ΔN N suy ra ΔNN = φ.ΔNđ . BiÓu thøc cho thÊy hÖ sè φ ΔN đ

®Æc tr−ng cho hiÖu qu¶ c«ng suÊt cña NMT§ thay thÕ cho c«ng suÊt cña ®èi t−îng nhiÖt ®iÖn tay thÕ. HÖ sè φ cμng lín th× hiÖu qu¶ c«ng suÊt cña NMT§ ®èi víi hÖ thèng cμng cao.

φ > 1 - c«ng suÊt cña NMT§ thay thÕ ®−îc cho mét l−îng c«ng suÊt lín h¬n cña nhiÖt ®iÖn thay thÕ, φ < 1 hiÖu qu¶ thay thÕ kÐm h¬n, cßn φ = 1 c«ng suÊt cã hiÖu qu¶ t−¬ng ®−¬ng. H·y xÐt kü h¬n çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn gi¸ trÞ cña hÖ sè φ. Víi cïng mét l−îng c«ng suÊt ®Æt thªm nh− nhau t¹i NMT§ vμ NMN§ thay thÕ, nÕu ®ñ n−íc th× kh¶ n¨ng ®¸p øng c«ng suÊt cho nhu cÇu phô t¶i hÖ thèng cña NMT§ sÏ cao h¬n. §ã lμ v× c«ng suÊt tù dïng ë NMT§ nhá h¬n ®¸ng kÓ. Tæn thÊt truyÒn c«ng suÊt trªn l−íi tõ NMT§ ®Õn phô t¶i cã thÓ lín h¬n ®«i chót so víi NMN§ nh−ng vÒ tæng thÓ vÉn cho gi¸ trÞ φ > 1. XÐt theo ®−êng cong tÇn suÊt ®¶m b¶o n−íc, dÔ thÊy giíi h¹n ®Ó cã hÖ sè c«ng suÊt φ ≥ 1 n»m trªn, gÇn víi l−u l−îng n−íc ®¶m b¶o (h×nh 6.4,a).

Q N

Q N φ=0

φ=0

b ΔN®

0 1 - ®iÖn n¨ng ph¸t ra tõ NMT§ thay thÕ ®−îc cho mét l−îng ®iÖn n¨ng nhiÒu h¬n tõ nhiÖt ®iÖn thay thÕ, ψ < 1 hiÖu qu¶ thay thÕ kÐm h¬n, cßn ψ = 1 ®iÖn n¨ng cã hiÖu qu¶ t−¬ng ®−¬ng. DÔ thÊy ®iÖn n¨ng ®· ph¸t ®−îc tõ NMT§ th× kh«ng cßn phô thuéc l−îng n−íc. HiÖu qu¶ cung cÊp cho nhu cÇu tiªu thô chØ cßn phô thuéc vμo l−îng hao hôt do tù dïng vμ mÊt m¸t truyÒn t¶i. NMT§ cã ®iÖn n¨ng tù dïng nhá nh−ng th−êng xa phô t¶i nªn tæn thÊt truyÒn t¶i nhiÒu h¬n. Tæng thÓ, bï trõ lμm cho hÖ sè ψ cã trÞ sè gÇn víi 1. ChÝnh x¸c n»m trong ph¹m vi ψ = (1,0 - 1,06). Khi tÝnh gÇn ®óng lÊy ψ = 1. LÊy lín h¬n khi tæn thÊt truyÒn t¶i nh− nhau. 4. TÝnh to¸n lùa chän c«ng suÊt ®Æt theo çc tr−êng hîp kh¸c nhau a. Tr−êng hîp φ > 1 (c«ng suÊt ®¶m b¶o). §©y lμ tr−êng hîp tÝnh to¸n cho nh÷ng b−íc ban ®Çu cña qu¸ tr×nh t¨ng c«ng suÊt, tiªu chuÈn v−ît tréi ®−îc ®¸nh gi¸ theo (6.1). Do chØ tÝnh víi l−îng c«ng suÊt p p th−êng nhá h¬n so zTĐ ®Æt thªm, nªn suÊt chi phÝ tÝnh to¸n tÝnh cho NMT§ zTĐ

cña NMN§ (do ap

Giao Trinh Thuy Dien

Short Description

Description

Comments

We need your help!