CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN I. Các loại nhà máy thủy điện Nhà máy là công trình chủ yếu của Trạm thủy điện, trong đó bố trí các thiết bị động lực: Tuabin, máy phát và các hệ thống thiết bị phụ phục vụ cho sự làm việc bình thường của các thiết bị chính nhằm sản xuất điện năng cung cấp cho các hộ dùng điện. Loại và kết cấu nhà máy phải đảm bảo sự làm việc an toàn của thiết bị và thuận lợi trong vận hành.
Nhà máy thủy điện thông thường được chia thành 3 loại cơ bản: Nhà máy thủy điện ngang đập, nhà máy thủy điện sau đập, nhà máy thủy điện đường dẫn. Ngoài ra các loại nhà máy đặc biệt: nhà máy ngầm, nhà máy kiểu nửa ngầm, nhà máy kết hợp xả lũ, nhà máy trong thân đập v. Nhà máy thủy điện ngang đập Nhà máy thủy điện ngang đập được xây dựng với cột nước không quá 35÷40m. Ở đây toàn bộ hệ thống công trình tập trung trên một tuyến.
Bản thân nhà máy là một phần của công trình dâng nước, nó thay thế cho một phần đập dâng chịu áp lực nước thượng lưu. Cửa lấy nước cũng là thành phần của bản thân nhà máy. Một đặc điểm cần lưu ý khi thiết kế đối với nhà máy thủy điện ngang đập là về mùa lũ cột nước công tác thường giảm, dẫn đến công suất tổ máy giảm, trong một số trường hợp nhà máy có thể ngừng làm việc. Để tăng công suất nhà máy trong thời kỳ mùa lũ đồng thời giảm đập tràn, hiện nay trên thế giới người ta thiết kế nhà máy thủy điện ngang đập, kết hợp xả lũ qua đoạn tổ máy.
Lợi dụng dòng xiết của lũ sau khi tháo qua nhà máy làm hạ mực nước hạ lưu, tăng cột nước làm việc của trạm thủy điện. Tuy nhiên theo tìm hiểu của tác giả thì ở Việt Nam hiện nay chưa có nhà máy dạng này. Đây là một hướng mới phát triển các thủy điện cột nước thấp ở hạ du các sông lớn [3]. Nhà máy thủy điện ngang đập ở nước ta điển hình là nhà máy thủy điện Thác Bà (120MW), thủy điện Chiêm Hóa (48MW).1: nhà máy thủy điện ngang đập I.
Nhà máy thủy điện sau đập Nhà máy thủy điện sau đập thường dùng với cột nước từ 30÷45m ≤ H ≤ 250÷300m và có thể lớn hơn nữa. Nhà máy được bố trí ngay sau đập dâng nước. Nhà máy không chịu áp lực nước phía thượng lưu, do đó kết cấu phần dưới nước và biện pháp chống thấm đỡ phức tạp hơn nhà máy ngang đập dâng. Nếu đập dâng nước là đập bêtông trọng lực thì cửa lấy nước và đường ống dẫn nước, tuabin được bố trí trong thân đập bêtông.
Khoảng cách giữa đập và nhà máy thường đủ để bố trí các phòng và máy biến thế [3]. Trong một số trường hợp nếu không ảnh hưởng nhiều đến ứng suất hạ lưu đập để giảm khối lượng bêtông và chiều dài đường ống dẫn nước vào tuabin người ta đặt lấn nhà máy vào thân đập. Tùy thuộc vào cột nước công tác, nhà máy thủy điện sau đập thường dùng Tuabin tâm trục, Tuabin cánh quay cột nước cao hoặc tuabin cánh chéo. Ở nhà máy thủy điện sau đập phần điện thường được bố trí phía thượng lưu giữa đập và nhà máy; còn hệ thống dầu nước thì bố trí phía hạ lưu.
Dạng nhà máy sau đập ở nước ta 11 có thể kể tới điển hình như: Sơn La (2400MW), Bản Chát (210MW), Tuyên Quang (342MW), Pleikrong (100MW), Sesan 4 (360MW), Trị An (400MW), .2: nhà máy thủy điện sau đập I. Nhà máy thủy điện đường dẫn Nhà máy thủy điện đường dẫn phạm vi sử dụng cột nước rất rộng từ 2÷3m đến 1700÷2000m [3]. Trong sơ đồ khai thác thủy năng kiểu đường dẫn hoặc kết hợp, nhà máy thủy điện đứng riêng biệt tách khỏi công trình đầu mối. cửa lấy nước đặt cách xa nhà máy.
Trong trường hợp công trình dẫn nước là không áp thì cửa lấy nước nằm trong thành phần của bể áp lực; trong trường hợp công trình dẫn nước là đường hầm có áp thì cửa lấy nước bố trí ở đầu đường hầm; tuy nhiên trên thực tế có rất nhiều cách bố trí khác nhau, tùy thuộc vào từng công trình. Đường dẫn nước thường là đường ống áp lực. Nhà máy thủy điện đường dẫn có nhiều hạng mục công trình và nằm tập trung theo hai khu vực; khu công trình đầu mối gồm công trình ngăn dòng, công 12 trình xả lũ, công trình lấy nước và khu nhà máy nối tiếp hạ lưu bằng đường dẫn có áp hoặc không áp. Ở nước ta kiểu nhà máy thủy điện đường dẫn rất phổ biến, hầu hết các nhà máy nhỏ đều sử dụng đường dẫn.
Các nhà máy lớn có thể kể đến như: Huội Quảng (520MW), Bản Vẽ (320MW), A Vương (210MW), Sông Hinh (70MW).3: nhà máy thủy điện đường dẫn I. Các loại đường dẫn nước vào nhà máy thủy điện. Công trình dẫn nước của trạm thủy điện có thể là công trình không áp (kênh dẫn, đường hầm không áp) hoặc loại có áp (đường hầm có áp, đường ống áp lực). Các công trình dẫn nước không áp được bố trí ở các cao trình gần với mực nước thượng lưu khi mực nước này ít thay đổi.
Các công trình dẫn nước có áp được bố trí ở cao trình sâu hơn khi mực nước thượng lưu thay đổi nhiều. Sử dụng các công trình này cho phép tăng độ sâu công tác của hồ chứa và do đó tăng dung tích hiệu dụng của hồ. Kênh dẫn nước vào nhà máy thủy điện Khi địa hình tương đối bằng phẳng, tuyến đường dẫn ít bị chia cắt, địa chất ổn định, về mặt kinh tế nên sử dụng kênh dẫn nước. Kênh dẫn được ứng dụng rộng rãi ở trạm thủy điện đường dẫn khi mực nước thượng lưu thay đổi không nhiều.
13 Trong thực tế người ta chia làm 2 loại: kênh tự điều tiết và kênh không tự điều tiết. * Kênh tự điều tiết: là kiểu đường dẫn hở mà độ sâu cuối có thể đạt đến mức: độ dốc đường mặt nước trong đường dẫn bằng không, thường dùng đường dẫn là kênh với mặt cắt hình thang. Khi thiết kế chọn độ dốc đáy kênh i theo trạng thái chảy đều, ứng với lưu lượng thiết kế qua nhà máy. Cao trình đỉnh bờ kênh là nằm ngang suốt chiều dài kênh.
Khi trạm thủy điện làm việc với lưu lượng thiết kế, dòng chảy trong kênh ổn định với dòng chảy đều. Khi lưu lượng qua trạm nhỏ, mực nước cuối kênh tăng lên. đến lưu lượng bằng không, mực nước trong kênh nằm ngang. Do vậy mà kênh tự điều tiết được lưu lượng, không cần cửa điều tiết ở đầu kênh và không cần bố trí tràn xả thừa ở cuối kênh.
Ưu điểm: Do không phải xả tràn nên tiết kiệm được lượng nước. Mực nước cuối kênh cũng tăng khi lưu lượng nhỏ, nên giảm được tổn thất cột nước. Từ đó mà giảm được tổn thất năng lượng. Nhược điểm: Khối lượng đào đắp lớn, cho nên thường chỉ ứng dụng với tuyến kênh ngắn, độ dốc tương đối nhỏ.4: kênh tự điều tiết a) mặt cắt dọc; b) Quan hệ mực nước và độ sâu dòng chảy trong kênh h 1 - độ sâu mực nước đầu kênh; h 2 - độ sâu mực nước cuối kênh; R R R R h 0 - độ sâu chảy đều; hk – đô sâu giới hạn.
R R 14 * Kênh không tự điều tiết: Thiết kế dòng chảy trong kênh là dòng đều, ứng với lưu lượng thiết kế của trạm. Độ dốc đỉnh bờ kênh bằng với độ dốc đáy. Do đó khi lưu lượng dùng nhỏ hơn lưu lượng thiết kế, mực nước cuối kênh tăng lên, dòng chảy tràn qua tràn xả thừa. Chính vì thế mà phải thiết kế tràn xả thừa ở cuối kênh và thường đặt ở bể áp lực.
Đầu kênh phải đặt cửa van điều tiết dòng chảy. Ưu điểm: Vì mặt cắt kênh không thay đổi theo chiều dài nên khối lượng đào - đắp nhỏ, thường dùng cho công trình có tuyến dẫn nước dài. Nhược điểm: Phải có tràn xả thừa nên bớt mất một phần lưu lượng qua tràn. Tổn thất cột nước lớn hơn so với kênh tự điều tiết.5: kênh không tự điều tiết a) Mặt cắt dọc; b) quan hệ giữa lưu lượng và các độ sâu trong kênh.
Kênh dẫn của trạm thủy điện thường chạy trên sườn dốc nên hay gặp trường hợp một bên đào, một bên đắp. Cần chú ý rằng mái kênh phía đỉnh núi có thể sinh trượt đất, còn mái về phía chân núi dễ thấm nước, vì vậy phải đầm nện kỹ. Vì kênh đặt trên sườn dốc, nên có trường hợp khối lượng đào rất lớn. Chọn tuyến kênh phải sao cho khối lượng đào nhỏ nhất, kênh đi qua vùng địa chất ổn định, ít thấm nước và không cắt qua chỗ quá dốc.
Tại một vài vị trí phải làm các công trình đưa nước như: xi phông, cầu máng, ống dẫn ngược v.những đoạn kênh mà mái dễ sạt trượt người ta phải làm nắp đậy. Trên thực tế hiện nay các công trình thủy điện nhỏ phổ biến dùng kênh bêtông cốt thép mặt cắt hình thang. Về nguyên tắc khi lựa chọn tuyến kênh phải đảm bảo các yêu cầu sau: Để giảm khối lượng công trình yêu cầu tuyến kênh phải ngắn, khối lượng đào đắp phải nhỏ. Cố gắng chọn tuyến kênh sao cho đi qua những nơi địa hình ít 15 thay đổi và khối lượng đào đắp tương đương nhau, tránh những nơi sườn đồi quá dốc.
Kênh không đi qua nơi địa chất quá yếu có khả năng sụt lở. vốn đầu tư vào việc xây dựng các công trình trên kênh ít Những nơi phải uốn cong thì bán kính cong không vượt quá bán kính cong giới hạn theo điều kiện tổn thất thủy lực.6: các hình thức mặt cắt kênh a) Đào; b) Vừa đào vừa đắp; c) Bên đào bên đắp; d) Đắp; e) kênh chữ nhật bằng bêtông I. Đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện Đường hầm dẫn nước còn gọi là tuynen dẫn nước. Căn cứ vào chế độ thủy lực bên trong đường hầm mà chúng có thể phân thành hai loại cơ bản: đường hầm dẫn nước không áp và đường hàm dẫn nước có áp.
Đường hầm không áp được ứng dụng trong các trường hợp khi mực nước trong chúng ít thay đổi. Khi lựa chọn tuyến đường hầm phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất và điều kiện thi công. Về măt kinh tế, yêu cầu tuyến đường hầm phải ngắn nhất. Trong thực tế, do điều kiện địa hình, địa chất và điều kiện thi công, tuyến đường hầm có thể có dạng gãy khúc, các đoạn nối với nhau được lượn cong với bán kính 16 không nhỏ hơn 5 lần chiều rộng tiết diện của chúng và góc ngoặt không vượt quá 60o.
