ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƢỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH NỘI BỘ MÔN: NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NGHỀ : VẬN HÀNH THỦY ĐIỆN (Áp dụng cho trình độ trung cấp) LƢU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017 LỜI GIỚI THIỆU Nhà máy thủy điện là một trong những môn học chuyên môn được biên soạn dựa trên chương trình khung và chương trình dạy nghề do Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội và Tổng cục Dạy nghề ban hành dành cho hệ Cao Đẳng và Trung Cấp Nghề Vận hành nhà máy thủy điện. Giáo trình này được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất, trong mỗi bài đều có ví dụ và bài tập áp dụng để làm sáng tỏ lý thuyết. Khi biên soạn, tác giả đã dựa trên kinh nghiệm giảng dậy, tham khảo đồng nghiệp và tham khảo ở nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế. Nội dung của môn học gồm có 5 chương: Chƣơng 1: Khái quát về thuỷ năng và nguyên lý khai thác Chƣơng 2: Các công trình và thiết bị chính của nhà máy thuỷ điện Chƣơng 3: Các loại nhà máy thuỷ điện Chƣơng 4: Nhà máy thuỷ điện làm việc trong hệ thống điện lực Chƣơng 5: Các thông số cơ bản của nhà máy thuỷ điện Trong quá trình biên soạn mặc dù đã có rất nhiều cố gắng song khó tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn và khiếm khuyết.
Tôi rất mong nhận được sự góp ý của Quý đồng nghiệp và các bạn Học sinh - Sinh viên trong toàn Trường để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp, cảm ơn Khoa Điện-Điện tử, Trường Cao đẳng Lào Cai đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho tôi hoàn thành giáo trình này. Lào Cai, ngày. năm 2017 Ngƣời biên soạn GV Ngô Đức Hiếu MỤC LỤC Nội dung TRANG Chƣơng 1: Khái quát về thuỷ năng và 4 nguyên lý khai thác 1.
Năng lượng của dòng nước và khả năng sử dụng. Vấn đề sử dụng tổng hợp các lợi ích của hồ chứa 14 Chƣơng 2: Các công trình và thiết bị chính của nhà máy thuỷ điện 16 1. Công trình dâng nước. Công trình dẫn nước 19 3.
Thiết bị biến đổi năng lượng 26 4.Trạm phân phối điện. Hệ thống thiết bị phụ. 41 Chƣơng 3: Các loại nhà máy thuỷ điện 47 1. Nhà máy thuỷ điện kiểu đập.
Nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn. Nhà máy thuỷ điện kiểu hỗn hợp. Một vài nhà máy thuỷ điện dạng khác. So sánh ưu, nhược điểm của nhà máy thuỷ điện với các nhà máy 53 điện khác 6.
Kiểm tra Chƣơng 4: Nhà máy thuỷ điện làm việc trong hệ thống điện lực 54 1. Yêu cầu dùng điện và biểu đồ phụ tải. Khái quát về Hệ thống điện 57 3. Nhà máy thuỷ điện tham gia vào cân bằng năng lượng của Hệ thống 59 điện lực 4.
Các chỉ tiêu kinh tế chính của nhà máy thuỷ điện 60 Chƣơng 5: Các thông số cơ bản của nhà máy thuỷ điện 62 1. Các thông số cơ bản, trình tự xác định 62 2. Xác định nhiệm vụ cung cấp nước và chọn mức nước tính toán 66 3. Chọn năm tính toán nước dự trữ 68 4.
Cách xác định các thông số chính của nhà máy thuỷ điện 70 Tài liệu tham khảo 78 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN MỤC TIÊU MÔ ĐUN: * Kiến thức - Trình bày được nguyên lý chung, các dạng nhà máy Thuỷ điện; các công trình chính của nhà máy Thuỷ điện, nguyên tác xác định trữ lượng thuỷ năng và lợi ích tổng hợp của nguồn nước. * Kỹ năng - Phân biệt được các công trình chính trong nhà máy Thuỷ điện; hiểu được tầm quan trong của nhà máy Thuỷ điện trong hệ thống điện Quốc gia; - Chỉ ra được các đặc tính, thông số, chỉ tiêu kỹ thuật chính của các hệ thống, bộ phận của nhà máy thuỷ điện. * Năng lực tự chủ và trách nhiệm. - Vận dụng được các kiến thức đã học vào việc vận hành an toàn nhà máy.
- Có thái độ nghiêm túc trong học tập. NỘI DUNG: CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ THỦY NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ KHÁI THÁC Mục tiêu của bài: Học xong bài này, người học có khả năng: - Nhận biết được các loại máy điện; - Vận dụng được các định luật dùng để nghiên cứu máy điện; - Phân biệt được các loại vật liệu dùng trong máy điện; - Giải thích được quá trình phát nóng và làm mát máy điện. - Tích cực chủ động trong học tập. Năng lƣợng dòng nƣớc và khả năng sử dụng: 1.
Thuỷ năng là năng lượng tiềm tàng trong nước. Môn thuỷ năng là ngành khoa học nghiên cứu sử dụng, khai thác các nguồn năng lượng nước. Nước trong thiên nhiên mang năng lượng ở 3 dạng: hoá năng, nhiệt năng, cơ năng. Hoá năng của nước thể hiện chủ yếu trong việc tạo thành các dung dịch muối và hoà tan các loại đất đồi núi trong nước sông.
Nhiệt năng của nước thể hiện ở sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp nước trên mặt và dưới đáy sông, giữa nước trên mặt đất và nước ngầm. Hai dạng năng lượng của nước nói trên có trữ lượng lớn, song phân tán, kỹ thuật sử dụng còn nhiều khó khăn, hiện nay chưa khai thác được. Cơ năng của nước thiên nhiên thể hiện trong mưa rơi, trong dòng chảy của sông suối, trong dòng nước và thuỷ triều. Dạng năng lượng này rất lớn, ta có khả năng và điều kiện sử dụng.
Trong đó các dòng sông có nguồn năng lượng rất lớn và khai thác dễ dàng hơn cả. Năng lượng tiềm tàng đó thường ngày bị tiêu hao một cách vô ích vào việc khắc phục những trở lực trên đường chuyển động, ma sát nội bộ, bào mòn xói lở bờ sông và lòng sông, vận chuyển phù sa bùn cát và các vật rắn, công sản ra để vận chuyển khối nước. Nước ta ở vùng nhiệt đới, mưa nhiều, lượng mưa thường từ 1500-2000 mm/năm. Có những vùng như Hà Giang, dọc Hoàng Liên Sơn, Tây Côn Lĩnh ,Tây Nguyên lượng mưa đến 4000-5000 mm/năm nên nguồn nước rất phong phú.
Năng lượng khai thác từ nguồn nước chủ yếu là cơ năng của dòng chảy mặt (sông, suối), của thuỷ triều và của các dòng hải lưu. Tuy nhiên ở môn học thủy điện I, chúng ta sẽ chỉ tập trung nghiên cứu cơ năng của dòng chảy sông suối. Trữ lượng thủy năng trên thế giới rất lớn. Theo nghiên cứu và công bố của B.
Xlebinger tại hội nghị Năng lượng toàn thế giới lần thứ 4 (Luân Đôn - 1950), trữ lượng thủy năng trên thế giới được thống kê trong Bảng 1.1 Trữ lƣợng thủy năng trên thế giới theo B. Xlebinger Vùng Diện tích Trữ lượng Mật độ (103 Km2) (106 Kw) công suất 1. Châu Ũc và Châu Đ 8. Tổng cộng toàn trái 134.610 41,7 đất Theo một số tài liệu nghiên cứu, nước ta có trên 1000 con sông suối (chiều dài > 10Km) với trữ năng tiềm tàng khoảng 260 - 280 tỷ Kwh.
Trong đó các lưu vực sông Đà, Lô - Gâm và sông Đồng Nai có nguồn năng lượng lớn nhất. Đánh giá trữ năng lý thuyết và trữ năng kinh tế kỹ thuật ở Việt Nam được thống kê trong Bảng 1.2 Trữ năng lý thuyết và kinh tế-kỹ thuật một số lƣu vực lớn ở Việt Nam Tên lưu vực sông E0 lý thuyết E0 kỹ thuật E0 LT/E0 1. Sông Vũ Gia - Thu 15. Sông Trà Khúc 5.
Sông Sê San 21. Sông Đồng Nai 27.3: Trữ năng kỹ thuật các lƣu vực lớn ở Việt Nam Tên lưu vực Số bậc thang thủy Công suất (MW) 1. Thái Bình 138 điện 12. Vùng Đèo Ngang, Đèo 28 1.200 * Tính công suất điện lƣợng cho một đoạn sông.
Muốn xác định năng lượng tiềm tàng của dòng chảy trong sông thiên nhiên (hình 1-1) từ mặt cắt (1-1) đến (2-2) ta xét năng lượng mà khối nước W di chuyển trong đoạn ấy đã tiêu hao đi, nghĩa là tìm hiệu số năng lượng giữa hai mặt cắt đó: E = E1-E2 Dựa vào phương trình Bec-nui chúng ta biết được năng lượng tiềm tàng chứa trong thể tích nước W(m3) khi chảy qua mặt cắt (1-1) trong thời gian t(s) sẽ là: Trong đó: + Z1 - cao trình mặt nước tại mặt cắt 1-1 + p1 - áp suất trên mặt nước tại mặt cắt 1-1 +γ - trọng lượng thể tích của nước; γ = 9,81.103 N/m3 + V1 - vận tốc dòng chảy tại mặt cắt 1-1 + α1 - hệ số xét đến sự phân bố lưu tốc tại mặt cắt 1-1 +g - gia tốc trọng trường. Giả thiết rằng trong đoạn sông đang xét không có sông nhánh đổ vào, nghĩa là coi lượng nước W chảy qua mặt cắt (1-1) và (2-2) là không đổi. Khi đó lượng nước W chảy qua mặt cắt (2-2) sẽ có một năng lượng tiềm tàng là: Ý nghĩa các ký hiệu trong biểu thức (1-2) giống như các ký hiệu của (1-1) Vậy năng lượng tiềm tàng của đoạn sông sẽ là: Phân tích biểu thức (1-3) ta thấy E cũng chính là công sản ra trong t giây để di chuyển lượng nước W từ mặt cắt (1-1) sang (2-2) với cột nước toàn phần là: Nghĩa là: E1-2 =. H1-2 (Jun) (1-5) Xét cột nước toàn phần, ta thấy nó gồm 3 thành phần: - Cột nước địa hình: Hđh = (Z1 - Z2) - Cột nước áp suất: - Cột nước lưu tốc: Do đó H1-2 có thể viết: H1-2 = Hđh + Has + Hlt Trong thực tế, trị số áp suất p1, p2 ở hai đầu đoạn sông nghiên cứu thường chênh lệch nhau rất ít.
Mặt khác giả thiết lượng nước trong đoạn sông đang xét không đổi nên khia các đặc trưng về hình dạng của hai mặt cắt sông gần giống nhau thì sẽ dẫn đến Nghĩa là coi Bỏ qua sai số không đáng kể biểu thức (1-3) có thể viết dưới dạng đơn giản: - Z2 ) (Jun) (1-6) - Z2 (1-7) Biểu thức (1-7) chính là công thức cho phép ta xác định năng lượng tiềm tàng của bất kỳ đoạn sông nào.t (Jun) (1-8) Nếu thay đơn vị điện lượng jun bằng kwh với 1kwh =3600.103 jun, ta sẽ Ta có: E = HQt/367,2 (kWh) (1-9) Từ biểu thức (1-8) và (1-9) ta có thể xác định công suất N của dòng nước trong một đoạn sông theo công thức chung: N = E/t từ (1-8) ta có: N = 9,81.H (kW) (1-11) Công thức (1-11) được coi là công thức cơ bản nhất để tính toán thuỷ năng. Nó thường được áp dụng nhiều trong công tác quy hoạch, khảo sát, điều tra trữ lượng thủy năng tiềm tàng của sông ngòi.