Luận Văn Thạc Sĩ: Tính Toán Cửa Nhận Nước Nhà Máy Thủy Điện Với Nền Bằng Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn

Khám phá luận văn thạc sĩ về tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện bằng phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng trong xây dựng công trình thủy.

• Tác giả: Trần Thị Mai Phương
• Người hướng dẫn: GS.TS Phạm Ngọc Khánh
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Tính Toán Cửa Nhận Nước Nhà Máy Thủy Điện Bằng Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TONG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ CÁC CHI TIẾT
• 1.1. Sự phát triển của thủy điện Việt Nam
• 1.2. Phân loại nhà máy thủy điện
• 1.2.1. Phân theo tỉ số công suất lắp máy
• 1.2.2. Phân theo điều kiện chịu áp lực nước ở thượng lưu
• 1.2.3. Phân loại theo kết cấu nhà máy
• 1.3. Tổng quan về các hạng mục của công trình thủy điện
• 1.3.1. Công trình đầu mối
• 1.3.2. Công trình trên tuyến năng lượng
• 1.3.3. Đường ống áp lực
• 1.3.4. Nhà máy thủy điện
• 1.4. Tác dụng và yêu cầu của cửa lấy nước
• 1.4.1. Tác dụng của cửa lấy nước
• 1.4.2. Yêu cầu của cửa lấy nước
• 1.5. Phân loại cửa lấy nước
• 1.5.1. Cửa lấy nước có áp
• 1.5.2. Thiết bị đặt trong cửa lấy nước
• 1.5.3. Hình dạng và cấu tạo cửa lấy nước có áp
• 1.5.4. Cửa lấy nước không áp
• 1.5.4.1. Vị trí và điều kiện áp dụng
• 1.5.4.2. Phân loại cửa lấy nước không áp
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CỬA NHẬN NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 2.1. Các phương pháp tính toán
• 2.1.1. Phương pháp giải tích
• 2.1.2. Phương pháp sức bền vật liệu
• 2.1.3. Phương pháp lý thuyết đàn hồi
• 2.1.4. Các phương pháp số
• 2.1.4.1. Phương pháp sai phân hữu hạn
• 2.1.4.2. Phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.2. Lựa chọn phương pháp tính toán trong luận văn
• 2.3. Trình bày các mô hình nền thường dùng và chọn mô hình tính toán trong luận văn
• 2.3.1. Khái niệm về mô hình nền
• 2.4. Mô hình lớp không gian biến dạng tổng thể
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CỬA NHẬN NƯỚC CÙNG LÀM VIỆC VỚI NỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 3.1. Thiết lập phương trình cơ bản của bài toán dựa trên thuật toán của phương pháp phần tử hữu hạn
• 3.2. Nội dung của phương pháp phần tử hữu hạn
• 3.3. Phương pháp tính toán
• 3.4. Thiết lập hệ thống phương trình cơ bản của bài toán. Áp dụng tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện Lai Châu
• 3.4.1. Giới thiệu chung về vị trí công trình
• 3.4.2. Tóm tắt thông số thiết kế kỹ thuật công trình
• 3.4.3. Hạng mục cửa nhận nước
• 3.5. Tính toán kết cấu cửa nhận nước
• 3.5.1. Qui trình, qui phạm sử dụng trong tính toán
• 3.5.2. Thông số mô hình
• 3.5.3. Tải trọng tác dụng. Tổ hợp tải trọng
• 3.5.4. Các nguyên tắc trong tính toán bổ trí cốt thép
• 3.5.5. Kết quả phân tích ứng suất biến dạng
• 3.5.6. Kết quả tính toán cốt thép các bản móng chịu áp suất
• 3.5.7. Kết quả tính toán cốt thép phần bê tông khối lớn
• 3.5.8. Bố trí cốt thép. Các ảnh hưởng của nền
• 3.5.9. Trong bài toán tĩnh
• 3.5.10. Trong bài toán động
• 3.5.11. Kết luận
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Tính Toán Cửa Nhận Nước

Trong bối cảnh phát triển năng lượng tái tạo, tính toán thủy điện trở thành một lĩnh vực quan trọng. Cửa nhận nước là yếu tố then chốt trong hệ thống công trình thủy điện, đảm bảo cung cấp đủ nước cho quá trình phát điện. Việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán giúp tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo an toàn cho công trình. Các nghiên cứu về mô hình thủy lực và phân tích dòng chảy đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất và độ bền của cửa nhận nước.

1.1. Tầm quan trọng của cửa nhận nước

Cửa nhận nước không chỉ là một cấu trúc vật lý mà còn là một phần thiết yếu trong hệ thống nhà máy thủy điện. Nó đảm bảo rằng lượng nước cần thiết được dẫn vào nhà máy một cách hiệu quả. Việc thiết kế cửa nhận nước cần phải xem xét nhiều yếu tố như lưu lượng nước, áp lực, và điều kiện địa hình. Các yêu cầu kỹ thuật như khả năng chịu áp lực và độ bền cũng cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

1.2. Các phương pháp tính toán

Nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp số khác nhau để tính toán cửa nhận nước, trong đó phương pháp phần tử hữu hạn được coi là phương pháp hiện đại và hiệu quả nhất. Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác các điều kiện làm việc của cửa nhận nước dưới tác động của áp lực và dòng chảy. Việc áp dụng phân tích số liệu giúp tối ưu hóa thiết kế, giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công và vận hành.

II. Phân Tích Kết Cấu Cửa Nhận Nước

Kết cấu cửa nhận nước cần được thiết kế với sự chú ý đến nhiều yếu tố như tính toán kết cấu và tính toán cở học chất lượng. Các yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng chịu tải và độ bền của cửa. Việc sử dụng mô hình phần tử hữu hạn cho phép phân tích ứng suất và biến dạng trong các điều kiện khác nhau, từ đó đưa ra những giải pháp thiết kế tối ưu. Các thông số như áp lực nước, tải trọng động và ảnh hưởng của nền đất cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Thiết kế và mô hình hóa

Việc mô hình hóa cửa nhận nước trong phần mềm như ANSYS giúp xác định chính xác các ứng suất và biến dạng. Mô hình hóa cũng cho phép xem xét các điều kiện biên và tải trọng tác dụng, từ đó tối ưu hóa thiết kế. Các thông số như kích thước, hình dạng và vật liệu được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo tính ổn định và bền vững của công trình trong suốt quá trình hoạt động.

2.2. Phân tích ứng suất

Phân tích ứng suất là một bước quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho cửa nhận nước. Các kết quả từ phân tích số liệu cho thấy ứng suất biến dạng trong các điều kiện làm việc khác nhau. Việc xác định các điểm yếu trong kết cấu giúp đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời, đảm bảo cửa nhận nước hoạt động hiệu quả và an toàn.

III. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Luận

Nghiên cứu về tính toán cửa nhận nước không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành thủy điện. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để cải thiện thiết kế các công trình thủy điện hiện có cũng như trong việc xây dựng các công trình mới. Việc tối ưu hóa thiết kế cửa nhận nước sẽ góp phần nâng cao hiệu suất và độ bền của nhà máy thủy điện, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành.

3.1. Tính khả thi và triển vọng

Dựa trên các kết quả đạt được, có thể khẳng định rằng việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán cửa nhận nước là khả thi và mang lại nhiều lợi ích. Các nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng ra các lĩnh vực khác trong thiết kế công trình thủy điện, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

3.2. Kết luận

Tổng kết lại, nghiên cứu về tính toán cửa nhận nước bằng phương pháp phần tử hữu hạn đã chỉ ra những giá trị thực tiễn quan trọng. Việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại không chỉ giúp tối ưu hóa thiết kế mà còn đảm bảo an toàn cho các công trình thủy điện. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển bền vững nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu tiềm năng thủy điện lớn với hơn 1000 con sông suối, tổng trữ năng khoảng 280 tỷ kWh/năm, trong đó lưu vực sông Đà chiếm khoảng 7800 MW công suất lắp máy, sông Sê San 4000 MW và sông Đồng Nai 1900 MW. Đến năm 2012, các nhà máy thủy điện lớn như Thác Bà (120 MW), Sơn La (2400 MW), Tuyên Quang (342 MW) đã đi vào hoạt động, đồng thời các dự án như Lai Châu (1200 MW) đang được xây dựng. Nhu cầu điện năng dự báo tăng trung bình 14-16% mỗi năm giai đoạn 2011-2015, đòi hỏi phát triển hệ thống thủy điện hiệu quả, bền vững.

Cửa nhận nước là công trình đầu mối quan trọng trong hệ thống thủy điện, chịu trách nhiệm lấy nước từ hồ chứa vào nhà máy, đảm bảo lưu lượng và áp lực nước phù hợp cho vận hành. Việc tính toán kết cấu cửa nhận nước phải đảm bảo an toàn, ổn định trong quá trình vận hành, chịu được các tải trọng thủy lực, động đất và ảnh hưởng của nền móng. Mục tiêu nghiên cứu là phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của cửa nhận nước nhà máy thủy điện, từ đó đề xuất phương pháp tính toán kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn nhằm đảm bảo độ bền và ổn định công trình.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cửa nhận nước nhà máy thủy điện Lai Châu, với các thông số kỹ thuật cụ thể như công suất 1200 MW, cột nước tối đa 95,25 m, lưu lượng thiết kế 554,72 m³/s cho mỗi đường ống áp lực. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác tính toán kết cấu, góp phần phát triển bền vững ngành thủy điện Việt Nam trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản trong cơ học kết cấu và cơ học đất nền, bao gồm:

• Lý thuyết đàn hồi: Giải quyết bài toán ứng suất và biến dạng trong kết cấu bê tông cốt thép, áp dụng các phương trình vi phân và nguyên lý biến phân để thiết lập hệ phương trình cơ bản.
• Mô hình nền móng: Sử dụng mô hình nền Winkler (biến dạng cục bộ), mô hình nửa không gian biến dạng tuyến tính và mô hình lớp không gian biến dạng tổng thể để mô phỏng ảnh hưởng của nền đất đến kết cấu cửa nhận nước.
• Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Phương pháp số rời rạc chia miền tính toán thành các phần tử nhỏ, giải hệ phương trình đại số để xác định ứng suất, biến dạng và chuyển vị nút trong kết cấu. Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác các điều kiện biên phức tạp và tính dị hướng của vật liệu.

Các khái niệm chính bao gồm: ứng suất biến dạng, tải trọng thủy lực, tải trọng động đất, mô hình nền biến dạng, và các loại cửa nhận nước (cửa có áp, cửa không áp).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCVN 285:2002, TCVN 4116-85, TCVN 2737-1995), số liệu thực tế của nhà máy thủy điện Lai Châu và các báo cáo ngành thủy điện. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích lý thuyết: Tổng hợp các phương pháp tính toán kết cấu cửa nhận nước, đánh giá ưu nhược điểm từng phương pháp.
• Mô phỏng số bằng phần mềm ANSYS: Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn kết cấu cửa nhận nước làm việc cùng nền móng, mô phỏng tải trọng thủy lực, tải trọng động đất và ảnh hưởng của nền đất.
• Phân tích kết quả: Đánh giá ứng suất, biến dạng, bố trí cốt thép và ảnh hưởng của các yếu tố nền móng đến sự ổn định kết cấu.

Quá trình nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ năm 2010 đến 2012, tập trung tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ứng suất biến dạng trong kết cấu cửa nhận nước: Kết quả mô phỏng cho thấy ứng suất lớn nhất tập trung tại các vị trí tiếp giáp giữa cửa van sửa chữa và thân đập, với giá trị ứng suất chính đạt khoảng 85% giới hạn chịu kéo của bê tông cốt thép. Ứng suất này được xác định qua các tổ hợp tải trọng thủy lực và động đất theo tiêu chuẩn thiết kế.

2. Ảnh hưởng của nền móng đến kết cấu: So sánh mô hình nền Winkler và mô hình lớp không gian biến dạng tổng thể cho thấy mô hình lớp không gian biến dạng phản ánh chính xác hơn sự phân bố ứng suất và biến dạng, giảm sai số tính toán khoảng 15-20%. Nền móng có tính dị hướng và lớp xen kẹp làm tăng ứng suất tập trung tại các điểm nút.

3. Bố trí cốt thép tối ưu: Dựa trên kết quả phân tích ứng suất, bố trí cốt thép tại các vùng chịu kéo lớn được tăng cường, đặc biệt tại các bản mỏng chịu áp lực và các trụ pin trung gian. Việc bố trí cốt thép hợp lý giúp giảm ứng suất tập trung và tăng độ bền kết cấu lên khoảng 10-12%.

4. Ảnh hưởng của tải trọng động đất: Phân tích tải trọng động đất cực đại (MCE) cho thấy cửa nhận nước chịu biến dạng lớn theo phương ngang, với chuyển vị đỉnh đạt khoảng 0,5% chiều dài cửa. Kết cấu vẫn đảm bảo ổn định và không vượt quá giới hạn cho phép của tiêu chuẩn thiết kế.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định phương pháp phần tử hữu hạn là công cụ hiệu quả để tính toán kết cấu cửa nhận nước, đặc biệt khi xét đến ảnh hưởng phức tạp của nền móng và tải trọng động đất. So với các phương pháp truyền thống như sức bền vật liệu hay lý thuyết đàn hồi, phương pháp FEM cho độ chính xác cao hơn và khả năng mô phỏng điều kiện biên phức tạp.

Việc lựa chọn mô hình nền phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo tính chính xác của kết quả. Mô hình lớp không gian biến dạng tổng thể được khuyến nghị sử dụng trong các công trình có nền móng phức tạp, giúp giảm sai số tính toán và tăng độ tin cậy trong thiết kế.

Bố trí cốt thép dựa trên kết quả phân tích ứng suất giúp tối ưu hóa chi phí vật liệu và nâng cao độ bền công trình. Kết quả cũng phù hợp với các nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy điện, đồng thời đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ ứng suất theo các tổ hợp tải trọng, bảng so sánh kết quả mô hình nền và hình ảnh mô phỏng chuyển vị, ứng suất trên phần mềm ANSYS để minh họa rõ ràng hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong thiết kế cửa nhận nước: Khuyến nghị các đơn vị thiết kế sử dụng phần mềm FEM như ANSYS để mô phỏng kết cấu, đặc biệt với các công trình có điều kiện nền móng phức tạp nhằm nâng cao độ chính xác và an toàn công trình.

2. Lựa chọn mô hình nền phù hợp: Đề xuất sử dụng mô hình lớp không gian biến dạng tổng thể cho các công trình thủy điện lớn, nhằm phản ánh đúng ảnh hưởng của nền móng đến kết cấu, giảm sai số tính toán trong vòng 1-2 năm tới.

3. Tăng cường bố trí cốt thép tại các vùng ứng suất cao: Động viên các kỹ sư thiết kế chú trọng bố trí cốt thép tại các vị trí chịu ứng suất lớn, đặc biệt tại các bản mỏng và trụ pin trung gian, nhằm đảm bảo độ bền và ổn định lâu dài của cửa nhận nước.

4. Nâng cao công tác kiểm tra, bảo trì cửa nhận nước: Đề xuất xây dựng quy trình kiểm tra định kỳ và bảo trì thiết bị nâng hạ cửa van, lưới chắn rác nhằm đảm bảo vận hành ổn định, giảm thiểu rủi ro hư hỏng trong vòng 3-5 năm.

5. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho cán bộ thiết kế và vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phương pháp phần tử hữu hạn và mô hình nền cho kỹ sư trong ngành thủy điện, giúp nâng cao chất lượng thiết kế và vận hành công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế công trình thủy điện: Luận văn cung cấp phương pháp tính toán kết cấu cửa nhận nước chính xác, giúp tối ưu hóa thiết kế, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế.

2. Chuyên gia nghiên cứu cơ học đất và nền móng: Các mô hình nền móng và phân tích ảnh hưởng nền đến kết cấu trong luận văn là tài liệu tham khảo quý giá cho nghiên cứu và ứng dụng thực tế.

3. Nhà quản lý dự án thủy điện: Hiểu rõ các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến cửa nhận nước giúp quản lý dự án hiệu quả, đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện: Luận văn là tài liệu học tập, nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế kết cấu và mô phỏng số trong lĩnh vực thủy điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp phần tử hữu hạn có ưu điểm gì so với các phương pháp truyền thống?
   Phương pháp phần tử hữu hạn cho phép mô phỏng chính xác các điều kiện biên phức tạp, tính dị hướng vật liệu và ảnh hưởng nền móng, giúp giảm sai số tính toán so với phương pháp sức bền vật liệu hay lý thuyết đàn hồi. Ví dụ, trong luận văn, sai số giảm khoảng 15-20% khi sử dụng FEM.

2. Mô hình nền nào phù hợp nhất cho tính toán cửa nhận nước?
   Mô hình lớp không gian biến dạng tổng thể được đánh giá là phù hợp nhất vì phản ánh chính xác sự phân bố ứng suất và biến dạng của nền móng, đặc biệt với nền có lớp xen kẹp và tính dị hướng.

3. Làm thế nào để bố trí cốt thép hiệu quả cho cửa nhận nước?
   Bố trí cốt thép tập trung tại các vùng ứng suất kéo lớn, như bản mỏng chịu áp lực và trụ pin trung gian, giúp tăng độ bền kết cấu và giảm ứng suất tập trung. Luận văn đã đề xuất bố trí cốt thép tăng cường tại các vị trí này.

4. Ảnh hưởng của tải trọng động đất đến cửa nhận nước như thế nào?
   Tải trọng động đất gây ra chuyển vị ngang và ứng suất biến dạng lớn, nhưng kết cấu cửa nhận nước vẫn đảm bảo ổn định trong giới hạn cho phép. Ví dụ, chuyển vị đỉnh khoảng 0,5% chiều dài cửa trong trường hợp động đất cực đại.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các nhà máy thủy điện khác không?
   Có thể, vì phương pháp và mô hình tính toán được xây dựng dựa trên các nguyên lý cơ bản và tiêu chuẩn kỹ thuật phổ biến, phù hợp với nhiều công trình thủy điện có điều kiện tương tự, đặc biệt các nhà máy có cửa nhận nước trong thân đập bê tông cốt thép.

Kết luận

• Phương pháp phần tử hữu hạn là công cụ hiệu quả, cho kết quả chính xác trong tính toán kết cấu cửa nhận nước nhà máy thủy điện.
• Mô hình nền lớp không gian biến dạng tổng thể phản ánh đúng ảnh hưởng của nền móng, giảm sai số tính toán so với mô hình nền Winkler truyền thống.
• Bố trí cốt thép hợp lý tại các vùng ứng suất cao giúp tăng độ bền và ổn định kết cấu.
• Cửa nhận nước nhà máy thủy điện Lai Châu được thiết kế đảm bảo chịu được tải trọng thủy lực và động đất theo tiêu chuẩn hiện hành.
• Đề xuất áp dụng phương pháp FEM và mô hình nền phù hợp trong thiết kế, đồng thời nâng cao công tác bảo trì và đào tạo kỹ thuật trong ngành thủy điện.

Next steps: Triển khai áp dụng mô hình FEM trong thiết kế các công trình thủy điện mới, đồng thời cập nhật và hoàn thiện quy trình bảo trì cửa nhận nước. Mời các chuyên gia và kỹ sư trong ngành tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả và độ bền công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VỀ NHÀ MAY THUY ĐỊ Ackc CHI TIẾT 1.1 Sự phát triển của thủy điện Việt Nam [2] Dit nước Việt Nam có trên 1000 con sông suối được phân bổ đều khắp trong phạm vi cả nước, với trữ năng khoảng 280 tỷ KWh. Trên các triển sông lớn như. sông Di, sông Lô, sông Mã, sông Ci, sông Cứu Long. đều có khả năng xây dựng các trạm thủy điện công suất lớn hoặc tương đối lớn.

Đến nay, chúng ta đã có tram thủy điện Thác Bà 120MW, Son La 2400MW, Tuyên Quang 342MW. dang xây dựng các tram thủy điện lớn khác như Lai Châu 1200MW, Huội Quảng 520MW.Ngoài ra tác sông suối nhỏ cũng đã và dang được xây dựng nhiều trạm thủy điện với công suất >IMW, Tiém nang lý thuyết về thủy tắt cả các hệ thống sông của Việt Nam khoảng 300 tỷ Kh năm, trong đó lưu sông Hồng là 122 tý Khi năm (chiếm 41% lý thuyế, sông Đồng Nai 27.35 tỷ 300 tỷ Kwh/ năm (chiếm 9%) và sông Sẽ San 1646 tỷ Koh! năm (chiếm 6%), Trên toàn quốc, một số lưu vực sông có iểm năng thủy điện lớn như sông Đà, sông Đằng Nai, Sẽ San, Srepok, sông Ba, sông Vũ Gia- Thu Bồn, sông Lô - Gâm, sông Mã và sông Cả. Trong đó lớn nhất là sông Da khoảng 7800MW, sông Sẽ San 4000 MW và sông Đồng Nai khoảng 1900MW. Ngoài ra trên các lưu vực sông suối nhỏ khác có thể khai thác thủy điện nhỏ với tr năng kính tế có thé dat tới 16 tỷ Kwh/ năm.1, Tiềm năng kinh té - kỹ thuật thủy điện Việt Nam Lowry sing | DẾPEh| Sốcông | Ting sng sit | ĐiệnMượng.

km? trình. (MW) (kWh) 17200 # 6800 2700 52500 it 1600 6000 28400 7 1087 2700 27200 3 470 i800 Hương 200 2 284 390 Vi Gia- Thu Bon | 10500 5 1502 4500 Sẽ San 11450 5 2000 3100 12200 5 730 3300 13800 6 669 2400 17600) 1 3000 12000 1900-3000 4000-1200 19000-21000 80000-84000 Trữ năng kính tế của 10 lưu vực sông chính chiếm 85,9% trữ năng kink tế ky thuật khi thúc rên toàn anh thổ. Qua số iệu trên cho thấy tổng trừ lượng kinh tẾ kỹ thuật của các lưu vục sông chính là hơn 18000MW, điện năng tương ứng khoảng T0tÿ Kwh/ năm, trong đó miễn Bắc khoảng 9490MW(S2% tổng côi ự suất tren các lưu vực chính) tương ứng khoảng 36,43tÿ Kwh, miễn trung S6SSMW(31,29 tương ứng trên 22tj kWh và miễn Nam 3000MW(16,5%) tương ứng 12tÿ kWh. Theo dự thảo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia dự báo nhu cầu điện toàn.

quốc sẽ tang bình quân từ 14% đến 16% hàng năm trong giai đoạn 2011-2015, tăng khoảng trên 11,5%/năm giai đoạn 2016-2020. Nhu cầu điện sản xuất dự kiến năm 2015 là 194 - 211 tỷ kWh; nấm 2020 là 329 - 362 tỷ kWh và năm 2030 là 695 - 834 tỷ kWh. Tuy nhiên sau năm 2020 tỷ tong thủy điện trong hệ thống điện có xu hướng giảm vi phần lớn trữ năng thủy điện đã được khai thác mà như cầu dùng điện tăng cao do đó cần phải bổ sung các nguồn năng lượng khác và chủ yếu là nhiệt điện dùng khí đốt hoặc dầu. Các nguồn năng lượng khác như điện nguyên tử, năng lượng gió, năng lượng mặt trời và thủy tiểu cũng sẽ được nghiền cứu đưa vào sử dạng Để đảm bảo cũng cấp điện an toàn liên tục cho nhủ cầu xã hội, với như cầu điện như trên, chương trinh phát triển hệ thống diện sẽ cổ quy mô rất lớn.

Trong QHĐ7, với phương án cơ sở dự kiến tổng công suất nguồn điện năm 2015 sẽ khoảng.500MW, gp hơn 2 lần năm 2010 với tỷ trọng 33,6% thuỷ điện, 35,1% nhiệt điện than, 24,9% nhiệt điện dầu và khí, khoảng. in 4% nguồn năng lượng tái tạo. thuy in nhỏ, đi giỏ, sinh khố mặt trời v.), côn lại khoảng 2,5% nhập khẩu. Đến năm 2020 tổng công suất nguồn diện sẽ khoảng 65.500MW với tỷ trọng thuỷ điện 26,6% (~17.400MW), nhiệt điện than tăng lên 44,7% (~29.200MW), nhiệt 4 điện dầu khí giảm xuống 19.800MW), nguồn năng lượng ti tạo chiếm 4,8% (3.100MW), nhập khẩu chiếm 2,8% (~1.800 MW) và sẽ có tổ máy đầu tiên — 1000MW của nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận.

Năm 2030 tổng công suất nguồn điện lêntới 137.600MW, tong đó thuỷ điện chỉ còn chiếm 13.3%, nhit điện than tăng lên chiếm 56,1%, nhiệt điện dau - khí 12,7%, công suất các nhả máy điện hat nhân lên tới 10.700MW với tỷ trọng 7.8%, côn điện nhập khâu chiếm khoảng 4. 1⁄2 Phân loại nhà máy thủy điện [2] Nhà mãy thủy điện có thể làm việc với các loại tuabin khác nhau, như tubin sáo, tim trụ, cánh quay, chong chóng. Phạm vi dao động của mực nước và lưu lượng ở các nhà máy thủy điện cũng thường rất lớn. Có nhiều cách phân loại nhả máy thủy điện (MTD), thường phân ra ba loại 1.1 Phân theo tị số công suất lắp máy (Nig) Phân theo No, các nước hân loại không giống nhau, diéu đó phụ thuộc vio mức độ phất triển kinh tế kỹ thuật của tồng nước.

Nồi chung thường phân như sau: = NMTB nhỏ Nụ, <5000 Kw + NMTD trung binh Nig, =5000-:-50000 Kw -_ NMT lớn Nin > 50000-:-1000000 Kw Việt Nam theo quy phạm QPVN 08-76 cũ cũng như theo quy phạm TCVN 5060-90) đã phân ra các cấp NMTP như sau: - Cấp đặc biệt: Nyy >1000000Kw - Cấp Nim > 300000 - 1000000Kw - CấpH 00 - 30000 Nig. >500 0Kw ea Nụ, > 2000 - S0000Kw - CấpIV Nụ, >200-2000Kw - CấpV Nim $200Kw 1.2 Phân theo diều kiện chịu áp lực nước ở thượng lew C6 thể phân thành hai nhóm sau 5 ~ _ NMTP chịu áp lực nước từ phia thượng lưu : Nhà máy nay ld một thành phần của công trình đăng nước, nỗ chịu áp lực nước tử phía thượng lưu, đó là các NMTD lòng sông cột nước thấp( hoặc nhà máy năm trên kênh dẫn) như NMTD Thác Ba, Trị An, Bàn Thạch. = NMTTĐ không chịu áp lực nước tử phía thượng lưu: Đây là các NMTD kiểu sau ap hoặc đường dẫn, nước được dẫn vào tuabin theo những đường ống chảy có áp đặt trong thân đập hoặc đặt hở trên mặt đất. Đó là các nhà máy thủy điện Đa Nhim, Cam Sơn, Suối Cun.3 Phân loại theo k Ấu nhà máy: - NMTP không kết hợp.

= NMTB kết hợp xả lũ (như xả 18 qua nhà máy hoặc tràn mái cột nước cao hoặc thấp) ~ _ NMTP kết hợp về kết cấu ( như đặt nhà may trong thân đập, trong các m trụ. trong thấp xa nước. ) © NMTP kiễu hở và nữa hở ~_ NMTP ngim và nữa ngằm = NMTD trữ năng = NMTP thủy triều Tuy cách phân loại trên là khá chặt chẽ dựa trên đặc điểm về kết cấu cũng như. vi tí của các NMTD trong hệ thng công trình, nhưng thực tế, thường phân loại các NMTB một cach đơn giản ~ _ Các loại NMTĐ kiểu lòng sông, sau đập và đường dẫn.

+ NMTB kid lòng sông: được xây đựng trong các sơ đồ khai hắc thủy năng kiễu đập với cột nước không quá 35+40m, Bản thân nhà máy là một thành phần công trình ding mide, nó thay thé cho một phần đập ding. Cia lấy nước cũng là tinh phần cấu tạo của bản thân nhà máy: + NMTD sau dip được bỗ tí ngay sau đập dâng nước. Khi cột nước cao hon 30:45m thì bản thân nhà máy vi lý do ôn định công tình không thể là một thành phần của công trình ding nước ngay cả trong các trường hợp tổ máy công suất lớn 6 Nếu đập dang nước là đập bê tông trọng lực thì cửa lấy nước và đườngống dẫn nước turbin được, ví trong thân đập bê tông, đôi khi đườngống dẫn nước turbin .được bổ trí trên phía hạ lưu của đập. + NMID đường dẫn trong sơ đồ khai thắc thủy năng kiểu đường dẫn hoặc kết hợp, nhà máy thủy điện đúng riêng biệt tách khỏi công trình đầu mỗi.

Cita lấy nước đặt cách xa nhà may. Trong trường hợp công trình din nước là không dp thi cửa lấy nước nằm trong thành phần của bé áp lực; trong trường hợp công trình dẫn nước là đường him có áp thi cửa lấy nước bố tri ở đầu đường him và li một công trình độc. lập, Đường dẫn nước vio nhà máy thường là đường ống áp lực nhưng trong trường hợp trạm thủy điện đường dẫn cột nước thấp với đường dẫn là kênh dẫn thì có thể bổ trí nhà máy thủy điện kiểu nga đập. ~_ Các loại NMTD kiểu đặc bigt: Các loại NMT kiểu tnt năng, thủy triều, kết hợp, ngằm.

Tổng quan vé các hạng mục của công trình thủy điện [2, 7, 8] Công tình thủy điện bao gồm các hạng mục chủ yêu như công trình đầu mỗi hỗ chứa (đập dâng, trần xà lũ.) và các công trình rên tuyển ning lượng (của lẾy nước, đường ống áp lực nhà máy, nha máy, bể xả hạ lưu nhà máy.) “Trong phạm vi của luận văn này tác gi xin giới thiệu sơ bộ các hạng mục chính của công trình thủy điện và chủ yếu đi sâu vào phan tích về hạng mục cửa lấy nước. phục vụ công tác nghiên cứu luận văn.1 Công tình đầu mắt Công trình đầu mỗi bao gồm : đập ngăn nước, trần xả nước, cổng lấy nước, = Đập ngăn nước có tác dụng điều tết ding chảy làm nhiệm vụ giữ nước tạo hồ chứa để hinh thành cột nước phục vụ mục dich tưới cho hạ lưu và làm quay bánh xe công tác cho nhà máy thủy điện Đập ngăn nước được chia làm 2 loại theo vật liệu: + Dap bê tông trọng lực: bê tông thường CVC hoặc bêtông dim lin RCC. + Đập vặt liệu địa phương là cde dạng đập đã dỗ, đặp đắc hoặc đập đt đi hỗn hợp 7 - Trần xả nước: xi lượng nước thừa khi mye nước trong hồ vượt quá khả năng tích trữ cho phép ~ Cổng lấy nước: có hay không tùy thuộc yêu cầu và nhiệm vụ của công trình đầu. mỗi ding để cũng cắp nước cho hạ du công trình khí có yêu clu về nước, được bố trí ngay trong thân đập hoặc kiểu tháp.12 Công tinh trên tyễn năng lượng Các hạng mye tuyển nông lượng Hình 1.1: Các công trình trên tuyến năng lượng.

1- Tháp điều áp thượng lưu. 2- Tháp điều ap ha lưu 3- Nha máy thủy điện 4+ Đường him din nước 5- Đường Ống dẫn nước áp lực turbine 1.1 Công tink dy made Hạng mục công tình lẤy nước thường đặt ở gần công trình đầu môi hướng hồ chứa có nhiệm vụ lay nước trực tiếp từ hồ chứa cung cắp cho nha máy phát điện.2 Đường him đường ông áp lực Đường him đường dng dẫn nước áp lực có nhiệm vụ dẫn nước từ hé chứa để. đưa nước vào tubin của trạm thủy điện 1.