Trạm Thuỷ Điện Với Đập Dâng Bêtông Trọng Lực:

TTĐ lòng sông được xây dựng ở trên những dòng sông nhiều nước, vấn đề tháo lưu lượng thi công thường lớn, dẫn đến có những phương án bố trí điển hình sau:

- Bố trí các công trình bê tông chính (nhà máy, đập tràn, âu tầu) bên bờ (sơ đồ I, hình 9-1,a), có thể bố trí công trình bê tông ở một bên bờ hoặc ở cả hai bên bờ sông. Bố trí như vậy sẽ giảm được chiều cao và chiều dài đê quây hố móng, thậm chí không cần đê quây khi bờ không ngập nước. Vào giai đoạn thi công sau, khi chặn dòng sẽ dẫn dòng qua các công trình bêtông đã hoàn thành. Nhược điểm của cách bố trí bên bờ là khối lượng đào đất đá và hố móng quá lớn.

- Bố trí các công trình bê tông trên bãi bồi của sông (sơ đồ II): Trong giai đoạn thi công hố móng cần phải đắp các đê quây ngang và dọc. Việc dẫn dòng, kể cả tháo lũ qua lòng sông thiên nhiên. Uu điểm của sơ đồ bố trí này so với sơ đồ I là khối lượng đất đá phải đào ít hơn , nhưng lại phải xây đê quay cao hơn.Việc bố trí tập trung các công trình bê tông tạo khả năng bố trí hợp lý trạm bêtông, đẩy nhanh tốc độ thi công và giảm giá thành xây dựng.

- Bố trí công trình bê tông chính ở giữa lòng sông (sơ đồ III, hình 9-1,a). Cách bố trí này ứng dụng khí chiều dài tuyến đập hẹp và bờ sông dốc. Các công trình bêtông chính chiếm gần hết chiều rộng lòng sông, do vậy không thể đồng thời tiến hành xây dựng chúng một giai đoạn mà phải hai, thậm chí ba giai đoạn. Trường hợp này cần đắp đê quây đủ cao để có khả năng tháo lưu lượng lũ qua lòng sông thu hẹp, do vậy gặp rất nhiều khó khăn.

- Bố trí hỗn hợp là cách bố trí các công trình bêtông chính ở bờ (hoặc bãi bồi) và cả ở lòng sông (sơ đồ IV, hình 9-1,a), theo cách này nhà máy xây ở một phần lòng sông chính, đập tràn chắn lòng sông nhánh, còn âu tàu hai buồng đặt ở ốc đảo của sông. Cách bố trí này khó cho công tác thi công nên cũng hạn chế sử dụng. Ngoài ra nếu bố trí âu tàu giữa đập tràn và nhà máy thì có thể ở trường hợp nào đó gây khó cho việc thông thương của tàu thuyền qua âu, đặc biệt khi tháo lũ qua đập.

Việc bố trí trạm phân phối điện cao áp (OPY) cần bảo đảm khả năng truyền tải điện từ nhà máy đên trạm OPY là gần nhất và có thể đặt trạm OPY ở bờ nào đó sao cho tuyến đường dây tải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Có thể đặt hai - ba trạm OPY trên các bờ sông bằng phẳng.

Chọn sơ đồ bố trí nào phải lấy yêu cầu khối lượng công tác xây dựng và giá thành công trình đầu mối là nhỏ nhất.

IX. 2. 1. Trạm thuỷ điện sau đập

Đặc điểm của trạm thuỷ điện kiểu áp đập là nhà máy không trực tiếp chịu áp lực thuỷ tĩnh, áp lực này do đập chịu cả, do vậy nhà máy nhẹ nhàng hơn, không phải tăng chiều cao nhà máy. Trạm thuỷ điện loại này có thể dùng với cột nước từ thấp đến cao, từ

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

30 - 40m đến 200 - 300 mét và hơn. Thành phần và bố trí các công trình trên tuyến đầu mối cũng tương tự như đối với kiểu TTĐ lòng sông. Đối với TTĐ loại này thì kiểu đập

Hình 9-2. Mối quan hệ giữa nhà máy và loại đâp đối với TTĐ áp đập.

a- Đối với đập bêtông; b- Đối với đập vật liệu địa phương.

và chiều cao có ảnh hưởng lớn đến việc bố trí công trình đầu mối. Sau đây ta xét một số sơ đồ bố trí tương ứng (hình 9-2,a,b) với hai loại đập bê tông trọng lực và đập làm bằng vật liệu địa phương (như đập đât, đá đổ).

1. Trạm thuỷ điện với đập dâng bêtông trọng lực:

Hình (9-2,a) nêu ba phương án bố trí nhà máy và đập bêtông trọng lực.

- Nhà máy bố trí sau đập (sơ đồ I): vị trí nhà máy nằm sau đập, giữa nhà máy và đập có bố trí khớp biến dạng. Đường ống áp lực dẫn nước đến turbine được đặt trong thân đập bêtông, có thể đặt ống ở tuyến hạ lưu đập hoặc tuyến nằm ở phần dưới của đập.

- Nhà máy có thể đặt bên trong thân đập (hình 9-2, sơ đồ II, III). Việc bố trí này chỉ hợp lý với tổ hợp nhất định giữa chiều cao đập và kích thước tổ máy thuỷ lực. Việc

đặt nhà máy trong thân đập làm giảm thiểu khối lượng bêtông, tuy nhiên làm phức tạp thêm trạng thái kết cấu. Đập tràn có thể bố trí phía trên nhà máy, như vậy rút ngắn được tuyến công trình bêtông và dẫn đến giảm giá thành xây dựng trạm thuỷ điện. Ngày nay turbine Cap xun trục ngang có đặc tính

năng lượng cao được sử dụng cho loại này.

2. Trạm thuỷ điện với đập dâng làm bằng vật liệu địa phương:

Hình (9-2,b) trình bày một số sơ đồ bố trí nhà máy trong TTĐ với loại đâp này:

- Nhà máy đặt sau đập (sơ đồ I): đây là sơ đồ phổ biến nhất. Cửa lấy nước đặt ở phía trước đập, dạng tháp. Đường ống áp lực đặt ở dưới đập, trên nền đất nguyên dạng; nếu dùng ống thép thì phải có hành lang bêtông cốt thép bao quanh ống, thông thường dùng ống bêtông cốt thép để dẫn nước vào turbine.

- Nhà máy đặt trong khối bêtông (sơ đồ II) trong thân đập đất, tháp lấy nước đặt bên bờ, đường tháo không áp từ turbine được dùng xả nước trong giai đoạn thi công.

- Nhà máy kết hợp xả nước thừa, đặt trong tháp bêtông cốt thép trụ (sơ đồ III), đặt ở mái thượng của đập. Cửa lấy nước vào turbine đặt trong trụ bêtông, đường xả nước từ turbine làm chung với ống tháo bêtông cốt thép của tràn, đặt bên dưới đập, ống này còn được sử dụng dẫn dòng trong giai đoạn thi công.

Hình (9-3) mô tả một ví dụ bố trí các thành phần của trạm thuỷ điện Acuan (Aicập) có công suất lắp máy N = 1600 MW. Nhà máy sau đập và núi, cửa lấy nước trước đập, đường ống áp lực đào ngầm trong núi, trạm OPY đặt trên phần núi.

Hình 9-3. Trạm thuỷ điện Acuan (Aicập) trên sông Nin, N = 1600 MW.

IX. 3. CÁC SƠ ĐỒ BỐ TRÍ TTĐ KIỂU ĐƯỜNG DẪN

Trạm thuỷ điện đường được sử dụng với biên độ giao động cột nước rất rộng: từ vài mét đến 1700 - 2000 mét. Lớn nhất là TTĐ Raisec (Úc) H = 1767m và TTĐ Bôgôta (Côlombia) với H = 2000 m, N = 500 MW. Trạm thuỷ điện đường dẫn có nhiều hạng mục công trình các kiểu và công dụng khác nhau, và đặc biệt khi tuyến đường dẫn kéo dài. Trạm thuỷ điện đường dẫn (sơ đồ khai thác TTĐ đập - đường dẫn cũng vậy), dựa vào điều kiện địa hình và công dụng của các thành phần công trình có thể phân ra các cụm công trình chính sau đây:

Cụm công trình đầu mối: nhằm để dâng nước trong sông và hướng dòng chảy vào đường dẫn, làm sạch nước khỏi rác rưởi, bùn cát và vật nổi. Các hạng mục của cụm đầu mối này gồm có: đập, công trình tháo nước thừa, cửa lấy nước, bể lắng cát, công trình tháo cát, tháo vật nổi.

Công trình đường dẫn: làm nhiệm vụ đưa nước đến nút trạm với tổn thất cột nước và tổn thất dung tích là nhỏ nhất. Đường dẫn có thể là đường dẫn có áp (tunel, đường ống) hoặc đường dẫn không áp (kênh, tunel, máng). Trên tuyến đường dẫn không áp còn các hệ thống rãnh thoát nước mưa, các cống luồn, cầu máng, máng tràn ngang, các tường chắn đất đá để bảo vệ đường dẫn ..v.v...

Công trình nút trạm: để nối đường dẫn với đường ống áp lực đưa nước vào turbine, nhà chứa thiết bị sản xuất và phân phối điện năng. Cụm này gồm có: bể áp lực, bể điều tiêt ngày, đường ống áp lực, buồng điều áp (nếu có), nhà máy TĐ, trạm máy biến áp và trạm phân phối điện, đường tháo nước từ nhà máy về hạ lưu.

IX. 3. 1. Các sơ đồ bố trí TTĐ đường dẫn không áp

Hình 9-4. Các sơ đồ TTĐ đường dẫn không áp.

Trên đoạn sông suối (hình 9-4) có thể có những phương án khai thác sau đây:

Phương án I: sử dụng đoạn sông ngắn. Công trình gồm có đập thấp đủ để dâng nước và đưa nước và kênh dẫn, kếnh dẫn chạy dọc theo phương ngang với độ dốc nhỏ hơn độ dốc lòng sông. Ở cuối kênh kênh dẫn được mở rộng và đào sâu xuống để tạo thành bể áp lực trước nhà máy thuỷ điện.

Phương án II: Sử dụng được năng lượng lớn hơn phương án I. Đường kênh dẫn được đặt hoặc là dọc theo phương ngang (phương án 2a) với chiều dài kênh lớn, hoặc là tuyến của nó chạy khác tuyến 2a. Cần tính toán kinh tế - năng lượng để chọn phương án. Có thể kinh tế hơn nếu ta chọn phương án đào đường dẫn tunnel không áp (phương án 2 ) dẫn nước đến đoạn cuối kênh và bể áp lực. Việc xả nước thừa của phương án 2 bằng tràn bên, tháo xuống kênh tháo nhanh. Giải pháp kết cấu có thể khác nhau.

Phương án III: Phương án này sử dụng độ chênh lòng sông lớn hơn nữa để thu được công suất và điện lượng cao hơn hai phương án trên. Phương án 3a là kéo dài đoạn kênh của phương án 2a, rồi xây bể áp lực và đặt ống áp lực đưa nước vào turbine Phương án này có xây buồng điều áp để giảm áp lực nước va. Phương án khác là đào tunel không áp thay cho đường kênh dẫn (phương án 3 ).

IX. 3. 2. Các sơ đồ bố trí TTĐ đường dẫn có áp

Hình 9-5. Các sơ đồ TTĐ đường dẫn có áp.

Các sơ đồ phương án điển hình đối với TTĐ đường dẫn có áp (hình 9-5) sau:

Phương án 1a và 2a, đường dẫn áp lực làm bằng các ống dẫn, đặt dọc theo hướng ngang, ở cuối ống dẫn bố trí tháp điều áp. Phương án 1, 2 và phương án 3 thì đường dẫn dùng hình thức tunel áp lực, buồng điều áp là loại giếng đào trong đá cứng. Phương án 3 và 4 thì nhà máy đặt ngầm dưới đất. Tháo nước từ nhà máy ra sông bằng tunel không áp. Cửa lấy nước trong phương án 4 gần nhà máy nên không cần buồng điều áp.

IX. 3. 3. Các sơ đồ bố trí TTĐ đường dẫn ngầm

Hình 9-6. Các sơ đồ bố trí trạm thuỷ điện ngầm.

a- Giếng và  - tunel vận chuyển.

1- ống dẫn, cáp; 2- cầu thang; 3- thang máy; 4- nâng vật nặng; 5- thoát không khí; 6- cáp động lực hoặc thanh cái; 7- dẫn nước thấm; 8- tunel vận chuyển; 9- cấp không khí tự nhiên.

Việc xây dựng công trình thuỷ điện dưới lòng đất có nhiều ưu điêm so với TTĐ trên mặt đất là: có thể chọn nhiều sơ đồ bố trí trạm, chiều dài đường dẫn nước có thể rút ngắn nhất, do vậy giảm được giá thành xây dựng và giảm tổn thất cột nước. Giảm nhẹ kết cấu đường ống áp lực, nhà máy và các kết cấu khác nhờ lợi dụng khả năng chịu lực của khối đá. Việc thi công công trình ngầm không phụ thuộc vào thời tiết. Giảm chi phí khai thác và sửa chữa TTĐ. Ngày nay kỹ thuật thi công đường hầm hầu như đã cơ giới hoá, kết cấu công trình hoàn thiện nên giá thành TTĐ ngầm nhiều công trình đã rẻ hơn

trạm lộ thiên. Việc bố trí TTĐ ngầm được xác định dựa trên cơ sở vị trí của nhà máy. Theo dấu hiệu này có thê chia ra ba sơ đồ sau: Nhà máy ở đầu tuyến (sơ đồ I), nhà máy ở giữa (II) và nhà máy ở cuối tuyến (sơ đồ III).

- Sơ đồ bố trí đầu tuyến (I hình 9-6): nhà máy bố trí gần cửa lây nước, đường dẫn áp lực có dạng giếng đứng, hiếm khi giếng nghiêng. Do chiều dài đường dẫn áp lực ngắn nên nhiều trường hợp không cần làm tháp điều áp. Chiều dài đường tháo nước từ turbine ra sông dài, có thể không áp hoặc có áp. Nếu không áp thì rẻ hơn có áp. Tuy nhiên nếu đường tháo dài mà, mực nước hạ lưu đủ lớn thì phải dùng đường tháo có áp và phải xây dựng buồng điều áp hạ lưu sát cửa ra của ống xả turbine. Để nhân viên vận hành ra vào nhà máy cần trang bị thang máy, để đưa thiết bị vào nhà máy, dẫn thanh dẫn điện và thông gió cần đào giếng đứng hoặc nghiêng. Để giảm giá thành thường người ta hay kêt hợp dẫn điện và thông gió hoặc kéo thiết bị và thông gió cùng một giếng (xem hình 10-6,a, về cách bố trí kết hợp các giếng và tunel vận chuyển này)..

- Sơ đồ bố trí nhà máy ở cuối tuyến (sơ đồ II, hình 9-6): Đặc trưng của sơ đồ này là đường dẫn áp lực dài, nhà máy đặt gần hạ lưu. Do nhà máy gần hạ lưu nên dùng đường hầm ngang vào nhà máy trong thời gian thi công và vận hành, giảm nhẹ công tác thi công và vận hành, mặt khác đường tháo từ nhà máy ra sông ngắn nên có thể không cần xây buồng điều áp hạ lưu. Nhược điểm của sơ đồ này là đường dẫn áp lực dài phải gia cố đường dẫn để tăng khả năng chịu lực, do vậy giá thành đường dẫn tăng và nước va sẽ lớn, dẫn đến việc phải xây buồng điều áp thượng lưu. Đã có những TTĐ đường dẫn tunel lớn như: TTĐ Ingury (Liên xô) đường kính tunel  = 9,5 m, dài L = 15 km và TTĐ Vinstra (Hungari) có  = 6 m dài L = 23,6 km.

Khi giao động mực nước thượng lưu nhỏ, có thể dùng kênh hoặc tunel không áp và có bể áp lực cuối đường dẫn (các sơ đồ II, III phần bên phải).

- Sơ đồ bố trí nhà máy ở giữa tuyến (sơ đồ III, hình 9-6). Đặc trưng chính của sơ đồ này là tồn tại đường dẫn và đường tháo dài. Đường dẫn có thể có áp hoặc không áp. Trường hợp đường dẫn có áp, xét tổ hợp chiều dài và cột nước có thể phải xây buồng điều áp thượng, hạ lưu trên tuyến năng lượng Để thông thương với mặt đất cần phải mở các giếng thẳng đứng hoặc giếng nghiêng. Chú ý rằng tunel nằm nghiêng tuy có giảm khối lượng so với tunel đứng nhưng khó cho thi công.

Việc chọn sơ đồ bố trí trạm thuỷ điện ngầm được tiến hành theo điều kiện cụ thể và phải qua so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án để quyết định. Việc tính toán phải kể đến các mặt: địa hình, địa chất, giá thành công trình, điều kiện thi công, việc điều chỉnh tổ máy, tổn thất năng lượng, chế độ làm việc và sự thuận lợi trong vận hành của trạm.

Thực tế thiết kế cho thấy rằng: sơ đồ bố trí nhà máy ở đầu tuyến hợp lý hơn cả khi TTĐ có cột nước trung bình. Cùng với việc tăng cột nước thì sơ đồ nhà máy ở tuyến cuối được ưa dùng. Trong một loạt trường hợp khi điều kiện địa chất và địa hình thuận lợi thì sơ đồ bố trí nhà máy ở giữa tuyến lại tỏ ra có hiệu quả.

Chương X. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CỦA TTĐ

Công trình lấy nước của TTĐ là hạng mục công trình đầu tiên trên tuyến năng lượng, nó có nhiệm vụ lấy nước theo yêu cầu của trạm. Các yêu cầu cơ bản được đặt ra cho cửa lấy nước như sau :

- Lấy nước đầy đủ theo yêu cầu, đảm bảo khai thác liên tục và có thể tiến hành sửa chữa mà không phá vỡ chế độ làm việc của trạm thủy điện ;

- Có thể ngắt dòng nước nhanh chong khi đường ống hoặc tổ máy bị sự cố ;

- Bảo vệ, chống rác nổi chảy vào cống lấy nước, chống vật nổi trôi vào cống ;

- Ngăn chặn phù sa đáy có kích thước nguy hiểm chảy vào turbine ;

- Khi thiết kế các cống lấy nước cho các đường dẫn vào nhà máy thủy điện, trước tiên phải giải quyết vấn đề về cao trình đặt cống, vị trí các công trình khác trong hệ thống, cũng như chọn kết cấu hợp lý, tổn thất thủy lực là ít nhất.

X. 1. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CỦA TTĐ

Các công trình lấy nước (còn gọi là Cửa lấy nước) được phân ra hai loại: Cửa lấy nước mặt và cửa lấy nước dưới sâu (xem hình 10-1). Cách phân loại như sau:

- Cửa lấy nước mặt (hình 10-1, sơ đồ IV) còn gọi là cửa lấy nước không áp. Đặc điểm của cửa lấy nước này là: dòng chảy trong nó có mặt thoáng. Loại này thường được dùng ở TTĐ và hồ chứa không có hồ điều tiết dài hạn, mực nước thượng lưu ít thay đổi. Loại này thường ưa dùng cho TTĐ đường dẫn có công trình đầu mối cột nước thấp.

Hình 10-1. Các sơ đồ phân loại cửa lấy nước của TTĐ.

- Cửa lấy nước dưới sâu (hình 10-1, sơ đồ I) còn gọi là cửa lấy nước có áp. Đặc điểm của cửa lấy nước này là nằm dưới mực nước chết ở thượng lưu, dòng chảy trong nó là dòng có áp, không có mặt thoáng. Loại này thường được dùng trong điều kiện mực nước thượng lưu thay đổi đáng kể từ MNDBT đến MNC, trong thực tế cửa lấy nước dưới sâu đặt dưới MNDBT đạt tới 50 - 80 m, thậm chí đến hơn 100 m.

Một dạng đặc biệt có thể gặp khi cửa lấy nước nằm dưới MNC đưa nước vào

đường dẫn không áp (hình 10-1, sơ đồ II), cửa lấy nước có tác dụng điều chỉnh lưu