Giáo trình Nhà máy thủy điện - Nghề: Vận hành thủy điện

và số tiền chi phí vận hành hàng năm tăng thêm 
CTĐ, kể cả tiền đầu tư và chi phí cho hoạt động công trình, thiết bị của trạm. Khi 
có các ngành khác cùng tham gia lợi dụng tổng hợp thì phải xét và tính thêm sự tăng 
giảm vốn đầu tư xây dựng cơ bản và chi phí vận hành tăng thêm ±∆ng.khác đối với 
các ngành dùng nước khác. Nếu trạm nằm trong một hệ thống bậc thang, khi 
MNDBT tăng thêm h, sẽ làm thay đổi các thông số cơ bản của các công trình khác 
trong hệ thống thì phải xác định trị số vốn đầu tư thay đổi ±∆KBT và chi phái vận 
hành thay đổi ±∆CBT. Đồng thời phải xác định vốn đầu tư ±∆Kthaythế và chi phí 
vận hành hằng năm ±∆Cthaythế giảm được ở trạm phát điện thay thế ( do MNDBT 
tăng nên khả năng cung cấp điện ở trạm thuỷ điện tăng). Để đánh giá lợi ích về mặt 
kinh tế do việc nâng cao trình MNDBT từ cao trình này lên cao trình khác, người ta 
tính số năm bù vốn chênh lệch của số vốn đầu tư thêm theo công thức: 
 Nếu tính T theo (3-25) nhỏ hơn To ( số năm bù vốn tiêu chuẩn) thì có thể 
nâng MNDBT cho đến khi T=To. Nếu tăng MNDBT thêm thì T>To , lúc đó thời 
gian bù vốn chênh lệch sẽ vượt quá thời hạn bù vốn tiêu chuẩn, như vậy việc tăng 
MNDBT sẽ không hợp lý nữa. 
4.2 Xác định mực nƣớc chết và dung tích có ích. (MNC; Vci); 
 Khoảng cách từ mực dâng bình thường MNDBT đến MNC gọi là độ sâu công tác 
hct của hồ chứa. Phần dung tích nằm giữa MNDBT và MNC gọi là dung tích có ích Vci 
của hồ. Phần dung tích nằm dưới MNC gọi là dung tích chết Vc (hình 3-1), vấn đề đặt 
ra ở đây là nên chọn độ sâu công tác hct là bao nhiêu là hợp lý nhất ứng với mỗi 
phương án MNDBT đã định. Dưới đây chúng ta sẽ xem xét và phân tích cách xác định 
độ sâu công tác có lợi cho các trường hợp hồ có tính năng điều tiết khác nhau. 
a) Xác định độ sâu công tác có lợi của hồ điều tiết năm. 
Khi thiết kế trạm thuỷ điện có hồ điều tiết năm, đối với mỗi phương án MNDBT, 
việc chọn độ sâu công tác có lợi nhất thường được tiến hành theo cách sau đây: 
Giả thiết một loạt độ sâu công tác, dựa vào đường đặc tính dung tích của hồ chứa để 
xác định các dung tích có ích tương ứng. 
Căn cứ vào các dung tích có ích của mỗi phương án độ sâu công tác mà tiến hành 
tính toán điều tiết cho năm nước kiệt thiết kế, tìm ra quan hệ lưu lượng và cột nước 
theo thời gian của trạm, trên cơ sở đó tính ra khả năng cung cấp điện trong mùa kiệt 
cũng như trong năm thiết kế. 
 Từ kết quả tính toán năng lượng cho các phương án độ sâu công tác mà xây 
dựng đường quan hệ giữa điện lượng (hoặc công suất bảo đảm) trong mùa kiệt với 
độ sâu công tác của hồ. Từ biểu đồ này ta tra ra độ sâu công tác cho hiệu ích phát 
điện cao nhất, đó chính là độ sâu công tác có lợi nhất. 
 Để hiểu rõ nội dung và các sử lý thoả đáng khi chọn độ sâu công tác trong 
các trường hợp cụ thể, dưới đây chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn về mối quan hệ giữa công 
suất (hoặc điện lượng ) với độ sâu công tác. Tức là xét quan hệ N=f(hct) và E = 
f(hct). Ta biết rằng điện lượng ( hoặc công suất) mà kiệt một phần do lưu lượng nước 
không trữ ( lưu lượng thiên nhiên) và một phần do lưu lượng nước trữ trong dung 
tích có ích của hồ tạo thành: 
Wkhông trữ là lượng nước thiên nhiên đến trong mùa cấp (mùa nước kiệt), nó là một 
trị số nhất định đối với một năm tính toán nào đó. Muốn tăng Ekhông trữ phải tăng 
cột nước bình quân mùa kiệt nghĩa là phải chọn độ sâu công tác của hồ nhỏ. Hay 
nói cách khác, Ekhông trữ sẽ giảm nếu độ sâu công tác của hồ tăng. Quan hệ biến đổi 
gần như là tuyến tính. 
 Ehồ biến đổi phức tạp hơn khi hct thay đổi. Muốn tăng Ehồ phải tăng Vci tức 
là phải tăng hct. Tăng hct thì khả năng cung cấp nước của dung tích có ích càng 
lớn, nhưng cột nước trung bình mùa kiệt càng giảm. Vì vậy hct càng lớn, mức độ 
tăng Ehồ càng ít (hình 3-2). 
Như vậy, trong giai đoạn đầu khi độ sâu công tác tăng thì điện lượng mùa kiệt 
cũng tăng, nếu tiếp tục tăng hct đến một trị số nào đó ta sẽ có trị số Emùa kiệt lớn 
nhất. Sau đó nếu tiếp tục tăng hct đến một trị số nào đó thì Emùa kiệt sẽ giảm. Vì 
phần điện lượng tăng thêm do tăng lưu lượng cột nước không kịp bù lại phần điện lượng 
mất đi do cột nước giảm. 
Trị số hct ứng với Emùa kiệt lớn nhất gọi là độ sâu canh tác có lợi nhất. 
Nếu lượng nước không trữ trong mùa kiệt càng lớn thì độ sâu công tác có lợi nhất 
của hồ càng nhỏ. Đường gạch đứt quãng trên hình 3-2 có ký hiệu (2) là đường biểu 
diễn quan hệ Emùa kiệt = f(hct) trong năm có lượng nước mùa kiệt nhiều hơn năm 
thiết kế. 
 Nếu chỉ dựa vào điện lượng màu kiệt để xác định độ sâu công tác có lợi nhất 
thì chưa hẳn đã hợp lý, mà còn phải xem xét diễn biến của điện lượng năm. Trong 
thời kỳ trữ nước do mực nước trong hồ thấp, nên khả năng phát điện bị hạn chế. 
Bởi vậy khi tăng độ sâu công tác của hồ, điện lượng năm sẽ không tăng đáng kể so với 
độ tăng của điện lượng mùa kiệt (xem hình 3-3). Do đó, trị số điện lượng năm lớn 
nhất sẽ xuất hiện khi hct nhỏ hơn so với hct cho Emùakiệt lớn nhất. 
 Mặt khác, nếu dưới trạm thuỷ điện thiết kế có một số trạm thuỷ điện khác 
nằm trong hệ thống bậc thang, thì độ sâu công tác của hồ trên càng lớn càng làm 
tăng sản lượng điện ở các trạm dưới. Vì vậy độ sâu công tác có lợi nhất của hồ 
đang thiết kế ứng với trị số điện lượng lớn nhất của cả bậc thang sẽ lớn hơn độ sâu 
công tác có lợi nhất ứng với điện lượng lớn nhất cảu riêng trạm đó (xem hình 3-4) 
 Nếu gọi điện lượng của trạm thuỷ điện đang thiết kế là ETĐ và điện lượng 
tăng thêm ở các trạm thuỷ điện bậc thang nhờ 
có độ sâu công tác của hồ thiết kế là Ebt 
thì điện lượng thu được do có công trình thiết kế sẽ là Ebt + ETĐ. 
Rõ ràng, qua sự phân tích trên ta thấy không chỉ có một điểm mà có cả một vùng 
xác định độ sâu công tác có lợi nhất. Vì vậy trị số cuối cùng của độ sâu công tác 
có lợi phải được xác định trên cơ sở tính toán kinh tế kỹ thuật trong đó có xét tới 
mọi ảnh hưởng của sự biến đổi độ sâu công tác ở trạm thiết kế và các trạm trong bậc 
thang. 
 Trong tính toán sơ bộ, để giảm khối lượng tính toán, người ta thường xác định 
hct có lợi nhất ứng với Emùakiệt lớn nhất hoặc công suất bảo đảm mùa kiệt lớn nhất. 
 Trong thực tế tính toán có khi trên đường quan hệ E=f(hct) không xuất hiện 
điểm cực trị, nghĩa là càng tăng độ sâu công tác thì điện lượng Emùa kiệt càng tăng. 
Điều đó có nghĩa là tuy điện lượng Ekhôngtrữ giảm khi tăng trị số hct, nhưng trị 
số giảm bớt khôngtrữ vẫn chưa bằng trị số tăng thêm của Ehồ là Ehồ. 
Trong trường hợp đường quan hệ E =f(hct) không có điểm cực trị, tức là độ sâu 
công tác càng tăng càng có lợi, khi đó quyết định chọn độ sâu công tác nào phải căn cứ 
trên yêu cầu đảm bảo cho hồ có dung tích chết đủ chứa bùn cát lắng đọng trong thời kỳ 
vận hành, khai thác phù hợp với tuổi thọ tính toán của hồ chứa. Mặt khác phải đảm 
bảo cột nước công tác và khu vực hiệu suất cao, lưu lượng cần thiết không kéo theo 
bùn cát vvcho turbine làm việc. Theo điều kiện hiệu suất của turbine thì hct 1/3 
Hmax (Hmax cột nước công tác lớn nhất của trạm thuỷ điện.) 
 Nếu hồ chứa của trạm thuỷ điện được lợi dụng cho nhiều ngành dùng nước 
khác nhau thì việc xác định độ sâu công tác có lợi phải thông qua tính toán cân 
bằng lưu lượng cấp nước cũng như cân đối mực nước tối thiểu ở thượng hạ lưu công 
trình. Thí dụ đối với tưới, ngoài việc đảm bảo lưu lượng cần thiết, còn phải chú ý 
lưu lượng xả xuống hạ lưu có đảm bảo cho mực nước hạ lưu có cao trình phù hợp 
với yêu cầu lấy nước của các công trình đã có ở hạ lưu. Đối với giao thông thủy ở 
hạ lưu phải đảm nướcđủ chiều sâu mớm nước của các loại tàu đã quy định cho từng 
tuyến đường thuỷ, ở thượng lưu mực nước khống chế cũng phải đảm bảo thuận tiện 
cho tàu bè đi lại. 
Trong quá trình tính toán điều tiết cân bằng nước của hồ chứa cho các ngành, nếu có 
những yêu cầu mà khả năng nguồn nước cũng như dung tích hồ không thể đảm bảo 
thì phải cắt bớt yêu cầu của một vài ngành trên cơ sở tính toán hiệu ích kinh tế và đảm 
bảo các yêu cầu chính trị xã hội. 
b) Xác định độ sâu công tác cho hồ chứa của trạm thuỷ điện điều tiết ngày. 
Đối với một trạm thuỷ điện, trong những điều kiện thuỷ văn cụ thể, nếu tiến hành 
điều tiết ngày thì điện lượng sẽ giảm một ít so với chế độ làm việc không điều tiết 
ngày (vì điều tiết ngày cột nước công tác của trạm thuỷ điện sẽ nhỏ hơn trường hợp 
không điều tiết ngày). Nhưng cũng nhờ có điều tiết ngày mà khả năng phủ đỉnh biểu 
đồ phụ tải tăng, tạo điều kiện cho nhiệt điện làm việc ổn định, giảm bớt nhiên liệu tiêu 
thụ, tăng hiệu suất. Mặt khác do công suất lắp máy lớn hơn, nên vào mùa nhiều nước, 
điện lượng sẽ tăng. Phần điện lượng tăng thêm này thường lớn hơn gấp nhiều lần so 
với phần giảm cột nước công tác. Nếu hồ điều tiết ngày càng lớn thì khả năng phủ đỉnh 
biểu đồ phủ tải càng cao. Nếu điều kiện địa hình địa chất thuận tiện có thể tiến hành 
điều tiết ngày không hạn chế, thậm chí có thể bố trí thêm dung tích đề phòng trường 
hợp sự cố trong hệ thống điện. Trong trường hợp khả năng điều tiết thuận lợi như trên 
thì vấn đề đặt ra là chọn độ sâu công tác như thế nào là hợp lý. 
Trong trường hợp khả năng điều tiết ngày bị hạn chế do việc tạo dung tích lớn có 
khó khăn, thì vấn đề là nên chọn dung tích bằng bao nhiêu thì hợp lý. 
Trong cả hai trường hợp, khi tính toán chọn độ sâu công tác và dung tích điều tiết 
ngày bắt đầu từ việc xác định mực nước chết, từ đó tính ra mực nước thượng lưu cao 
nhất trong điều kiện làm việc bình thường.Như vậy sẽ xác định được độ sâu công tác. 
Kinh nghiệm thiết kế cho thấy nếu có điều kiện, nên chọn mực nước chết và cao trình 
cửa lấy nước thấp, vì như vậy vừa tăng được dung tích vừa đảm bảo đập dâng lên 
không cao lắm. 
Do độ sâu công tác, dung tích hồ điều tiết ngày và công suất lắp máy hoàn toàn phụ 
thuộc lẫn nhau ( trong số đó không có thông số nào được xác định trước một cách độc 
lập), cho nên việc chọn lựa chúng thường được xác định đồng thời, qua nhiều phương 
án tính thử và so sánh kinh tế. 
4.3 Xác định công suất lắp máy (Nlm) ; 
Công suất lắp máy của trạm thuỷ điện là tổng công suất định mức của các tổ máy. 
Nó chính là công suất tối đa mà trạm thuỷ điện có thể phát ra khi nó làm việc với hệ 
số cos tiêu chuẩn và điện áp định mức. 
Như ta đã biết, để đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục tổng công suất lắp máy 
của các trạm thuỷ điện, nhiệt điện và các trạm khác làm việc trong hệ thống tối thiểu 
phải bằng một trị số công suất tất yếu nhất định của hệ thống. 
Trong đó: 
- Tổng công suất lắp máy tối thiểu của các trạm phát điện. 
- Công suất công tác lớn nhất của hệ thống. 
- Công suất dự trữ của hệ thống. 
 Trong hệ thống điện lực, phụ tải của hệ thống do cả thuỷ điện và nhiệt điệt 
đảm nhận. Nên một cách tương tự côngdtr suất lắp máy tối thiểu của trạm thủy điện 
NTĐlm min. nói chung cũng bao gồm hai thành phần : Công suất công tác lớn nhất và 
công suất dự NTĐct max và công suất dự trữ NTĐdtr .Dựa vào tác dụng của công suất 
dự trữ người ta phân thành công suất dự trữ phụ tải, dự trữ sự cố và công suất dự trữ sửa 
chữa. 
 Tuỳ thuộc vào độ lớn dung tích điều tiết của hồ mà trạm thuỷ điện có thể 
đảm nhận được những thành phần công suất dự trữ khác nhau. 
Trạm thuỷ điện không điều tiết không có khả năng đảm nhận dự trữ, nên công suất 
lắp máy tối thiểu bằng: 
Đối với trạm thuỷ điện điều tiết ngày thường chỉ đảm nhận được công suất dự trữ 
phụ tải do đó: 
 Trạm thuỷ điện điều tiết năm có dung tích hồ chứa lớn có khả năng đảm nhận 
được tất cả các loại công suất dự trữ nên: 
 Trên đây ta mới chỉ xét điều kiện kỹ thuật cho phép đảm nhận các thành phần của 
công suất dự trữ đối với các loại trạm thuỷ điện. trị số các thành phần công suất dự trữ 
đó lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào vai trò của trạm thuỷ điện trong hệ thống điện và điều 
kiện kinh tế cụ thể của từng trạm trên cơ sở tính toán kinh tế động năng mà quyết 
định. 
 Công suất lắp máy tối thiểu của trạm thuỷ điện đề cập trên đây là phần công suất 
cần thiết phải có để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho hệ thống. Phần công suất 
lắp máy tối thiểu của trạm thuỷ điện không thể giảm nhỏ hơn nếu như không có sự 
thay thế bằng công suất tương ứng của trạm nhiệt điện gọi là công suất tất yếu NTĐty 
4.4 Xác định công suất đảm bảo (Nđb); 
Căn cứ vào các dung tích có ích của mỗi phương án độ sâu công tác mà tiến hành 
tính toán điều tiết cho năm nước kiệt thiết kế, tìm ra quan hệ lưu lượng và cột nước 
theo thời gian của trạm, trên cơ sở đó tính ra khả năng cung cấp điện trong mùa kiệt 
cũng như trong năm thiết kế. 
 Từ kết quả tính toán năng lượng cho các phương án độ sâu công tác mà xây 
dựng đường quan hệ giữa điện lượng (hoặc công suất bảo đảm) trong mùa kiệt với 
độ sâu công tác của hồ. Từ biểu đồ này ta tra ra độ sâu công tác cho hiệu ích phát 
điện cao nhất, đó chính là độ sâu công tác có lợi nhất. 
 Để hiểu rõ nội dung và các sử lý thoả đáng khi chọn độ sâu công tác trong 
các trường hợp cụ thể, dưới đây chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn về mối quan hệ giữa công 
suất (hoặc điện lượng ) với độ sâu công tác. Tức là xét quan hệ N=f(hct) và E = 
f(hct). Ta biết rằng điện lượng ( hoặc công suất) mà kiệt một phần do lưu lượng nước 
không trữ ( lưu lượng thiên nhiên) và một phần do lưu lượng nước trữ trong dung 
tích có ích của hồ tạo thành: 
Wkhông trữ là lượng nước thiên nhiên đến trong mùa cấp (mùa nước kiệt), nó là một 
trị số nhất định đối với một năm tính toán nào đó. Muốn tăng Ekhông trữ phải tăng 
cột nước bình quân mùa kiệt nghĩa là phải chọn độ sâu công tác của hồ nhỏ. Hay 
nói cách khác, Ekhông trữ sẽ giảm nếu độ sâu công tác của hồ tăng. Quan hệ biến đổi 
gần như là tuyến tính. 
4.5 Xác định Điện lƣợng ( Enăm). 
 Hệ thống cung cấp nước kỹ thuật có thể dùng các nguồn nước khác nhau. Nguồn 
cung cấp nước tốt nhất cho nhà máy là thượng hạ lưu nhà máy thuỷ điện, trong trường 
hợp hồ chứa có nhiều tạp chất thì dùng các giếng khoan lấy nước cung cấp cho tổ máy. 
Nguồn cung cấp nước kỹ thuật có quan hệ đến cột nước của trạm thuỷ điện, trong các 
công trình đã xây dựng thường áp dụng các phương thức sau đây để lấy nước cung cấp 
cho tổ máy: 
 1) Khi cột nước dưới 10 m hoặc cao hơn 4050 m : dùng máy bơm bơm nước ở hạ 
lưu cung cấp cho tổ máy. 
 2) Khi cột nước dưới 10 15m đến 4050 m : áp dụng hình thức lấy nước tự chảy ở 
thượng lưu hồ chứa, hoặc đối với trạm thuỷ điện sau đập lấy nước ở đường ống tua bin. 
 3) Khi cột nước của trạm thuỷ điện cao hơn 4050 m lấy nước ở thượng lưu hồ chứa 
hoặc đường ống tua bin qua thiết bị giảm áp. ở những trạm thuỷ điện cột nước dao động 
lớn có thể sử dụng hình thức cấp nước hỗn hợp. 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 - Nhà máy Thuỷ điện - Lã Văn Út, Đặng Quốc Thống, Ngô Văn Dưỡng- NXB Khoa 
học kỹ thuật- 2007 
 - Giáo trình Thuỷ năng - Tập thể Bộ môn Thuỷ điện - Trường ĐH Thủy lợi –NXB 
nông thôn 
 - Công trình trạm Thuỷ điện - PGS.TS Hồ Sỹ Dự; PGS-TS Nguyễn Duy Hạnh; TS 
Huỳnh Tấn Lượng- NXB Xây dựng- 2003 
 - Thuỷ công - Tập thể trường ĐH Thuỷ Lợi (GS.TS Ngô Trí Viềng chủ biên)- NXB 
Xây dựng -200.