1.4 TÍNH TOÁN THUỶ NĂNG THUỶ LỢI NGUỒN NƯỚC .1 Khái niệm và nội dung tính toán thuỷ năng - thuỷ lợi nguồn nước
4.2.2 Phương pháp tính toán điều tiết dòng chảy
Về mặt phương pháp tính và cách tiếp cận để giải bài toán điều tiết dòng chảy, cho đến nay vẫn tồn tại hai phương pháp phổ biến là:
(1) Phương pháp xác định hay còn gọi là phương pháp thứ tự thời gian, phương pháp này coi quá trình dòng chảy đã diễn ra trong quá khứ sẽ lại diễn ra như vậy trong tương lai. Như vậy liệt dòng chảy trong tương lai được xây dựng bằng cách áp dụng liệt dòng chảy trong quá khứ, đây là đặc điểm cơ bản nhất của phương pháp và cách tiếp cận này. Cơ sở của phương pháp là coi trọng tính chất có quy luật của dòng chảy và quá trình dòng chảy. Trong quá trình tính toán cân bằng nước, liệt tài liệu đầu vào và kết quả đầu ra của bài toán điều tiết đều cho dưới dạng thứ tự thời gian.
Phương pháp xác định có ưu điểm cơ bản là tính toán đơn giản, đồng thời kết quả điều tiết cũng đạt mức độ tin cậy nếu như liệt dòng chảy trong quá khứ đủ dài và sự biến động về khí tượng, thủy văn, địa hình, địa mạo,...
trong tương lai không lớn. Chính vì ưu điểm này mà phương pháp xác định trở nên rất phổ biến và được áp dụng rộng rãi trong mọi giai đoạn của thiết kế và vận hành công trình hồ chứa nước.
Tuy nhiên do giả thiết là quá trình dòng chảy trong tương lai sẽ giống với quá trình dòng chảy đã diễn ra trong quá khứ cho nên, kết quả tính toán chắc chắn sẽ không thể thật chính xác khi áp dụng vào tương lai khai thác công trình. Đây là nhược điểm chủ yếu về mặt phương pháp luận của phương pháp này. Chính vì lẽ đó, phương pháp thứ hai theo cách tiếp cận coi dòng chảy mang bản tính ngẫu nhiên được xây dựng và phát triển.
(2) Phương pháp xác suất, phương pháp xác suất dựa trên quan niệm cho rằng dòng chảy và quá trình dòng chảy mang bản tính ngẫu nhiên xác suất.
Do đó để có thể tính toán điều tiết đại lượng ngẫu nhiên, người ta dựa vào lý thuyết xác suất và thống kê toán học để giải quyết vấn đề.
Phương pháp xác suất xem quá trình dòng chảy là một đại lượng ngẫu nhiên được biểu diễn dưới dạng một luật phân phối xác suất với các thông số đặc trưng. Do đó kết quả nhận được từ bài toán điều tiết cũng dưới dạng các đặc trưng xác suất. Nghĩa là các đường cong xác suất của lưu lượng điều tiết, lượng nước xả, mức độ đầy hồ trong từng thời đoạn... và những yếu tố biểu thị chế độ làm việc đều biểu thị dưới dạng xác suất chứ không phải biểu diễn theo thứ tự thời gian xác định.
Phương pháp xác suất có ưu điểm chủ yếu là phương pháp luận chặt chẽ, nguyên lý tính toán hoàn thiện, và cho kết quả phù hợp với bản chất ngẫu nhiên của quá trình dòng chảy. Nhưng phương pháp này phức tạp, khối lượng tính toán lớn đặc biệt khi phải giải quyết các bài toán điều tiết hệ thống hồ.
Trong quá trình phân loại điều tiết, quá trình nghiên cứu về điều tiết và tính toán thủy năng, chúng ta sẽ lần lượt đề cập tới hai phương pháp tính toán điều tiết trên. Trong thực tế các bài toán điều tiết phục vụ cấp nước hạ du và bài toán thủy năng, cả hai phương pháp đều được áp dụng rộng rãi. Nhằm tận dụng ưu thế của cả hai phương pháp, hiện nay người ta phối hợp cả hai quan niệm trên thông qua bài toán điều tiết theo phương pháp thứ tự thời gian, nhưng với quá trình dòng chảy đã được mô hình hóa theo đại lượng ngẫu nhiên. Chính những mô hình tạo liệt dòng chảy hay mô hình kéo dài liệt dòng chảy đã giới thiệu ở Chương III như mô hình Thomas Fiering hay Monte Carlo,... đã tạo nên liệt dòng chảy mang đậm bản chất xác suất và nó hoàn toàn có được xem là sẽ xảy ra trong tương lai. Tóm lại về mặt phương pháp tính và cách tiếp cận, chúng ta có ba phương pháp là:
- Phương pháp xác định (hay phương pháp thứ tự thời gian) - Phương pháp xác suất và thống kê toán học
- Phương pháp kết hợp (sử dụng mô hình hóa dòng chảy theo bản chất xác suất và dùng phương pháp xác định để giải bài toán điều tiết).
Câu hỏi và bài tập phần 1
1. Trình bày các khái niệm chính về sử dụng tổng hợp nguồn nước?
2. Trình bày nguyên tắc sử dụng tổng hợp nguồn nước? Nêu ví dụ minh hoạ?
3. Nguồn năng lượng nước tồn tại dưới những dạng nào và hình thức biểu hiện của chúng? Năng lượng dòng chảy trong sông ngòi có những dạng nào, minh họa?
4. Các loại nguồn nước mặt và nêu các số liệu về nguồn nước mặt trên thế giới?
5. Nguồn nước ngầm trên thế giới?
6. Các lưu vực sông ở Việt Nam và các đặc trưng lưu vực và dòng chảy của chúng?
7. Tính năng lượng thu được bằng KWh và Tm khi đốt 5 kg loại có nhiệt lượng 4000 cal/kg tại một nhà máy nhiệt điện có hiệu suất toàn bộ là 30%.
8. Nếu đưa TTĐ mới với công suất trung bình trong năm là 2.400 MW thì số than đá loại nhiệt lượng 4000 Cal/kg tiết kiệm được trong một năm sẽ là bao nhiêu? Nếu biết tỷ suất sản xuất điện bằng than là 3800 Cal/KWh.
9. Tại dải bờ biển dài 120 km ở tỉnh C, quan trắc được chiều cao sóng trung bình là 2,24 m với chu kỳ sóng là 45 giây. Hãy ước tính năng lượng (KWh) của sóng tại dải bờ biển đó trong 1 năm.
10. Trình bày các sơ đồ nguyên lý khai thác năng lượng thủy triều bằng trạm thủy điện thủy triều?
11. Tính lưu lượng qua tuốc bin và điện năng trung bình năm của TTĐ thủy triều nếu biết các tài liệu sau: diện tích mặt thoáng của eo biển được ngăn lại làm bể chứa phát điện là 45 Km2, bờ của eo biển dốc đứng; Chu kỳ lên xuống của triều quan sát được là 12,5 giờ, tương ứng với độ hạ thấp mực nước là 5,5m, độ giao động cột nước trung bình trong chu kỳ là 4m, lấy hiệu suất phát điện là 72,5%.
12. Thiết lập và phân tích công thức tính cột nước toàn phần của một đoạn sông? Thành lập công thức tính công suất và điện năng của một đoạn sông?
13. Trữ năng của một con sông được đánh giá như thế nào?
14. Hãy trình bày sơ đồ nguyên lý của các phương pháp tập trung và khai thác năng lượng của dòng chảy trên sông?
15. Trình bày về các thông số về năng lượng của TTĐ trong nhóm cột nước?
nhóm lưu lượng?nhóm năng lương và các hệ số hay sử dụng?
16. Hãy tính các thông số cần thiết của trạm thủy điện B nếu biết các số liệu sau:
Số tổ máy của TTĐ là 8, cột nước tính toán là 94m, lưu lượng định mức của tổ máy là 300 m3/s, điện năng trung bình nhiều năm là 9,5 tỷ KWh.
17. Hãy nêu và giải thích các sơ đồ bố trí công trình đầu mối của các loại TTĐ?
18. Kể tên TTĐ lòng sông, sau đập, đường dẫn ở nước ta (mỗi loại một tên trạm)?
19. Sơ đồ khai thác năng lượng theo kiểu bậc thang và song song các hồ chứa có ưu và nhược điểm gì?