CHƯƠNG III. TIỀM NĂNG SÔNG NGÒI
II. CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN LƯỢNG CỦA MỘT ĐOẠN SÔNG
Muốn biết năng lượng tiềm tàng của dòng chảy trong một đoạn sông (hình 3.1) từ mặt cắt (1-1) đến mặt cắt (2-2), ta xét năng lượng mà khối lượng nước di chuyển trong đoạn ấy đã tiêu hao đi, nghĩa là hiệu số năng lượng giữa hai mặt cắt đó:
E1-2 = E1-E2
Căn cứ vào phương trình Becnui thì năng lượng tiềm tàng chứa trong thể tích nước W(m3) khí chảy qua mặt cắt 1-1 trong thời gian t giây sẽ là:
)
( 2
2 1 1 1 1
1 g
V Z P
E α
γ + +
= Wγ (Jun) (3.1)
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 1m3 nước bằng 9,81×10 m3(N/m3) V1: tốc độ dòng chảy ở mặt cắt 1-1 (lưu tốc):
α1: hệ số xét đến sự phân bố không đều và lưu tốc trong mặt cắt (1-1)
g: gia tốc trọng trường
Giả thiết trên đoạn sông từ mặt cắt (1-1) đến (2-2) không có sông nhánh đổ vào, nghĩa là coi lượng nước W chảy qua mặt cắt (1-1) và (2-2) không đổi.
Khi lượng nước W chảy qua mặt cắt 2-2 trong thời gian t giây sẽ có năng lượng tiềm tàng là:
)
( 2
2 2 2 2 2
2 g
V Z P
E α
γ + +
= Wγ (Jun) (3.2)
Ý nghĩa các ký hiệu trong biểu thức (1.2) cũng tương tự như các ký hiệu của (1-1), như vậy năng lượng tiềm tàng của đoạn sông sẽ là:
E1-2 = E1 - E2 =
−
− + +
− g
V V
P Z P
Z ) 2
(
2 2 2 2 1 1 2 1 2 1
α α
γ Wγ (Jun) (3.3)
Phân tích biểu thức (1.3) ta thấy năng lượng tiềm tàng E1-2 chính là công sản sinh ra trong t giây để chuyển khối lượng nước là W từ trên xuống với cột nước toàn phần là:
−
− + +
−
− =
g V V
P Z P
Z
H ( ) 2
2 2 2 2 1 1 2 1 2 1 2
1
α α
γ (3.4)
Nghĩa là:
E1-2 = H1-2.Wγ (Jun) (3.5)
Xem xét cột nước toàn phần, chúng ta thấy nó gồm ba thành phần:
A: cột nước địa hình Hđh = Z1-Z2
B: cột nước áp suất
γ
2
1 P
Has P −
=
D: cột nước lưu tốc
g
V H t V
2
2 2 2 2 1 1 1
α
α −
=
Biểu thức (3.4) có thể viết:
H1-2 = Hủh + Has + H1t
Hoặc: H1-2 = Htĩnh + H1t
Trong đó: Htĩnh = Hđh+Has
Hình 3.1
Trong thực tế, các trị số áp suất P1, P2 tại hai đầu của đoạn sông nghiên cứu thường chênh lệch nhau rất ít.
Mặt khác, do lưu lượng trong đoạn sông thay đổi không đáng kể nên khi các đặc trưng về hình dạng của hai mặt cắt lòng sông gần giống nhau cũng sẽ cho hai trị số lưu tốc V1,V2 gần bằng nhau và hệ số phân bố lưu tốc ∝1, ∝2 gần giống nhau, nghĩa là ta có thể coi:
γ
P1
≈ γ P2 và
g V 2
2
α 1
≈ g V 2
2
α 2
Vì vậy, công thức (3.3) có thể viết dưới dạng đơn giản sau:
E1-2 = (Z1-Z2)Wγ (Jun) (3.6)
Xuất phát từ các biểu thức (3.3), (3.5), (3.6) ta có thể biểu diễn năng lượng tiềm tàng cho bất cứ đoạn sông nào bằng công thức chung:
E = HWγ (Jun) (3.7)
Nếu thay W = Qt và γ = 9,81 × 103 N ta sẽ được:
E = 9,81 × 103 HQt (Jun) (3.8)
Nếu thay đơn vị điện lượng Jun bằng kilowatt giờ Với 1KW/h = 3600 × 103 = 3,6 × 106 Jun, ta sẽ có:
E = ( )
2 ,
367HQt kWh (3.9)
Từ các biểu thức (3.8),(3.9) ta có thể xác định được công suất N của dòng nước trong một đoạn sông.
Ta biết công suất là công tiêu hao trong một đơn vị thời gian nên: N = t E Do đó từ (3.8) ta có:
N = 9,81 × 103 × Q H (W) (3.10)
Nếu thay đơn vị công suất bằng Kw ta sẽ có:
N = 9,81 × QH (KW) (3.11)
Trên đây, chúng ta đã tìm ra các công thức quan trọng nhất để đặc trưng cho năng lượng thiên nhiên của một đoạn sông.
Trong đó, công thức (3.11) được coi là công thức cơ bản nhất để tính toán thủy naêng.
Trong thực tế khảo sát, điều tra trữ lượng thủy năng, thường chỉ dùng công thức N = 9,81QH là đủ và thuận tiện, vì trị số của nó không phụ thuộc vào (t).
Khi muốn tính E chỉ cần nhân với t là được.
Bảng 3.2: Trữ năng (trữ lượng thủy năng) trên thế giới (theo B. Xlebinger)
Vuứng Dieọn tớch
(103Km2)
Trữ lượng (106 Kw)
Mật độ công suất (Kw/Km2) Chaâu AÂu
Châu Á Chaâu Phi Baéc Myõ Nam Myõ
Châu Úc và Đại Dương
11069 41839 30292 24244 17798 8557
200 2309 1155 717 1110
119
17,3 55,0 38,2 29,5 62,5 13,9
Tổng trên Trái đất 134339 5610 41,7
Bảng 3.3: Thống kê một số trạm thủy điện lớn nhất thế giới có Nlm từ 1000MW trở lên
Tên trạm TĐ Tên sông Quốc gia Nlm (MW)
1. Itaipu
2. Sayano- Shushensk 3. Grand Coulee 4. Krasnoyark 5. Churchil Falls 6. La Grande 2 7. Bralsk 8. Ust Ilim 9. Bogoutchany 10. Yacyrela
Panama Yenisei Columbia Yenuisei Churchill La Grande Angara Angara Angara Parana
Brazil- Paraguay Lieân Xoâ
USA Lieân Xoâ Canada Canada Lieân Xoâ Lieân Xoâ Lieân Xoâ Argentina–
12.600 6.360 6.200 6.000 5.225 5.328 4.500 4.320 4.000 4.000
Tên trạm TĐ Tên sông Quốc gia Nlm (MW) 11. Paulo Afonso
12. Iiha Solteira 13. John Day 14. Volgograd 15. Sôn la 16. Mica 17. Kuibyshev 18. Cabora Bassa 19. Iron gate 20. Hòa Bình 21. Kemano 22. Sir Adam Back 23. Boulder
24. Bersemir 25. Sadd-El –Aali 26. Glen Canyon
San Fransico Parana Conlumbia Volga Đà Columbia Volga Zamberi Danube Đà Nechako Niagara Colorando
Bersemis –Lake Casse Nile
Colorado
Paraguay Brazil Brazil USA Ucraina VN Canada Lieân Xoâ Mazambique Nam Tử- Romania VN
Canada Canada USA Canada Ai cập USA
3.400 3.200 2.700 2.560 2400-3600
2.400 2.300 2.040 2.050 1.920 1.700 1.370 1.250 1.200 1.150 1.000
Bảng 3.4: Thống kê một số trạm thủy điện lớn ở Việt Nam Tên trạm TĐ Tên sông Thời gian XD
(nămXD- Hthành) Nlm (MW) Tổng V hồ (trieọu m3) 1.Thác Bà
2. ẹa Nhim 3. Hòa Bình 4. Trò An 5. Vónh Sôn 6. Thác Mơ 7. Yali
8. Soâng Hinh 9. Hàm Thuận
Chảy ẹa nhim Đà Đồng Nai Koâne Beù Seâ San Hinh La Ngà
1960-1972 1961-1964 1979-1989 1982-1989 1985-1991 1990-1994 1992-2000 1994-2000 1994-2001
108-120 160 1.920
400 66 102 720 70 300
3.940 165 9.45 2.800
- 1.470
- 399 1.105
Tên trạm TĐ Tên sông Thời gian XD (nămXD- Hthành)
Nlm (MW) Toồng V hoà (trieọu m3) 10. ẹa Mi
11. Caàn ẹụn 12. Sôn La 13. Lai Chaâu 14. Huội Quảng 15. Đại Thị 16. Baộc Meứ 17. Cửa Đạt 18. Bản Mai 19. Rào Quán 20. Ba Hạ 21. An Kheâ 22. A Vửụng I 23. Plei Kroâng 24. Seâ San 3 25. Seâ San 4.
26. Thượng Kon Tum 27. Đồng Nai 4 28. Đồng Nai 8 29. Đại Ninh 30.Buoân Kuoáp
La Ngà Beù Đà Đà Nậm Mu Loâ Gaâm Loâ Gaâm Mã Cả
Rào Quán Ba
Ba Thu Boàn Seâ San Seâ San Seâ San Seâ San Đồng Nai Đồng Nai Đồng Nai Seâreâpok
1995-2000 1999-
- - - -- -- - - - - - - - - - - - - 10-5-2003
6-2004
160 72 2400-3600
1500 800 300 280 170 338 70 200 145 145 120 259 340 260 288 200 254 280
67.4 165.5 8.000-26.000
3.500 - - - - - 163
- - - - - - - 1.345,9 1.327,2 200,7
- Bảng 3.5: Trữ năng lý thuyết và kinh tế - kỹ thuật một số lưu vực lớn ở Việt Nam Tên lưu vực sông Eo lý thuyết (106 KWh) Eo kỹ thuật (106 KWh) EoLT/ EoKT (%) 1. S. Loâ
2. S. Thao 3. S. Đà 4. S. Mã 5. S. Cả
6. S. Vu Gia – Thu Boàn
39,600 25,963 71,100 12,070 10,950 15,564
4,752 7,572 31,175
1,256 2,556 4,575
12 29 43 10 23 30
7. S. Trà Khúc 8. S. Ba 9. S. Seâ San 10. S. Seâreâpok 11. S. ĐồngNai
5,269 10,027 21,723 13,575 27,719
1,688 1,239 7,948 2,636 10,335
32 12 39 20 37
Tổng cộng 249,090 68,917
Bảng 3.6: Trữ năng kỹ thuật một số lưu vực lớn ở Việt Nam
Tên lưu vực Số bậc thang thủy điện Công suất 1. Sông Hồng + sông Thái Bình
2. Sông Mã+ sông Cả 3. Vùng Đèo Ngang, Đèo Cả 4. Sông Đồng Nai
5. Chi lửu soõng Meõ Koõng 6. Các lưu vực khác
138 18 28 21 14 28
12.600 1.400 1.500 1.600 2.000 2.100
Toồng 247 21.200