Giáo trình Ứng dụng mô hình MIKE 21FM đánh giá tác động của nước xả từ nhà máy nhiệt điện Thăng Long đến khu vực lấy nước

Nội dung text: Giáo trình Ứng dụng mô hình MIKE 21FM đánh giá tác động của nước xả từ nhà máy nhiệt điện Thăng Long đến khu vực lấy nước

1. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 Ứng dụng mô hình MIKE 21FM đánh giá tác động của nước xả từ nhà máy nhiệt điện Thăng Long đến khu vực lấy nước Đặng Đình Đức1,*, Trần Ngọc Anh1,2, Trần Ngọc Vĩnh1 1Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN 2Khoa Khí tượng Thủy văn & Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Nhận ngày 08 tháng 8 năm 2016 Ch nh s a ngày 26 tháng 8 năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 16 tháng 12 năm 2016 Tóm tắt: Hiện nay có rất nhiều các nhà máy nhiệt điện đã và đang được xây dựng trên cả nước, đặc biệt là ở các t nh có sẵn nguồn tài nguyên than đá như Quảng Ninh, Thái Bình hay Ninh Thuận. Việc nghiên cứu đánh giá lan truyền nhiệt cho các nhà máy là thực sự cần thiết do nhiệt độ của nước làm mát sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của nhà máy. Bài báo này thực hiện nghiên cứu đánh giá lan truyền nhiệt do tác động của nước xả của nhà máy nhiệt điện Thăng Long. Trong thiết kế của nhà máy [1, 2], đường ống xả nước nóng của nhà máy được đặt ở thượng lưu sông Mằn, trong khi đó c a hút nước làm mát lại đặt ở hạ lưu sông Mằn – khu vực Vịnh C a Lục. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã thực hiện tính toán và đánh giá tác động do lan truyền nhiệt bằng phương pháp mô hình hóa. Nhóm tác giả đã s dụng bộ công cụ MIKE 21FM kết hợp với thực địa khảo sát đo đạc các yếu tố địa hình, thủy hải văn tại khu vực nghiên cứu. Với biên độ nhiệt chênh lệch giữa nước hút và nước xả nhỏ hơn 8oC được coi là bất lợi đối với hiệu suất của nhà máy, kết quả tính toán cho thấy dòng nước nóng xả ở thượng lưu sông Mằn đã gây ảnh hưởng trực tiếp tới nhiệt độ nước tại vị trí c a hút, đặc biệt vào mùa hè khi triều rút. Số lượng giờ nước tại vị trí c a hút vượt ngưỡng trong tháng cao nhất là 153 giờ vào tháng VII. Từ khóa: Mike 21FM, lan truyền nhiệt, nhiệt điện. 1. Giới thiệu chung lại chính việc vận hành của nhà máy nếu vị trí c a lấy nước nằm trong khu vực ảnh hưởng. 1.1. Đặt vấn đề Vấn đề đánh giá tác động về môi trường từ nước xả này đã được đề cập trong nhiều nghiên Lan truyền nhiệt trong môi trường nước là cứu và là một yêu cầu bắt buộc để xây dựng các một bài toán cơ bản và quan trọng đối với thiết công trình này. Trong bài báo này sẽ đi sâu kế xây dựng các công trình xả thải nước nóng trình bày khía cạnh tác động tới chính bản thân ra môi trường nói chung, nhà máy nhiệt điện sự vận hành của nhà máy. Ví dụ tại Nhà máy nói riêng. Nguồn nước nóng này sẽ khiến nhiệt nhiệt điện Thăng Long là một điển hình để làm độ nước khu vực xả tăng lên kéo theo các sự bài toán mẫu cho các nhà máy nhiệt điện khác. thay đổi về môi trường đồng thời tác động trở Theo thiết kế, nhà máy nhiệt điện Thăng Long (xã Lê Lợi, huyện Hoành Bồ, Quảng Ninh) có ___ vị trí c a xả nước nóng tại thượng lưu cầu Đá Tác giả liên hệ. ĐT.: 84-973758049 Trắng (trên sông Mằn) và c a hút nước ở phía Email: dangduc@hus.edu.vn 56
2. Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 57 hạ lưu so với c a xả (gần khu vực luồng chính) khi làm mát bình ngưng sẽ được thải ra sông [1, 2]. Khoảng cách giữa c a xả và c a hút ch Mằn, nhiệt độ nước xả theo thiết kế khoảng khoảng 2, 6 km (theo đường sông), khoảng 34oC. Nguồn nước nóng xả ra môi trường sẽ cách không quá xa, kết hợp với điều kiện thủy gây nên sự gia tăng nhiệt độ cục bộ tại vị trí c a triều khu vực có biên độ lớn. Do vậy nguy cơ xả, lượng nhiệt này sẽ lan truyền ra xung quanh khu vực c a hút sẽ chịu tác động bởi dòng nước và có nguy cơ ảnh hưởng tới vị trí c a hút nước nóng xả ra của nhà máy khi triều rút. Hiện làm mát của nhà máy. Hiệu suất vận hành của tượng tích nhiệt tại khu vực c a hút là một vấn nhà máy phụ thuộc rất lớn vào sự duy trì được đề liên quan trực tiếp tới công tác vận hành nhà nhiệt độ chênh lệch T tối đa giữa nước cấp và máy, ảnh hưởng lớn tới hiệu suất làm việc. nước xả ( T ≥ 8oC). Trong nghiên cứu này, khi nhiệt độ nước tại vị trí c a hút lớn hơn 32oC thì 1.2. Khu vực nghiên cứu sẽ gây ra bất lợi cho sự vận hành của nhà máy. Do vậy cần phải có nghiên cứu đánh giá tác Dự án Nhà máy Nhiệt điện Thăng Long động của nước xả tới nguồn cấp trong điều kiện 600MW xây dựng tại xã Lê Lợi, nằm phía hiện trạng theo thiết kế và đề xuất các giải pháp Đông bắc huyện Hoành Bồ, t nh Quảng Ninh nhằm ổn định nguồn nước mát tại c a hút. (Hình 1) đã được Thủ tướng Chính phủ cho phép đầu tư theo văn bản số 26/TTg-CN ngày Vị trí Nhà máy Nhiệt điện nằm cạnh lưu 05 tháng 01 năm 2007. vực sông Mằn về phía Bắc cầu Đá Trắng thuộc đường vành Đai phía Bắc nối với TP. Móng Theo thiết kế [1-3], nhà máy nhiệt điện Cái. Khu vực nghiên cứu thuộc vùng hạ lưu các Thăng Long có 2 tổ máy, mỗi tổ máy có công con sông Trới và sông Mằn. Khu vực thượng suất 300MW, khi hoạt động nhà máy sẽ cần lưu các sông này được ngăn bởi các đập nước cung cấp một lượng nước làm mát bình ngưng ngăn mặn và cấp nước sinh hoạt, nông nghiệp cũng như xả ra môi trường nước nóng sau làm 3 cho khu vực thượng lưu, cụ thể: trên sông Trới mát khoảng 99.440m /h (tương đương 3 có đập Đồng Ho có nhiệm vụ cung cấp nước 27.6m /s, hoạt động đồng thời hai 2 tổ máy). sạch cho người dân Thị trấn Trới và các vùng Nhiệt độ nước làm mát tại c a hút theo thiết kế o phụ cận, trên sông Mằn thì đập Đá Trắng có khoảng 25-26 C, nguồn cấp nước lấy từ khu nhiệm vụ ngăn mặn đồng thời cung cấp nước vực phía đông băng tải xi măng, gần ngã 3 sông sạch cho người dân khu vực xã Thống Nhất)[4]. Mằn vịnh C a Lục. Nguồn xả nước nóng sau Hình 1. Sơ đồ khu vực nghiên cứu tính toán đánh giá lan truyền nhiệt nhà máy nhiệt điện Thăng Long.
3. 58 Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 2. Phương pháp nghiên cứu tính toán lan Phương trình cơ bản trong MIKE 21/3 là truyền nhiệt bằng công cụ mô hình toán phương trình 2/3 chiều áp dụng cho chất MIKE 21FM lỏng không nén được, trung bình Reynolds của phương trình Navier-Stokes cùng với các 2.1. Khái quát về công cụ mô hình MIKE 21FM giả thiết Boussinesq và áp lực thủy tĩnh. Miền Trên thế giới đã có nhiều các mô hình số để tính toán được rời rạc hóa s dụng phương tính toán, mô phỏng quá trình lan truyền nhiệt pháp thể tích hữu hạn (Finite volume method). trong môi trường nước khu vưc gần bờ, khu bãi Theo chiều mặt phẳng các phần t có thể chia tắm, khu nuôi trồng thủy sản và tùy thuộc vào thành phần tam giác hoặc phần t tứ giác hoặc đối tượng, mục đích nghiên cứu, việc áp dụng kết hợp cả hai lại phần t (lưới phi cấu trúc- các loại mô hình tính toán cũng khác nhau. Một unstructured mesh). Theo chiều đứng các phần số mô hình phổ biến có thể kể đến: MIKE của t được chia có cấu trúc dựa theo cao trình, địa Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), mô hình hình hoặc kết hợp cả hai. [5, 6] POM, SMS của Hoa Kỳ, Delft3D của Đại học Trên cơ sở đã được nhiều đề tài khoa học s công nghệ Delft, Hà Lan dụng và kiểm chứng về tính khoa học và độ tin Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, cậy về kết quả của mô hình [7-13], nghiên cứu hướng nghiên cứu, xây dựng và s dụng mô đã lựa chọn mô hình MIKE FM Couple trong hình trong nghiên cứu thủy động lực – môi bộ mô hình MIKE của Viện Thủy lực Đan trường đang rất được quan tâm. Trong đó Mạch (DHI) để tiến hành nghiên cứu, tính toán những nghiên cứu, điều tra, tính toán ô nhiễm lan truyền nhiệt cho khu vực nhà máy Nhiệt môi trường vũng vịnh và khu vực ven biển - điện Thăng Long. khu vực tâp trung chủ yếu các hoạt động kinh tế 2.2. Xây dựng mô hình tính toán lan truyền của con người đã, đang được tiến hành. Có rất nhiệt khu vực nhà máy nhiệt điện Thăng Long nhiều đề tài tính toán quá trình phát tán và lan truyền nhiệt trong vùng sông, c a sông ven biển Các bước thiết lập, xây dựng mô hình tính hay ngoài khơi có ý nghĩa lớn phục vụ khoa học toán thủy động lực và lan truyền nhiệt cho khu và dân sinh như đề tài: “Tính toán truyền nhiệt vực xả thải của nhà máy Nhiệt điện Thăng trên hệ thống sông Trà Lý t nh Thái Bình khi Long được miêu tả trong Hình 2. Một đợt khảo trung tâm điện lực Thái Bình lấy nước làm sát do Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi mát”, , “Ứng dụng mô hình MIKE 3 tính toán trường đã được tổ chức nhằm khảo sát đo đạc lan truyền nhiệt cho nhà máy nhiệt điện Quảng bổ sung các số liệu về địa hình dưới nước và Trạch”, “Mô phỏng quá trình lan truyền nhiệt các yếu tố thủy động lực học tại khu vực nghiên của nước làm mát nhà máy nhiệt điện Ô cứu trong thời gian từ 08/07/2015 đến Môn” 13/07/2015. Hình 2. Khung thực hiện tính toán đánh giá lan truyền nhiệt cho khu vực xả và cấp nước của nhà máy nhiệt điện
4. Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 59 Hình 3. Bản đồ cao độ số khu vực nghiên cứu. 2.2.1. Số liệu phục vụ tính toán trạm thủy văn nào đo lưu lượng dòng chảy tại 3 - Dữ liệu địa hình: sông Mằn, sông Trới và sông Diễn Vọng nên nhóm nghiên cứu thực hiện khôi phục dòng Bình đồ địa hình khu vực nghiên cứu được chảy trên 3 con sông đó đến biên tính toán của thu thập gồm có địa hình đáy biển tỷ lệ mô hình trên các con sông. Việc khôi phục 1:50.000 [9] và kết hợp với số liệu địa hình được thực hiện bằng mô hình mưa -dòng chảy, được đo đạc thực tế qua đợt khảo sát bổ sung. cũng là một mô đun được tích hợp trong bộ mô Một mô hình số độ cao với độ phân giải hình MIKE của DHI là Mike NAM. Bộ thông 10x10m đã được xây dựng cho khu vực tính số mô hình đã được kế thừa từ bộ thông số toán (Hình 3). được tính toán cho lưu vực sông Cầu [6], đây là - Dữ liệu khí tượng thủy văn: lưu vực lân cận và có điều kiện địa lý tự nhiên Số liệu dòng chảy: Dòng chảy trên các sông tương tự với khu vực nghiên cứu, vì vậy đổ vào Vịnh C a Lục: trên các sông Mằn, sông phương pháp tương tự được s dụng để tính Trới, Diễn Vọng lưu lượng trong thời kỳ đo đạc toán khôi phục dòng chảy, cung cấp biên đầu không lớn. Đặc biệt, trên các sông Mằn và sông vào cho mô hình. Trới đều có công trình đập ngăn gần sát với khu Nhiệt độ: nhiệt độ không khí trong thời gian vực nghiên cứu. Các đập ngăn này có tác dụng đo đạc dao động trong khoảng từ 27oC đến ngăn mặn và cấp nước (nước sinh hoạt, nông 35oC (hình 4). Nhiệt độ nước đo đạc tại vị trí nghiệp) cho các khu vực dân cư xung quanh, do cầu Bãi Cháy dao động từ 28oC đến 30oC (Hình đó nếu không mưa, lưu lượng trên các sông này 4). Sự phân tầng nhiệt độ theo độ sâu là không đổ vào Vịnh C a Lục rất nhỏ, có thể coi bằng đáng kể, cụ thể: tại vị trí Cầu Đá Trắng (với độ không. Trong thời gian khảo sát đã xuất hiện sâu 3m), chênh lệch nhiệt độ lớn nhất tầng mặt những cơn mưa vừa và nhỏ (ngày 10/07), tuy và tầng đáy trong thời kỳ quan trắc khoảng 1oC; nhiên lượng nước từ các sông đổ về Vịnh là tại vị trí cảng gần c a hút (độ sâu 4m) có nhiệt không đáng kể (qua quan sát lượng nước tràn độ chênh lệch giữa tầng đáy và tầng mặt khoảng qua mặt đập). Do trên vùng tính toán không có 1oC, tương tự với vị trí tại cầu Bãi Cháy.
5. 60 Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 Hình 4. Nhiệt độ không khí và nhiệt độ nước 3 tầng Hình 7. Độ mặn 3 tầng của nước tại cầu Đá Trắng. tại cầu Bãi Cháy. Thời kỳ kiểm chứng mô hình Số liệu dùng Số liệu hải văn: Mực nước triều thấp nhất để kiểm chứng mô hình gồm: số liệu mực nước, tại vị trí cầu Bãi Cháy là H=-0,92m, cao nhất là nhiệt độ, độ mặn tại 2 vị trí cầu Đá Trắng và H=+1,3m, độ lớn thủy triều dao động khoảng cầu Bãi Cháy được đo đạc qua đợt khảo sát 1m từ ngày 8 đến ngày 11, từ cuối ngày 11 đến tháng 7/2015. ngày 13 có độ lớn khoảng 1,5-2m. (Hình 5). Do 2.2.2. Thiết lập mô hình lan truyền nhiệt vị trí cầu Đá Trắng và cầu Bãi Cháy gần nhau, Phạm vi miền tính địa hình không quá chênh lệch nên chế độ mực nước tại 2 vị trí là tương đồng với nhau (hình Tổng diện tính miền tính toán là 89km2. 5). Độ mặn tại vị trí cầu Bãi Cháy dao động Giới hạn phía trên các sông: sông Mằn là đập trong khoảng 26-29 , chênh lệch độ mặn giữa ngăn mặn (khoảng cách tới c a hút khoảng 11 các tầng của nước không đáng kể, nhỏ hơn 2‰ km); sông Trới là đập Đồng Ho (khoảng cách (Hình 6). Tại vị trí cầu Đá Trắng, độ mặn dao đến c a hút khoảng 6 km), sông Diễn Vọng là động trong khoảng 18-23‰, chênh lệch độ mặn từ cầu Diễn Vọng (khoảng cách đến vị trí c a giữa các tầng của nước nhỏ khoảng 2‰ (Hình 7). hút khoảng 13 km). Giới hạn phía biển: phía đông là đường vào đảo Tuần Châu và Đảo Tuần Châu, phía Nam là các biên lỏng ngoài biển, cách trạm Hồng Gai 3.3 km.Một số các công trình cảng nhà máy xi măng Thăng Long, kè của băng tải nhà máy xi măng Thăng Long, kè của băng tải nhà máy xi măng Hạ Long đã được đưa vào lưới tính toán Hình 5. Số liệu mực nước thực đo tại cầu Bãi Cháy và cầu Đá Trắng. Hình 6. Độ mặn 3 tầng của nước tại chân cầu Bãi Cháy. Hình 8. Lưới tính 2D trong MIKE 21FM.
6. Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 61 Thiết lập lưới tính toán MIKE 21FM Lưới tính toán phi cấu trúc dựa trên các phần t tam giác tuyến tính, lưới tính được chia thành 4644 ô lưới tam giác có diện tích phần t nhỏ nhất 1.000m2, khoảng cách giữa hai nút tính nhỏ nhất khoảng 30m. Khu vực ngoài biển có diện tích phần t nhỏ nhất 15.000m2 (khoảng cách giữa các nút tính trung bình từ 100 – 500m)(Hình 8). Hình 9. Kết quả hiệu ch nh lưu lượng tính toán tại Điều kiện biên & điều kiện ban đầu trạm Bãi Cháy. Điều kiện biên Biên mực nước (các biên phía biển): S dụng thủy triều tại trạm Hồng Gai năm 2015 (đối với trường hợp hiện trạng) và thủy triều dự tính với bộ hằng số điều hòa được phân tích từ thủy triều trạm Hồng Gai. Biên dòng chảy: dòng chảy trong sông được khôi phục bằng mô hình thủy văn MIKE NAM, gồm 3 biên tại đập Đồng Ho, đập sông Mằn và cầu Diễn Vọng. Biên nhiệt độ và độ mặn: S dụng số liệu trung bình được cung cấp từ các mô hình dự báo toàn Hình 10. Kết quả hiệu ch nh mực nước tính toán tại cầu. Các số liệu tính toán các kịch bản sẽ được trạm Bãi Cháy. thống kê từ số liệu nhiều năm tại trạm Bãi Cháy. Các điều kiện khí tượng khác: nhiệt độ không khí, độ ẩm, lượng mưa, bốc hơi trung bình tháng nhiều năm tại trạm Bãi Cháy được s dụng trong các kết quả tính toán. Đơn vị tư vấn đã thiết lập mô hình ngoài sự trao đổi nhiệt trong nước, có xem xét tới sự trao đổi nhiệt với môi trường không khí. Điều kiện ban đầu Hình 11. Kết quả hiệu ch nh mực nước tính toán tại Điều kiện ban đầu được thiết lập là mực cầu Đá Trắng. nước trung bình, vận tốc dòng chảy và nhiệt độ tại các biên tính toán của mô hình. 2.2.3. Kiểm chứng mô hình tính toán lan truyền nhiệt Việc hiệu ch nh mô hình được thực hiện so sánh kết quả tính toán với kết quả thực đo các yếu tố thủy lực (mực nước), nhiệt độ và độ mặn của nước tại 2 địa điểm là cầu Đá Trắng gần vị trí c a xả nước so với thiết kế và cầu Bãi Cháy Hình 12. Kết quả hiệu ch nh lưu lượng tính toán tại trong khoảng thời gian đo đạc khảo sát từ trạm Bãi Cháy. 08/07/2015 đến 13/07/2015.
7. 62 Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 lớn tại 2 điểm. Do đó có thể s dụng bộ thông số mô hình này để áp dụng cho tính toán lan truyền nhiệt từ dòng nước xả của nhà máy Nhiệt điện Thăng Long đến c a hút của nhà máy. 3. Các kịch bản tính toán đánh giá lan truyền nhiệt nhà máy nhiệt điện Thăng Long Hình 13. Kết quả hiệu ch nh nhiệt độ nước tính toán tại cầu Đá Trắng. 3.1. Xây dựng kịch bản tính toán Trên cơ sở phân tích các đặc điểm khí tượng thủy văn, địa hình, nguồn lấy nước làm mát và vị trí đặt c a hút, c a xả nhà máy. Các kịch bản dưới đây được tính toán nhằm đánh giá lan truyền nhiệt, khuếch tán nhiệt đến vị trí c a hút nước làm mát theo các tiêu chí: Tính toán với hệ số khuếch tán gây bất lợi Hình 14. Kết quả hiệu ch nh nhiệt độ tính toán đo tại nhất tới nhiệt độ tại c a hút theo yêu cầu trạm Bãi Cháy. thiết kế. - Tính toán cho 4 mùa trong năm (theo các pha thủy triều khác nhau: triều cao, triều trung bình, triều thấp) và chi tiết cho từng tháng trong 1 năm điển hình (đây không phải là năm cực đoan về các giá trị, các điều kiện biên đều được lấy trung bình tháng nhiều năm, do vậy trong điều kiện thực tế nếu các yếu tố đầu vào như: Hình 15. Kết hiệu ch nh độ mặn tính toán tại trạm nhiệt độ môi trường, nhiệt độ nước lớn bất Bãi Cháy. thường thì các kết quả sẽ theo chiều hướng bất lợi và ngược lại.) - Các giá trị về vị trí và các thông số về lượng xả, lượng hút của nhà máy theo thông số thiết kế khi vận hành 2 tổ máy: 99400m3/s (tương đương 27.6m3/s). Từ các tiêu chí trên, các kịch bản được lựa chọn tính toán như sau: Hình 16. Kết quả hiệu ch nh độ mặn tính toán tại cầu Đá Trắng. - KBA: Kịch bản địa hình hiện trạng và công suất hút/xả vận hành theo thiết kế của nhà Kết quả hiệu ch nh cho thấy (Hình 9-16): máy với các hệ số khuếch tán khác nhau để lựa Đường quá trình mực nước tính toán bằng mô chọn hệ số khuếch tán gây bất lợi nhất tới nhiệt hình khá tương đồng và chính xác với đường độ tại c a hút nước làm mát với số liệu thực đo quá trình thực đo tại 2 điểm cầu Đá Trắng và khảo sát tháng 7/2015. cầu Bãi Cháy. Đường quá trình nhiệt độ tính - KBB: Kịch bản địa hình hiện trạng và toán khá sát với đường thực đo với biên độ công suất hút/xả vận hành theo thiết kế nhà máy o chênh lệc nhiệt độ giữa 2 đường không quá 1 C với triều cao, triều trung bình, triều thấp và o ở điểm cầu Bãi Cháy và không quá 1-1.5 C ở thời gian 4 mùa trong năm (xuân, hạ, thu đông) điểm cầu Đá Trắng. Tương tự với độ mặn, kết Mô phỏng lan truyền nhiệt các kịch bản tính toán. quả tính toán chênh lệch với thực đo không quá
8. Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 63 - KBC: Kịch bản địa hình hiện trạng và công suất hút/xả vận hành theo thiết kết nhà máy với năm điển hình (gồm các pha triều cao, thấp, trung bình). Kịch bản C tính toán với năm có thủy triều điển hình. Trong chuỗi chu kỳ nhiều khoảng 18,61 năm có 1 năm có triều điển hình. Trong chuỗi số liệu mực nước tại Hồng Gai từ năm 1980 đến 2015 thì năm 2005 có mực nước triều điển hình. Hình 18. Trường nhiệt độ lớn nhất tại vị trí c a hút 3.2. Kết quả và thảo luận với D = 0,001. Kịch bản A tính toán với số liệu địa hình hiện trạng và thiết kế của nhà máy với số liệu đo đạc tháng 7 năm 2015 (Hình 17). Chạy kịch bản với các hệ số khác nhau (hệ số khuếch tán dao động từ 0.001 đến 10), kết quả tính toán cho thấy: với hệ số khuếch tán D=0,001 cho trường nhiệt độ bất lợi nhất tại c a hút và D=10 cho trường nhiệt độ ít bất lợi nhất. Tuy nhiên, Hình 19. Biến trình nhiệt độ tại c a hút (trường hợp dù trong trường hợp bất lợi nhất hay ít bất lợi bất lợi). nhất thì nhiệt độ tại c a hút vẫn bị ảnh hưởng bởi dòng nước từ c a xả của nhà máy nhiệt điện Thăng Long, tại đây xảy ra tình trạng tích lũy nhiệt, nhiệt độ tăng cao khi triều rút, đạt đ nh tại chân triều và giảm dần khi pha triều lên. Trong trường hợp bất lợi nhất (Hình 18,19), nhiệt độ tính toán cao nhất tại c a hút là 35.1oC, thời gian duy trì nhiệt độ tại c a hút cực đoan (biên độ <8oC) khoảng 10-12h/ngày đêm. Trong trường hợp ít bất lợi nhất (D=10), nhiệt độ tính toán cao nhất tại c a hút là 32.9oC, thời gian duy trì nhiệt độ tại c a hút cực đoan (biên o Hình 20. Trường nhiệt độ lớn nhất tại vị trí c a hút độ <8 C) khoảng 4-7h/ngày đêm (Hình 20, 21). với D = 10. Hình 21. Biến trình nhiệt độ tại c a hút (trường hợp Hình 17. Kết quả tính toán nhiệt độ tại c a hút với 2 ít bất lợi). phương án KBA.
9. 64 Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 64% số giờ bất lợi của cả năm). Thời gian xảy ra tình trạng tích lũy nhiệt tại c a hút rơi vào pha triều rút, lượng nước nóng tích tụ trên sông Mằn bị dòng thủy triều rút ra, tác động trực tiếp tới c a hút. Trong pha triều lên, dòng thủy triều thắng thế, đẩy lượng nước nóng trên sông Mằn về phía thượng lưu, trong thời gian này nhiệt độ tại c a hút đảm bảo thiết kế. Kết quả như vậy ảnh hưởng rất lớn đến việc vận hành chạy các Hình 22. Biến trình nhiệt độ tại vị trí c a hút 4 mùa tổ máy và phát điện của nhà máy. với phương án triều cao. Kịch bản C tính toán trường nhiệt cho 1 năm điển hình, kết quả tính toán cho thấy, nhiệt độ tại c a hút duy trì bất lợi khoảng 840h/năm (trung bình 2.3h/ngày). Trong đó tháng VII có thời gian duy trì kéo dài nhất 153h (trung bình 4.9h/ngày). Từ kết quả các kịch bản, đánh giá được ảnh hưởng của nhiệt độ dòng nước xả đến vị trí Hình 23. Biến trình nhiệt độ tại vị trí c a hút 4 mùa cung cấp nước làm mát theo từng thời điểm hay với phương án triều trung bình. theo từng mùa trong năm, và tổng thể ảnh hưởng đến nhà máy như nhiệt độ vi phạm, thời gian vi phạm, tổng thời gian vi phạm và thời điểm vi phạm. Vì vậy cần đưa ra các giải pháp để cải thiện nhiệt độ tại c a hút nước đảm bảo quy trình vận hành nhà máy đạt công suất tối đa 4. Kết luận Hình 24. Biến trình nhiệt độ tại vị trí c a hút 4 mùa Nghiên cứu đã s dụng bộ mô hình MIKE với phương án triều thấp 21FM để thiết lập và tính toán lan truyền nhiệt cho khu vực xả và cấp nước làm mát của nhà Kịch bản B tính toán với các trường hợp máy nhiệt điện Thăng Long. Kết quả tính toán triều cao, triều trung bình và triều thấp. Vào từ mô hình cho thấy trong điều kiện hiện trạng, mùa hè, kết hợp điều kiện triều cao, thời gian tại vị trí c a hút chắc chắn xảy ra sự tích lũy duy trì nhiệt độ bất lợi trong 15 ngày có thể đạt nhiệt, biên độ nhiệt giảm thấp nhất ch còn 98h (tương đương 27% thời gian vận hành), với khoảng 3oC gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới các thời kỳ triều trung bình, triều thấp thời gian công tác vận hành nhà máy. Tổng số thời gian bị ảnh hưởng tương ứng chiếm 26% và19% bất lợi trong năm ( t<8oC) khoảng 840h, trong thời gian vận hành (Hình 22-24). đó tháng VII, là tháng bất lợi nhất với 153h. Kịch bản C tính toán trường nhiệt cho 1 Tổng thời gian bất lợi của 4 tháng (V-VIII) năm điển hình, kết quả tính toán cho thấy, nhiệt khoảng trên 640h (chiếm 64% số giờ bất lợi của độ tại c a hút duy trì bất lợi khoảng 840h/năm cả năm). Thời gian xảy ra tình trạng tích lũy (trung bình 2.3h/ngày). Trong đó tháng VII có nhiệt tại c a hút rơi vào pha triều rút, lượng thời gian duy trì kéo dài nhất 153h (trung bình nước nóng tích tụ trên sông Mằn bị dòng thủy 4.9h/ngày) (hình 27-28). Tổng thời gian bất lợi triều rút ra, tác động trực tiếp tới c a hút. Trong của 4 tháng (V-VIII) khoảng trên 640h (chiếm pha triều lên, dòng thủy triều thắng thế, đẩy
10. Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 65 lượng nước nóng trên sông Mằn về phía thượng [5] DHI Water & Environment, 2005. Mike 21 Flow lưu, trong thời gian này nhiệt độ tại c a hút Model, Hydrodynamic ModuleScientific đảm bảo thiết kế. Như vậy có thể thấy, việc bố Documentation. trí vị trí c a xả và hút là rất quan trọng, ảnh [6] DHI Water & Environment, 2005. Mike 21 Flow Model, Mud Transport ModuleScientific hưởng lớn đến sự vận hành của nhà máy. Đây Documentation. là một lưu ý khuyến cáo cho các dự án nhiệt [7] Viện Tài nguyên & Môi trường biển, 2006, Xây điện trong thời gian sắp tới. dựng mô hình lan truyền chất ô nhiễm cho Vịnh Hạ Long – Vịnh Bái T Long, báo cáo tổng kết Dự án. Lời cảm ơn [8] Hoàng Thị Hằng Nga, 2013, S dụng mô hình Mike 21 đánh giá quá trình lan truyền nhiệt vùng Nghiên cứu này được thực hiện tại Trung c a sông trà lý dưới ảnh hưởng của nhà máy nhiệt tâm Động lực học Thủy khí Môi trường, điện Thái bình 2, Luận văn Thạc sĩ, ĐH KHTN. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN [9] Lê Hoàng Anh, 2013, Đánh giá ảnh hưởng từ với sự tài trợ về kinh phí và các thiết bị khảo dòng thải nước làm mát của nhà máy điện hạt sát. Nhóm thực hiện xin trân trọng cám ơn sự nhân Ninh Thuận 2 đến môi trường nước và sinh thái khu vực xung quanh, luận văn Thạc sĩ, ĐH hỗ trợ quý báu này. Thủy lợi. [10] Viện khoa học Khí tượng - Thủy văn và Môi trường, 2007, Mô phỏng quá trình lan truyền nhiệt Tài liệu tham khảo của nước làm mát nhà máy nhiệt điện Ô Môn. [11] Ngô Thi Nhịp, 2011, Ứng dụng mô hình toán [1] Thang Long 2x300 MW thermal power plant nghiên cứu lan truyền nhiệt nước thải của nhà project, 6/2014, Thang Long 2x300 MW thermal máy nhiệt điện Phả Lại, Luận văn thạc sĩ Môi power plant project (Jetty part), Design trường, Trường Đại học Thủy lợi. description. [12] Nguyễn Văn Lai, Lê Đức Hậu, Nguyễn Quang [2] Thang Long 2x300 MW thermal power plant Minh, Tính toán truyền nhiệt trên hệ thống sông project, 6/2015, Description of water supply and Trà Lý- t nh Thái Bình khi trung tâm điện lực drainage part. Thái Bình lấy nước làm mát, Trung tâm thủy văn [3] Công ty cổ phần nhiệt điện Thăng Long, 5/2008, ứng dụng và kỹ thuật môi trường. Báo cáo đánh giá tác động môi trường bổ sung, dự [13] Phạm Văn Tiến, Lê Quốc Huy, Trần Duy Hiền, án nhà máy nhiệt điện Thăng Long 2 x 300MW. Khương Văn Hải, 2013, Ứng dụng mô hình Mike [4] Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường, 3 tính toán lan truyền nhiệt trong nước biển khu 2015, Báo cáo tổng kết nhiệm vụ “Đánh giá tác vực nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch. Viện Khoa động của nước xả làm mát nhà máy nhiệt điện học Khí tượng Thủy văn và Môi trường-Vụ Khoa Thăng Long đến khu vực cấp nước và đề xuất giải học và Công nghệ, Bộ Tài nguyên và Môi trường pháp”. Assessing the Impact of Heated Cooling Water Discharge on the Intake of Thang Long Thermal Power Plant by MIKE 21FM Dang Dinh Duc1, Tran Ngoc Anh 1,2, Tran Ngoc Vinh1 1Center for Environmental Fluid Dynamics, VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam 2VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam Abtracts: Nowadays, an increasing the number of thermal power plants have been built in Vietnam, especially in the provinces where are available coal resources such as Quang Ninh, Thai
11. 66 Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 56-66 Binh or Ninh Thuan. The study of assessing the impact of heated cooling water discharged from the outlet on the intake of thermal power plants is extremely necessary because of the temperature of water has significant fluence to the power of plant. According to the design, Thang Long Thermal Power Plant (TPP) (Le Loi commune, Hoanh Bo district, Quang Ninh province) has cooling water outlet located at the upstream of Da Trang Bridge (on Man river) and has cooling water intake (inlet) situated at downstream from the outlet (near the main channel) [1.2]. Therefore, the author has applied the MIKE 21 model to simulate hydrodynamic and thermal transfer for the Thang Long thermal power plant. With range of water temperature larger than 8oC is negative for the power of plant, the results of study shows that the heated cooling water discharge in the river upstream has definitely impact to the intake of thermal power plant, especially, the most impacted is July with the total contravened time of 153 hours. Keywords: Mike 21FM, lan truyền nhiệt, nhiệt điện.