CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Quá trình sản xuất và phân phối điện 1.1 Đặc điểm Năng lượng điện hay còn đượ c gọi là điện năng, hiện nay là một dạng năng lượng rất quan trọng và phổ biến. Sản lượng điện hang năm ngày càng tăng cùng vớ i sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị sử dụng điện. Sở dĩ điện năng được sử dụng rộng rãi như vậy là do có những đặc điểm sau: Điện năng là một dạng năng lượng dễ chuyển thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng… Điện năng dễ truyền tải đi xa mà hiệu suất lại cao. Điện năng là một dạng năng lượng không tích trữ được (trừ một vài trường hợp đặc biệt như pin hoặc ắc quy nhưng công suất lại nhỏ).
Chính vì vậy mà ta phải luôn luôn cân bằng giữa điện năng sản xuất ra với điện năng tiêu thụ, kể cả những tổn thất do truyền tải điện. Quá trình về điện xảy ra rất nhanh, vì thế đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị tự động hóa trong quá trình vận hành, điều khiển, điều độ, bảo vệ… Ngành công nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ với các ngành kinh tế quốc dân khác nên việc phát triển công nghiệp điệ n lực phải được cân đối với các ngành kinh tế khác trong một quốc gia.2 Các dạng nguồn điện Hiện nay, nhà máy nhiệt điện và nhà máy thủy điện vẫn là những nguồn điện chính sản xuất ra điện năng trên thế giới cho dù sự phát triển của nhà máy điện nguyên tử ngày càng gia tăng. Nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện chiếm một tỷ lệ rất quan trọng trong các dạng nguồn điện, mặc dù nó là một dạng nguồn điện kinh điển nhất. Ở nhà máy nhiệt điện, sự biến đổi năng lượng được thực hiện theo nguyên lý: Nhiệt năng (của than) → Cơ năng (tuốc bin) → Điện năng (máy phát điện).
Đây là nhà máy nhiệt điện chạy bằng than. 7 Nhiệt năng của khí ga) → Cơ năng (tuốc bin khí) → Điện năng (máy phát điện). Đây là nhà máy nhiệt điện chạy bằng khí. Nhiệt năng của dầu) →Cơ năng (động cơ điêzen) → Điện năng (máy phát điện).
Đây là nhà máy nhiệt điện điêzen. Sơ đồ khối thể hiện quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện được trình bày như sau: Hình 1. 1 Nhà máy nhiệt điện Trong đó: Buồng đốt Bình tích hơi (Bao hơi) Tuốc bin Máy phát điện Bình ngưng Máy bơm nước tuần hoàn. Than đá được cho vào máy nghiền than để chuyển các loại than đá, than cục thành than cám; sau đó đưa vào buồng đố t để đốt cháy, đun sôi nước ở bao hơi.
Hơi nước được tạo ra từ bao hơi có nhiệt độ và áp suất cao (khoảng 5000C và 130-240kG/cm2) được dẫn 8 đến tuốc bin để làm quay cánh tuốc bin với tốc độ lớn (khoảng 3000v/ph). Do trục của tuốc bin được nối với trục của máy phát điện nên máy phát điệ n sẽ làm việc và phát ra điện. Sau khi ra khỏi tuốc bin, hơi nước sẽ bị giảm áp suất và nhiệt độ (khoảng 400C và 0,3 – 0,4 kG/cm2) nên được đưa đến bình ngưng (5) để chuyển thành nước nhờ quá trình trao đổi nhiệt. Lượng nước này cùng với nước được bơm vào nhờ máy bơm nước tuần hoàn được đưa trở lại bao hơi.
Hiện nay, ở nước ta do có trữ lượng than lớn nên đã xây dựng được các nhà máy nhiệt điện như nhà máy nhiệt điện Phả lại 1 (400MW); nhà máy nhiệt điện Phả lại 2 (600MW); nhà máy nhiệt điện Uông Bí (300MW); Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 (900MW); nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 2 (600MW)… * Đặc điểm của nhà máy nhiệt điện: Thường được xây dựng ở những nơi có trữ lượng than lớn để giảm chi phí vận chuyển than. Tính linh hoạt trong vận hành kém. Quá trình khởi động và tăng phụ tải chậm. HIệu suất thấp =30% - 40% Do trữ lượng than sẽ giảm nên công suất điện do các nhà máy nhiệt điện cung cấp cũng sẽ giảm.
Gây ô nhiễm môi trường. Nhà máy thủy điện Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy thủy điện: Thủy năng (của cột nước) → Cơ năng (tuốc bin nước) → Điện năng (máy phát điện). Sơ đồ khối thể hiện quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy thủy điện được trình bày như sau: 9 Hình 1. 2 Nhà máy thủy điện Trong đó: Sông hoăc suối Đập ngăn nước để tạo lưu lượng nước lớn Tuốc bin Máy phát điện.
Nước thải chảy tiếp ra song. Đại đa số các nhà máy thủy điện đều có hồ chứa nước. Nhờ có đập ngăn nước (2) để tạo lưu lượng nước lớn chảy qua cống vào tuốc bin thủy lực làm quay máy phát điện. Nước từ các cánh động của tuốc bin chảy tiếp ra sông hoặc suối.
Nhà máy thủy điện là một công trình thủy lợi nhằm sử dụng năng lượng của dòng nước. Ở miền Bắc có nhà máy thủy điện Hòa Bình (1920MW); Nhà máy thủy điện Thác Bà (108MW); nhà máy thủy điện Y aly (720MW). Mi ền Nam có nhà máy thủy điệ n Trị An(400MW); Nhà máy thủy điện Vĩnh Sơn, Đa Nhim… * Đặc điểmcủa nhà máy thủy điện Giá thành điện năng sau khi sản xuất ra rẻ hơn nhiều so với nhiệt điện. Hiệu suất cao hơn, có thể đạt tới hơn 80%.
10 Mức độ tự động hóa của nhà máy thủy điện dễ dàng thực hiện hơn nên có thể mở máy nhanh hơn, đáp ứng kịp thời với tình thế khó khăn của hệ thống điện. Do không có khâu bảo quản và xử lý nhiên liệu nên ít xảy ra sự cố hơn nhà máy nhiệt điện Thời gian sử dụng lâu hơn. Không gây ô nhiễm môi trường. Phục vụ cho thủy lợi, cải thiện môi trường, tiện lợi cho giao thông đường thủy.
Sản lượng điện phụ thuộc nhiều vào thiên nhiên. V ốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn hơn nhiệt điện (chủ yếu phụ thuộc và các công trình đập chắn, hồ chứa nước…) Nhà máy điện nguyên tử Nguyên tắc biến đổi năng lượng ở nhà máy điện nguyên tử cũng giống như nhà máy nhiệt điện: Nhiệt năng (lấy từ quá trình phân hủy hạt nhân) → Cơ năng →Điện năng. Sơ đồ khối thể hiện quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện nguyên tử được trình bày như sau: Hình 1. 3 Nhà máy điện nguyên tử Lò phản ứng hạt nhân.
Buồng trao đổi nhiệt Bơm cung cấp không khí. Bình ngưng. Bơm nước tuần hoàn. *) Đăc điểmcủa nhà máy điện nguyên tử: Mặc dù vốn đầu tư ban đầu cao nhưng có thể đặt gần trung tâm phụ tải nên giảm được tổn thất điện năng do truyền tải.
Độ tin cậy cung cấp điện cao. Chỉ cần một lượng chất lượng phóng xạ nhỏ (khoảng 1kg) có có một nhà máy có công suất 100MW. Mức độ nguy hiểm lớn do sử dụng nguồn phóng xạ. Vì thế lò phản ứng phải có tường bê tong bao xung quanh dày từ 1,5m đến 2m và công nhân vậ n hành phải có các trang bị phòng hộ đặc biệt.
Khái niệmvề hệ thống điện Điện năng sau khi sản xuất ra tại nhà máy điện sẽ được truyền tải, phân phối đến các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện hay còn gọi là hệ thống điện (HTĐ). Hệ thống điện gồm các phát điệ n, truyền tải, phân phối và sử dụng. Điện áp phát ra của các máy phát thường là 6kV; 10,5kV … được đưa đến thanh cái chính của nhà nhà máy điện. Sau đó điện áp được nâng lên nhờ trạm biến áp tăng áp đế n 35kV; 110kV; 220kV hoặc 500kV.
Đường dây cao áp truyền tải điện năng đi xa và đưa đến các trạm biến áp hạ áp Trạm biến áp hạ áp sẽ hạ điện áp xuống 15kV hay 10kV, 6kV. Công suất điện này được đưa đến các trạm phân phối hạ áp hoặc các trạ m biến áp hạ áp, nơi tiêu thụ điện để giảm xuống điện áp 0,4kV. 4 Sơ đồ nguyên lý một hệ thống điện đơn giản Hộ tiêu thụ điện Điện năng sau khi sản xuất ra từ các nhà máy điện sẽ được truyền tải và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện (phụ tải điện) nhờ hệ thống mạng lưới điện 1.3 Tính chất hộ tiêu thụ điện, phân loại Hộ tiêu thụ điện là một bộ phận quan trọng trong hệ thống cung cấp điện, nhằm biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác để sử dụng trong sản xuất hoặc trong sinh hoạt. Theo tầm quan trọng trong nền kinh tế và xã hội chia ra: - Hộ tiêu thụ loại 1: Đây là những hộ tiêu thụ mà khi bị sự cố ngừng cung cấp điện sẽ gây ra những thiệt hại lớn về mặt kinh tế, đe dọa tính mạng con người hoặc có ảnh hưởng lớn về chính trị.Ví dụ: Xí nghiệp luyện kim, hóa chất, hầmmỏ, nhà Quốc hội, Chính phủ, bệnh Vì vậy hộ tiêu thụ loại 1 phải được thiếtkế cung cấp điện với độ tin cậy cao, thường dùng hai hoặc ba nguồn cung cấp, hai đường dây dự phòng… nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thời gian mất điện.
Thời gian mất điện của hộ tiêu thụ loại 1 chỉ tính bằng thời gian tự động đóng nguồn dự trữ. - Hộ tiêu thụ loại 2: 13 Đây là những hộ tiêu thụ điện tuy quan trọng, nhưng nếu bị sự có ngừng cung cấp điện thì chỉ dẫn đến những thiệt hại về kinh tế do hư hỏng sản phẩm, lãng phí nhân công lao động… Ví dụ: Các phân xưởng cơ khí, công nghiệp nhẹ, …. Phương án cung cấp điện cho hộ tiêu thụ điện loại 2, có hoặc không có nguồ n dự phòng, đường dây đơn hay kép… là tùy thuộc vào vốn đầu tư của mỗi công ty. Đối với hộ này, thời gian ngừng cung cấp điện cho phép được tính bằng thời gian đóng nguồn dự trữ bằng tay.
- Hộ tiêu thụ laọi 3: Là những hộ tiêu thụ điện cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy thấp, nghĩa là cho phép mất điện trong thời giant hay thế hay sửa chữa sự cố. Thời gian mất điện không quá 24 giờ. Ví dụ: Nhà ờ, phân xưởng phụ, nhà kho, … Yêu cầu và các bước khi thiết kế hệ thống cung cấp điện Những yêu cầu Các bước thiết kế hệ thống cung cấp điện Bước 1: Thu thập dữ liệu ban đầu Nhiệmvụ, mục đích thiết kế Đặc điểmquá trình công nghệ của công trình Dữ liệu về nguồn điện: công suất, khoảng cách đến các hộ tiêu thụ Dữ liệu về phụ tải: công suất, đặc điểm công nghệ, tích chất. Bước 2: Xác định phụ tải tính toán Thống kê danh mục thiết bị Tính toán phụ tải động lực Tính toán phụ tải chiếu sang.