CHƯƠNG I KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG Đ1.1 Đặc điểm cơ bản của điện năng Hiện nay, điện năng là nguồn năng lượng quí, được sử dụng rất rộng rãi và tiện lợi trong sản xuất, trong đời sống của con người. Vì điện năng rất dễ dàng biến đổi sang các dạng năng lượng khác như: cơ năng, nhiệt năng, quang năng. phục vụ cho sự nghiệp hiện đại hoá, công nghiệp hoá của đất nước. Ngược lại, từ các dạng năng lượng khác trong thiên nhiên như: dòng nước, than đá, sức gió, sức nóng của mặt trời hay trong lòng trái đất, năng lượng nguyên tử.
là những nguyên liệu cung cấp cho các nhà máy điện làm việc, chúng cũng rất dễ dàng biến đổi thành điện năng phát vào lưới điện để cung cấp cho các phụ tải điện. Điện năng rất dễ dàng truyền tải đi xa bằng các đường dây dẫn điện dài vài kilômét tới hàng nghìn kilômét với công suất truyền tải hàng trăm, hàng nghìn mêgaoát. Đặc điểm này của điện năng hơn hẳn so với việc truyền tải các dạng năng lượng khác. Ở nước ta, đã có đường dây tải điện Bắc Nam dài hơn 1.000km, với điện áp truyền tải 500KV và công suất là 500MW.
Điện năng được sản xuất rất tập trung, có qui mô tự động hoá cao. Điện năng không tàng trữ được, nên sản xuất điện năng phải đồng thời phát triển sản xuất của các ngành kinh tế quốc dân khác. Do vậy, chỉ số điện năng cũng là chỉ số sự phát triển chung của quốc gia. Điện năng được sản xuất ra luôn có giá thành rẻ hơn giá thành sản xuất các năng lượng khác.2 Yêu cầu của quá trình sản xuất và phân phối điện năng Để đảm bảo tốt việc cung cấp điện cho phụ tải, trong quá trình sản xuất (QTSX) và phân phối điện năng (PPĐN) phải có các yêu cầu sau đây: - Sản xuất điện năng phải có chất lượng tốt như về trị số điện áp và tần số trên lưới điện không sai khác với trị số danh định là ±5%.
- Phải an toàn cho con người và thiết bị trong quá trình sản xuất và phân phối điện năng. - Sản xuất điện năng phải cùng với sự phát triển các ngành kinh tế khác (do điện năng không tàng trữ được). - Phải đảm bảo độ an toàn, tin cậy cung cấp điện cho hộ dùng điện: 5 Hộ loại I là những hộ tiêu thụ điện mà khi cung cấp điện bị gián đoạn thì có thể gây ra nguy hiểm chết người, tổn thất lớn cho nền kinh tế quốc dân, hư hỏng thiết bị, hư hỏng hàng loạt sản phẩm, rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp và các bộ phận đặc biệt quan trọng cho sinh hoạt thành phố. Hộ loại II là những hộ tiêu thụ điện mà khi cung cấp điện bị gián đoạn sẽ làm hụt mức kế hoạch hàng loạt sản phẩm, lãng phí công nhân, đình trệ máy móc và vận tải công nghiệp, rối loạn hoạt động bình thường của phần lớn nhân dân thành phố.
Hộ loại III là những hộ tiêu thụ điện không thuộc hai loại trên.3 Mô hình quá trình sản xuất và phân phối điện năng Quá trình sản xuất (QTSX) và phân phối điện năng (PPĐN) của hệ thống điện được mô tả ở hình (1-1). NĐ1 NĐ2 10KV 6KV 110KV 35KV 35KV D12 D14 35KV 6KV D8 D10 10KV D13 D9 TBATG TBATG D11 D15 110KV 110KV 35KV TBATG 110KV B 10KV TBATG* TBATG D7 220KV B 10KV D3 10KV D5 110KV D4 220KV D2 220KV D6 TĐ1 220KV D1 TĐ2 500KV 35KV D16 D17 Hình 1-1: Mô hình quá trình sản xuất và phân phối điện năng 6 Điện năng của hệ thống được sản xuất từ các nhà máy nhiệt điện (NĐ1) và (NĐ2); các nhà máy Thuỷ điện (TĐ1) và (TĐ2). Ngoài ra, để nâng cao hệ số công suất cosj của lưới điện trong hệ thống điện, người ta xây dựng trạm bù (B), trạm này được cung cấp điện từ trạm biến áp trung gian (TBAtg*) có 2 cấp điện áp 110KV và 220KV, sau đó hạ xuống 10KV cung cấp cho trạm bù. Hệ thống điện ta đang xét có các cấp điện áp là: 6KV; 10KV; 35KV; 110KV; 220KV và 500KV; cấp điện áp 500KV là cấp để liên hệ với hệ thống điện khác.
Chúng được nối với nhau qua các trạm biến áp trung gian và bằng các đường dây từ (D1) đến (D17). Như vậy, quá trình sản xuất và phân phối điện năng gồm ba khâu: - Khâu 1: Khâu sản xuất điện năng (bao gồm các nhà máy điện). - Khâu 2: Khâu truyền tải và phân phối điện năng (bao gồm các trạm biến áp, các đường dây tải điện) được gọi là mạng điện. - Khâu 3: Khâu tiêu thụ điện năng, được gọi là hộ dùng điện hay phụ tải điện, ở khâu 3 điện năng được biến đổi thành các dạng năng lượng khác.
Rõ ràng rằng cả 3 khâu trong quá trình sản xuất và phân phối điện năng bao gồm 2 phần tử hợp thành, đó là: - Phần tử truyền tải và phân phối điện năng; - Phần tử biến đổi (biến đổi các năng lượng khác thành điện năng và ngược lại).2 Đồ thị phụ tải 1.1 Khái niệm Quá trình tiêu thụ điện năng của phụ tải thường được ghi thành biểu đồ gọi là đồ thị phụ tải (ĐTPT) mà trục tung là trục điện năng yêu cầu của phụ tải và trục hoành là trục thời gian. Trên hình (1-2) đường số 1 là đồ thị phụ tải. Trong thực tế, đường biểu diễn ĐTPT thường được bình quân ở từng thời đoạn như đường số 2 của hình (1-2). Trong quá trình bình quân hoá, điện năng tiêu thụ thực tế phải bằng điện năng bình quân; nghĩa là diện tích giới hạn của hai đường 1 và 2 với hai trục tọa độ lần lượt là A và Hình 1-2: Đồ thị phụ tải P = f(t) 7 A’ phải bằng nhau (điện năng A bằng điện năng A').
Việc xây dựng ĐTPT người ta dùng các đồng hồ công suất tự ghi, hay các biểu bảng thống kê yêu cầu dùng điện của phụ tải và sau đó vẽ thành ĐTPT.2 Phân loại đồ thị phụ tải Có thể dựa vào tính chất của phụ tải, hay thời gian sử dụng điện năng để phân loại ĐTPT. 1) Theo tính chất của phụ tải Theo tính chất của phụ tải, người ta phân ĐTPT thành 3 loại (hình1-3) - Đồ thị phụ tải công suất tác dụng P = f(t) - Đồ thị phụ tải công suất phản kháng Q = f(t) - Đồ thị phụ tải công suất toàn phần S = f(t) S (MVA) P (MW) Q (MVAR) Hình 1-3: Đồ thị phụ tải công suất tác dụng - công suất phản kháng và công suất toàn phần 2) Theo thời gian Theo thời gian sử dụng điện năng, người ta phân ĐTPT thành 2 loại: - Đồ thị phụ tải điển hình ngày: Nước ta có 2 mùa trong năm, nên ta chọn cho mỗi mùa có 1 ngày điển hình. Mùa hè có ĐTPT điển hình ngày hè (đại diện cho183 ngày hè) và mùa đông có ĐTPT điển hình ngày đông (đại diện cho 182 ngày đông) (hình1-4a). 8 (MW) Ngày hè Ngày đông (h) (h) Hình 1-4a: Đồ thị phụ tải điển hình ngày hè và ngày đông - Đồ thị phụ tải năm: • Theo thứ tự giảm dần (hình 1- 4b), dựa vào ĐTPT ngày điển hình thống kê số điện năng từ lớn đến nhỏ của các đoạn thời dùng điện như nhau sau đó ta sắp xếp theo thứ tự giảm dần cho đến giờ cuối cùng của năm là 8760h.
Đồ thị này cho ta tính được tổng điện năng yêu cầu của phụ tải trong năm. (MW) (h) Hình 1-4b: Đồ thị phụ tải năm theo thứ tự giảm 9 Hình 1-4b: Đồ thị phụ tải năm theo thứ tự giảm dầ Theo tháng trong năm, với đồ thị này (hình1-5), trục hoành được tính từ tháng 1 đến tháng 12. Mỗi tháng dựa vào ngày điển hình của tháng. Đồ thị này cho ta biết tháng nào trong năm có yêu cầu cung cấp điện năng lớn nhất và tháng nào có yêu cầu cung cấp điện năng nhỏ nhất.
Nó làm cơ sở trong quá trình vận hành, sửa chữa các tổ máy phát điện của hệ thống điện. P (MW) Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hình 1-5: Đồ thị phụ tải tháng trong năm 1.3 Các đại lượng và các hệ số đặc trưng của đồ thị phụ tải Ví dụ: Một ĐTPT ở hình (1-6) là yêu cầu dùng điện của hộ nông nghiệp, thủy lợi cho theo ngày điển hình. P (MW) Pmax 50 A 40 30 25,5 A' 20 A' A 10 10 h 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Hình 1-6: Đồ thị phụ tải các hộ dùng nông nghiệp, thủy lợi a) Công suất cực đại Công suất cực đại được ký hiệu P max là yêu cầu dùng điện lớn nhất trong thời gian nào đó trên ĐTPT, ở hình (1-6) ta có: P max = 50MW b) Công suất trung bình Công suất trung bình được ký hiệu P tb là công suất không đổi trong suốt thời gian dùng điện của phụ tải. Như vậy, theo khái niệm này ta xác định được công suất trung bình của ĐTPT (hình 1-6).
A P tb = (1-1) t Trongđó: A: điện năng tiêu thụ thực tế và theo đồ thị, ta có: A = A 1 + A 2 + A 3 + A 4 + A 5 = 20+180+60+ 300+60 = 620MW t : thời gian trong ngày là 24h. Thay vào biểu thức (1-1) được: P tb = 25,5MW c) Hệ số điền kín Để đặc trưng cho mức độ đồng đều của ĐTPT người ta đưa ra hệ số điền kín. Hệ số điền kín được ký hiệu K đk. A P × 24 Ptb K đk = = tb = (1-2) A max Pmax × 24 Pmax Trong đó: A = P tb × 24h : điện năng tiêu thụ thực tế.
A max : điện năng lớn nhất tương ứng với P max. Vậy ĐTPT (hình1-6) có hệ số điền kín là: 25,5 K đk = = 0, 51 50 11 Ý nghĩa của hệ số điền kín là ở chỗ: khi K đk càng gần tới 1,0 thì hiệu quả kinh tế sử dụng thiết bị điện càng cao. d) Thời gian sử dụng công suất cực đại Thời gian sử dụng công suất cực đại được ký hiệu T max : A T max = (1-3) Pmax Theo ĐTPT (hình1-6) có thời gian sử dụng công suất cực đại là: 620 T max = = 12,4h 50 Như vậy, nếu lúc nào thiết bị điện cũng làm việc với P max thì để tiêu thụ điện năng thực tế A (đối với phụ tải) hoặc phát vào lưới điện năng A (đối với nhà máy điện) thì thiết bị điện chỉ cần làm việc thời gian T max < T thực tế .3 Giới thiệu các loại nhà máy điện Điện năng cung cấp cho phụ tải được sản xuất từ các nhà máy điện.