CHƯƠNG 1 TÔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ NGHẼN MẠCH 1.1 Tổng quan về hệ thống điện 1.1 Giới thiệu Đối với mọi quốc gia trên thế giói, khoa học kỹ thuật được coi như một bàn đạp vững chắc để phát triển nền kinh tế. Tuy nhiên, để phát triển khoa học kỹ thuật thi việc phát triển một nên công nghiệp công nghệ cao luôn là một yếu tố then chốt. Để một nền công nghiệp phát triển ổn định và bền vững thi năng lượng luôn là một yêu cầu quan trọng và không thể thiếu. Đối với nguồn năng lượng hiện nay thì điện là một trong những nguồn năng lượng luôn đóng vai trồ chủ chốt.
Truyền tải điện năng từ noi sản xuất đến địa điểm tiêu thụ là một quá trinh phức tạp đồi hỏi sự làm việc nhịp nhàng của nhiều thành phần khác nhau bao gồm: các nhà máy điện, trạm biến áp, các hệ thống đường dây truyền tải điện, các thiết thị bảo vệ và tải tiêu thụ. Các thành phần này liên kết chặt chẽ vói nhau và tạo thành một hệ thống bền vững được gọi là hệ thống điện (HTD) như trong Hình 1.1 Các thành phần của hệ thống điện Tùy thuộc vào từng tính chất của các loại hình công nghiệp khác nhau mà cỏ những yêu cầu đặc thù riêng về chất lượng và độ ổn định của điện năng. Không chỉ đối với 5 nền công nghiệp, mà điện năng còn đóng vai trò quan trọng đối với đời sống của con người. Hiện nay, với sự gia tăng không ngừng của dân số và bên cạnh đó là nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao trong các lĩnh vực như: giải trí, học tập và sức khỏe.
Do đó, việc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện luôn là một yêu cầu tiên quyết được đặt ra cho cả người vận hành và lên kế hoạch cung cấp điện. Ngoài ra, với bối cảnh thế giới đang phải đối mặt vói sự nóng lên toàn cầu và nguyên nhân chính đó là các nguồn khí thải CO2. Theo hội nghị các bên lần thứ 28 (Conference of the Parties - COP28), mức tăng nhiệt hiện nay đang có nguy co vượt qua khỏi mục tiêu giói hạn ban đầu là l,5°c. Việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch để phát điện đã góp phần không nhỏ vào việc gia tăng mức nhiệt chung này.
Vì vậy, tìm kiếm và thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống bằng những nguồn năng lượng sạch và bền vững đang là mục tiêu chung của cả thế giới nói chung và chính phủ Việt Nam nói riêng. 2 Nhà máy điện Nhiệm vụ và chức năng chính của nhà máy điện là chuyển đổi những nguồn năng lượng khác thành năng lượng điện. Tùy thuộc vào loại năng lượng mà nhà máy chuyển đổi mà ta có thể chia thành các loại nhà máy điện khác nhau điển hình như: Nhà máy nhiệt điện: chức năng chính của nhà máy nhiệt điện là chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng thông qua quá trình đốt nhiên liệu để tạo ra một lượng lớn hơi nước từ quá trình đun sôi nước. Lượng hơi nước này làm quay một tua bin hơi nước và tua bin này làm một máy phát điện hoạt động.
Lượng hơi nước sau khi hoàn thành nhiệm vụ được ngưng tụ trong bình ngưng và được đưa trở lại nơi nó được đun sôi, quá trình này được gọi là chu trình Rankine. Nhà máy nhiệt điện đang là một trong những loại nhà máy giữ vai trò lớn tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, nguồn năng lượng được sử dụng để đốt ở các nhà máy nhiệt điện là năng lượng hóa thạch nên một lượng lớn CO2 sẽ được tạo ra. Nên việc sử dụng loại hình nhà máy phát điện này đang bị hạn chế ở một số quốc gia.
6 Nhà máy thủy điện: nhà máy thủy điện có chức năng chuyển đổi năng lượng từ nước thành điện năng. Một lượng lớn nước được tích tụ lại ở các đập nước và tạo thành thế năng. Quá trình tạo ra điện dựa trên lực của lượng nước được xả ra làm quay tua tin nước và làm máy phát điện hoạt động. Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo có hiệu suất cao nên được ưu tiên phát triển ở một số nước có mạng lưới sông ngòi chằng chịt điển hình là Trung Quốc và Việt Nam.
Vì là năng lượng tái tạo nên thủy điện không sử dụng năng lượng hóa thạch từ đó hạn chế lượng khí CO2 thải ra bầu khí quyển. Ngoài ra, vì nguồn nguyên liệu chủ yếu là nước nên thủy điện thường không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như các nhà máy nhiệt điện. Hon nữa, tuổi thọ của các nhà máy thủy điện khá cao điển hình là một số nhà máy thủy điện trên thế giói đang hoạt động đã được xây dựng cách đây từ 50 đến 100 năm. Mặc dù là nguồn năng lượng tái tạo và có hiệu suất cao nhưng thủy điện cũng mang lại một số ảnh hưởng đến môi trường.
Việc tích tụ nước ở thượng nguồn một thời gian dài có thể làm ảnh hưởng tói dòng chảy ở hạ nguồn hay phát sinh một số vấn đề về tưới tiêu hay tình trạng thiếu nước ở hạ nguồn. Ngoài ra, là sự ảnh hưởng đến các loại cá điển hình là cá hồi nên việc xây dựng các nhà máy thủy điện có thể dẫn đến sự mất cân bằng sinh thái. Hon nữa, các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán có thể ảnh hưởng xấu đến công suất phát của các nhà máy thủy điện. Nhà máy điện gió: điện gió là một nguồn năng lượng tái tạo nhằm chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng điện.
Đối với Việt Nam thì điện gió là một nguồn năng lượng mới được phát triển cùng với sự phát triển năng lượng tái tạo của thế giới. Trước viễn cảnh các nguồn năng lượng khác như thủy điện thì sắp cạn kiệt khả năng khai thác còn nhiệt điện thì đang bị hạn chế bởi sự ảnh hưởng đến môi trường của nó. Nên năng lượng gió đang nổi lên như một nguồn năng lượng bền vững và thân thiện vói môi trường được chính phủ Việt Nam ưu tiên phát triển trong tương lai. Với chính sách ưu đãi, nhiều cánh đồng điện gió đã được phát triển ở Việt Nam nhằm thay thế và giảm bớt sự ảnh hưởng của các nhà máy nhiệt điện tới nền năng lượng.
Tuy mới phát triển ở Việt Nam nhưng năng lượng gió đã được ứng dụng khá nhiều ở các nước phương Tây. Từ xa xưa, năng lượng gió đã được ứng dụng để di chuyển như thuyền 7 buồm hay kinh khí cầu, hay sử dụng để tạo ra cơ học như các cối xoay gió. Từ sau cuộc khủng hoảng dầu khí năm 1962 thì việc nghiên cứu phát triển các nguồn năng lượng thay thế khác trong đó có tua bin gió, từ đó ý tưởng về phát điện bằng năng lượng gió đã được hình thành. Cho đến hiện nay trên thế giới đã có nhiều nước đã đưa điện gió vào sản xuất và sử dụng điển hình là các nước châu âu như Ý, Pháp, Đức và Anh.
Vì tính chất đặc thù của năng lượng gió là phụ thuộc lớn vào điều kiện tự nhiên nên đây là rào cảng lớn nhất về việc phát triển năng lượng gió tại một số quốc gia. Tuy nhiên, Việt Nam lại không phải là một trong số đó. Với lợi thế về đường bờ biển dài 3000km với nhiều hải đảo nên tìm năng phát triển điện gió ở Việt Nam có thể được ước tính khoảng 512GW. Song song với những lợi ích thì năng lượng gió cũng mang lại không ích những tác động xấu đến môi trường.
Tiếng ồn từ các tua bin gió có thể gây ảnh hưởng đến các loài cá nhạy cảm như cá vôi hay cá heo. Hay gần đây có một số nghiên cứu đã chỉ ra sự ảnh hưởng của tua bin gió đến sự di trú của chim. Nhà máy điện mặt trời: điện mặt trời được biết đến với sự biến đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện. Những tấm pin quang điện (PV) đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng.
Các tế bào quang điện chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện nhờ vào hiệu ứng quang điện. Ban đầu điện mặt trời được ứng dụng để làm nguồn điện cho các ứng dụng vừa và nhỏ như các hệ thống điện mặt trời áp mái để cung cấp điện cho hộ tiêu dùng nhằm chia sẽ gánh nặng với đường dây truyền tải. Tương tự với điện gió thì năng lượng mặt trời ở Việt Nam cũng là một nền năng lượng mới và đang phát triển. Tại Việt Nam, tiềm năng phát triển điện mặt trời là rất lớn bởi cường độ bức xạ dao động từ 897 - 2108 kWh/m2/năm và với công suất ước tính khoảng 360.
Do đó, nhà nước đã đưa ra nhiều chính sách quan trọng để khuyến khích phát triển năng lượng mặt trời cùng với năng lượng gió là những nguồn năng lượng thay thế bền vững. Trên thế giới nhà máy điện mặt trời đầu tiên được phát triển vào những năm 1980, nhưng có công suất khai thác chưa cao bởi chi phí đầu tư còn khá cao. Tuy nhiên, kể từ đó, với sự phát triển của khoa học thì sản lượng điện đã tăng cao theo cấp số nhân tăng gắp đôi sau ba năm. Nhiều 8 công trình điện mặt trời với quy mô hàng triệu GW được xây dựng trên khắp thế giới.
Năm 2015 tổng sản lượng điện mặt trời chiếm 1% sản lượng điện trên thế giới và con số này tiếp tục tăng lên 4,5% trong vòng 7 năm sau. Tưong tự như năng lượng gió, năng lượng mặt trời đã được đưa vào sản xuất và sử dụng ở một số quốc gia như: Đức, Trung Quốc, Mỹ,. Bên cạnh những tiềm năng và lợi ích thì điện mặt trời cung mang lại không ích ảnh hưởng đến môi trường như: việc xây dựng các nhà máy điện mặt trời tập trung chiếm diện tích khá lớn so với các loại hình khác cùng công suất, việc tái chế tấm pin quang điện đang là một vấn đề đang gằy tranh cãi đối với nhiều nhà khoa học. Nhà máy điện hạt nhân: Nhà máy điện hạt nhằn biến đổi nhiệt năng từ một phản ứng hạt nhân được kiểm soát thành điện năng.
Năng lượng hạt nhân là một nguồn năng lượng lâu đời và được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1948 tại Hoa Kỳ. Từ đó nhiều nước châu âu đã tiếp tục xây dựng và đưa năng lượng hạt nhân vào sản xuất điện năng. Hiện nay, Mỹ đang là quốc gia đứng đầu về mức sử dụng năng lượng hạt nhân với 836,63 triệu KWt. Tiếp theo là Pháp vói 439,74 Triệu KW.h/năm, Nhật với 263,83 Triệu KW.
Điện hạt nhân là một nguồn năng lượng ổn định vói khả năng chạy nền tốt.