Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐiỆN GV: PGS.Nguyễn Tiến Dũng Nghệ An, 2023 1 MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG Sinh viên có thể: ✓ Nắm được các đặc điểm chung của cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp ✓ Phân loại được các dạng nguồn điện ✓ Nắm được khái niệm về dạng điện xí nghiệp công nghiệp ✓ Hiểu được các đặc điểm của hộ tiêu thụ ✓ Nắm được các yêu cầu của thiết kế cung cấp điện ✓ Nắm được các hướng nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực cung cấp điện.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CCĐ XNCN Mạch điện xoay chiều đơn giản ▪ Nguồn (máy phát đồng bộ đơn) ▪ Đường dây (dây dẫn) ▪ Phụ tải (bóng đèn) ▪ Điều khiển (công tắc, đồng hồ đo) 3 1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CCĐ XNCN Điện năng trong quá trình sản xuất và phân phối có một số đặc điểm chủ yếu sau: • Điện năng sản xuất ra, nói chung, không tích trữ được. • Các quá trình điện cơ trong hệ thống điện xảy ra rất nhanh, đòi hỏi phải sử dụng rộng rãi các thiết bị tự động trong công tác vận hành, điều độ hệ thống điện nhằm đảm bảo hệ thống làm việc tin cậy và kinh tế. • Công nghiệp điện lực là một trong những động lực của nhiều ngành kinh tế quốc dân. • Việc sản xuất, truyền tải và cung cấp điện năng luôn luôn được thực hiện theo một kế hoạch chung trong khuôn khổ hệ thống điện.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CCĐ XNCN 1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CCĐ XNCN Hệ thống điện ngày nay là một mạng lưới liên kết phức tạp (hình 1.2) và có thể chia ra làm 4 phần: ▪ Nhà máy điện ▪ Mạng truyền tải - truyền tải phụ ▪ Mạng phân phối ▪ Phụ tải điện 1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CCĐ XNCN 1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CCĐ XNCN 1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CCĐ XNCN Hệ thống điện tương lai: ▪ Sử dụng các nhà máy vừa và nhỏ ▪ Sử dụng năng lượng tái tạo ▪ Hệ thống điện thông minh 1.
CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Phương pháp truyền thống ▪ Nhà máy thủy điện, là các nhà máy biển đổi năng lượng của dòng nước thành điện năng. ▪ Nhà máy nhiệt điện, nhiệt năng thu được khi đốt các nhiên liệu (than, dầu, khí đốt) được chuyển hóa thành điện năng. Phương pháp khác ▪ Năng lượng tái tạo - Năng lượng gió - Pin mặt trời ▪ Năng lượng hạt nhân - Các phản ứng hạt nhân 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Nhà máy nhiệt điện 1.
CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Các dạng Nhà máy nhiệt điện: 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Ưu nhược điểm nhà máy nhiệt điện: ▪ Vốn đầu tư thấp, hiệu quả thu hồi vốn nhanh. - Giá thành điện năng thấp do hiệu suất thấp (nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có hiệu suất 30 ÷ 40% ; nhà máy nhiệt điện trích hơi có hiệu suất cao hơn với hiệu suất là 60 ÷ 70%). - Nhiên liệu đầu vào là loại nhiên liệu không tái tạo được.
- Gây ô nhiễm môi trường do khói, bụi ảnh hưởng tới một vùng khá rộng. - Tỉ lệ điện tự dùng cao. - Khả năng huy động công suất chậm, từ 4h đến 8h. - Dải điều chỉnh công suất bị giới hạn bởi Pmin do kỹ thuật.
CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Nhà máy nhiệt điện Kết luận: ▪ Nhà máy nhiệt điện thường được xây dựng ở gần nguồn nhiên liệu. ▪ Nhà máy nhiệt điện thường làm việc với đồ thị phụ tải ít thay đổi. ▪ Đối với nhiệt điện rút hơi thì phải xây dựng gần phụ tải nhiệt. ▪ Nhà máy nhiệt điện phù hợp với điều kiện không có nhiều vốn và cần phát điện nhanh.
▪ Yêu cầu an toàn đối với các nhà máy điện hạt nhân. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Nguyên lý hoạt động Nhà máy thủy điện 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Công suất Nhà máy thủy điện ▪ Công suất của nhà máy thủy điện ▪ Phân loại - Nhà máy thủy điện kiểu đập. - Nhà máy thủy điện tích năng.
- Nhà máy thủy điện kiểu ống dẫn. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Nhà máy thủy điện 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Ưu điểm Nhà máy thủy điện: ▪ Chi phí vận hành thấp, vận hành đơn giản, khả năng tự động hóa cao, không cần nhiều nhân công nên giá thành điện năng thấp.
▪ Khả năng huy động công suất nhanh (1 ÷ 2ph) => có thể phân cho vài nhà máy thủy điện hoặc vài tổ máy của chúng làm nhiệm vụ điều tần (gánh phụ tải đỉnh). Hiệu suất cao 85 ÷ 95% ▪ Lượng điện tự dùng thấp do không có lò hơi và khâu xử lý nhiên liệu. ▪ Không gây ô nhiễm. ▪ Nhà máy thủy điện kiểu đập còn mang nhiều nguồn lợi khác như điều tiết nước phục vụ thủy lợi, nuôi bắt thủy sản, cải tạo cảnh quan môi trường, du lịch.
CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Nhược điểm Nhà máy thủy điện: ▪ Giá thành xây dựng đắt do ngoài chi phí xây dựng nhà máy còn có chi phí xây dựng các đường dây cao áp đưa điện từ nhà máy vào lưới, chi phí để di dân. ▪ Thời gian xây dựng lâu (10 - 20 năm). ▪ Thường phải xây dựng xa vùng phụ tải nên tổn thất trên hệ thống truyền tải lớn. ▪ Nguồn nước cung cấp cho các nhà máy thủy điện (từ các dòng chảy tự nhiên) thay đổi theo thời gian (phụ thuộc khí hậu, thời tiết) => gặp khó khăn trong việc xây dựng phương án điều tiết tối ưu.
▪ Gây ảnh hưởng bất lợi đến môi trường sinh thái. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Nhà máy thủy điện: Kết luận ▪ Xây dựng trên các dòng sông có độ lớn cao và chảy mạnh. ▪ Đồ thị phụ tải tự do, phần đỉnh và đáy đồ thị (tần số và thủy lợi) ▪ Điều tiết thủy lợi, lũ lụt khi thiết kế nhà máy. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Các dạng nhà máy điện khác: Nhà máy điện nguyên tử loại lò phản ứng nước áp lực 1.
CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Các dạng nhà máy điện khác: Nhà máy điện nguyên tử loại lò phản ứng nước sôi 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Các dạng nhà máy điện khác: Nhà máy điện nguyên tử có đặc điểm: ▪ Có thể xây dựng gần trung tâm phụ tải ▪ Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn và thời gian xây dựng kéo dài ▪ Chi phí sản xuất điện năng thấp nên thường làm việc ở đáy đồ thị phụ tải ▪ Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm hay cao hơn 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Các dạng nhà máy điện khác: Nhà máy năng lượng thủy triều 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Các dạng Nhà máy điện khác: Nhà máy điện dùng sức gió ▪ Năng lượng tái tạo, không ô nhiễm ▪ Vốn đầu tư lớn (~2USD/W) ▪ Kết nối với lưới khó 1.
CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Các dạng nhà máy điện khác: Pin mặt trời Năng lượng tái tạo. Cấu trúc cố định và ít sửa chữa. Công suất phát phụ thuộc vào thời tiết.
Đầu tư cao cho dự án nhỏ (2 - 3 USD), nhưng sẽ tiết kiệm cho hệ thống lớn. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN 1. CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Loại hình nguồn điện Công suất, MW Điện lượng, triệu MWh Thủy điện 21.873 (tỷ lệ 29,4%) Nhiệt điện than 23.548 (tỷ lệ 47,4%) Tua bin khí và dầu 9.509 Bảng 1: Thống kê công suất và điện lượng hệ thống điện quốc gia năm 2021: Nguồn: Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia - A0 (cập nhật đến tháng 11/2021). KHÁI NIỆM VỀ DẠNG ĐIỆN MẠNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Các XN công nghiệp rất đa dạng được phân theo các loại: Xí nghiệp lớn: công suất đặt không dưới 75 ÷ 100 MW Xí nghiệp trung: 5 ÷ 75 MW Xí nghiệp nhỏ: 5 MW Khi thiết kế cần lưu ý các yếu tố riêng của từng XN, như điều kiện khí hậu địa hình, các thiết bị đặc biệt đòi hỏi độ tin cậy CCĐ cao, đặc điểm của qui trình công nghệ → đảm bảo CCĐ an toàn → sơ đồ CCĐ phải có cấu trúc hợp lý.
CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỘ TIÊU THỤ Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện, phụ tải được phân làm phụ tải loại 1, loại 2, loại 3. -Hộ tiêu thụ loại 1: Là hộ tiêu thụ mà khi bị ngừng cung cấp điện sẽ gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân, đe dọa đến tính mạng con người, ảnh hưởng đến an ninh chính trị quốc gia nên không cho phép mất điện. Hộ tiêu thụ loại 1 phải được cấp điện từ hai nguồn khác nhau. + Các cơ quan chính phủ, bệnh viện (phòng mổ), xí nghiệp hóa chất (quá trình thực hiện phản ứng, hệ thống thông gió, khói thải độc hại), xí nghiệp luyện kim (lò điện).
CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỘ TIÊU THỤ -Hộ tiêu thụ loại 2: Là hộ tiêu thụ mà khi bị ngừng cung cấp điện sẽ gây ra thiệt hại lớn về kinh tế, như hư hỏng thiết bị, gây ra phế phẩm, ngừng trệ sản xuất, lãng phí nhân công. Với hộ tiêu thụ loại 2 cho phép mất điện trong thời gian ngắn (không quá 2h). Việc thiết kế 1 hay 2 nguồn cho hộ tiêu thụ loại 2 phải dựa vào bài toán kinh tế - kỹ thuật so sánh giữa thiệt hại do mất điện và chi phí có thể có thêm nguồn dự phòng: + thời gian hoàn vốn ≤ 8 năm: dùng 2 nguồn. + thời gian hoàn vốn > 8 năm: dùng 1 nguồn.
CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỘ TIÊU THỤ -Hộ tiêu thụ loại 3: Là những hộ tiêu thụ không thuộc hai loại trên, có thể cho phép mất điện trong một thời gian để sữa chữa thiết bị (không quá 8h). Với những hộ tiêu thụ loại 3 thường được cấp điện từ một nguồn. -Hộ tiêu thụ đặc biệt: Là những hộ tiêu thụ không cho phép mất điện dù chỉ một giây: các trung tâm quản lý máy bay, trung tâm thông tin. Đối với những hộ loại này, cần cung cấp bằng nguồn liên tục có dùng UPS (Uninterruptible Powr Supply).
CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN • Mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cấp đủ điện năng theo yêu cầu của hộ phụ tải với chất lượng đảm bảo. • Một phương án cung cấp điện là hợp lý khi thỏa mãn các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật 1. CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN ▪Chỉ tiêu kỹ thuật ▪ Độ tin cậy cung cấp điện cao theo yêu cầu của loại hộ phụ tải, thể hiện ở trị số nhỏ về thiệt hại kinh tế hàng năm do ngừng cung cấp điện ▪ Chất lượng điện năng đảm bảo, thể hiện chủ yếu ở độ lệch và độ dao động điện áp so với điện áp định mức của thiết bị điện, ngoài ra còn thể hiện ở độ ổn định tần số dòng điện.