Bài giảng Cung cấp điện - Chương 1: Khái quát về hệ thống cung cấp điện - Phùng Đức Bảo Châu

BÀI GIẢNGCUNG CẤP ĐIỆN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNGBM. ĐIỆN CÔNG NGHIỆPGiảng viên: ThS. Phùng Đức Bảo ChâuCHƯƠNG 1KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆNKHOA ĐiỆN-ĐIỆN TỬ ViỄN THÔNGBM. ĐIỆN CÔNG NGHIỆPGiảng viên: ThS. Phùng Đức Bảo ChâuNội dungI. Nguồn điệnII. Lưới điện và lưới cung cấp điệnIII. Những yêu cầu chung về lưới cung cấp điệnIV. Một số ký hiệu thường dùng 1. Nhà máy thủy điện2. Nhà máy nhiệt điện3. Nhà máy điện nguyên tử4. Nhà máy tubin khí5. Nhà máy điện từ thủy động6. Năng lượng mặt trời7. Năng lượng gió8. Năng lượng địa nhiệt9. Tuabin Diezen-Gas I. Nguồn điệnNhà máy điện: Là nhà máy có nhiệm vụ sản xuất ra điện năng.- Điện năng được tạo ra nhờ quá trình biến đổi năng lượng của các nguồn năng lượng thiên nhiên như than đá, khí, dầu, uran, nước, mặt trời, gió thành cơ năng cho tua bin, sau đó máy phát sẽ chuyển thành điện năng. Phụ thuộc vào nguồn năng lượng thiên nhiên mà chia ra các dạng khácnhau của nhà máy điện.Hiện nay phần lớn điện năng cung cấp bởi các nhà máy nhiệt điện tuy nhiên xu thế phần trăm này bị giảm do nhiên liệu đốt cháy ngày càng khan hiếm và đắt. Phần còn lại được cung cấp bởi nhà máy điện hạt nhân và nhà máy thuỷ điện đang tăng dần. và các dạng năng lượng khác1. Nhà máy thuỷ điện: Thủy năng được biến thành điện năng nhờ các tuabin thủy lực làm quay các máy phát điện. .Công suất của nhà máy tỷ lệ thuận với chiều cao cột nước H và lượng nước Q. để tạo được cột nước lớn có hai phương pháp chính:- Dùng đập ngăn sông dâng cao mực nước ở sông có lưu lượng nước lớn và khúc sông thoải. Nhược điểm là sẽ tạo ra vùng ngập lớn.- Dùng đường dẫn bằng kênh hay hầm dẫn cho những khúc sông có độ dốc lớn. Đập trong trường hợp này chỉ có nhiệm vụ ngăn sông lại.- Ưu điểm:􀂃 Giá thành 1kWh thấp do chi phí vận hành thấp􀂃 Máy phát có thể dễ dàng đóng, ngắt phụ thuộc vào yêu cầu của tải􀂃 Nguồn năng lượng tự nhiên vô tận􀂃 Không ô nhiễm môi trường.􀂃 Thiết bị đơn giản- Nhược điểm:􀂃 Vốn đầu tư ban đầu lớn􀂃 Thời gian xây dựng lâu􀂃 Chiếm nhiều diện tích􀂃 Có thể ảnh hưởng đến các ngành nông nghiệp2. Nhà máy nhiệt điện: Năng lượng được biến đổi từ đốt cháy than đá, than bùn, đá phiến ga, dầu và các dạng chất đốt khác thành điện năng theo sơ đồ công nghệ.Nhiệt năng- Cơ năng- Điện năngChất đốt được đốt trong thiết bị nồi hơi lên đến nhiệt độ 1200o-1600o. Trong lò hơi có ống dẫn nước chúng hấp thụ nhiệt độ và bốc thành hơi có nhiệt độ 540o-560o và áp suất cao 130-250 at/cm2. Hơi nước sau đó chuyển đến tuabin làm quay trục tuabin và máy phát.- Nhà máy nhiệt điện thường được xây dựng gần nguồn nhiên liệu.- Có hai loại nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, toàn bộ hơi nước chỉ dùng để sản xuất điện và nhà máy nhiệt điện trích hơi, ngoài sản xuất điện hơi nước còn cung cấp phụ tải nhiệt.Ưu điểm:􀂃 Tận dụng được nguồn năng lượng thiên nhiên.􀂃 Không chiếm nhiều diện tích xây dựng.􀂃 Có thể tăng hiệu suất nhờ thay đổi công nghệ.􀂃 Có thể tăng công suất của nhà máy.- Nhược điểm:􀂃 Hiệu suất thấp do năng lượng chuyển qua nhiều giai đoạn (30-45%)􀂃 Chi phí vận hành cao.􀂃 Gây ô nhiễm môi trường3. Nhà máy điện nguyên tử: Nhà máy điện nguyên tử cũng là dạng nhà máy điện tuabin hơi nước, tuy nhiên ở đây người ta sử dụng nhiên liệu đặc biệt – nhiên liệu hạt nhân. Sơ đồ nguyên lý trên hình.- Trong đó 1- Lò phản ứng hạt nhân. 2 – Thiết bị trao đổi nhiệt. 3 - Tuabin, 4- Nguồn nước lạnh,5- Bơm ngưng tụ. 6- Bơm.- Nhiệt lượng tỏa ra trong lò phản ứng hạt nhân được truyền vào chất mang nhiệt là nước nặng,keo sau đó được truyền đến thiết bị trao đổi nhiệt. Năng lượng hơi được biến thành cơ năng cho tuabin hơi nước và thành điện năng giống như trong nhiệt điện. Hơi nước sau đó được đưa ra nguồn nước lạnhCác loại lò phản ứng hạt nhân chínhƯu điểm:􀂃 Không có chất thải gây ô nhiễm môi trường.􀂃 Chất thải sau sử dụng nhỏ hơn rất nhiều so với nhà máy nhiệt điện dùng than cócùng công suất.Chất thải hàng năm của một tổ máy là 2m3􀂃 Chất phóng xạ có khả năng sử dụng lại sau quá trình làm giàu Uranium􀂃 Công suất cho một tổ máy lớn 1600MW.􀂃 Giá thành 1kW thấp- Nhược điểm:􀂃 Chất phóng xạ rất nguy hiểm đòi hỏi những công nghệ phức tạp làm giàu cũngnhư lưu giữ rất đắt tiền􀂃 Nguy hiểm khi làm việc ở chế độ công suất thay đổi.􀂃 Hậu quả của sự cố rất nặng nề.􀂃 Đầu tư ban đầu rất lớn4. Nhà máy tubin khí: áp suất của khí đốt giãn nở trực tiếp làm quay rô to máy phát điện􀂾 Tuabin khí được chia làm hai loại:- Tuabin khí có chu trình hở, nghĩa là khí sau khi giãn nở thổi qua tuabin thì xả ra ngoài không khí- Tuabin có chu trình kín, không khí được máy nén nén lại và lần lượt qua các qua thiết bị sấynóng, buồng đốt, tuabin khí rồi quay về thiết bị nén theo chu trình khép kín.6. Năng lượng mặt trời: Ứng dụng ở khu vực có nhiều nắng.- Những phương pháp thu điện năng và năng lượng nhiệt:􀂃 Sử dụng pin mặt trời thu trực tiếp năng lượng mặt trời và chuyển thành nănglượng điện􀂃 Sử dụng vật liệu thu nhiệt từ mặt trời sau đó đốt nóng nước chuyển thành hơinước để chạy tuabin.􀂃 Sử dụng “Ô mặt trời” dưới dạng chiếu gương (sử dụng trong vũ trụ)􀂃 Sử dụng vật liệu thu nhiệt từ mặt trời sau đó đốt nóng không khí để chạy tuabin- Ưu điểm:􀂃 Là nguồn năng lượng vô tận􀂃 Về lý thuyết không ảnh hưởng đến môi trường- Nhược điểm:􀂃 Không làm việc vào ban đêm, sáng sớm và chiều năng lượng không nhiều􀂃 Năng lượng mặt trời phụ thuộc vào thời tiết.􀂃 Pin mặt trời giá thành rất cao.􀂃 Hiệu suất thấp.􀂃 Phải liên tục làm sạch bề mặt của pin.􀂃 Giá thành 1kW =3,8-4$􀂃 Nguyên liệu làm pin mặt trời có chứa chất độc hại cho sức khỏe con người7. Năng lượng gió: những cối xay gió được thay thế bằng các cánh quạt nối khớp cánh quạt với khớp các máy điện. Tốc độ gió để hệ thống có thể làm việc là 20-72km/h. Tuy nhiên những hệ thống này có công suất nhỏ 1-10kW. 1km2 có thể tạo ra 250-750kW.- Công suất của máy phát điện gió phụ thuộc diện tích của cánh quạt. Ví dụ máy phát lớn nhất có công suất đến 6MW, với đường kính rotor là 126m. Chiều cao là 120m do hãng ( REpower Systems sản xuất.- Thông thường cấu trúc của máy phát điện gió có 3 cánh quạt. Vị trí lắp đặt tối ưu nhất là cách bờ biển 10-12km.- Tương lai phát triển năng lượng gió là rất lớn ví dụ Canada có kế hoạch đến năm 2015 năng lượng gió đạt 10% toàn bộ năng lượng điện. Hay liên minh châu Âu đạt 40000MW năng lượng gió đến năm 2020.- Giá thành của năng lượng gió phụ thuộc vào tốc độ của gió:7,16m/s -4,8cent/kWh􀂃 8,08m/s -3,6cent/kWh􀂃 9,32m/s -2,6cent/kWh- Nhược điểm:􀂃 Không điều khiển được do tốc độ của gió thay đổi.􀂃 Rất khó khăn khi phải bảo trì sửa chữa do độ cao quá lớn.􀂃 Độ ồn cao do quạt và tuabin (hai quá trình biến đổi năng lượng)8. Năng lượng địa nhiệt: đây là nguồn năng lượng mới và quan trọng. Khi ta khoan sâu trong lòng đất thì cứ 30m thì nhiệt độ tăng 1 độ9. Tuabin Diezen-Gas Ở những vùng đất mới ban đầu người ta thường sử dụng tuabin dầu Diezen hoặc ở những nơi có nguồn Gas dồi dào thì dùng tua bin ga.II. Lưới điện và lưới cung cấp điện1. Khái niệm:Hệ thống điện gồm 3 khâu: sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện.Nguồn điện là các nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử) và các trạm phát điện (diesel, mặt trời, gió)Tiêu thụ điện gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện trong công, nông nghiệp và đời sốngLưới điện để truyền tải điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, lưới gồm đường dây truyền tải và các trạm biến áp.Lưới điện Việt nam hiện có các cấp điện áp: 0,4; 6; 10; 22; 35; 110; 220 và 500kV. Tương lai sẽ chỉ còn các cấp: 0,4; 22; 110; 220 và 500kV.2. Phân loại: Có nhiều cách phân loại lưới điện: Theo điện áp: siêu cao áp (500kV), cao áp (220, 110kV), trung áp (35, 22, 10, 6kV) và hạ áp (0,4kV).Theo nhiệm vụ: lưới cung cấp (500, 220, 110kV) và lưới phân phối (35, 22, 10, 6 và 0,4kV).Ngoài ra, có thể chia theo khu vực, số pha, công nghiệp, nông nghiệp2. Những yêu cầu chung về lưới cung cấp điện: 2.1. Độ tin cậy cung cấp điện:Tùy theo tính chất của hộ dùng điện có thể chia thành 3 loại: Hộ loại 1: là những hộ rất quan trọng, không được để mất điện như sân bay, hải cảng, khu quân sự, ngoại giao, các khu công nghiệp, bệnh việnHộ loại 2: là các khu vực sản xuất, nếu mất điện có thể ảnh hưởng nhiều đến kinh tếHộ loại 3: là những hộ không quan trọng cho phép mất điện tạm thời.Cách chia hộ như vậy chỉ là tạm thời trong giai đoạn nền kinh tế còn thấp kém, đang hướng đến mục tiêu các hộ phải đều là hộ loại 1 và được cấp điện liên tục.2.2. Chất lượng điện:Chất lượng điện được thể hiện qua hai thông số: tần số (f) và điện áp (U). Các trị số này phải nằm trong phạm vi cho phép.Trung tâm điều độ quốc gia và các trạm điện có nhiệm vụ giữ ổn định các thông số này.Tần số f được giữ 50 ± 0,5Hz.Điện áp yêu cầu độ lệch |δU|= U – Uđm≤5%Uđm. Lưu ý độ lệch điện áp khác với tổn thất điện áp (hiệu số điện áp giữa đầu và cuối nguồn của cùng cấp điện áp).2.3. Tính kinh tế: Vốn đầu tư một công trình điện bao gồm tiền mua vật tư, thiết bị, tiền vận chuyển, thí nghiệm, thử nghiệm, mua đất đai, đền bù hoa màu, tiền khảo sát thiết kế, lắp đặt và nghiệm thu.Phí tổn vận hành: bao gồm các khoản tiền phải chi phí trong quá trình vận hành công trình điện: lương cho cán bộ quản lý, kỹ thuật, vận hành, chi phí bảo dưỡng và sửa chữa, chi phí cho thí nghiệm thử nghiệm, do tổn thất điện năng trên công trình điện. Thông thường hai loại chi phí này mâu thuẫn nhau. Phương án cấp điện tối ưu là phương án dung hòa hai chi phí trên, đó là phương án có chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất.2.4. Tính an toàn:An toàn thường được đặt lên hàng đầu khi thiết kế, lắp đặt và vận hành công trình điện. An toàn cho cán bộ vận hành, cho thiết bị, công trình, cho người dân và các công trình xung quanh.Người thiết kế và vận hành công trình điện phải tuyệt đối tuân thủ các quy định an toàn điện.3. Một số ký hiệu thường dùng:3. Một số ký hiệu thường dùng:3. Một số ký hiệu thường dùng: