Bài giảng Trạm và nhà máy điện - Chương 1: Giới thiệu chung Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp - Huỳnh Châu Duy

11 TRẠM VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN TS. Huỳnh Châu Duy Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐH Bách Khoa TP. HCM 2 Người phụ trách môn học • Họ và tên : TS. Huỳnh Châu Duy • Điện thoại : 0938 707 507 • Email : huynhchauduy@hcmut.edu.vn huynhchauduy@ieee.org URL: www4.hcmut.edu.vn/~huynhchauduy • Phòng làm việc : PTN HTĐ – 102 B1 • Phương thức giảng dạy: o Lý thuyết o Bài tập • Hình thức kết thúc môn học: o Hình thức thi: Lý thuyết và bài tập o Thời lượng: 90 phút (30% lý thuyết + 70% bài tập) GIỚI THIỆU CHUNG 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO * Sách NMĐ&TBA Huỳnh Nhơn, Hồ Đắc Lộc * Sách NMĐ&TBA (phần điện) Trịnh Hùng Thám, Nguyễn Hữu Khái, Đào Quang Thạch, Lã Văn Út, Phạm Văn Hoà, Đào Kim Hoa * Các tài liệu khác: Tài liệu nước ngoài Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 4 TRẠM VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN TS. Huỳnh Châu Duy Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐH Bách Khoa TP. HCM Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 35Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 6 Một HTĐ cơ bản bao gồm I. Tổng quan Sản xuất điện năng Truyền tải & phân phối điện năng Tiêu thụ điện năng ~ Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 47 II. Nhà máy điện Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 8 1. Nhà máy nhiệt điện Năng lượng sơ cấp ở đây là than đá, dầu, khí đốt. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 59 a. Tuabin ngưng hơi 16 17 18 19 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 111213 1) Kho nhiên liệu 2) Xử lý nhiên liệu 3) Lò hơi 4) Tuabin 5) Bình ngưng tụ 6) Bơm mước tuần hoàn 7) Bơm nước ngưng tụ 8) Bơm nước cấp 9) Vòi phun 10) Quạt gió 11) Quạt khói 12) Sấy không khí 13) Hâm nước 14) Gia nhiệt hạ áp 15) Khử khí 16) Gia nhiệt cao áp 17) Sông,ao,hồ 18) Ống khói 19) Máy phát điện Sơ đồ nguyên lý *Nhiệt độ hơi vào tuabin là: 540-5650C; Áp lực hơi là: 130-240 ata *Nhiệt độ hơi ra khỏi tuabin là: 30-400C; Áp lực hơi là: 0,03-0,04 ata Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 10 b. Tuabin có rút hơi Sơ đồ nguyên lý Hôi nöôùc töø loø sang Hôi nöôùc cung caáp tröïc tieáp Hôi nöôùc cung caáp qua trung gian Hôi nöôùc trôû veà Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 611 c. Tuabin khí Sơ đồ nguyên lý 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 1) Buoàng ñoát 2) Tuabin 3) Maùy neùn 4) Loø thu nhieät 5) Bôm nöôùc 6) Tuabin hôi 7) Bình ngöng 8) Thaùp laøm maùt 9) Maùy phaùt ñieän * 2 tuabin khí + 1 tuabin hôi nöôùc coù coâng suaát baèng nhau * 3 tuabin khí + 1 tuabin hôi coù coâng suaát lôùn hôn VD : ÔÛ nhaø maùy ñieän Phuù Myõ * 2 tuabin khí 150 MW + 1 tuabin hôi 150 MW = 450 MW * 3 tuabin khí 240 MW + 1 tuabin hôi 360 MW = 1080 MW Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 12 Nhà máy nhiệt điện Phả Lại d. Ảnh minh họa Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 713 e. Đánh giá Ưu điểm - Có thể xây dựng gần khu công nghiệp và nguồn cung cấp nhiên liệu Æ giảm được chi phí xây dựng đường dây tải điện & chuyên chở nhiên liệu - Thời gian xây dựng ngắn (3 – 4 năm) - Có thể sử dụng được các nhiên liệu rẻ tiền như than cám, than bìa ở các khu khai thác than, dầu nặng của các nhà máy lọc dầu, trấu của các nhà máy xay lúa Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 14 e. Đánh giá Khuyết điểm - Cần nhiên liệu trong quá trình sản xuất Æ giá thành điện năng cao. - Khói thải làm ô nhiễm môi trường. - Khởi động chậm từ 6-8 giờ mới đạt được công suất tối đa, điều chỉnh công suất khó, khi giảm đột ngột công suất phải thải hơi nước ra ngoài vừa mất năng lượng vừa mất nước. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 815 2. Nhà máy thủy điện Năng lượng sơ cấp của nhà máy thủy điện là năng lượng dòng chảy của sông, suối. Công suất của nhà máy thủy điện: P = 9,81 ηQH (kW) η: hiệu suất của nhà máy thủy điện Q: lưu lượng nước (m3/s) H: chiều cao hiệu dụng của cột nước (m) Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 16 a. Thủy điện đập chắn Mặt cắt ngang của nhà máy thủy điện kiểu đập chắn Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 917 b. Thủy điện ống dẫn 1 2 3 5 6 1 2 3 4 5 A B H Hp SOÂNG 7 1. Coâng trình laáy nöôùc 2. OÁng daãn 3.Beå aùp löïc 4.OÁng daãn nöôùc aùp löïc 5. Tuabin trong gian maùy 6. Keânh thaùo nöôùc 7. Ñaäp daâng nöôùc AB. Ñoaïn soâng Sơ đồ mặt bằng và mặt cắt Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 18 Nhà máy thủy điện Yaly c. Hình ảnh minh họa Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 10 19 d. Đánh giá Ưu điểm - Không tốn nhiên liệu mà sử dụng nước tự nhiên nên giá thành điện năng thấp. - Khởi động nhanh, sau 3-5 phút có thể khởi động và nâng công suất đến định mức - Điều chỉnh nâng giảm công suất dể dàng - Có khả năng trị thủy: vào mùa mưa lũ có thể tích nước lại trên hồ giảm mức nứớc lũ ở hạ lưu. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 20 Khuyết điểm - Vốn đầu tư lớn chủ yếu vốn xây dựng phần thủy (hồ nước, đập, cửa xả lũ, đường giao thông phục vụ cho chuyên chở thiết bị và xây dựng) - Chiếm diện tích để làm hồ chứa nước Æ phải di dân, mất đất nông nghiệp rừng phải xây dựng khu tái định cư, trồng lại rừng v.v... - Thời gian xây dựng lâu. - Nhà máy thủy điện chỉ xây dựng ở những địa điểm phụ thuộc vào thiên nhiên thường ở xa hộ sử dụng điện nên phải xây dựng đường dây dẫn điện có điện áp cao. d. Đánh giá Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 11 21 3. Nhà máy điện nguyên tử Năng lượng sơ cấp là Uranium – U235 Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 22 a. Sơ đồ 1) Lò phản ứng 2) Lò hơi 3) Tuabin 4) Máy phát điện 5) Máy biến áp 6) Bình ngưng tụ 7) Bơm nước cấp 8) Bơm hơi nước 9) Bơm nước tuần hoàn Sơ đồ nguyên lý 1 2 3 4 5 7 6 8 9 Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 12 23 a. Sơ đồ Mô hình lò nước nhẹ - điện nguyên tử Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 24 b. Đánh giá Ưu điểm - Chi phí để sản xuất 1 KWh điện năng thấp. 1KWh điện sử dụng than bằng 1,7 sử dụng dầu bằng 3,6 lần so với 1 KWh điện nguyên tử. - Lượng nhiên liệu sử dụng bé hơn nhiều, vì 1kg Uranium 235 cho năng lượng = 2900 tấn than. Trữ lượng Uranium và Thorium trên thế giới có thể cung cấp năng lượng gấp 23 lần năng lượng của tất cả các nguồn năng lượng khác cộng lại. - Chất thải rất ít, ví dụ chất thải hàng năm của lò phản ứng 900 MW chứa 99,9% chất phóng xạ chỉ độ 2m3. NMĐ nguyên tử hoạt động bình thường với kỹ thuật hiện đại độ phóng xạ chỉ bằng 1/ 50 lần độ phóng xạ tự nhiên và không gây nguy hiểm đối với con người. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 13 25 b. Đánh giá Khuyết điểm - Vốn đầu tư xây dựng cao - Yêu cầu trình độ kỹ thuật cao trong việc xây dựng lò phản ứng và làm giàu quặng Uranium. - Điều lo ngại nhất là sự an toàn rò rỉ sau thời gian vận hành nhiều năm do một số sự cố đã xảy ra đối với NMĐ nguyên tử của các nước đã gây hậu quả nghiêm trọng trong khu vực lớn Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 26 4. Nhà máy điện gió Cánh đồng gió -Đặt hệ thống cánh quạt đối diện với chiều gió. -Hệ thống này được nối với trục máy phát điện qua một bộ biến tốc. Khuyết điểm: -Do tốc độ gió và hướng gió luôn thay đổi. ÆVì vậy, ảnh hưởng đến tần số và điện áp của nhà máy điện. -Chi phí đầu tư ban đầu cao. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 14 27 5. Nhà máy điện mặt trời Năng lượng mặt trời Nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời thực chất cũng là nhà máy nhiệt điện, chỉ khác là thay thế lò đốt than bằng một hệ thống thấu kính. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 28 6. Nhà máy điện địa nhiệt Năng lượng địa nhiệt Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 15 29 7. Nhà máy điện sử dụng năng lượng đại dương Năng lượng đại dương Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 30 8. Nhà máy điện sử dụng các dạng năng lượng khác Năng lượng khác: rác, pin nhiên liệu, vi plasma riêng rẽ Nhà máy điện chạy bằng rác Hàn Quốc Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 16 31 III. Trạm biến áp Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 32 1. Phân loại Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 17 33 IV. Đồ thị phụ tải Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 34 1. Tổng quan NĐR TĐ – NĐN – NT – NĐK TĐ Tải đỉnh Thời gian (t) Công suất (P, Q, S) Định nghĩa đồ thị phụ tải (ĐTPT): ĐTPT là đường biểu diễn quy luật biến thiên của phụ tải theo thời gian. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 18 35 Phần tải đỉnh thay đổi nhiều nên phân cho nhà máy thủy điện có hồ chứa vì nó có thời gian khởi động và dừng máy phát ngắn. Khi không có nhà máy thủy điện có hồ chứa chạy tải đỉnh có thể dùng nhà máy nhiệt điện xa nguồn nhiên liệu và có hiệu suất thấp chạy đỉnh Phân bố công suất tối ưu các nhà máy điện. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 36 2. Đồ thị phụ tải ngày Trục tung có thể là P, Q, S 24 g0 24 g0 Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 19 37 3. Đồ thị phụ tải năm Biểu diển sự biến thiên của phụ tải max các ngày trong năm 0 1 năm 1 máy 2 máy 3 máy 4 máy Ví dụ: 04 tổ máy trong đó có 01 tổ máy dự phòng. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 38 4. Công dụng Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 20 39 5. Xác định Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 40 5. Xác định Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 21 41 6. Phân loại phụ tải Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp 42 7. Bài tập Bài tập 1: Vẽ đồ thị phụ tải tổng hợp cho một trạm biến áp cung cấp cho 3 phụ tải có đồ thị phụ tải ở U1, U2 và U3. Trong đó: tự dùng của trạm là 0,5 MW. Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp P (%) 0 6 12 18 24 40 80 100 t (h) P1max = 50 MW P (%) 0 6 18 24 60 80 100 t (h) P2max = 40 MW P (%) 0 6 12 18 24 60 80 100 t (h) P3max = 80 MW 40 22 43 Bài tập 2: Vẽ đồ thị phụ tải qua máy biến áp trong nhà máy điện dưới đây: Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp S (%) 0 4 18 20 24 40 80 100 t (h) 60 HT ~ ~ MBA MF PT Sơ đồ cấu trúc nhà máy điện SđmMF = 100 MVA - Phụ tải ở UF: Smax = 60 MVA. - Đồ thị phụ tải bao gồm: 60% phụ tải + 40% tự dùng. - Giả thuyết rằng hai máy phát luôn phát đầy tải. 44 Bài tập 3: Vẽ đồ thị phụ tải qua các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu trong nhà máy điện dưới đây: Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp Sơ đồ cấu trúc nhà máy điện HT ~ ~ MBA 1 MF1 PT MF2 220 kV MBA 2 ~ MF3 MBA 3 110 kV 10,5 kV 23 45Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp S (%) 0 6 18 24 40 80 100 t (h) 60 Đồ thị phụ tải cấp 110 kV S (%) 0 6 18 22 24 40 80 100 t (h) 60 Đồ thị phụ tải cấp 10,5 kV - Máy phát, F1, F2 và F3: Sđm = 100 MVA. - Giả thiết rằng các máy phát điện luôn phát điện định mức. - Toàn bộ công suất thừa sẽ được phát về hệ thống. Smax = 150 MVA Smax = 50 MVA 46 Kết thúc chương 1 Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp Trạm và nhà máy điện – TS. Huỳnh Châu Duy Chương 1 – Giới thiệu chung: Hệ thống điện, nhà máy điện và trạm biến áp