TS ĐÀO QUANG THẠCH (Chủ bién) TS PHẠM VÀN HÒA TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ■ NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT TS ĐÀO QUANG THẠCH (Chủ biên) TS PHẠM VÁN HÒA PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM[.]
TS ĐÀO QUANG THẠCH (Chủ bién) TS PHẠM VÀN HÒA TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ■ NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT TS ĐÀO QUANG THẠCH (Chủ biên) TS PHẠM VÁN HÒA PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIÊN ÁP (In lần thứ có sửa chữa, bổ sung) NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI Lời nói đầu Cùng với tâng trưởng kinh tế quốc dân, hệ thống diện (HTĐ) Việt Nam không ngừng phát triền, di trước bước nhàm phục vụ dắc lực cho nghiệp cơng nghiệp hóa, dại hóa dát nước Nhd máy diện vd trạm biến áp khâu chủ yếu HTĐ Nếu nhà máy diện làm nhiệm vụ sàn xuất diện năng, thi trạm biến áp làm nhiệm vụ biến dổi diện áp, phục vụ cho việc truyền tải, phân phối lượng diện Trong năm g'ân đây, nhiều nhà máy diện trạm biến áp lớn dang dược xây dựng, tương lai xt nhiêu cơng trinh lớn hon vói thiết bị hệ mói dõi hỏi đ'âu tư rát lán Việc giải dũng dắn ván d'ê v'ề kinh tế - kỹ thuật quy hoạch, thiết kế, xây dụng vận hành nhà máy diện trạm biến áp mang lại hiệu dáng kề dối với kinh tế quốc dân nói chung vd dối với ngành diện nói riêng Muốn tim dược lời giải tối ưu vấn đề dã nêu, cần có hiểu biết sâu rộng lỉnh vực liên quan tới khâu HTĐ Để phân dáp ứng yêu câu học tập, nghiên cứu, tính tốn thiết kế, xây dụng, vận hành phản diện nhà máy diện trạm biến áp, xin trân trọng giói thiệu vói bạn dọc sách "Phan điện nhà máy điện trạm biên áp", dược biên soạn dựa kinh nghiệm giảng dạy, nghiên cứu nhièu năm tài liệu mói có dược Cuốn sách dược biên soạn thành 10 chương với nội dung sau : Trong chương 1, trinh bày vấn d'ẻ chung v'ê nhà máy diện trạm biến áp tác dộng cơ, nhiệt dòng diện dối với khí cụ diện dây dẫn Phân khí cụ diện cao áp dây dẫn dược giói thiệu chương Chương d'ê cập đến vấn dê khả tải máy biến áp, cách tính tốn chọn số lượng dung lượng máy biến áp HTD Nguyên tắc thành lập so dồ trạm dóng cắt tự dùng nhà máy diện trạm biến áp dược trinh bày chương Chương giới thiệu nguyên tác bố trí thiết bị khí cụ diện trạm phân phối diện thường gặp Hai chương cuối (9 10) giới thiệu loại nguồn diện thao tác, nguyên tắc thành lập sơ dị điều khiển, tín hiệu, kiềm tra nhà máy diện trạm biến áp Cuốn sách "Phần điện nhà máy diện trạm biến áp" duac biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên dại học, cao dằng, trung học thuộc chuyên ngành "Hệ thống diện" củng cán thiết kế, xây dựng, vận hành lỉnh vực nhà mảy diện trạm biến áp Cuốn sách làm tài liệu tham khảo bổ ích dối vói cán bộ, sinh viên thuộc ngành kinh tế lượng, quàn trị doanh nghiệp, tự dộng hóa diện khí hóa xí nghiệp, lường tự dộng công nghiệp, thiết bị diện, nhiệt diện, diện khí hóa nơng nghiệp Trong trình biên soạn, tác giả dã cổ gắng giói thiệu thiết bị hệ mói, song cịn nhiêu hạn chế tài liệu thịi gian nên chưa dảp ứng dược nhiều yêu câu bạn dọc Rất mong nhận dược góp ý nhận xét bạn dọc dề lăn tái sau sách dược hoan thiện han Địa liên hệ : "Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật" - 70 Tran Hưng Đạo Hà Nội môn "Hệ thống diện" trường Dại học Bách khoa Hà Nội - Số Đại Cò Việt - Hà Nội Tác giả Chương KHÁI NIỆM VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 so LƯỢC VỀ Sự PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH ĐIỆN Lực VIỆT NAM Điện lực ngành kinh tế then chốt nển kinh tế Do xác định vị trí tầm quan trọng ngành công nghiệp điện lực nến kinh tế quốc dân, từ nhiều năm nay, có khó khăn vể nhiều mặt, Đảng Nhà nước ta dành quan tâm lớn cho việc đẩu tư, phát triển nguồn điện từ trung ương đến địa phương Đặc biệt, thập kỷ qua, ngành điện lực coi hướng ưu tiên phát triển hàng đầu Bởi lẽ động lực vận hành toàn nển kinh tế đáp ứng nhu cầu vể dân sinh ngày cao tầng lớp nhân dân Trong nghiệp "cơng nghiệp hóa, đại hóa" đất nước, vai trị ngành điện lực lại nhân lên gấp bội Điểu đáng mừng sau thập niên thiếu điện triển miên năm gần đây, nỗ lực mình, khơng cung cấp đủ điện để đáp ứng nhu cẩu nước, mà cịn có điện xuất sang nước láng giềng Nhiều cơng trình kỷ thuộc ngành điện thực Đê’ thấy bước tiến quan trọng ngành điện lực, xin điểm qua giai đoạn ngành thập kỷ qua tương lai thập niên tới kỷ 21 Ngành điện lực Việt Nam thành lập từ 15/8/1954 với sở ban đấu cơng trình điện nhỏ Pháp để lại Co' nhà máy điện công suất nhỏ Yên Phụ, Cửa Cấm, Thượng Lý, Cọc Năm truyền tải điện đường dây điện áp không 35 kV ; đáp ứng nhu cầu hạn chế cho khu vực xung quanh, chủ yếu cơng sở, xí nghiệp nhỏ sinh hoạt Tổng công suất nguồn khoảng 100 MW với sản lượng điện hàng năm 180 triệu kWh Đầu năm 1954, sau đất nước thống nhất, vối tiểm lớn vể nguồn nâng lượng tự nhiên : nhiễu sơng dài địa hình dốc, có thê’ xây dựng nhiểu nhà máy thủy điện lớn ; mỏ than, dầu, khí với trữ lượng lớn thuận tiện cho việc phát triển nhà máy nhiệt điện Ngành điện lực Việt Nam tiến bước vững với lên kinh tế đất nước Cố thê’ chia trình phát triển qua ngành điện lực Việt Nam thành giai đoạn sau : Giai doạn 1954 -1975 : Đất nước bị chia cát thành hai miền Nam, Bắc ỏ miển Bắc, Cục Điện lực thành lập, tiền thân Tổng Công ty Điện lực Việt Nam ngày (EVN) Nhiệm vụ ban đầu huy động nhanh chóng nguồn điện để phát triển kinh tế Các nhà máy điện cũ đại tu, cải tiến, thời xây dựng thêm nhiều nhà máy điện với công suất nhỏ trung bình Việt Trì, Thái Nguyên, Hà Bắc, ng Bí, Thác Bà, Ninh Bình Song song với việc xây dựng nhà máy điện mới, lưới điện không ngừng mở rộng, nhiều đường dây 110 kV xuất với chiểu dài hàng trăm kilơmet Tính đến cuối năm 1975, cơng suất nhà máy điện miền Bắc đạt đến 450 MW, tổng sản lượng hàng năm đạt khoảng 1.264 triệu kWh (1975) Giai doạn 1975 - 1995 : Năm 1975 đất nước hoàn toàn thống Cả nước tập trung tái thiết đất nước phát triển kinh tế Chính phủ đầu tư lớn vào việc xây dựng, phát triển hệ thống điện nước Nhiểu nhà máy điện công suất lớn, đại xây dựng đưa vào hoạt động Phả Lại, Hịa Bình, Trị An, Phú Mỹ, Thác Mơ , mạng lưới điện 110 ; 220 kV phát triển rộng khắp đất nước Ngày 29/5/1994, đường dây 500 kV Bắc - Nam hoàn thành, hợp hệ thống điện ba miển, vận hành điểu khiển thóng Trung tâm điều độ hệ thống Điện quốc gia Đường dây 500 kV có ý nghĩa quan trọng việc cân bằngnăng lượng nước, tận dụng nguổn lượng dổi dào, rẻ tiền ba miền Giai doạn 1995 đến : Ngày 27/01/1995, Tổng công thức thành lập, thống quản lý huy động hệ thống điện quốc gia, phát triển ngành điện lực, phục vụ cho hóa, đại hóa đất nước Nếu năm 1995 sản lượng điện ty Điện lực Việt Nam nguồn lượng nghiệp cơng nghiệp nước ta đạt 14 tỷ kWh đến năm 2000 sản lượng điện đạt tới 24 tỷ kWh, trung bình sản lượng điện hàng năm tăng 13 đến 14% ; lưới điện quốc gia vươn tới 61 tỉnh thành Năm 2001, nhiễu tổ máy nhà máy xây dựng đưa vào hoạt động hai tổ máy lại nhà máy thủy điện laly, hai tổ máy nhà máy điện Phả Lại Cùng với việc xây dựng thêm nhà máy điện, lưới điện truyền tải 500 kV ; 220 kV ; 110 kV lưới phân phối 22 kV, 35 kV không ngừng mở rộng Ngoài đường dây 500 kV dài 1.487 km với trạm biến áp Hịa Bình, Phú Lâm, trạm bù Hà Tĩnh, trạm bù trung chuyển Đà Nẵng, có 25 trạm biến áp 220 kV với đường dây 220 kv có tổng chiểu dài 2.000 km; 132 trạm 110 -66 kV với đường dây 110-66 kV có tổng chiều dài 5.200 km Điểu đặc biệt đáng ý hệ thống điện nước ta nguồn thủy điện lớn Nếu tổng công suất đặt máy phát 6.000 MW tổng sản lượng 28 tỷ kWh thủy điện chiếm 62%, nhiệt điện than 17%, nhiệt điện dấu 15%, nhiệt điện khí 5% diezel 1% Trong với đa số nước giới, nguồn lượng phát nhà máy nhiệt điện chiếm khoảng 80%, nhà máy thủy điện chiếm 18 đến 20% Dưới vài số thống kê phát triển hệ thống điện lực Việt Nam (bảng 1.1) Bứng 1.1 Công Nỉm suất tống NMD (MW) Tổng sán luạng 100 180 451 1264 849 1495 1984 1500 3870 1994 4000 9590 1997 4982 19150 1998 5335 21294 (miền 1954 (miền 1975 (miền (ước 1999 Bắc) Bắc) Nam) tinh) 6000 > (108 kWh) 23000 Mặc dù có đẩu tư mạnh cho ngành Điện, Việt Nam nước có mức tiêu thụ điện thấp giới, thấp khu vực Đơng Nam Á Mức tiêu thụ điện bình qn đầu người nước ta 250 kWh/người/năm, Mỹ, Nhật Bản, Thái Lan Philippin, mức tiêu thụ 6500 ; 7000 ; 720 ; 500 kWh/người/năm Mức tiêu thụ điện nhiều tăng nhanh thành phố lớn khu công nghiệp, ỏ Hà Nội 320, thành phố Hổ Chí Minh 300, miển Trung 162 kWh/người/năm Giai đoạn từ đến 2010 Theo số liệu Viện Năng lượng, nhu cầu vể điện nước ta năm qua tăng mức 11 đến 15% giai đoạn 2000 - 2010 tăng bình quân 11 đến 13% Người ta dự đoán tổng sản lượng điện năm sau (bảng 1.2) Bảng 1.2 Năm Tổng sản lượng (1ũ9 kWh) 2000 2005 2010 27,5 - 30 47,7 - 53,6 78,4 - 87,3 Để đáp ứng nhu cấu điện tới, ngành điện lực Việt Nam xây dựng kế hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam tương lai Khi đó, năm tới (2001 - 2005) Nhà nước đẩu tư để xây dựng mở rộng cơng trình điện nhà máy điện Phú Mỹ, Ơ Mơn, Quảng Ninh, Ương Bí, Hải Phòng, Sê San Nổi bật công trinh xây dựng nhà máy thủy điện Sơn La, cơng trình mang vóc dáng thê' kỷ Từ đấu năm 2001, hàng loạt công việc chuẩn bị triển khai mở đường, chuẩn bị vốn, giải phóng mặt Cũng theo kế hoạch này, sau năm xây dựng tổ máy số cơng trình đồ sộ đưa vào hoạt động, cơng suất nhà máy hồn thành lớn gấp đơi nhà máy thủy điện Hịa Bình (3.600 MW) Khi cơng trình hồn thành, tồn khu vực trở thành quần thể du lịch hấp dẫn, hệ thống giao thông thuận tiện Một hổ chứa 11 tỷ mét khối nước đủ sức trị thủy sông Hổng, sông Đà, giải vấn để lũ lụt cho vùng đồng bàng Bắc Bộ Theo số liệu Viện Vật lý Kỹ thuật hạt nhân, dự báo đến năm 2010, tổng công suất hệ thống điện nước ta đạt đến 14.000 MW, gần 8.000 MW thủy điện, nhiệt điện khoảng 6.000 MW với sản lượng hàng năm khoảng 68 đến 75 tỷ kWh Với tỷ trọng thủy điện lớn vậy, giá thành điện rẻ có nhiều lợi ích khác Song gây nhiêu khó khăn vận hành hệ thống cơng suất thủy điện biến thiên mạnh mùa nước mùa khơ, năm nhiều nước năm nước Vào mùa khô, thủy điện phát khoảng 30 đến 40% sản lượng, cần có nguồn dự phòng lớn từ nguồn nhiệt điện nguồn lượng khác Song việc phát triển nhiệt điện than bị hạn chế khả ngành than vấn để môi trường Muốn phát triển tiếp tục nhiệt điện than cần tính đến việc nhập nhiên liệu Tuabin khí hỗn hợp phương án hấp dẫn ta có trữ lượng khí khoảng 100 đến 150 tỷ mét khối Mặt khác tính đến khả trao đổi lượng với nước khu vực có tận dụng khai thác vể thủy điện sông Mê Kông Song vào năm nhu cẩu vể lượng cao nhiễu, cần nghĩ đến nguồn phát lượng khác điện nguyên tử chẳng hạn 1.2 SO LƯỢC VẾ Sự PHÁT TRIEN ngành nàng lượng giói Để đáp ứng nhu cấu phát triển sản xuất, giao thông vận tải đời sống, ngành điện lực tồn giới khơng ngừng phát triển, đạt bước tiến đáng kể Nhiều nhà máy điện đại, công suất lớn xây dựng với đường dây siêu cao áp đời Như biết, có nhiều loại nhà máy điện hoạt động nước, song chủ yếu nhà máy nhiệt điện, thủy điện điện nguyên tử Vào đầu thập kỷ 90 kỷ trước, công suất đặt nhà máy điện lượng sản xuất giới bảng 1.3 Bảng 1.3 Công suất đặt Năng lượng sán xuất Loại nhà máy 10 MW % 10 MWh % Nhiệt điện 1403 70,0 5877 69,2 Thủy điện 463 23,0 1780 20,9 141 7,0 843 9,9 Nguyên điện từ Việc sản xuất tiêu thụ lượng phân bố không đểu, khoảng 85% công suất nhà máy điện lượng sản xuất tập trung vào 20 nước có cơng nghiệp phát triển Ví dụ Mỹ với dân số 219,9 triệu người, công suất đặt cùa nhà máy điện 634 triệu MW với sản lượng hàng năm 2500 triệu MWh ; Nhật Bản với dân số 115,3 triệu dân có cơng suất đặt 143 triệu MW sản lượng 620 triệu MWh ; số tương ứng Canada 25,3 triệu dân, 82 triệu MW 370 triệu MWh Pháp 53,4 triệu dân, 65,8 triệu MW 277 triệu MWh Một số hệ thống điện lớn quốc gia hình thành, hệ thống điện Bắc Mỹ, Đông Âu, Tây Âu, vùng Ban Căng Cùng với việc đời hệ thống điện lớn việc tăng số lượng, khả tải đường dây liên lạc hệ thống nút hệ thống cách sử dụng cấp điện áp siêu cao đường dây tải điện chiều Với dòng điện xoay chiểu, phổ biến điện áp 330 - 500 kV, nhiểu nước sử dụng điện áp 750 kV (Canada, Mỹ, Nhật Bản, Nga, Brasil), số nước xây dựng đường dây 1000 - 1200 kV (Nga, Mỹ, Nhật Bản, Italia) Với dòng điện chiểu, phổ biến điện áp ± 125 đến ± 500 kV, cá biệt có đường dây ± 750 kV Việc đời hệ thống điện lớn cho phép xây dựng nhà máy điện có cơng suất cực lớn, thủy điện Grende - Kyli Mỹ có cơng suất 6.200 MW ; nhà máy điện nguyên tử Funkusima Nhật Bản - 4.700 MW nhà máy nhiệt điện Casima Nhật Bản - 4.400 MW; nhà máy điện nguyên tử Leningrade (Nga) - 4.000 MW ; thủy điện Krasnoiarsk - 6.000 MW 1.3 QUÁ TRÌNH SẨN XUAT điện NHÀ MÁY ĐIỆN Nhà máy điện (NMĐ) sở công nghiệp đặc biệt, làm nhiệm vụ sản xuất điện nhiệt từ dạng lượng tự nhiên khác nhau, hóa nhiên liệu, thủy nước, lượng nguyên tử, quang mặt trời động gió Năng lượng phát từ nhà máy điện truyền tải loạt thiết bị lượng khác máy biến áp tăng hạ áp, đường dây không cáp, đến hộ tiêu thụ xí nghiệp, thành phố, vùng nông thôn Tùy thuộc vào dạng lượng tự nhiên sử dụng, người ta chia NMĐ thành nhà máy nhiệt điện (NĐ), thủy điện (TĐ), điện nguyên tử (NT), phong điện (PĐ), điện mặt trời (MT), điện địa nhiệt (ĐN) Hiện lượng điện nhiệt chủ yếu sản xuất nhà máy NĐ, TĐ NT Trong nhà máy NĐ, thường sử dụng ba loại nhiên liệu : rắn, lỏng khí Theo động sơ cấp dùng đê’ quay máy phát điện, nhà máy nhiệt điện lại chia thành nhà máy NĐ tuabin hơi, máy nước, động đốt tuabin khí Các nhà máy NĐ tuabĩn chia thành nhà máy nhiệt điện ngưng (NĐN) nhà máy nhiệt điện rút (NĐR) Như nêu trên, hệ thống điện nước ta có nhà máy NĐ TĐ Nguồn công suất chủ yếu nhà máy thủy điện, rổi đến NĐ chạy than, NĐ chạy đầu, NĐ chạy khí Tình hình cịn kéo dài nhiều thập kỷ tới nguổn thủy nước ta tương đói lớn Để thấy rõ đặc điểm trình sản xuất điện NMĐ, ta nghiên cứu chi tiết loại NMĐ hoạt động nước giới 1.3.1 NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Trong nhà máy NĐ, hóa nhiên liệu (than, dầu, khí đổt) biến đổi thành lượng điện nhiệt Quá trình biến đổi lượng nhà máy NĐ mô tả hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đổ biến đổi lượng nhà máy nhiệt điện Như trình bày trên, có hai loại nhà máy NĐ nhiệt điện ngưng (NĐN) nhiệt điện rút (NĐR) Mỗi loại có trang bị riêng chế độ làm việc đặc biệt 1.3.1.1 Nhà máy nhiệt điện ngưng Nhà máy nhiệt điện ngưng nhà máy NĐ làm nhiệm vụ sản xuất điện năng, nghĩa toàn lượng nhiệt nước lò sản xuất đểu dùng để sản xuất điện NĐN loại hình phổ biến NĐ Nhiên liệu dùng nhà máy NĐ nhiên liệu rắn : than đá, than bùn ; nhiên liệu lỏng loại dầu đốt ; nhiên liệu khí dùng nhiểu khí tự nhiên, khí lị cao từ nhà máy luyện kim, lò luyện than cốc Trong số trường hợp, khí cịn dùng làm nhiên liệu phụ nhà máy dùng nhiên liệu rắn lỏng Việc sử dụng khí tự nhiên nhà máy NĐ mang lại hiệu kinh tế đáng kể giảm khoảng 20% chi phí cho xây dựng nhà máy hệ thống cung cấp xử lý nhiên liệu đơn giản rẻ tiễn ; giá thành điện giảm giảm chi phí cho nhiên liệu, giảm chi phí vận hành khấu hao thiết bị Hiệu suất cao so với NĐ chạy than đến 5% giảm tổn thất nhiệt ; gây nhiễm mơi trường Khi có ống dẫn khí việc vận chuyển khí đến nhà máy điện rẻ nhiều so với việc vận chuyển than đường thủy đường sắt Lượng điện tự dùng nhà máy nhiệt điện chạy khí dầu nhỏ nhiêu so với NĐ chạy than Trên hình 1.2 giới thiệu sơ đổ nguyên lý nhà máy NĐN Than từ kho chứa nhiên liệu qua hệ thống vận chuyển nhiên liệu để vào sấy rổi sau đưa vào lị Trong lị x;ảy phản ứng cháy, chuyển hóa nhiên liệu thành nhiệt nước Kho'i từ lò qua hâm nước 14, sấy khơng khí 15, quạt 10 khói 16 đẩy khói vào ống khói để thải ngồi Nước từ bình khử khí 11 bơm nước cấp 12 bơm qua bình gia nhiệt cao áp 13, hâm nước 14 vào lò Trong lò hơi, nước nhận nhiệt từ nhiên liệu cháy, biến thành nước co' áp suất nhiệt độ cao (p = 130 4- 240 ata ; t = 540 4- 665°C) Hơi nước lò đưa vào tuabin Tại tuabin, nhiệt nước biến thành năng, làm quay tuabin, áp suất nhiệt độ nước giảm xuống Tuabin làm quay máy phát điện (MF) để biến thành điện đưa vào lưới điện qua máy biến áp tăng áp Hơi nước sau khỏi tuabin có áp suất nhiệt độ thấp (p = 0,03 4- 0,04 ata ; t = 30 4- 40°C), mang theo lượng nhiệt đáng kể khơng sử dụng vào bình ngưng Trong bình ngưng nước ngưng lại thành nước nước tuấn hoàn bơm tuấn hoàn đẩy vào Nước từ bình ngưng bơm nước ngưng đưa trở lại bình khử khí 11 qua bình gia nhiệt hạ áp 10 Một phần nước trích từ tuabin đê’ cung cấp, cho bình gia nhiệt cao áp 13, bình khử khí 11 bình gia nhiệt hạ áp 10 So với NMĐ khác, NĐN có đặc điểm sau : Cơng suất lớn, thường xây dựng gần nguồn nhiên liệu ; Phụ tải cung cấp cho khu vực gần nhà máy (phụ tải địa phương) nhỏ, phần lớn điện phát đưa lên điện áp cao để cung cấp cho phụ tải xa ; Có thể làm việc với phụ tải giới hạn từ Pmjn đến Pmax Thời gian khởi động lâu, khoảng đến 10 (kể phần lò tuabin), thời gian nhỏ nhà máy chạy dầu khí, lớn nhà máy chạy than Có hiệu suất thấp, thơng thường khoảng 30 đến 35%; với nhà máy NĐN đại có thơng số siêu cao co' thê’ đạt 40 đến 42% Lượng điện tự dùng lớn, đến 15% Các nhà máy chạy than có lượng điện tự dùng lớn Vốn xây dựng nhỏ thời gian xây dựng nhanh so với TĐ Gây ô nhiễm môi trường khói, bụi ảnh hưởng đến vùng rộng Đê’ tăng hiệu suất NĐN, người ta không ngừng tăng tham số nước tăng công suất tổ máy Trên thê' giới, người ta dùng phổ biến tổ máy 300, 500 800 MW, số nước dùng tổ máy đến 1000, 1200 MW ỏ nước ta nay, nhà máy NĐ công suất lớn trung bình đểu NĐN, tổ máy có cơng suất lớn 300 MW (Phả Lại 2) 1.3.1.2 Nhà máy nhiệt diện rút Nhà máy NĐR nhà máy NĐ vừa sản xuất điện nàng vừa sản xuất nhiệt Hơi nước hay nước nóng từ nhà máy truyền đến hộ tiêu thụ nhiệt công nghiệp hay sinh hoạt bàng hệ thống ống dẫn với bán kính trung bình đến km lưới truyền nước đến km lưới nước no'ng Sơ đồ nguyên lý trình sản xuất điện nhiệt NĐR cho hình 1.3 Các ký hiệu tương tự hình 1.2 Vể nguyên lý làm việc giống NĐN, phấn nước trích từ tuabin đê’ cung cấp cho hộ tiêu 11 ì Hình 1.2 Sơ đổ trình sản xuất điện NĐN Phả Lại 1- kho chứa nhiên liệu ; 2- cấu vận chuyển nhiên liệu ; 3- sấy nhiên liệu ; 4- ; 5- tuabin ; 6- máy phát điện ; 7- binh ngưng tụ ; 8- bơm tuần hoàn 9- bơm nước ngưng tụ ; 10- bình gia nhiệt hạ áp ; 11- bình khử khi' (O2, co2) ; 12- bơm cấp nước ; 13- bình gia nhiệt cao áp ; 14- hâm nước ; 15- sấy không ; 16- quạt khói ; 17- quạt gió 12 Hình 1.3 Sơ đồ qúá cùa trình nhiệt sản điện xuất rút điện nhiệt thụ nhiệt Trên hình 1.3 phấn nước trích từ tầng cao áp áp tuabin để cung cấp cho hộ tiêu thụ nước qua lưới nước ; nước trích từ tầng sau đến hâm nước 18 để đun nước nóng cấp cho lưới nước nóng Nước sau sử dụng hộ tiêu thụ nhiệt trung phẩn cung 13 đưa trở lại hấm nước 18 qua bơm nước 20 Hơi nước trích từ tuabin, sau qua ỏộ ổám nước 18 lại đưa vào bình khử khí qua bơm 19 Điện phát máy phát MF, phần cung cấp cho phụ tải địa phương điện áp máy phát, phẩn đưa lên điện áp cao qua máy biến áp để cung cấp cho phụ tải xa Nhà máy NĐR có hiệu suất cao so với NĐN có phù hợp phụ tải nhiệt điện Trong trường hợp này, hiệu suất nhà máy đạt đến 60 470% giảm tổn thất nhiệt bình ngưng So với nhà máy NĐN, nhà máy NĐR có đặc điểm sau : Do dẫn nước hay nước nống xa nên nhà máy NĐR xây dựng gần hộ tiêu thụ nhiệt Cần vận chuyển nhiên liệu từ nơi khác đến, công suất máy NĐR thường xác định theo yêu cầu phụ tải nhiệt, công suất máy không lớn, vào khoảng 300 đến 500 MW với tổ máy 100, 150 MW Riêng khu vực có nhu cầu nhiệt cao, cơng suất nhà máy có đến 1000 - 1500 MW nhà nhà 200 thể Phần lớn lượng phát cung cấp cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải lớn nên NĐR thường sử dụng góp điện áp máy phát Để nhà máy có hiệu suất cao, việc sản xuất điện phải phù hợp với phụ tải nhiệt, người ta nói nhà máy NĐR làm việc với đổ thị phụ tải điện bắt buộc phần Hiệu suất NĐR (60 4- 70%) cao hiệu suất NĐN nhiêu Nhưng có hiệu suất cao có kết hợp thích hợp việc sản xuất điện nhiệt Khi làm việc tuý chế độ ngưng hơi, hiệu suất NĐR thấp NĐN Thời gian khởi động đặc điểm khác giống NĐN 1.3.2 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Nhà máy thủy điện nhà máy điện làm nhiệm vụ biến đổi lượng dòng nước thành điện Động sơ cấp dùng để quay máy phát điện nhà máy TĐ tuabin thủy lực, động nước biến đổi thành để làm quay máy phát điện Công suất trục tuabin phụ thuộc vào lưu lượng nước chảy qua tuabin chiểu cao cột nước hiệu dụng Công suất trục tuabin Ptuabin xác định biểu thức : Ptuabin = 1000 Q.H.^d?2tuabin (kG.m/s) ; : Q - lưu lượng nước chảy qua tuabin (m3/s) ; H - chiều cao cột nước hiệu dụng (m) ; 14 (11) T[á - hiệu suất thiết bị dẫn nước có tính đến tổn thất cột nước chúng, dẫn nước vào khỏi tuabin ; ’Ztuabin _ hiệu suẩt tuabin thủy lực (với tuabin thủy lực cơng suất trung bình lớn, 7/tuabin = 0,88 4- 0,94) ; Biết kW = 102 kG.m/s, nên từ (1.1) ta xác định công suất điện đâu cực máy phát : Pf = X tuabin = 9,81 Q.H.7Z (kW) (1.2) với : ?2f - hiệu suất máy phát thủy điện (0,95 4- 0,98) ; •f[ = t/cP/tuabirf/F - hiệu suất nhà máy thủy điện (0,85 4- 0,86) Từ (1.2) thấy rằng, công suất nhà máy thủy điện xác định lưu lượng nước Q chiểu cao cột nước hiệu dụng H Để xây dựng nhà máy TĐ công suất lớn, cấn tạo Q H lớn cách xây dựng đập cao ngăn nước hổ chứa tích lớn (hình 1.4) Mức nước hồ chứa trước đập gọi mực nước thượng lưu mức nước phía đập gọi mực nước hạ lưu Độ chênh mực nước thượng lưu mực nước hạ lưu H gọi chiều cao cột nước hiệu dụng Cột nước H lớn, công suất nhà máy lớn Hổ chứa vể phía thượng lưu phục vụ cho việc tích Hình 1.4 Sơ đồ cùa nhà máy thủy điện kiểu đập : nước, điểu tiết dòng chảy phát a) Sơ đổ tạo cột nước ; điện Cùng với việc tăng chiêu cao b) Sơ đổ mặt nút thủy lực đập, thể tích hố chứa tăng lên, tăng công suất nhà máy Song việc tạo hổ chứa lớn có liên quan đến nhiễu vấn đề kinh tế xa hội phức tạp, việc di dời dân, dâng nước làm ngập vùng rộng lớn, xây dựng nhiều đập, giao thông vận tải Nhà máy TĐ chia thành hai loại : nhà máy TĐ kiểu đập nhà máy TĐ kiểu kênh dẫn Sơ đổ nhà máy TĐ kiểu đập cho hình 1.4 mặt cắt gian máy cho hình 1.5 Các nhà máy TĐ loại thường xây dựng sông có độ dốc khơng lớn Đê’ tạo cột nước cấn thiết H, người ta xây dựng đập ngăn dòng sông ; gian máy đặt sau đập Nước dẫn vào tuabin ỡ (hình 1.4) qua ống dẫn đầu vào xả xuống hạ lưu qua ống dẫn Đê’ phục vụ cho giao thông vân tải, 15 người ta xây dựng âu thuyền kênh dẫn 10 11 I Trên hình 1.5 vẽ mặt cắt ngang nhà máy thủy điện kiểu đập Gian máy 12 đặt phía sau đập 3, vể phía hạ lưu Nước từ thượng lưu theo ống dẫn vào buồng xoắn để phân phối vào cánh tuabin Nước từ tuabin chảy xuống hạ lưu qua ống 10 Buồng xoắn có tiết diện ngang thay đổi để đảm bảo nước phân phối vào cánh tuabin Trục đứng tuabin nối với trục đứng máy phát 11 Hình 1.5 nhà máy Mặt cắt thủy điện ngang cùa kiểu đập Máy phát đặt gian máy Do tuabin thủy lực có tốc độ quay chậm, nên máy phát thủy điện chế tạo theo kiểu cực lồi, nhiều cực Năng lượng điện máy phát phát đưa vào thiết bị phân phối điện nhà điện áp máy phát 14 từ tiếp tục đưa lên máy biến áp 15, đặt trời Từ máy biến áp, theo dây dẫn không 16, lượng điện đưa tới thiết bị phân phối điện ngồi trời điện áp cao (ở khơng thể hiện) để tải đến phụ tải xa hệ thống Dây cáp 17 dây chống sét, bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào dây dẫn 16 Cửa dùng để điểu chỉnh nước vào tuabin ; cửa để lắp ráp sửa chữa máy phát điện Hình 1.6 Sơ đổ nhà máy thủy điện kiểu ống dẫn a) Mặt nút thủy lục ; b) Sơ đồ tạo cột nước 16 Sơ đổ nhà máy TĐ kiểu ống dẫn cho hình 1.6 Nhà máy TĐ kiểu dẫn thường xây dựng sông miền núi, cột nước hiệu dụng cấn thiết tạo cách sử dụng độ dốc lớn tự nhiên sông Tại đầu ống dẫn cửa nhận nước 1, qua cửa nước chảy vào ống dẫn để vào bể áp lực Đập chắn ngang sông để tập trung nước vào ống dẫn Ong dẫn có độ nghiêng lớn so với độ nghiêng đoạn sông A - B Do cột nước H hiệu dụng nhà máy nhỏ chút so với cột nước có độ nghiêng tự nhiên Htn đoạn sông Từ bể áp lực nước theo ống dẫn áp lực vào tuabin gian máy Từ tuabin thủy lực nước theo kênh xả để trở lại dòng sơng B Như vậy, nhờ đập tạo bể chứa nước nhân tạo để có độ dự trữ nước định nâng cao thêm mức nước, tăng áp lực tuabin Ngoài hai loại TĐ thường gặp trên, cịn có nhà máy TĐ dạng đặc biệt nhưnhà máy thủy điện nhiều cấp TĐ tích Để tận dụng lượng dịngnước, sơng có độ dốc chiểu dài lớn, người ta xây dựng nhiều nhà máy TĐ nối tiếp (hình 1.7), gọi nhà máy TĐ nhiều cấp Việc sử dụng tổng hợp nguổn nước làm tăng tiêu kinh tế TĐ, phần chi phí cho nhà máy khơng bù lại khối lượng lượng phát ra, mà nguồn lợi đa dạng khác giao thông vận tải, tưới tiêu nước, thủy sản, du lịch mơi trường Hình 1.7 Sơ đổ thủy điện nhiều cấp o nhà máy TĐ tích năng, người ta xây dựng hai hổ chứa : hổ chứa thượng lưu hố chứa hạ lưu Do vậy, nhà máy làm việc hai chế độ ngược : chế độ sản xuất điện chế độ tiêu thụ điện năng, nhằm góp phần san đổ thị phụ tải hệ thống, nâng cao hiệu kinh tế toàn hệ thống phủ kín phụ tải vào cao điểm Khi phụ tải hệ thống nhỏ, máy phát làm việc chế độ động cơ, tiêu thụ công suất hệ thống đê’ bơm nước từ hổ chứa hạ lưu lên hổ chứa thượng lưu Chê' độ làm việc gọi chế độ tích Khi phụ tải hệ thống lớn, máy phát lại sử dụng nước vừa tích hồ chứa thượng lưu đê’ phát điện, góp phần với nhà máy điện khác phủ kín phụ tải hệ thống Qua nhiều năm xây dựng, vận hành nhà máy TĐ, có thê’ thấy đặc tính chúng sau : 17 Thời gian xây dựng TĐ lâu so với NĐ, xây dựng TĐ cần tiến hành hàng loạt công tác thăm dò vùng rộng lớn, xây dựng hồ chứa, đê đập Mặt khác, TĐ xây dựng nguồn nước, xa hộ tiêu thụ điện nên thời với việc xây dựng nhà máy phải xây dựng đường dây tải điện cao áp để đưa điện từ nhà máy vào lưới Cũng lý mà vốn đấu tư cho TĐ thường lớn, khơng cần chi phí cho việc xây dựng cơng trình thân nhà máy, mà cho việc di dân đến vùng khác xây dựng hổ chứa, cấu đường để vận chuyển vật tư, thiết bị ; việc nâng cao mức nước hồ ảnh hưởng đến nông, lâm nghiệp Song phải nhấn mạnh rằng, việc xây dựng TĐ nhiều trường hợp không đơn để phát điện, mà mang lại nhiêu nguồn lợi khác, tạo điều kiện thuận lợi cho giao thông vận tải, nuôi bắt thủy sản, chống lũ lụt, cải tạo môi trường cảnh quan khu vực, có nguổn lợi du lịch, thay đổi đời sống vể vật chất, tinh thần khu vực Vĩ xây dựng gần nguồn thủy năng, phụ tải địa phương nhà máy TĐ thường nhỏ, phần lớn điện đưa lên điện áp cao, cung cấp cho phụ tải xa giống NĐN xây dựng gần nguồn nhiên liệu Khi có hổ chứa nước, TĐ làm việc với đồ thị phụ tải Tùy theo mùa nước hay mùa khô, năm nhiều nước hay nước, ta cho TĐ gánh phụ tải hay phụ tải đỉnh hệ thống Nhà máy TĐ có thời gian khởi động nhỏ, khoảng đến phút, chí cịn nhỏ Đây ưu điểm đặc biệt TĐ Người ta thường tận dụng ưu điểm để phân cho vài nhà máy TĐ vài tổ máy chúng làm nhiệm vụ điều (gánh phụ tải đỉnh) Khác với máy phát NĐ, máy phát TĐ không làm việc vào phụ tải thấp Lượng điện tự dùng TĐ nhỏ nhiều so với NĐ khơng có khâu xử lý nhiên liệu lò hơi, chiếm khoảng 0,5 đến 2% công suất nhà máy Sơ đổ diện tự dùng đơn giản, động có cơng suất lớn điện áp cao, chủ yếu thiết bị làm việc điện áp 0,4 kV Hiệu suất cao, khoảng 85 đến 86% Có khả nâng tự động hóa cao, nhiều nhà máy làm việc hồn tồn tự động Do sơ' người phục vụ nhà máy TĐ Giá thành điện nàng thấp, 10 đến 20% so với NĐ ỏ nước ta, ba miền đểu có tiềm lớn vể TĐ Nhiều nhà máy xây dựng TĐ Hịa Bình (1920 MW) ; Trị An (400 MW) ; Yaly (720 MW) , tương lai có nhà máy TĐ lớn đáng kể Sơn La (3600 MW) ; Mê Kông - Nhơn Trạch (1200 -2400 MW) ; Sê San (260 340 MW) 1.3.3 NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ Trên hình 1.8 trình bày sơ đổ nguyên lý nhà máy điện NT Vể thực chất nhà máy điện NT nhà máy NĐ, lị nước thơng thường thay lị phản ứng hạt nhân bình trao đổi nhiệt (còn gợi máy phát nước) 18 Còn nguồn phát lượng điện sử dụng thiết bị thông thường tuabin máy phát điện tuabin 14 Nguồn phát lượng nhiệt nhà máy điện NT lò phản ứng hạt nhân 1, xảy phản ứng hạt nhân phát nhiệt để truyền cho nước đưa qua lị phản ứng Chu trình nước qua lị phản ứng thực liên tục bơm Quá trình phản ứng hạt nhân Hình 1.8, Sơ đồ nguyên lý điểu chinh đặc biệt cúa nhà máy điện nguyên từ điểu chỉnh công suất phát nhà máy Việc điểu chỉnh công suất ỏ nhà máy điện NT tương đối nhạy so với nhà máy điện khác Hình 1.8 thể sơ đổ nhà máy điện NT gổm hai chu trình tuần hồn kín nước Mạch vòng bao gồm lò phản ứng 1, ống dẫn bình trao đổi nhiệt bơm nước Nước sinh lị có áp suất nhiệt độ cao, đưa vào bình trao đổi nhiệt để truyền nhiệt cho nước mạch vịng thứ hai Từ bình trao đổi nhiệt nước đưa trở lại lò nhờ bơm qua lọc Nước bổ sung để bù tổn thất nước trình làm việc chứa bình 13 đưa vào lò qua bơm 12 Mạch vòng thứ hai bao gồm bình trao đổi nhiệt 4, tuabin 8, bình ngưng bơm 11 Hơi nước tạo bình đưa vào tuabin qua ống dẫn 11 sau xuống bình ngưng Tại bình ngưng nước làm lạnh nước tuần hoàn bơm 10 cung cấp Bơm nước cấp 11 cung cấp nước cho bình lấy từ bình ngưng Trong trình làm việc, lị phản ứng hạt nhân phát tia phóng xạ nguy hiểm thể người, đặc biệt tia gamma nớtron Để giảm bớt độ nguy hiểm, lò phản ứng hạt nhân bao bọc lớp bảo vệ đặc biệt, bao gồm lớp nước dày m, lớp bê tông dày m lớp gang dày 0,25 m Nước mạch vòng đẩu tiên chạy qua lò phản ứng hạt nhân nên có nhiễm chất phóng xạ, nước mạch vịng hai khơng bị nhiễm phóng xạ Đó lý người ta phải thực hai mạch vịng tuấn hồn nước Số mạch vòng nhiêu, đảm bảo an toàn cho người vận hành thiết bị, song giá thành lắp đặt cao hiệu suất giảm Tất thiết bị mạch vòng đểu đặt gian đặc biệt có lớp bảo vệ riêng So với nhà máy NĐ, lượng nhiên liệu tiêu thụ nhà máy điện NT nhỏ nhiều, ví dụ đê’ sản xuất 120 MWh điện cẩn khoảng 30 g uran, khỉ đó, với sản lượng điện vậy, nhà máy NĐ cần đêh 100 - 110 than tiêu chuẩn Do vậy, người ta xây dựng nhiều nhà máy điện NT công suất lớn, khu vực khơng có nguồn nhiên liệu địa phương thủy điện, vùng rừng núi kho' vận chuyển nhiên liệu vùng cách xa nguồn nhiên liệu 19 Năng lượng kg uran tương đương với lượng 2700 than tiêu chuẩn Người ta thống kê rằng, lượng uran thori toàn giới lớn gấp 23 lấn lượng tất nguồn lượng khác Đó lý giải thích người ta xây dựng nhà máy điện NT công suất lớn, tổ máy đạt đến 500 ; 750 1000 MW Mặt khác, cần nhấn mạnh rằng, việc xây dựng vận hành nhà máy điện NT ngồi việc địi hỏi vốn lớn, trình độ kỹ thuậtcao, cịn có vấn để vể an tồn quan trọng Tuy nhà máy điện NT khơng tỏa khói vào mơi trường, để tránh nguy hiểm khả ô nhiễm mơi trường chất phóng xạ, nhà máy điện NT xây dựng nơi xa dân cư Vấn để xử lý chất thải nhà máy điện gặp khó khăn khơng nhỏ Nhà máy điện NT có đặc điểm sau : Nhà máy điện NT xây dựng nơi xa dân cư Nghĩa giống TĐ, gấn toàn công suất phát đưa lên điện áp cao, cung cấp cho phụ tải xa Yêu cầu khối lượng nhiên liệu nhỏ, thích hợp với việc xây dựng nhà máy vùng rừng núi, vùng cách xa nguồn nhiên liệu Có thể làm việc với đồ thị phụ tải bất kỳ, nhanh nhạy việc thay đổi chế độ làm việc Không ô nhiễm môi trường việc tỏa khói, bụi nhà máy NĐ Song lại dễ gây nguy hiểm cho người vận hành dân cư vùng xung quanh ảnh hưởng tia phóng xạ lọt ngồi vùng bảo vệ Xây dựng vận hành cần có kỹ thuật cao, vốn ban đầu lớn Các nước xây đựng nhà máy điện NT CHLB Nga, Đức, Nhật Bản, Italia, Pháp, Mỹ, Canada, Án Độ, Hàn Quốc, CHDCND Triều Tiên 1.3.4 NHÀ MÁY ĐIỆN ĐỊA NHIỆT Sơ đổ đơn giản nhà máy ĐĐ cho hình 1.9 Thực chất, nhà máy ĐĐ nhà máy NĐ Trong nhà máy ĐĐ, hệ thống cấp nhiên liệu thay bàng hệ thống ống dẫn để dẫn khí nóng từ lịng Trái Đất vào lị Trong lị 2, nhiệt khí nóng truyền cho nước cấp từ bơm cấp nước đưa lên Nước trở thành nước vào tuabin qua ống dẫn để làm quay máy phát điện Sau nước lại đưa xuống bình ngưng để làm mát nước tuần hoàn bơm cấp lên Các nhà máy điện ĐĐ xây dựng nơi có nhiểu núi lửa hoạt động Ghine, Canada, Italia Người ta tính xây dựng nhà máy điện ĐĐ công suất cỡ 500 MW núi lửa rải rác khắp giới Giá thành rẻ khoảng hai lẩn so với NĐ 20 ... Dưới vài số thống kê phát triển hệ thống điện lực Việt Nam (bảng 1. 1) Bứng 1. 1 Công Nỉm suất tống NMD (MW) Tổng sán luạng 10 0 18 0 4 51 1264 849 14 95 19 84 15 00 3870 19 94 4000 9590 19 97 4982 19 150 19 98... hạ áp ; 11 - bình khử khi'' (O2, co2) ; 12 - bơm cấp nước ; 13 - bình gia nhiệt cao áp ; 14 - hâm nước ; 15 - sấy không ; 16 - quạt khói ; 17 - quạt gió 12 Hình 1. 3 Sơ đồ qúá cùa trình nhiệt sản điện. .. hệ thống điện lớn quốc gia hình thành, hệ thống điện Bắc Mỹ, Đông Âu, Tây Âu, vùng Ban Căng Cùng với việc đời hệ thống điện lớn việc tăng số lượng, khả tải đường dây liên lạc hệ thống nút hệ thống