tổng quan về hệ thống cung cấp điện

MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNGSinh viên cóthể:✓Nắm được các đặc điểm chung của cung cấp điện xí nghiệp côngnghiệp✓ Phânloại được các dạng nguồn điện✓Nắm được khái niệm về dạng điện xí nghiệp công n

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐiỆN

GV: PGS.TS.Nguyễn Tiến Dũng

Nghệ An, 2023

1

CUNG CẤP ĐIỆN

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.

1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CCĐ XNCN

3

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)

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 sửdụng rộng rãi các thiết bị tự động trong công tác vận hành, điều độ hệ thốngđiện 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 tếquốc dân

• Việc sản xuất, truyền tải và cung cấp điện năng luôn luôn được thực hiện theomột kế hoạch chung trong khuôn khổ hệ thống điện

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

Hệ thống điện tương lai:

▪ Sử dụng các nhà máy vừa và nhỏ

▪ Sử dụng năng lượng tái tạo

▪ Hệ thống điện thông minh

1.2 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

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Nhà máy nhiệt điện

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Các dạng Nhà máy nhiệt điện:

1.2 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.

1.2 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.

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Nguyên lý hoạt động Nhà máy thủy điện

1.2 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.

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Nhà máy thủy điện

1.2 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.

1.2 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.

1.2 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.

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Các dạng nhà máy điện khác:

Nhà máy điện nguyên tử loại lò phản ứng nước áp lực

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Các dạng nhà máy điện khác:

Nhà máy điện nguyên tử loại lò phản ứng nước sôi

1.2 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

1.2 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

1.2 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 vàothời tiết

 Đầu tư cao cho dự án nhỏ (2 - 3USD), nhưng sẽ tiết kiệm cho hệthống lớn

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Loại hình nguồn điện Công suất, MW Điện lượng, triệu MWh Thủy điện 21.364 (tỷ lệ 28,4%) 74.873 (tỷ lệ 29,4%)

Nhiệt điện than 23.437 ( tỷ lệ 31,2%) 120.548 (tỷ lệ 47,4%)

Tua bin khí và dầu 9.025 ( tỷ lệ 12,0%) 2.905 t(tỷ lệ 11,4%)

Nhập khẩu khác 897 (tỷ lệ 0,9%) 2.215 (tỷ lệ 0,9%)

NLTT 20.462 ( tỷ lệ 27,2%) 27.815 (tỷ lệ 10,9%)

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).

1.3 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

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.

1.4 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 gâythiệt 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)

1.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỘ TIÊU THỤ

33

-Hộ tiêu thụ loại 2: Là hộ tiêu thụ mà khi bị ngừng cung cấp điện sẽ gây ra thiệthại 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 gianngắn (không quá 2h) Việc thiết kế 1 hay 2 nguồn cho hộ tiêu thụ loại 2 phải dựavào bài toán kinh tế - kỹ thuật so sánh giữa thiệt hại do mất điện và chi phí cóthể có thêm nguồn dự phòng:

+ thời gian hoàn vốn ≤ 8 năm: dùng 2 nguồn

+ thời gian hoàn vốn > 8 năm: dùng 1 nguồn

1.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỘ TIÊU THỤ

34

-Hộ tiêu thụ loại 3: Là những hộ tiêu thụ không thuộc hai loại trên, có thể chophép mất điện trong một thời gian để sữa chữa thiết bị (không quá 8h) Vớinhững 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 mộtgiây: các trung tâm quản lý máy bay, trung tâm thông tin Đối với những hộloại này, cần cung cấp bằng nguồn liên tục có dùng UPS (Uninterruptible PowrSupply)

1.5 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

1.5 CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN

1.5 CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN

1.5 CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN

▪ Chỉ tiêu kinh tế

▪Vốn đầu tư nhỏ bao gồm vốn xây dựng cơ bản và vốn thiết bị

▪Phí tổn vận hành hàng năm thấp: chỉ tiêu này phụ thuộc nhiều vào loại nguồn điện được sử dụng (thủy điện, nhiệt điện, điện diesel) Ngoài ra còn phụ thuộc vào khoản khấu hao thiết bị, tu sửa định kỳ, trả lương và tiền phí tổn do tổn thất điện năng trong lưới điện

▪Chi phí tính toán hàng năm thấp: chỉ tiêu này thể hiện chi phí vốn đầu tư và chi phí vận hành được qui về từng năm trong suốt thời gian hoàn vốn.

1.6 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN TRONG

LĨNH VỰC CUNG CẤP ĐIỆN

Ngành điện lực là ngành công nghiệp kỹ thuật cao, qui mô hệ thống cung cấp điện ngày càng lớn và phức tạp, vấn đề phát triển và vận hành tối ưu nguồn điện, mạng điện, yêu cầu cung cấp điện theo nhu cầu của phụ tải với độ tin cậy và chất lượng cao luôn đặt ra cho ngành điện lực ngoài các hướng nghiên cứu truyền thống như: tối ưu hoá qui hoạch và vận hành, đánh giá trạng thái hệ thống, đánh giá độ tin cậy, nâng cao chất lượng điện năng,…

1.6 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN TRONG

▪Ứng dụng lý thuyết nhận dạng, mạng neuron, hệ chuyên gia mờ, điều khiển

mờ trong lãnh vực vận hành, nhận dạng và xử lý sự cố trong hệ thống điện.

▪Ứng dụng các hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, hệ thống tự động đo lường (AMR) trong điều khiển và quản lý hệ thống.

1.6 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN TRONG

LĨNH VỰC CUNG CẤP ĐIỆN

41

▪Ứng dụng các thành tựu của công nghiệp điện tử trong việc sản xuất và

sử dụng các thế hệ rơ le điện tử, các máy cắt có cơ cấu nhả điện tử

(Electronic Trip), máy cắt thông minh (Intelligent Circuit Breaker),…

▪Ứng dụng các thành tựu của công nghệ thông tin để xây dựng các mô

hình toán học đủ mạnh, có mức tiện ích cao phục vụ công tác thiết kế và

mô phỏng các hành vi của hệ thống điện trong các điều kiện làm việc

khác nhau.

1.6 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN TRONG LĨNH

NGÀNH ĐIỆN LỰC VÀ CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

43

NGÀNH ĐIỆN LỰC VÀ CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

❑Cách mạng Công nghiệp 4.0 sẽ diễn ra trên 3 lĩnh vực chính gồm Công nghệ sinh học,

Kỹ thuật số và Vật lý

▪Những yếu tố cốt lõi của Kỹ thuật số trong CMCN 4.0 sẽ là: Trí tuệ nhân tạo (AI), Vạn vật kết nối - Internet of Things (IoT) và dữ liệu lớn (Big Data).

▪Trên lĩnh vực công nghệ sinh học, Cách mạng Công nghiệp 4.0 tập trung vào nghiên cứu

để tạo ra những bước nhảy vọt trong Nông nghiệp, Thủy sản, Y dược, chế biến thực phẩm, bảo vệ môi trường, năng lượng tái tạo, hóa học và vật liệu.

▪Cuối cùng là lĩnh vực Vật lý với robot thế hệ mới, máy in 3D, xe tự lái, các vật liệu mới (graphene, skyrmions…) và công nghệ nano.

NGÀNH ĐIỆN LỰC VÀ CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

❑Cách mạng Công nghiệp 4.0

▪Hiện Cách mạng Công nghiệp 4.0 đang diễn ra tại các nước phát triển như Mỹ, châu Âu, một phần châu Á Bên cạnh những cơ hội mới, cách mạng công nghiệp 4.0 cũng đặt ra cho nhân loại nhiều thách thức phải đối mặt.

Cơ hội đi kèm thách thức và rủi ro toàn cầu

▪Mặt trái của Cách mạng Công nghiệp 4.0 là nó có thể gây ra sự bất bình đẳng Đặc biệt là

có thể phá vỡ thị trường lao động Khi tự động hóa thay thế lao động chân tay trong nền kinh tế, khi robot thay thế con người trong nhiều lĩnh vực, hàng triệu lao động trên thế giới

có thể rơi vào cảnh thất nghiệp, nhất là những người làm trong lĩnh vực bảo hiểm, môi giới bất động sản, tư vấn tài chính, vận tải.

NGÀNH ĐIỆN LỰC VÀ CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

NGÀNH ĐIỆN LỰC VÀ CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

❑Đặc tính nổi trội của cuộc CMCN lần thứ Tư (CMCN 4.0) trong

lĩnh vực năng lượng là hệ thống năng lượng của loài người

đang có xu hướng chuyển từ "hóa thạch" sang "tái tạo", với các nội dung cụ thể bao gồm:

▪Nguồn năng lượng nói chung, sẽ chuyển từ nguồn "hữu hạn" (than, dầu, khí,uranium) sang "vô hạn" (ánh sáng mặt trời, gió, sinh khối, điạ nhiệt)

▪Hệ thống năng lượng sẽ chuyển từ "tập trung"/"qui mô lớn" (từng khu đô thị,khu công nghiệp, từng bể than, bể dầu khí) sang "phân tán"/"nhỏ lẻ" (từngdoanh nghiệp, từng ngôi nhà, từng hộ gia đình, từng cá nhân)

NGÀNH ĐIỆN LỰC VÀ CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

▪ Lưới điện thông minh sẽ đảm bảo liên kết mọi thứ, mọi lúc, mọi nơi để phục

vụ việc mua - bán điện năng hoàn toàn mở

▪Môi trường và sinh thái trong việc sản xuất và tiêu dùng năng lượng sẽđược kiểm soát (hạn chế ô nhiễm)

49

NGÀNH ĐIỆN LỰC VÀ CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

❑Ngành điện lực đang triển khai

▪Hệ thống SCADA/EMS/DMS trong điều độ vận hành hệ thống điện;

▪Nghiên cứu vận hành hệ thống điện lớn; nghiên cứu vận hành tối ưuhóa thời gian thực hệ thống điện, truyền tải, phân phối

▪Từng bước triển khai xây dựng các trung tâm điều khiển hệ thống điện,trung tâm vận hành lưới điện (Trung tâm điều độ), phát triển lưới điệnthông minh với công nghệ hiện đại

NGÀNH ĐIỆN LỰC VÀ CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

❑Ngành điện lực đang triển khai:

▪Triển khai việc ứng dụng công nghệ đo đếm tiên tiến - thông minh.Trong đó, ưu tiên khu vực đô thị, thành phố;

▪Sử dụng công nghệ công tơ đọc dữ liệu, thu nhận dữ liệu từ xa;

▪Nghiên cứu sự tham gia của khách hàng vào điều khiển nhu cầu phụ tải(Demand Response) và sự gia tăng của các thiết bị vận tải chạy điện