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

MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

Sinh 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 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 cấpđiện.

1.1 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)

1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CCĐ XNCN

Điện năng trong quá trình sản xuất và phân phối có một số đặc điểm chủyếu 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 phứctạp (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 máynhiệt điện

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Cácdạng 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 thànhđiện năng thấp do hiệu suất thấp (nhà máy nhiệt điện ngưng hơicóhiệu suất 30 ÷ 40% ; nhà máy nhiệt điện trích hơi có hiệu suất cao hơnvới hiệu suất là 60 ÷ 70%).

- Nhiênliệu đầu vào là loại nhiên liệu không tái tạo được.

- Gây ônhiễm 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.

▪ Nhà máy nhiệt điện phù hợp với điều kiện không có nhiều vốn và cần phátđiện nhanh.

▪ Yêu cầu an toàn đối với các nhà máy điện hạt nhân.

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Nguyên lýhoạt động Nhà máy thủy điện

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Côngsuất Nhà máy thủy điện

▪ Công suất của nhà máy thủy điện

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

Nhà máythủy 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 cầnnhiều nhân công nên giá thành điện năng thấp.

▪ Khả năng huy động công suất nhanh (1 ÷ 2ph) => có thể phân cho vài nhà máythủy 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 nướcphục 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 xâydựng 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 việcxây 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

Cácdạng nhà máy điện khác:

Nhà máyđiện 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 nănglượng thủy triều

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

Cácdạng 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 điệnCông suất, MWĐiện lượng, triệu MWhThủy 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 côngnghiệp rất đa dạng được phân theo các loại:

Xínghiệp lớn: công suất đặt không dưới 75 ÷ 100 MW

Khithiết kế cần lưu ý các yếu tố riêng của từng XN, như điều kiệnkhíhậu 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 → sơđồ CCĐ phải có cấu trúc hợp lý.

1.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỘ TIÊU THỤ

Theo yêucầu liên tục cung cấp điện, phụ tải được phân làmphụ 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

-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

-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 cấpđủ 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 tiêukinh tế và kỹ thuật

1.5 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, thểhiện 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 cònthể hiện ở độ ổn định tần số dòng 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

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

▪Chi phí tính toán hàngnăm thấp: chỉ tiêu này thể hiện chi phí vốn đầu tư và chiphívận 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 hệthống cung cấp điện ngày càng lớn và phức tạp, vấn đề pháttriển và vận hành tối ưu nguồn điện, mạng điện, yêu cầu cungcấp điện theo nhu cầu của phụ tải với độ tin cậy và chất lượngcao luôn đặt ra cho ngành điện lực ngoài các hướng nghiên cứutruyền thống như: tối ưu hoá qui hoạch và vận hành, đánh giátrạng thái hệ thống, đánh giá độ tin cậy, nâng cao chất lượngđiện năng,…

1.6 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN TRONG LĨNH VỰC CUNG CẤP ĐIỆN

1.6 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN TRONG LĨNH VỰC CUNG CẤP ĐIỆN

▪Ứng dụng các thành tựu của công nghiệp điện tử trong việc sản xuất vàsử dụng các thế hệ rơ le điện tử, các máy cắt có cơ cấu nhả điện tử(Electronic Trip), máycắt thông minh (Intelligent Circuit Breaker),…

▪Ứng dụng các thành tựu của công nghệ thông tin để xây dựng các môhình toánhọc đủ mạnh, có mức tiện ích cao phục vụ công tác thiết kế vàmôphỏng các hành vi của hệ thống điện trong các điều kiện làm việckhác nhau.

1.6 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN TRONG LĨNH VỰC CUNG CẤP ĐIỆN

▪Điều khiển hệ thống điện trong thời gian thực trên cơ sở các thành tựucủa công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông và công nghệ điện tử ▪Quản lý mạng bằng máy vi tính thông qua các phần mềm quản lý dữ

liệu kết hợp với thông tin địa dư (MapInfo).

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,

▪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 chonhânloại 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 làcóthể phá vỡ thị trường lao động Khi tự động hóa thay thế lao động chân tay trong nềnkinhtế, khi robot thay thế con người trong nhiều lĩnh vực, hàng triệu lao động trên thế giớicóthể rơi vào cảnh thất nghiệp, nhất là những người làm trong lĩnh vực bảo hiểm, môi giớibất 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 phụcvụ 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.