Cung cấp điện Quyền Huy Ánh Chương 2

Giáo trình cung cấp điện PGS TS Quyền Huy Ánh CHƯƠNG II ĐÁNH GIÁ KINH TẾ KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN 2.1 Khái niệm chung Các phương án phát triển nguồn lưới điện đôi với phát triển liên tục phụ tải Một phương án coi hợp lý phải thỏa mãn cáùc yêu cầu kỹ thuật đề ra, lại vừa thấp vốn đầu tư chi phí vận hành Thông thường tồn mâu thuẩn tiêu kinh tế kỹ thuật, tính toán quan trọng chưa phải đònh cuối Để lựa chọn phương án cung cấp điện cần phải cân nhắc nhiều mặt khác như: đường lối, tốc độ quy mô phát triển kinh tế, khả huy động vốn, tình hình cung cấp thiết bò vật tư, trình độ quản lý thi công vận hành 2.2 Các tiêu kỹ thuật phương án cung cấp điện Các tiêu kỹ thuật phương án cung cấp điện bao gồm: 2.2.1 Chất lượng điện Đảm bảo chất lượng điện đánh giá kỹ thuật chủ yếu đảm bảo độ lệch, độ dao động điện áp tần số nằm phạm vi giá trò cho phép so với đònh mức Chất lượng tần số Chất lượng tần số đánh giá bằng: a Độ lệch tần số hiệu trung bình vòng 10 phút trò số thực tế tần số với giá trò danh đònh nó:  f = f - fđm (Hz) (2.1) Độ lệch tần số trình bày dạng tương đối:  f% = f  fđm 100 (%) fđm (2.2) Độ lệch tần số cho phép  fcp theo tiêu chuẩn GOCT-13109-87  0,2Hz, theo tiêu chuẩn Việt Nam Singapor  0,5 Hz b Độ dao động tần số hiệu số giá trò lớn nhỏ tần số tốc độ thay đổi tần số lớn 0,2 Hz giây Độ dao động tần số cho phép không vượt 0,2 Hz Hiện nay, để giữ độ dao động tần số hệ thống điện, thường sử dụng thiết bò tự động sa thải phụ tải xuất cố theo tần số Chất lượng điện áp Chất lượng điện áp bao gồm: a Độ lệch điện áp hiệu trò số thực tế điện áp U với giá trò danh đònh m phát sinh thay đổi chế độ làm việc tương đối chậm (dưới 1% giây):  U = U – m (V) (2.3) Thường độ lệch điện áp biểu diễn dạng tương đối: H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 20 Giáo trình cung cấp điện PGS TS Quyền Huy Ánh  U= U  U đm 100 (%) U đm (2.4) U max  U 100 (%) U đm (2.5)  U phải thỏa mãn điều kiện:  U-   U   U+ Ở đây:  U-,  U+ giới hạn độ lệch điện áp Tiêu chuẩn độ lệch điện áp số nước sau:  Tiêu chuẩn Nga: -2,5 đến + 5% cho chiếu sáng công nghiệp công sở; 5% đến +10% cho động  5% cho phụ tải lại Các tiêu phải thỏa mãn với xác suất 95% Nói chung  5%, sau cố  10%  Tiêu chuẩn Pháp:  5% cho lưới trung hạ áp,  7% cho lưới trung áp không  10% cho lưới hạ áp không  Tiêu chuẩn Singapor:  6%  Tiêu chuẩn Việt Nam: -10% +5% b Độ dao động điện áp hiệu trò số hiệu dụng lớn Umax nhỏ Umin điện áp trình thay đổi nhanh thông số chế độ tốc độ thay đổi điện áp không 1% giây: V = Dao động điện áp gây dao động ánh sáng, gây hại cho mắt người, gây nhiễu radio, nhiễu TV nhiễu thiết bò điện tử,… Dao động điện áp cho phép theo tiêu chuẩn số nước sau:  Tiêu chuẩn Nga quy đònh dao động điện áp cực thiết bò chiếu sáng:  V = + 6/n = +  t/10 (2.6) Ở đây: n số dao động giờ,  t thời gian trung bình hai dao động có đơn vò phút Theo tiêu chuẩn này, có dao động biên độ cho phép 7% Đối với thiết bò có biến đổi đột ngột công suất vận hành, cho phép  V đến 1,5% Còn phụ tải khác không chuẩn hóa,  V lớn 15% dẫn đến hoạt động sai khởi động từ, thiết bò điều khiển  Tiêu chuẩn Pháp qui đònh đường cong quan hệ  V tần suất xuất Theo có dao động  V cho phép 10% Các nguyên nhân gây nên độ lệch độ dao động điện áp mức cho phép là:  Trình độ quản lý, khai thác lưới điện thấp  Mạng hạ áp bò tải  Không có thiết bò điều chỉnh điện áp chỗ Để hạn chế độ lệch độ dao động điện áp thường áp dụng biện pháp sau:     Sử dụng thiết bò bù tự động Sử dụng máy biến áp điều áp tải tải Đóng cắt chuyển tải đường dây hay MBA Sử dụng nguồn điện dự phòng c Độ không đối xứng: phụ tải pha không đối xứng dẫn đến điện áp pha không đối xứng Mức không đối xứng điện áp dây điện áp thứ tự nghòch U2 đònh, mức không đối xứng điện áp pha phụ thuộc điện áp thứ tự không U0 thứ tự nghòch U2 H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 21 Giáo trình cung cấp điện PGS TS Quyền Huy Ánh Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu công tác giảm tuổi thọ thiết bò dùng điện, giảm khả tải lưới điện tăng tổn thất điện Tiêu chuẩn Nga quy đònh: lưới sinh hoạt U2 không vượt giá trò làm cho điện áp thực cực thiết bò dùng điện thấp giá trò cho phép Trên cực thiết bò dùng điện pha đối xứng, U2 không vượt 2% m Trên cực động không đồng bộ, U2 cho phép xác đònh riêng theo điều kiện phát nóng lớn 2% d Độ không sin: thiết bò dùng điện có đặc tính phi tuyến MBA không tải, chỉnh lưu, thyristor… làm biến dạng đường đồ thò điện áp, khiến cho dạng điện áp không hình sin Xuất sóng hài bậc cao Uj, Ij Các sóng hài bậc cao góp phần làm giảm điện áp đèn điện thiết bò sinh nhiệt, làm tăng thêm tổn thất sắt từ động cơ, tổn thất điện môi cách điện, tăng tổn thất lưới điện thiết bò dùng điện, giảm tiêu kinh tế kỹ thuật hệ thống cung cấp điện, gây nhiễu radio, TV thiết bò điện tử, điều khiển khác… Tiêu chuẩn Nga quy đònh: Ui  13 U j3,5 j  5%U (2.7) Ở đây: U1 trò hiệu dụng sóng hài bậc điện áp Để khắc phục hài bậc cao mạng điện áp dụng biện pháp sau:  Tăng số pha chỉnh lưu lên đến p =12 hay nhiều  Sử dụng lọc ngang: mạch vòng bao gồm cuộn điện cảm tụ điện mắc nối tiếp, chỉnh đònh theo tần số hài bậc cao Các lọc ngang đấu vào chỗ phát sinh hài bậc cao hay chỗ mà hài bậc cao tăng cường hay có cộng hưởng dòng điện  Sử dụng lọc dọc: lọc dọc đấu nối tiếp vào nhánh cần hạn chế dòng hài bậc cao làm tăng dòng nhánh khác 2.2.2 Độ tin cậy cung cấp điện Độ tin cậy cung cấp điện thể qua khả liên tục cung cấp điện Độ liên tục cung cấp điện tính thời gian điện trung bình năm cho hộ tiêu thụ tiêu khác, đạt giá trò hợp lý chấp nhận cho phía người sử dụng điện ngành điện Độ tin cậy cung cấp điện cao khả điện thấp ngược lại Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo nhờ kết cấu hợp lý mạng cung cấp điện quy hoạch thiết kế Thông thường, mạng cung cấp điện đảm bảo độ tin cậy cao nút hệ thống (có liên lạc với nhiều nguồn) nút đòa phương (có hai nguồn) Sau đó, từ nút cấu trúc lưới điện truyền tải lưới phân phối trung áp phụ thuộc vào yêu cầu phụ tải Theo tiêu độ tin cậy, phụ tải chia làm hai loại: phụ tải có tính chất trò xã hội cao đảm bảo độ tin cậy đặc biệt cao phụ tải khác phân loại theo thiệt hại kinh tế điện tính đ/kWh điện Giá tiền điện ngành điện xác đònh, theo quan thiết kế lựa chọn sơ đồ cung cấp điện 2.2.3 Tính đơn giản lắp đặt, vận hành bảo trì Đơn giản lắp đặt tạo điều kiện đẩy nhanh tiến độ thi công, sớm đưa công trình vào khai thác, vận hành Đơn giản vận hành tạo điều kiện cho điều độ viên, nhân viên vận hành thao tác đònh xác thời gian ngắn nhất, góp phần nâng cao tính ổn đònh H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 22 Giáo trình cung cấp điện PGS TS Quyền Huy Ánh an ninh lưới điện Đơn giản bảo trì làm giảm chi phí thuê chuyên gia bảo trì, rút ngắn thời gian bảo trì, nâng cao hiệu suất khai thác thiết bò 2.2.4 Tính linh hoạt Tính linh hoạt thể khả mở rộng, phát triển tương lai phù hợp với thay đổi nhanh chóng công nghệ 2.2.5 An toàn điện An toàn điện bao gồm: an toàn điện áp chuẩn, chống nguy cháy nổ, nguy ăn mòn đảm bảo hành lang an toàn 2.2.6 Tính tự động hóa cao Vì trình điện diễn hệ thống điện xảy thời gian ngắn nên việc đưa đònh thao tác cần thiết để đảm bảo an ninh chế độ vận hành ổn đònh lưới điện cần có trợ giúp hệ thống giám sát tự động hóa cao 2.3 Chỉ tiêu kinh tế phương án cung cấp điện Tổng chi phí phương án cung cấp điện gồm hai phần: tổng vốn đầu tư ban đầu V chi phí vận hành hàng năm C Trong hai thành phần này, vốn đầu tư ban đầu bỏ thời gian ngắn chi phí vận hành hàng năm phân bố nhiều năm Tổng vốn đầu tư ban đầu V Việc xác đònh tổng vốn đầu tư ban đầu V dựa hoàn toàn vào ước lượng Các liệu khứ liệu giúp tăng cường độ tin cậy, nâng cao độ xác đến mức có thay đổi giá tiến công nghệ Tổng vốn đầu tư ban đầu bao gồm chi phí sau:    Chi phí mua thiết bò chi phí xây dựng trực tiếp: V1 Chi phí tồn kho cho thiết bò vật tư sử dụng cho xây dựng mới: V2 Chi phí xây dựng gián tiếp V3 bao gồm: chi phí cho lao động gián tiếp, chi phí cho giám sát công trình, chi phí bảo hiểm, chi phí thuế chi phí khác V = V + V + V3 (đ) (2.8) Chi phí vận hành hàng năm C Chi phí vận hành hàng năm bao gồm chi phí sau:  Chi phí vận hành công bảo quản C1 như: chi phí trả lương trực tiếp, thuế quản lý, chi phí cho nghỉ phép, bệnh hoạn,… C1 = Kbq V (đ) (2.9) Ở đây: Kbq hệ số bảo quản, V tổng vốn đầu tư ban đầu  Chi phí vật tư yêâu cầu cho vận hành bảo quản C2 như: chi phí mua vật tư, chi phí sử dụng tồn trữ C2 = Kvt V (đ) (2.10) Ở đây: Kvt hệ số vật tư, V tổng vốn đầu tư ban đầu  Chi phí khấu hao C3: C3 = Kkh V H S ph m K thu t Tp HCM (đ) feee.hcmute.edu.vn (2.11) 23 Giáo trình cung cấp điện PGS TS Quyền Huy Ánh Ở đây: Kkh hệ số khấu hao, V tổng vốn đầu tư ban đầu  Chi phí tổn thất điện C4: C4 = C0 A (đ) (2.12) Ở đây: C0 chi phí sản xuất 1kWh điện năng, A tổn thất điện hàng năm A = Pmax  (kWh) (2.13) Ở đây: Pmax tổn thất công suất cực đại (kW),  thời gian tổn thất công suất cực đại (h) n Pmax   Pij2  Q 2ij U2 i j  R ij (2.14) Với: Pij, Qij công suất tác dụng phản kháng cực đại nhánh ij, U điện áp dây đònh mức mạng điện, Rij điện trở nhánh ij, n số nhánh mạng điện  Chi phí điện C5: Chi phí ngừng cung cấp điện C5 bao gồm hai thành phần: tổn thất trực tiếp C51 tổn thất gián tiếp C52 a Tổn thất trực tiếp C51 bao gồm: tổn thất chết công nhân số công nhân không chuyển hoàn toàn hay phần sang công việc khác, giảm tuổi thọ máy móc, gây phế phẩm giảm chất lượng sản phẩm, tăng chi phí lao động, nguyên vật liệu lượng cho đơn vò sản phẩm Tổn thất trực tiếp C51 xác đònh theo số liệu thống kê có quan hệ tới nguyên nhân gây điện như: xác suất điện qmđ, phụ tải bò điện pmđ thời gian điện tmđ, với xác suất tổn thất q1, q2, q3,… Tổn thất trực tiếp C51 tính theo biểu thức sau: C51 = q1 A qmđ C51 = q2 pmđ C51 = q3 tmđ Ở đây: q1 suất tổn thất tính cho kWh điện không cung cấp điện, (đồng/kWh); q2 suất tổn thất tính cho kW phụ tải bò ngừng cung cấp điện, (đồng/kW); q3 suất tổn thất tính cho điện, (đồng/giờ); A điện tiêu thụ sở sản xuất trạng thái vận hành bình thường (kWh); pmđ giá trò trung bình phụ tải bò điện, (kW); qmđ xác suất điện; tmđ thời gian điện (giờ), bao gồm thời gian ngừng cung cấp điện, sửa chữa thay thiết bò hiệu chỉnh trình công nghệ để phục hồi sản xuất b Tổn thất gián tiếp C52 bao gồm: giá trò số sản phẩm bò hao hụt ngừng sản xuất điện Tổn thất gián tiếp C52 xác đònh theo biểu thức sau: C52 = m s t (2.15) o  mđ Ở đây: m giá trò trung bình số lần ngưng cung cấp điện năm, tmđ thời gian trung bình lần điện (giờ), so giá trò số sản phẩm sản xuất chế độ làm việc bình thường (đồng/giờ) H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 24 Giáo trình cung cấp điện PGS TS Quyền Huy Ánh Tổn thất kinh tế ngừng cung cấp điện xác đònh theo biểu thức sau: C5 = C51 + C52 Tổn thất kinh tế ngừng cung cấp điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố tính toán phức tạp Vì vậy, thường tính đến trường hợp thật cần thiết với công trình quan trọng, sản xuất liên tục, trình phục hồi sau điện kéo dài, trình công nghệ tiêu thụ nhiều điện điện phân, luyện nhôm… Lưu ý tổn thất kinh tế ngừng cung cấp điện chủ yếu dùng để đánh giá tính kinh tế phụ tải loại hai Tóm lại, chi phí vận hành hàng năm C xác đònh sau: C = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 Phương pháp thu hồi vốn đầu tư Trong tính toán kinh tế, phương pháp thu hồi vốn đầu tư viết dạng ban đầu (2.16) hay viết dạng chi phí qui đổi tính toán (2.17): Vpa1  Vpa (2.16) T C pa  C pa Ở đây: Vpa1, Vpa2, Cpa1, Cpa2 vốn đầu tư chi phí vận hành hàng năm phương án phương án hai Chi phí tính toán qui đổi trình bày dạng sau: Ztt = m V + C (2.17) Ở đây: m hệ số đònh mức hiệu kinh tế m = Tđm Với: Tđm thời hạn tiêu chuẩn thu hồi vốn đònh mức, hệ thống cung cấp điện thường lấy năm Sau đây, phân tích tính kinh tế số trường hợp bản: a Trường hợp có hai phương án Nếu T < Tđm phương án kinh tế phương án hai, thời gian cần thiết để thu lại số vốn đầu tư (do tiết kiệm chi phí vận hành hàng năm) phương án nhỏ thời hạn cho phép Tđm Nếu T > Tđm phương án hai kinh tế phương án Khi so sánh hai phương án không thiết lúc phải vào giá trò T để lựa chọn Ví dụ, Vpa1 < Vpa2 Cpa1 < Cpa2 tính kinh tế phương án rõ ràng Ngoài ra, Vpa1 = Vpa2 Cpa1 lớn hay nhỏ Cpa2 hay Cpa1 = Cpa2 Vpa1 lớn hay nhỏ Vpa2 không cần tính đến thời hạn thu hồi vốn T theo biểu thức (2.16) Phương pháp tính thời hạn thu hồi vốn theo biểu thức (2.16) có nhược điểm sau:  Khối lượng tính toán tương đối lớn tổ hợp cặp phương án trường hợp có nhiều phương án khác  Hệ số hiệu kinh tế tương đối a = 1/T không phản ảnh thực chất vốn đầu tư ban đầu hay phí tổn vận hành hàng năm hai phương án chênh lệch không nhiều Khi có hai phương án có Vpa1 = 20 triệu, Vpa2 = 19,5 triệu, Cpa1 = triệu/năm, Cpa2 = 2,01 triệu/năm thì: H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 25 Giáo trình cung cấp điện PGS TS Quyền Huy Ánh T Vpa1  Vpa C pa  C pa = 20  19,5 = 50 (năm) 2,01  Điều có nghóa chọn phương án sau 50 năm thu hồi chênh lệch vốn đầu tư Như vậy, phương án có tính kinh tếù thấp so với phương án hai Nhưng thực tế hai phương án tương đương kinh tế số liệu vốn đầu tư chi phí vận hành nằm giới hạn cho phép b Trường hợp có ba hay nhiều phương án Trường hợp này, sử dụng biểu thức (2.16) để tiến hành so sánh kinh tế gặp nhiều khó khăn Khi đầu tư lúc (thời gian xây dựng năm) phí tổn vận hành hàng năm cố đònh nên sử dụng biểu thức (2.17), tức sử dụng chi phí tính toán qui đổi Ztt1 = m Vpa1 + Cpa1 Ztt2 = m Vpa2 + Cpa2 Nếu Ztt1Ztt2 phương án hai kinh tế phương án Khi thời gian xây dựng lớn năm giả thiết toàn bộä vốn đầu tư đặt vào năm (năm hoàn thành công trình) chi phí vận hành hàng năm năm không đổi không phù hợp Khi đó, cần xét đến hiệu vốn đầu tư giai đoạn khác biến đổi chi phí vận hành qua năm, có nghóa phải xét đến yếu tố thời gian tính toán so sánh kinh tế phương án Thực tế, thiết kế xây dựng cho thấy: đầu tư vốn vào công trình vào năm cuối thời kỳ xây dựng có lợi so với trường hợp đầu tư vốn vào thời kỳ đầu xây dựng Đối với nhiều công trình sau kết thúc xây dựng vào vận hành phải thời gian đạt công suất thiết kế Do đó, chi phí vận hành hàng năm hệ thống cung cấp điện thay đổi hàng năm điều tất nhiên Thời hạn để tính toán kể từ năm bắt đầu xây dựng công trình đạt công suất thiết kế, tức vào thời điểm chi phí vận hành năm đạt giá trò ổn đònh Trong thời gian đó, vốn đầu tư V vàø chi phí vận hành C năm thay đổi Để tiện so sánh, thường quy đổi V C thời điểm đònh, thời điểm chọn bất kỳ, để tiện việc tính toán thường chọn thời điểm kết thúc xây dựng công trình vào vận hành Giả sử năm đầu, vốn đầu tư Vt Hết năm thứ Vt đọng lại công trình xây dựng Như sang năm thứ hai Vt coi tăng thêm lượng Kt Vt, với Kt hệ số kể đến tổn thất vốn bò ứ đọng Đối với hệ thống cung cấp điện thường chọn Kt = 0.08, vốn đầu tư năm thứ hai là: Vt + K Vt = Vt (1 + Kt ) Từ đó, tính đến năm kết thúc công trình T, vốn đầu tư là: Vt (1 + Kt )T-1 Như vậy, tổng số vốn đầu tư quy đổi năm kết thúc công trình xây dựng là: T V   Vt (1  K t ) T t (2.18) t 1 Ở đây: Vt vốn đầu tư năm thứ t, T thời gian từ năm bắt đầu đến năm kết thúc công trình H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 26 Giáo trình cung cấp điện PGS TS Quyền Huy Ánh Đối với chi phí vận hành hàng năm phải quy đổi chi phí năm sau năm thứ T năm kết thúc công trình bắt đầu vận hành Vì chi phí vận hành năm sau mà quy đổi năm trước nên phải xem chi phí giảm (quy đổi từ năm đạt công suất thiết kế năm bắt đầu vận hành) Lập luận tương tự với vốn đầu tư, chi phí vận hành năm thứ t Cvht Nếu quy đổi trước năm giảm lượng (1+Kt) Do đó, tổng chi phí vận hành hàng năm quy đổi thời điểm T, năm bắt đầu vận hành là: T C vh   C vht (1  K t ) T  t (2.19) t 1 Ở đây: Cvht chi phí vận hành năm thứ t; T’là thời gian kể từ năm bắt đầu xây dựng đến năm công trình đạt công suất thiết kế, T’> T Chi phí tính toán trường hợp có kể đến yếu tố thời gian là: T Z tt   (m Vt  C vht ).(1  K t ) T t (2.20) t 1 Với T  t  T’ Lưu ý rằng, giá trò Ztt1 Ztt2 chênh lệch không 5% hai phương án coi tương đương mặt kinh tế phương án chọn phương án có tiêu kỹ thuật vượt trội Điều thông tin số liệu ban đầu sử dụng để xác đònh Ztt thông tin sơ bộ, mang tính dự báo không ổn đònh theo thời gian 2.4 Các bước so sánh kinh tế kỹ thuật So sánh kinh tế kỹ thuật tiến hành theo bước sau:  Phân tích loại phương án không thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đặt  Lựa chọn phương án đạt yêu cầu kỹ thuật đề để so sánh  Tính chi phí tính toán Ztt cho phương án  Chọn phương án có chi phí tính toán Ztt => Một số trường hợp tiến hành so sánh kinh tế là:  Sử dụng nguyên vật liệu thiết bò điện có quy đònh đặc biệt nhà nước như: dùng dây dẫn nhôm cho công trình dân dụng, dùng cột bê tông cốt thép hay đặt cột thép mạng điện đòa phương,…  Ứng dụng biện pháp để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ đặc biệt như: phòng cháy, phòng nổ, bảo vệ môi trường sống,…  Dựa vào kinh nghiệm phương án tương tự công trình có H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 27