Nghiên cứu quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả giai đoạn 2010 - 2020 nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Với lợi vị trí địa lý nguồn tài nguyên khoáng sản, vùng Hạ Long – Cẩm Phả tỉnh Quảng Ninh có phát triển nhanh, bền vững lĩnh vực kinh tế công nghiệp mỏ du lịch dịch vụ Do đó, nhu cầu tiêu thụ điện vùng ngày tăng chiếm tỷ trọng lớn Nghiên cứu quy hoạch lưới điện trung áp có tính đến phát triển dài hạn, cung cấp điện đảm bảo theo tiêu chuẩn kinh tế, kỹ thuật an toàn, an sinh xã hội vấn đề cấp thiết Vì vậy, đề tài "Nghiên cứu quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả giai đoạn 2010 - 2020 nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật" mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả; đánh giá trạng tiêu thụ điện lưới điện, dự báo nhu cầu điện năng, nghiên cứu định hướng quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả giai đoạn 2010 – 2020 nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật Đối tượng nghiên cứu Lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả Phạm vi nghiên cứu Căn vào mục đích nêu, luận án tập trung nghiên cứu định hướng quy hoạch mạng lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả, làm sở tham khảo cho nhà hoạch định sách Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả đánh giá trạng điện tiêu thụ - Nghiên cứu dự báo nhu cầu điện lưới điện trung áp vùng Hạ Long Cẩm Phả giai đoạn 2010 – 2020 - Nghiên cứu định hướng quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả giai đoạn 2010 - 2020 nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật Phương pháp nghiên cứu - Dùng phương pháp phân tích, tổng hợp để giới thiệu tổng quan lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả - Áp dụng phương pháp cấu trúc hệ thống, mô hình toán học với dự đoán phát triển kinh tế xã hội vùng Hạ Long – Cẩm Phả để đánh giá trạng, dự báo nhu cầu điện định hướng quy hoạch mạng lưới trung áp - Sử dụng phương pháp mô hình hóa mạng để mô hệ thống, xác định thông số hợp lý lưới trung áp Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Phân tích tổng quan đánh giá trạng tiêu thụ điện lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả; Dự báo nhu cầu điện lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả giai đoạn 2010 – 2020, đáp ứng xu phát triển khu vực; Nghiên cứu định hướng quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả giai đoạn 2010 - 2020 nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only - Ý nghĩa thực tiễn: Giúp quan quản lý đánh giá trạng lưới điện trung áp tình hình tiêu thụ điện năng, dự báo định hướng quy hoạch mạng lưới trung áp phù hợp nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật Điểm luận án * Đề xuất định hướng quy hoạch lưới điện trung áp phù hợp nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật * Đã xây dựng công thức thực nghiệm lựa chọn cấp điện áp phù hợp lưới điện trung áp vùng * Đề xuất phương pháp lấy phụ tải làm tâm để xác định tọa độ điểm đặt trạm biến áp trung gian vùng phục vụ cho công tác quy hoạch * Đã xây dựng mô hình mô xác định thông số mạng trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả Những luận điểm bảo vệ * Phân tích tổng quan đánh giá trạng lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả: Phụ tải tập trung vùng lớn, tốc độ phát triển nhanh; xuất nhiều nhà máy điện mới; vị trí đặt trạm biến áp trung gian vùng không hợp lý * Dự báo nhu cầu điện vùng Hạ Long – Cẩm Phả để đáp ứng xu phát triển khu vực, thành phố Hạ Long điều chỉnh theo giai đoạn: Giai đoạn năm 2011 - 2015, tập trung phát triển ngành công nghiệp; giai đoạn 2016 2020, trọng phát triển ngành du lịch dịch vụ Đối với thị xã Cẩm Phả, phụ tải công nghiệp than chiếm tỷ trọng lớn, tương lai phát triển ổn định bền vững * Định hướng quy hoạch nguồn, quy hoạch lưới: Cấp điện áp phù hợp lưới trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả: Lưới điện trung áp cấp điện cho phụ tải dân sinh thuộc vùng trung tâm đô thị (vùng I) vùng theo nguyên lý vòng tròn (vùng II) 22kV Lưới điện trung áp cấp điện cho mỏ có qui mô vừa nhỏ, phụ tải phân tán không tập trung thuộc vùng ven đô thị (vùng III) trì cấp điện áp 35kV có Đưa sâu cao áp vào gần phụ tải, nên dùng cấp điện áp 220/110kV để cấp điện cho khu vực phụ tải có qui mô lớn để xóa bỏ trạm 35/6kV Lưới điện trung áp nội mỏ - cấp điện áp sử dụng có lợi 6kV Cấp điện áp phù hợp quy hoạch, thiết kế lưới điện dựa công thức thực nghiệm xây dựng: 11 L  P  ; U  10 Vị trí đặt trạm biến áp trung gian vùng: Phát triển nguồn theo phương án sử dụng nguồn cấp từ trạm 110kV, kết hợp với nhà máy nhiệt điện, xây dựng trạm biến áp trung gian vùng với vị trí hợp lý để nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật cho lưới trung áp theo phương pháp lấy phụ tải làm tâm nguyên lý vòng tròn; Đề xuất bán kính cấp điện cho phép trạm biến áp trung gian vùng Hạ Long – Cẩm Phả ứng với cấp điện áp phù hợp đặc thù riêng phụ tải * Mô hình hóa mạng, tính toán thông số lưới điện; Mô phỏng, xây dựng đồ thị tổn thất điện áp xác định chiều dài khoảng cách truyền tải cho phép từ nguồn trung gian đến nguồn phân phối theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép để nâng cao chất lượng điện lưới; Mô xây dựng đồ thị dự báo nhu cầu điện Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only theo phương pháp khác nhau; Mô xây dựng hàm mục tiêu, hàm phụ thuộc nhằm phục vụ công tác quy hoạch lưới điện trung áp 10 Bố cục luận án Luận án gồm 145 trang thuyết minh, có 50 hình vẽ, 45 bảng biểu Bao gồm chương; Kết luận kiến nghị; Phụ lục Chương 1: Tổng quan lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả Chương 2: Đánh giá trạng lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả Chương 3: Nghiên cứu dự báo nhu cầu điện giai đoạn 2010 – 2020 lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả Chương 4: Nghiên cứu định hướng quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long - Cẩm Phả giai đoạn 2010 - 2020 nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật Kết luận kiến nghị Phần phụ lục kèm theo, bao gồm: Số liệu thống kê, kết tính toán thông số lưới điện, chương trình máy tính hình vẽ Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chương TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÙNG HẠ LONG - CẨM PHẢ 1.1 Giới thiệu khái quát lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả 1.1.1 Trạm biến áp nhà máy điện - Trạm biến áp trung gian vùng 110kV - Trạm biến áp 35/6kV 22/6kV 1.1.2 Đường dây truyền tải Gồm có đường dây 220kV, 110kV, 35kV, 22kV, 6kV, lưới trung áp có cấp điện áp 35, 22, 6kV Đường dây trung áp Hạ Long: Hạ Long sử dụng phổ biến lưới điện 22kV 35kV, phần nhỏ lưới điện 6kV sau trạm biến áp 35/6kV Đường dây trung áp Cẩm Phả: Cẩm Phả tồn lưới điện 35kV, lưới 6kV lưới phân phối cấp điện dân sinh 1.2 Đặc điểm lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả 1.2.1 Cấp điện áp Tồn nhiều cấp điện áp trung gian, bao gồm 35kV, 22kV, 6kV, gây không khó khăn công tác quy hoạch, quản lý vận hành lưới điện, vốn đầu tư tăng cao, tỉ lệ tổn thất điện lớn 1.2.2 Cấu trúc lưới Lưới có nhiều nút, nhiều nhánh, vận hành thường chế độ hở, hình tia xương cá 1.2.3 Phụ tải đa thành phần Phụ tải lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả gồm có nhiều thành phần như: Công nghiệp – xây dựng, quản lý – tiêu dùng, thương mại - dịch vụ du lịch, nông nghiệp – lâm nghiệp - thủy sản sinh hoạt khác 1.3 Tổng quan quy hoạch đặc điểm toán nghiên cứu định hướng quy hoạch mạng lưới trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả 1.3.1 Tổng quan công tác nghiên cứu quy hoạch lưới điện trung áp Nghiên cứu quy hoạch, thiết kế hệ thống điện quan tâm, có nhiều công trình nghiên cứu khoa học, nhiều đề án triển khai Nhìn chung nhà khoa học, cán chuyên môn nước tập trung nghiên cứu Thông qua cho thấy phạm vi đối tượng nghiên cứu tương đối rộng lớn, khái quát quy hoạch, thiết kế hệ thống điện Các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung vào thiết kế hệ thống cung cấp điện, chưa tập trung nhiều cho nghiên cứu quy hoạch lưới điện trung áp Các toán thiết kế phát triển hệ thống điện phần giải quyết, mô hình toán học xây dựng nhiều dạng khác Các thuật toán nghiên cứu ứng dụng để nhằm vào việc tối ưu hóa giảm nhẹ trình tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện Xây dựng hàm tính toán với mục đích khác để thiết lập bảng tra dùng tính toán lựa chọn cấu trúc thông số hợp lý trang thiết bị hệ thống cung cấp điện nông thôn ven đô thị hay để lựa chọn Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only công suất bù tối ưu, bảng tra lựa chọn theo khoảng chia kinh tế mật độ dòng điện phục vụ cho công tác quy hoạch Tuy nhiên, với tính phức tạp toán có nhiều mục tiêu, có nhiều cực trị, có nhiều thông số biến đổi, với nhiều ràng buộc vốn đầu tư, chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, tính chất phát triển động Cho nên kết nghiên cứu thực có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao, chưa phải hoàn toàn đầy đủ, chưa phải hoàn thiện mà nhiều vấn đề yêu cầu cần phải tiếp tục nghiên cứu để giải mức Tất yếu, khẳng định với kết công trình nghiên cứu sở khoa học xác đáng cho công trình nghiên cứu sau Mặt khác, cần phải nói rõ quy hoạch thiết kế có khác nội dung, quy hoạch quan tâm đặc biệt đến lợi ích tổng thể - mang tính định hướng, thiết kế hẹp hơn, cụ thể - mang tính chi tiết Phân tích tình hình thực tiễn công tác nghiên cứu quy hoạch lưới điện, cho thấy cần quan tâm đến tính đối tượng, loại lưới điện, sát với đặc điểm vùng miền làm quy hoạch Thời gian qua, công tác quy hoạch lưới điện trung áp đề án quy hoạch tồn hạn chế định: Một là, hạn chế đánh giá tình hình tiêu thụ điện Hai là, hạn chế khả dự báo nhu cầu điện chưa sát thực tiễn Ba là, công tác nghiên cứu quy hoạch chủ yếu đề cập đến phạm vị quy hoạch chung rộng lớn cho toàn tỉnh, thiếu quy hoạch cụ thể cho vùng miền có đặc trưng riêng Bốn là, số sở lý thuyết cần phải xem xét lại ứng dụng cho quy hoạch lưới điện trung áp giai đoạn Năm là, thiếu nghiên cứu định hướng quy hoạch lưới điện trung áp nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật 1.3.2 Đặc điểm toán nghiên cứu định hướng quy hoạch lưới trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả Vùng Hạ Long – Cẩm Phả hình thành nên trung tâm phụ tải lớn đô thị, khu công nghiệp, trung tâm du lịch dịch vụ Quy mô, tính chất yêu cầu cung cấp điện trung tâm định chế độ làm việc, cấu trúc tổng thể nguồn – lưới Việc sâu nghiên cứu đặc điểm phụ tải, xu phát triển, nhu cầu điện năng, xác định cấu trúc hợp lý lưới điện trung áp cần quan tâm mức, đảm bảo cân đối nguồn lưới, cung cấp tiêu thụ, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện chất lượng điện Vấn đề tồn cần tiếp tục giải quy hoạch lựa chọn cấp điện áp phù hợp, cấu trúc hợp lý Nội dung thứ liên quan nhiều đến tính kinh tế truyền tải điện, nội dung thứ hai liên quan đến bán kính hoạt động vị trí đặt trạm biến áp trung gian vùng, khả phát triển phụ tải Số cấp điện áp lưới trung gian, chủ yếu làm nhiệm vụ chuyên tải với xu giảm đến mức tối thiểu, cố gắng đưa cấp điện áp, nhằm đơn giản hóa kết cấu, tạo điều kiện thuận lợi cho quản lý vận hành; đưa cao áp vào sâu trung tâm phụ tải, nhằm tăng khả chuyên tải giảm tổn thất toàn lưới Sự phát triển nhanh thiếu quy hoạch dài hạn, thiếu quy hoạch chuẩn, đồng thời cấu trúc lưới tự nhiên hình thành từ nhiều năm thường không hợp lý sơ đồ chắp Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only nối, công suất trạm không phù hợp Việc xây dựng cấu trúc lưới hợp lý, phụ thuộc vào nhiều yếu tố 1.4 Nhận xét chương 1 Vùng Hạ Long - Cẩm Phả có nhu cầu sử dụng điện phức tạp, đa dạng mang tính đặc thù riêng khu công nghiệp khai thác than, khu đô thị du lịch biển, phụ thuộc nhiều yếu tố: - Điều kiện tự nhiên, môi trường - Nguồn khoáng sản - Sự phát triển công nghệ khai thác than - Sự phát triển dịch vụ du lịch Đặc điểm riêng phụ tải điện vùng Hạ Long - Cẩm Phả: Phụ tải phong phú, đa dạng, mật độ phụ tải tập trung cao khu vực trung tâm thành phố, trung tâm thị xã, khu công nghiệp, lại vừa phân tán kéo dài theo địa hình đồi núi làng nông thôn ven đô thị; độ dao động ngày đêm lớn, yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao (phụ tải than); nhiều thành phần mang tính đặc trưng riêng công nghiệp mỏ, chế biến khoáng sản, dịch vụ du lịch biển, quản lý – tiêu dùng, nông lâm thủy sản hoạt động khác Cấu trúc lưới đa dạng, phức tạp: - Nhiều nút, nhánh làm việc chế độ vận hành hở, hình tia xương cá - Phát triển thiếu quy hoạch, chắp nối, bất hợp lý thông số cấu trúc trang thiết bị, dẫn đến tổn thất điện cao, chất lượng điện - Tồn nhiều trạm biến áp 35/6kV, 22/6kV mỏ số trạm cắt không hợp lý - Nguồn điện phát từ nhà máy nhiệt điện đóng vai trò quan trọng lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả, ảnh hưởng trực tiếp đến việc định hướng quy hoạch cải tạo, xây dựng trạm biến áp trung gian vùng Việc quy hoạch, theo phương án cấp điện kết hợp lấy nguồn phát từ nhà máy nhiệt điện vùng nguồn điện lưới quốc gia cần thiết Trong công tác nghiên cứu quy hoạch lưới điện, cần quan tâm đến tính đối tượng, loại lưới điện trung áp hay hạ áp, sát thực tiễn vùng miền làm quy hoạch Công tác quy hoạch lưới điện trung áp đề án quy hoạch tồn hạn chế định Vấn đề đặt cho đề tài nghiên cứu mang tính đặc thù: - Phụ tải tập trung khu vực, tốc độ phát triển nhanh - Xuất nhiều nhà máy điện - Hiện trạng trạm biến áp trung gian không hợp lý Chọn phương án tối ưu hóa cấu trúc lưới điện, trọng tâm vấn đề cần nghiên cứu cần giải theo hướng: - Dẫn sâu cao áp (đưa điện áp cao vào gần phụ tải) - Quy hoạch hợp lý vị trí trạm biến áp trung gian vùng - Đề xuất lựa chọn cấp điện áp phù hợp chọn gam công suất trạm - Xác định hiệu kinh tế kỹ thuật phương án quy hoạch, cải tạo Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Chương ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÙNG HẠ LONG - CẨM PHẢ 2.1 Áp dụng chương trình PSS/E tính toán, đánh giá tiêu kỹ thuật lưới điện Trong tính toán đánh giá trạng lưới điện, việc xác định thành phần tổn thất điện năng, tổn thất điện áp có nội dung phức tạp, khó khăn, toán liên quan tới hoạt động phụ tải Khối lượng tính toán vô lớn cấu trúc lưới phức tạp, để giải vấn đề này, luận án áp dụng chương trình máy tính PSS/E làm công cụ bỗ trợ cho việc tính toán thông số lưới, tối ưu hóa cấu trúc lưới, với mục đích phục vụ tính toán, đánh giá trạng lưới điện trung áp đáp ứng yêu cầu quy hoạch 2.2 Đánh giá trạng nguồn điện 2.2.1 Nguồn điện trực tiếp Các trạm 220kV mang tải phạm vi cho phép, riêng trạm Tràng Bạch đầy tải Nguồn điện 110kV TP Hạ Long TX Cẩm Phả cung cấp từ trạm biến áp vùng, đảm bảo cấp điện an toàn, ổn định, có đủ dự phòng Hiện trạng mang tải trạm 110kV chưa có đồng đều, trạm 110kV Hà Tu thường xuyên đầy tải, có thời điểm tải từ 16% - 25%; Bên canh đó, trạm Giáp Khẩu, Giếng Đáy, XM Hạ Long non tải (65% - 95%) Đối với nhà máy Nhiệt điện đưa vào vận hành, giai đoạn vận hành thử (nhiệt điện Cẩm Phả, Quảng Ninh), làm việc chưa ổn định, khả phát điện hạn chế 2.2.2 Nguồn trung gian phân phối Hạ Long xây dựng phát triển nguồn 22kV địa bàn toàn thành phố, hạn chế phát triển nguồn 35kV trì cấp điện trạm biến áp 35/6kV chuyên dùng khách hàng mỏ than Đến cuối năm 2010, nguồn 35kV đảm bảo cấp điện cho số khách hàng lớn trạm trung gian mỏ Do đó, nguồn 35kV cấp điện cho khách hàng tiếp tục trì Hiện trạng tiêu thụ điện trạm 35/6kV Cẩm Phả phức tạp, số trạm bị tải, số trạm non tải Qua khảo sát cho thấy, công nghiệp khai thác than phát triển mạnh, mức độ giới hóa tự động hóa phát triển nhanh thực tế phụ tải điện chưa sử dụng hết lực trang bị (25  45%) Do trạm có hai máy mỏ than có máy vận hành đáp ứng yêu cầu phụ tải, máy lại dự phòng, luân phiên theo tuần Các trạm 35/6kV, 22/6kV phục vụ du lịch dịch vụ, sinh hoạt non tải 2.3 Đánh giá trạng đường dây 2.3.1 Đường dây 220kV Đường dây truyền tải 220kV đường dây có mạch kép, tiết diện lớn Lưới 220kV xây dựng gần nên có độ tin cậy cao, vận hành ổn định 2.3.2 Đường dây 110kV Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Đường dây 110kV hầu hết mạch kép, tiết diện nhỏ, chủ yếu AC120 mm , số đường dây xây dựng có tiết diện lớn Đường dây 110kV cũ vận hành với độ tin cậy thấp 2.3.3 Đường dây 35kV 22kV thành phố Hạ Long Lưới điện trung áp 22kV thành phố Hạ Long vận hành đồng nhất, dễ quản lý, nhiên, kết cấu lưới hở Việc nghiên cứu kết vòng số lộ đường dây cho phù hợp cần thiết 2.3.4 Đường dây 35kV 6kV thị xã Cẩm Phả Lưới trung áp 35kV có đặc điểm mạch đơn, hình tia, bán kính cấp điện lớn, tiết diện đường trục nhỏ Lưới điện 35kV Cẩm Phả hết khấu hao vận hành (trên 30 năm vận hành), tiết diện nhiều đường trục nhỏ, tiết diện lớn AC120 (các đường dây 35kV nối trạm 110kV Cẩm Phả) vận hành không đảm bảo tin cậy Đặc biệt, có cố mạch mạch lại tải nổi, buộc phải sa thải bớt tải Các xuất tuyến 35kV sau trạm 110kV Mông Dương Cẩm Phả lộ E51 373, E51 374 bị tải sau cố Một số xuất tuyến 35kV dài 20km, có xuất tuyến chưa kết vòng, lưới hở, nên độ tin cậy cung cấp điện không cao, trường hợp cố Đường dây 6kV thị xã Cẩm Phả vận hành lâu năm, cũ nát Lưới 6kV mỏ loại lưới không ổn định, khu vực khai thác thay đổi nên chiều dài mạng tăng giảm dẫn đến chất lượng cung cấp điện 2.4 Tổng hợp tình hình tiêu thụ điện Hạ Long Cẩm Phả đơn vị tiêu thụ điện lớn tỉnh Quảng Ninh, điện thương phẩm vùng chiếm 2/3 tổng điện thương phẩm toàn tỉnh Điện thương phẩm phụ tải công nghiệp chiếm tỉ trọng lớn (khoảng 75%), tăng lên theo hàng năm không biến động lớn 2.5 Đánh giá lưới điện trung áp vùng mỏ Hạ Long - Cẩm Phả Tình trạng mang tải trạm biến áp 35/6kV: Hệ số mang tải trạm 35/6kV vào khoảng 0,38  0,68, thấp hệ số mang tải kinh tế, biểu đồ phụ tải không phẳng chứng tỏ kế hoạch sản xuất chưa phù hợp Qua kết tính toán thống kê bảng cho thấy, tổn thất điện áp đường dây 6kV cấp điện cho mỏ than lớn, có số đường dây có tổn thất điện áp nằm khoảng từ gần 7% đến lớn 21,3% 2.6 Đánh giá chung độ tin cậy cung cấp điện lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả Tình hình cố thoáng qua vĩnh cửu nhiều, nguyên nhân chính: - Đường dây cũ nát, lại thêm hỗn hợp đường dây không cáp ngầm nên dễ gây cố ngắn mạch, cường độ hỏng hóc lớn - Do tượng tải - Sơ đồ kết dây chưa hợp lý, thiết bị phân đoạn 2.7 Nhận xét chương Vùng Hạ Long - Cẩm Phả hai đơn vị tiêu thụ điện lớn toàn tỉnh, năm 2009 tiêu thụ 1.025 triệu kWh, chiếm 58% sản lượng điện toàn tỉnh Tăng trưởng điện thương phẩm giai đoạn 2005  2010 thành phố Hạ Long trung bình Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 12,42%, thị xã Cẩm Phả trung bình 12,94%, tốc độ tăng trưởng cao so với tốc độ tăng trưởng phụ tải điện toàn tỉnh Miền Bắc Trong thời gian tới nhà máy nhiệt điện vào vận hành ổn đinh, nguồn điện phát từ nhà máy nhiệt điện đóng vai trò quan trọng lưới trung áp Hạ Long – Cẩm Phả, ảnh hưởng trực tiếp đến việc định hướng quy hoạch cải tạo xây dựng trạm trung gian vùng Tiến độ xây mới, cải tạo nâng công suất trạm 110kV chậm, phụ tải phát triển nhanh Tồn nhiều trạm biến áp trung gian chưa hợp lý, hạn chế việc đưa điện áp cao vào gần phụ tải, cần nghiên cứu quy hoạch lại trạm biến áp trung gian vùng Cần nâng cấp cải tạo lưới điện phục vụ dân sinh 6kV lên 22kV, nghiên cứu kết vòng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ngầm hóa đường dây lưới trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả, phù hợp với phát triển hạ tầng đô thị, gắn với vùng giàu tiềm du lịch phát triển CN than lớn nước Tổn thất điện năng, tổn thất điện áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả: Tổn thất điện hàng năm từ 4% đến 6%; tổn thất điện áp từ 3% đến 14% Ảnh hưởng tới chất lượng điện hiệu kinh tế kỹ thuật lưới trung áp Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 10 Chương NGHIÊN CỨU DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG GIAI ĐOẠN 2010 – 2020 VÙNG HẠ LONG – CẨM PHẢ 3.1 Cơ sở lý thuyết 3.1.1 Mục đích dự báo phụ tải điện Đưa kết dự báo phát triển phụ tải điện, mang lại ổn định an ninh lượng cho lưới điện hiệu kinh tế cao chi phí đầu tư Mặt khác, kết dự báo xác phụ tải điện mang lại ổn định cân công suất lưới, giúp cho đường dây trạm biến áp không bị tải vận hành 3.1.2 Các phương pháp dự báo nhu cầu điện Các phương pháp dự báo sử dụng phổ biến 3.2 Dự báo nhu cầu điện vùng Hạ Long – Cẩm Phả 3.2.1 Phân tích liệu kinh tế xã hội 3.2.1.1 Định hướng phát triển kinh tế xã hội thành phố Hạ Long 3.2.1.2 Định hướng phát triển kinh tế xã hội thị xã Cẩm Phả 3.2.3 Lựa chọn phương pháp dự báo Trên sở phân tích ưu nhược điểm phương pháp, đồng thời vào đặc điểm riêng phạm vi ứng dụng để lựa chọn phương pháp dự báo Đối với lưới điện trung áp có tỷ trọng lớn phụ tải công nghiệp phát triển bền vững, ổn định, dự báo phương pháp ngoại suy theo thời gian, phương pháp hệ số đàn hồi phương pháp tính trực tiếp hợp lý [21] 3.2.4 Tính toán dự báo nhu cầu điện thành phố Hạ Long 3.2.4.1 Dự báo nhu cầu điện Hạ Long theo phương pháp ngoại suy 3.2.4.2 Dự báo nhu cầu điện Hạ Long theo hệ số đàn hồi Bảng 3.3 Tổng hợp dự báo nhu cầu điện thành phố Hạ Long 2010 - 2020 phương pháp ngoại suy A % T T Ngành Công nghiệp Thương mại Tiêu dùng Nông-L-N HĐ khác Điện TP Pmax P (kW) 53.931 14.680 65.081 1.855 4.451 139.998 Năm 2010 A (kWh) 269.658.631 43.306.101 188.737.498 2.226.607 12.463.355 516.392.192 A P (kW) Năm 2015 A (kWh) % 52,2 104.237 521.365.775 8,4 21.520 63.513.122 36,5 143.391 415.834.967 0,5 2.098 2.506.937 2,4 4.866 13.626.170 1.016.846.971 276.112 A P (kW) Năm 2020 A (kWh) A % % 51,3 201.664 1.008.321.408 49,6 6,3 31.575 93.148.922 4,6 40,8 315.461 914.836.927 45,0 0,3 2.352 2.822.811 0,7 1,3 5.319 14.893.403 1,1 2.034.022.470 556.371 3.2.5 Tính toán dự báo nhu cầu điện thị xã Cẩm Phả 3.2.5.1 Dự báo nhu cầu điện Cẩm Phả theo phương pháp ngoại suy 3.2.5.2 Dự báo nhu cầu điện Cẩm Phả theo phương pháp hệ số đàn hồi 2010 2020 14,4 14,8 15 7,15 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 11 Bảng 3.7 Tổng hợp nhu cầu điện thị xã Cẩm Phả 2010 - 2020 phương pháp ngoại suy T T Ngành P (kW) Năm 2010 A (kWh) Công nghiệp 104.231 512.092.065 Thương mại 2.768 8.167.023 Tiêu dùng 43.419 122.873.081 Nông-L-N 0,94 1.121 HĐ khác 1.859 5.207.625 Điện TP 648.340.915 Pmax A % 79,7 1,2 18,3 0,1 0,7 P (kW) Năm 2015 A (kWh) A A % Năm 2020 P A (kW) (kWh) A % 209.646 943.496.453 83,2 416.197 1.738.331.054 5.191 15.315.425 0,9 9.734 28.716.421 90.413 226.385.686 15,4 188.059 417.100.951 1,08 1.300 0,1 1,25 1.508 2.888 8.086.356 0,4 4.476 12.533.852 1.193.285.22 2.196.683.786 % 86 0,7 12,8 0,1 0,4 157.625 3.2.6 Dự báo nhu cầu điện cho phụ tải khai thác than khu, cụm công nghiệp vùng Hạ Long - Cẩm Phả phương pháp tính trực tiếp Dự báo phương pháp trực tiếp nhu cầu điện phục vụ khai thác than số khu công nghiệp lớn Suất tiêu thụ điện giai đoạn 2010 – 2015 10,27kWh/tấn, giai đoạn 2016 – 2020 10,19kWh/tấn Nhu cầu điện phụ tải công nghiệp khai thác than thị xã Cẩm Phả: n A CNkhaithac than 2015   it B it  10 , 27 x 34 250 000  351 747 500 kWh it B it  10 ,19 x 33 900 000  345 441 000 kWh i 1 n A CNkhaithac than 2020   i 1 Bảng 3.11 Nhu cầu điện cho khai thác than số mỏ đến năm 2020 TT Tên mỏ Mỏ Hà Tu Mỏ Núi Béo Mỏ Hà Lầm Mỏ Giáp Khẩu Mỏ Cao Thắng Mỏ Thành Công Tuyển than HGai Tổng Hình thức khai thác, công suất 2010 Lộ thiên triệu tấn/năm, đất bóc 18 triệu 2.600 tấn/năm Lộ thiên 2,5 triệu tấn/năm, đất bóc 11 2.880 triệu tấn/năm Hầm Lò 1triệu tấn/năm đến 2015; 2triệu 3.400 tấn/năm sau 2015 Hầm Lò 0,5 triệu tấn/năm đến 2015; 0,7 1.500 triệu tấn/năm sau 2015 Hầm Lò 0,4 triệu tấn/năm đến 2015; 0,6 900 triệu tấn/năm sau 2015 Hầm Lò 0,6 triệu tấn/năm đến 2015; 0,8 1.100 triệu tấn/năm sau 2015 triệu tấn/năm 1.900 14.280 Pmax (MW) 2015 2020 2.900 2.900 3.200 3.200 6.500 11.500 1.700 1.900 1.200 1.400 1.400 1.600 2.100 19.000 2.100 24.600 2010 2020 13,00 14,55 13,00 6,00 9,80 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 12 Bảng 3.12 Dự báo nhu cầu điện cho khu, cụm CN đến năm 2020 TT Khu, cụm công nghiệp KCN Cái Lân KCN Việt Hưng CCN Hà Khánh Tổng Diện tích lấp (ha) Cao Cơ sở 277 277 150 90 65 50 492 417 Pmax (MW) 2015 2020 Cao Cơ sở Cao Cơ sở 30,8 26,6 49 39,8 14,8 10,3 55,5 41,3 5,6 3,8 10,5 7,0 51,2 40,7 115 88,1 kW/ha 2015 2020 Cao Cơ sở Cao Cơ sở 111,2 96 176,9 143,7 98,7 114,4 370,0 458,9 86,2 76 161,5 140,0 104,1 97,6 233,7 211,3 3.3 Mô đánh giá kết dự báo nhu cầu điện 3.3.1 Mô Thông qua chương trình máy tính, chức mô có khả tính toán, nhanh chóng cho kết dự báo phụ tải điện theo phương pháp ngoại suy phương pháp đàn hồi, công cụ tính toán dự báo nhu cầu điện quy hoạch lưới điện trung áp Lưu đồ thuật toán, xem hình 3.5 Kết mô dự báo nhu cầu điện phụ tải công nghiệp, xây dựng Hạ Long, mô tả hình 3.6 Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán phương pháp dự báo nhu cầu điện Hình 3.6 Kết dự báo phụ tải CNXD – Hạ Long ngoại suy đàn hồi 3.3.2 Đánh giá kết dự báo nhu cầu điện Kết dự báo luận án nhu cầu điện thành phố Hạ Long năm 2010 điện thương phẩm 516.392.192kWh (PP ngoại suy) 516.150.021kWh (PP hệ số đàn hồi) đối chiếu với thực tế điện thương phẩm năm 2010 479.793.355kWh Đến năm 2011, 2012, đến 2020 việc tiếp tục đối chiếu diễn bình thường với kết dự báo có sẵn cho giai đoạn nêu Sai số dự báo luận án năm 2010 36.356.666kWh  36.598.837kWh chiếm từ 7,5%  7,7% < 20% tiêu sai số cho phép, đảm bảo dự báo sát với thực tiễn Kết dự báo luận án nhu cầu điện Cẩm Phả năm 2010 điện thương phẩm 648.340.915kWh (PP ngoại suy) 646.867.004kWh (PP hệ số đàn hồi), đối chiếu với thực tế điện thương phẩm năm 2010 642.885.481kWh, tiếp tục đối chiếu cho năm có đủ thông tin thực tế Sai số dự báo Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 13 luận án 3.981.523kWh  5.455.434kWh chiếm từ 0,6%  0,85% < 20% tiêu sai số cho phép, đảm bảo dự báo sát với thực tiễn 3.4 Nhận xét chương Cơ cấu kinh tế nhu cầu điện thành phần phụ tải công nghiệp, xây dựng giai đoạn vừa qua phát triển nhanh, mạnh chiếm tỷ trọng lớn toàn tỉnh, sở dự báo phụ tải điện tương lai Dự báo nhu cầu điện vùng Hạ Long – Cẩm Phả để đáp ứng xu phát triển khu vực, thành phố Hạ Long điều chỉnh theo giai đoạn: Giai đoạn năm 2011 - 2015, tập trung phát triển ngành công nghiệp; giai đoạn 2016 2020, trọng phát triển ngành du lịch dịch vụ Đối với thị xã Cẩm Phả, phụ tải công nghiệp than chiếm tỷ trọng lớn, tương lai phát triển ổn định bền vững Nhìn chung sở lý thuyết dự báo nhu cầu điện ứng dụng phổ biến, vùng Hạ Long – Cẩm Phả, cần áp dụng hai phương pháp chính: Tính phương pháp ngoại suy phương pháp hệ số đàn hồi, kết hợp phương pháp phụ so sánh đối chiếu với nguồn thông tin thực tế Đây phương pháp dự báo đơn giản, tính toán không phức tạp cho hiệu cao Kết tính toán nhu cầu điện thành phố Hạ Long thị xã Cẩm Phả, theo phương pháp tính gần Nhu cầu điện tính theo phương pháp trực tiếp cao tính theo phương pháp gián tiếp khoảng 5% Hạ Long 2,6% Cẩm Phả, sai số nhỏ cho phép dự báo phụ tải tầm vừa dài hạn (khoảng 10 năm trở lên): Giai đoạn 2010 - 2015 dựa kết dự báo PP ngoại suy, giai đoạn 2016 – 2020 dựa kết dự báo theo PP hệ số đàn hồi Kết dự báo EVN lập có chênh lệch lớn (30,5%  53,6%) so với thực tế điện thương phẩm năm 2010 thành phố Hạ Long Kết dự báo Viện Khoa học Năng lượng Việt Nam nhu cầu điện thị xã Cẩm Phả tương đối xác (4,9%  6,9%) Đối chiếu với kết dự báo luận án cho vùng Hạ Long – Cẩm Phả sai số nhỏ khoảng 7,7%, sát thực tiễn sở để định hướng quy hoạch lưới điện trung áp xây dựng kế hoạch phát triển kinh tế xã hội Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 14 Chương NGHIÊN CỨU ĐỊNH HƯỚNG QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÙNG HẠ LONG - CẨM PHẢ GIAI ĐOẠN 2010 2020 NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT 4.1 Khái quát quy hoạch lưới điện trung áp giai đoạn 4.1.1 Giới thiệu quy hoạch lưới điện Phụ tải phát triển liên tục không gian theo thời gian, khả truyền tải lưới sau thời gian không đáp ứng yêu cầu Để nâng cao khả truyền tải đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật, cần phải cải tạo quy hoạch lại mạng lưới cho phù hợp 4.1.2 Các mục tiêu quy hoạch chung Phụ tải: Đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế xã hội Phát triển nguồn: Phát triển nguồn điện phải đáp ứng nhu cầu phụ tải Phát triển lưới điện: Phát triển lưới điện truyền tải phân phối cách đồng với chương trình phát triển nguồn điện 4.1.3 Một số quan điểm quy hoạch lưới trung áp Nghiên cứu quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả theo quan điểm [19]: Nguyên tắc chung quy hoạch lưới điện trung áp đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật Với lưới điện trung áp nên thống giới hạn số cấp điện áp, Việt Nam năm tới nên dùng phổ biến cấp điện áp 22kV cho lưới điện trung áp phục vụ dân sinh Tuy nhiên, phải có thời gian để chuyển đổi cấp điện áp dùng cấp 22kV Bên cạnh đó, phải tính toán lựa chọn cấp điện áp phù hợp cho lưới trung áp phục vụ loại phụ tải đặc thù phụ tải công nghiệp mỏ Chuẩn hóa cấu trúc trạm biến áp trung gian vùng phù hợp với vùng kinh tế: Đô thị, nông thôn, khu công nghiệp, khu du lịch biển, , tạo thuận lợi cho công tác nghiên cứu quy hoạch, xây dựng vận hành lưới Hạn chế tối đa chủng loại thiết bị (loại máy biến áp, tiết diện dây dẫn, ), nhằm giảm thiểu độ phức tạp lưới, tạo điều kiện thuận lợi cho công tác xây dựng, vận hành phát triển lưới Tính đến phát triển nhanh, bền vững phụ tải điện tương lai, phù hợp với tốc độ tăng trưởng thành phần kinh tế, ảnh hưởng lớn đến kết công tác quy hoạch Lựa chọn sơ đồ cung cấp điện trung áp, phụ thuộc vào chi phí độ tin cậy cung cấp điện 4.1.4 Tiêu chuẩn chủ yếu sử dụng để phân tích đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật lưới điện trung áp 4.1.4.1 Tiêu chuẩn sử dụng phân tích đánh giá hiệu kinh tế 4.1.4.2 Chất lượng điện đảm bảo chất lượng điện 4.1.4.3 Sử dụng phương pháp tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật phù hợp để nghiên cứu định hướng quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả 4.2 Định hướng quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 15 4.2.1 Quy hoạch nguồn 4.2.1.1 Lựa chọn cấp điện áp Xây dựng hàm chi phí tính toán để lựa chọn cấp điện áp Xây dựng hàm mục tiêu đánh giá hiệu kinh tế liên quan tới tổn thất điện phụ thuộc vào cấp điện áp, thực chất so sánh phương án mặt kinh tế Hàm Z để lựa chọn cấp điện áp phù hợp cho lưới điện trung áp có dạng:  P  Q     (4.7) Z  a  a C m  C   vh tc đd U 2  S Như vậy, hàm Z = f(U2) liên quan tới tổn thất điện năng, phụ thuộc vào cấp điện áp ứng với tiết diện dây Đối số cần xác định cấp điện áp phù hợp Giá trị hàm Z có khối lượng tính toán lớn, cần dùng chương trình máy tính để tính toán xây dựng họ đường cong hàm chi phí tính toán Lưu đồ thuật toán, xem hình 4.1 Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán tính giá trị mô đường cong hàm Z Đường cong hàm chi phí tính toán Để xác định cấp điện áp kinh tế lưới điện trung áp, cần xây dựng đường đặc tính hàm Z Từ sở tính toán hàm Z biểu thức (4.7), xây dựng đường cong chi phí tính toán tương ứng với mã hiệu dây dẫn Qua họ đường cong chọn cấp điện áp phù hợp có tính dung hòa hàm chi phí nhỏ, tổn thất điện nhỏ, tiết diện dây đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Xét ví dụ tính toán xây dựng họ đường cong hàm chi phí tính toán: Họ đường cong hàm Z=f(U2) liên quan tới tổn thất điện năng, phụ thuộc vào cấp điện áp trung áp tồn 6kV, 10kV, 22kV 35kV ứng với tiết diện dây AC50, AC70, AC95, AC120, AC150, AC240 xem hình 4.2 Hình 4.2 Họ đường cong hàm chi phí tính toán Z = f(U2) Xét họ đường cong chi phí mô tả hình 4.2 cho thấy, tổn thất điện tăng giảm tồn khách quan hàm chi phí chuẩn (biểu thức 4.7) Phương án quy hoạch tối ưu phương án có hàm chi phí tính toán hàng năm Z bé, đồng nghĩa với cấp điện áp loại dây lựa chọn phù hợp Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 16 Trong ví dụ trên, từ kết tính toán diễn biến họ đường cong hình 4.3 mô tả khoảng điện áp từ 22kV – 35kV cho thấy, đường dây sử dụng dây AC70 (đường cong màu xanh nước biển) cấp điện áp 35kV hợp lý - đạt cực tiểu hàm chi phí tính toán, có tổn thất điện nhỏ Trong đó, theo họ đường cong cho thấy, chọn dây không phù hợp tăng chi phí kim loại màu, tỉ lệ tổn thất nằm mức thấp, đường cong AC240 cho thấy rõ điều (đường cong màu nâu nhạt) Hình 4.3 Họ đường cong hàm Z = f(U2) khoảng điện áp 22 – 35kV Đưa sâu cao áp vào vùng mỏ khu công nghiệp qui mô lớn Duy trì cấp điện áp 6kV lưới trung áp nội Mỏ Mối quan hệ cấp điện áp lựa chọn với bán kính cấp điện trạm biến áp vùng So sánh đối chiếu với tiêu chuẩn kỹ thuật qui định: Lưới 6kV vi phạm tiêu chuẩn cho phép công suất khoảng cách truyền tải Lưới 22kV 35kV khoảng cách truyền tải phạm vi cho phép, công suất truyền tải giới hạn cho phép, tổn thất điện áp lên 4% Nghiên cứu xây dựng công thức thực nghiệm chọn cấp điện áp phù hợp a Cơ sở khoa học Việt Nam chủ yếu sử dụng cấp điện áp Nga Đông Âu, song chênh lệch cấp điện áp trung áp cao áp lớn từ 35kV lên 110kV, 220kV, 500kV nên việc ứng dụng công thức thực nghiệm nước cho thực tiễn Việt Nam giai đoạn cần phải xem xét lại Chẳng hạn, tính toán cho kết U=160kV dễ lựa chọn cấp điện áp phù hợp Nga 154kV Mỹ Pháp 161kV, Việt Nam chọn cấp cấp 110kV 220kV! Vẽ họ đường thẳng U1 = 6kV; U2 = 10kV; U3 = 22kV; U4 = 35kV, U5 = 110kV đồ thị Các họ đường thẳng cắt miền chung Trong miền chung đó, tìm khoảng giới hạn nhỏ x, y Chọn cặp x, y để thành lập công thức thực nghiệm phản ánh theo hàm phụ thuộc f(L,P) Để giải vấn đề này, sử dụng đồng thời phương pháp: Phương pháp 1: Quét đường thẳng tìm miền giao Phương pháp 2: Xây dựng phần mềm ước lượng hệ số x, y b Giới thiệu phương pháp quét đường thẳng tìm miền giao Thuật toán quyét đường thẳng tìm miền giao: Sử dụng phần mềm vẽ đồ thị Graph, phiên 4.3 tác giả Ivan Johansen (Mỹ), 2007 Miền giao tạo thành từ đường thẳng miền giao tứ giác nhỏ vẽ phần mềm Graph, hình 4.5 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 17 Miền Giao: x  0,9  1,3; y  0,4  1,4 x  1,1; y  , Kết luận số Hình 4.5 Họ đường thẳng hàm phụ thuộc f L, P   U c Giới thiệu phương pháp xây dựng phần mềm ước lượng số x,y Xây dựng phần mềm công cụ Microsoft Visual Studio 2010 để vẽ họ đường thẳng tương ứng phương trình (4.11) với giá trị L P thay đổi tùy ý điều kiện ràng buộc cho phép nhiều cấp điện áp để lựa chọn d Xây dựng công thức thực nghiệm chọn cấp điện áp phù hợp Kết tính mô phương pháp quét đường thẳng tìm miền giao phương pháp ước lượng giá trị x, y cho giá trị trung bình x, y Kết phương pháp quét đường thẳng tập thuộc kết phương pháp ước lượng x, y, nên định chọn cặp (x=1,1), (y=0,5), làm số cho L P, xây dựng công thức thực nghiệm hàm phụ thuộc f(L,P) để tính điện áp phù hợp lưới điện trung áp: (4.12) U  11 L  P  10 - Khoảng cách truyền tải, [km]; với L  150 km P - Công suất cần truyền tải, [MW]; với P  50 MW Bản chất vật lý đại lượng biểu thức: Là mối quan hệ cấp điện áp phù hợp U, tương quan với công suất tải P thể khả tải đường dây theo điều kiện dòng phát nóng cho phép có phụ thuộc, liên quan đến tiết diện điện trở dây dẫn Đồng thời, cấp điện áp phù hợp có ràng buộc độ dài tải điện L, khoảng cách truyền tải đường dây theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép 4.2.1.2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian vùng Phương pháp tâm phụ tải phương pháp lấy phụ tải làm tâm a Phương pháp theo tâm phụ tải Phương pháp có từ lâu, với ý nghĩa xác định vị trí đặt trạm biến áp sở xác định tâm hình học phụ tải Đây toán kinh điển chuyên ngành, song đặc tính phức tạp lưới điện trung áp, đặc tính riêng trang thiết bị điện nên nhiều vấn đề chưa giải thỏa đáng việc tính toán miền tản mạn dựa vào sở theo tâm phụ tải, dẫn tới kết cuối độ xác cao b Phương pháp lấy phụ tải làm tâm Quy hoạch theo phương pháp lấy phụ tải làm tâm, có ý nghĩa xác định vị trí đặt trạm sở xác định bán kính hình học phụ tải, có ưu điểm dễ lựa chọn vị trí đặt trạm biến áp trung gian vùng cho vùng địa lý phức tạp vùng rừng, đồi núi, vùng địa lý có tính đặc thù vùng mỏ khai thác than, vùng có diện tích mặt Trong đó: L Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 18 phụ tải lớn, có phụ tải tập trung không tập trung Phương pháp lấy phụ tải làm tâm, có ưu điểm tăng khả truyền tải giảm tổn thất lưới điện trung áp Để mô tả phương pháp lấy phụ tải làm tâm, xem hình 4.9 Lưới truyền tải R2 B A R1 R3 E R4 C Hình 4.9 Mô tả phương pháp lấy phụ tải làm tâm (Ký hiệu - Trạm biến áp cụm phụ tải, trạm biến áp 35/6kV, 22/6kV khu vực vùng mỏ chẳng hạn) Phân tích hình vẽ 4.9, lựa chọn vị trí đặt trạm biến áp trung gian vùng (trạm 110/35/22V) theo phương pháp lấy phụ tải làm tâm: Giả sử có bốn cụm phụ tải lớn hình thành từ lưới trung áp bốn cấp điện áp 35kV, 22kV, 10kV 6kV, lấy bốn cụm phụ tải làm tâm xác định bốn đường tròn theo bán kính cấp điện cho phép (R1, R2, R3 R4), nghĩa từ điểm đường tròn đặt trạm biến áp trung gian vùng cấp điện vào cho cụm phụ tải đó, đảm bảo khoảng cách truyền tải cho phép lưới trung áp Miền giao E (giống hình elip có gạch chéo) bốn đường tròn tạo nên miền để đặt máy biến áp trung gian vùng, đảm bảo cho lưới điện trung áp có khả cấp điện tới trạm biến áp phân phối khoảng chiều dài đường dây cho phép Hoặc ba đỉnh tam ABC (đỉnh tam giác giao điểm đường tròn) điểm phù hợp để lựa chọn vị trí đặt trạm biến áp trung gian vùng cho vùng Như vậy, nghiên cứu quy hoạch lưới điện trung áp cần áp dụng phương pháp lấy phụ tải làm tâm để lựa chọn vị trạm biến áp trung gian vùng Khái quát toán “Tìm điểm tối ưu để đặt trạm biến áp trung gian vùng, miền chung tạo nên đường tròn giao bị ràng buộc bán kính cấp điện cho phép, cho tổng độ dài khoảng cách cấp điện từ điểm tới cụm phụ tải nhỏ nhất”, toán gọi toán quy hoạch chuẩn điểm đặt trạm biến áp trung gian vùng lưới điện trung áp Bán kính tải điện cho phép lưới trung áp xác định theo biểu thức: , 35  U U (4.14) R  1,2 tđ cp  pt đm r0 Bài toán nghiên cứu xây dựng mô hình toán học để giải việc tìm điểm tối ưu đặt trạm biến áp trung gian vùng Tìm vị trí thỏa mãn nằm miền giao tổng khoảng cách tới tâm đường tròn cho trước nhỏ  (4.15) x  X    y  Y    n   x , y    i i 0 , R   0 , R    0 n , R n  Bài toán quy tìm cực tiểu hàm biến nhiều tham số, có nhiều phương pháp để giải, phương pháp áp dụng để cài đặt giải thuật thực máy tính chia miền giới hạn thành khoảng vi phân để thực kiểm tra Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 19 lần lượt, để tối ưu thuật toán việc chia nhỏ thành miền thực qua nhiều bước Lưu đồ thuật toán, hình 4.14 Hình 4.14 Lưu đồ thuật toán xác định điểm đặt trạm biến áp trung gian vùng Nhập tọa độ tâm bán kính đường tròn, hệ tọa độ WGS84 (tọa độ địa lý long & lat tọa độ mặt - lưới km) Thực request tới server google map, download liệu đồ nền, tính toán hiển thị sai số Giao diện chương trình xem hình 4.15, chương trình có tính trực quan mặt đồ họa lớn Hình 4.15 Giao diện chương trình tìm điểm đặt trạm biến áp trung gian vùng Xác định vị trí hợp lý trạm biến áp trung gian vùng Phương án 1: Đặt thêm máy biến áp để nâng công suất trạm, xây dựng thêm trạm biến áp Phương án dựa theo “Đề án quy hoạch phát triển Điện lực Tỉnh Quảng Ninh” (Sở Công thương Quảng Ninh làm chủ đầu tư Viện Năng lượng EVN lập) [42] Phương án 2: Kết hợp phương án với nguồn phát nhà máy nhiệt điện địa bàn tỉnh Quảng Ninh (do luận án lập) a Tính toán kỹ thuật phương án b Phân tích đánh giá tiêu chuẩn kỹ thuật phương án: Trước hết nhận thấy rằng, nhà máy nhiệt điện địa bàn vùng Hạ Long – Cẩm Phả nguồn điện chỗ, quan trọng góp phần đáp ứng nhu cầu điện ngày tăng vùng khu vực khác Theo phương án 1, xây trạm cắt Hà Khánh khu công nghiệp Hà Khánh, nguồn cấp lấy từ lộ 474 xây dựng sau trạm biến áp 110kV Giáp Khẩu không phù hợp Đồng nghĩa với việc xây trạm 110kV Hà Khánh ta bỏ trạm biến áp trung gian phân phối Than Thành Công, không nâng cấp máy biến áp T2 trạm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 20 110kV Giáp Khẩu từ công suất 25MVA lên 40MVA, xây dựng trạm 110kV Cao Thắng để san tải cho trạm Phương án đề xuất bỏ trạm TGPP than Hà Lầm, thay vào xây dựng trạm 110kV Hà Lầm, phục vụ quy mô khai thác than công ty than Hà Lầm với độ âm 300m so với mặt nước biển Như phương án đề xuất xóa bỏ trạm trung gian phân phối 35/6kV Phương án phương án đề xuất xây trạm biến áp 110kV Việt Hưng 110kV Hùng Thắng, 220kV Khe Chàm, 110kV Cái Dăm, 110kV Yên Cư nhằm mục đích để san tải cho trạm 110kV Giếng Đáy, đáp ứng phát triển nhu cầu điện phụ tải Đồng nghĩa việc xây trạm 110kV Việt Hưng, bỏ trạm cắt Việt Hưng, khu công nghiệp Việt Hưng với tổng diện tích 180ha triển khai, có tốc độ phát triển nhanh việc xây dựng nhà máy xí nghiệp tập trung dân cư Phương án đề xuất xây dựng trạm 110kV Cẩm Phả 2, xây lộ dây cấp nguồn đến trạm cắt Cọc 4, mở rộng trạm cắt Cọc chưa thật phù hợp, nên xây dựng trạm 110kV Cọc phương án đề xuất Cả phương án phương án đề xuất lắp máy trạm 110kV Hà Tu, trì máy biến áp trạm 110kV Giáp Khẩu, đảm bảo công suất phát dự phòng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện liên tục 10 Phương án có khối lượng cải tạo, xây dựng đường dây tương đối lớn, cải tạo, xây dựng trạm 110kV, dẫn tới việc cần cắt bỏ phương án cải tạo, xây dựng lộ đường dây 474 sau trạm 110kV Giáp Khẩu, cắt bỏ việc đầu tư xây dựng tuyến dây từ trạm 110kV Cẩm Phả theo phương án 2, làm giảm chi phí đầu tư đường dây phương án c Phân tích đánh giá tiêu kinh tế phương án Theo nguyên tắc loại trừ, phương án có lợi nhuận cao phương án NPV  NPV  2  1 Đặt trạm biến áp trung gian vùng theo nguyên lý vòng tròn Mô hình đặt trạm trung gian vùng theo nguyên lý vòng tròn hình 4.16 Vùng Vùng II ~ HT Đ Vùng Hình 4.16 Mô hình đặt trạm biến áp trung gian vùng theo nguyên lý vòng tròn Vùng I trung tâm đô thị, nơi thường tập trung phụ tải dân sinh thường đặt trạm 110kV có công suất lớn để đáp ứng nhu cầu phụ tải Vùng không nên đặt Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 21 nhiều trạm 110kV quỹ đất có hạn, ảnh hưởng tới mỹ quan đô thị phụ tải dân sinh thường lớn Vùng II vùng vùng III vùng ven đô thị, nơi tập trung khu công nghiệp, có phụ tải lớn, không gian rộng lớn, cần đưa cao áp vào sâu tới phụ tải Vì vậy, trạm biến áp 110kV đặt theo nguyên lý vòng tròn, vùng II III cấp điện theo đường vòng 110kV bao quanh Tất nhà máy điện nằm hay đô thị phát vào lưới vòng 110kV, số lượng trạm trung gian vùng chọn theo công suất phụ tải điều kiện cụ thể đô thị Đối với vùng Hạ Long – Cẩm Phả, vùng đô thị có phụ tải dân sinh công nghiệp than phân bố tương đối đều, đặc biệt cấu trúc lưới điện cao áp khứ phần lớn hình thành nên đường vòng Trong phạm vi vùng II vùng III có nhà máy Nhiệt điện lớn, phù hợp cho việc lấy nguồn cấp vòng có phát triển rộng 4.2.2 Quy hoạch lưới 4.2.2.1 Lựa chọn mạng lưới cung cấp điện Cấu trúc lưới trung áp [3], [30] Lựa chọn cấu trúc đường dây 4.2.2.2 Tính toán đề xuất phương án quy hoạch cải tạo nâng cấp điện áp lưới 6kV lên 22kV phục vụ dân sinh Tính khả thi kỹ thuật Nâng cấp điện áp từ 6kV lưới điện phục vụ dân sinh lên cấp điện áp 22kV cần thiết cấp bách kỹ thuật Khi nâng cấp điện áp từ 6kV lên 22kV kết hợp với quan điểm thiết kế cấu trúc lưới dùng dây AC150 cho đường trục cấp điện nội thị (tiết diện phải  150mm2) đảm bảo điều kiện dòng nung nóng cho phép Tính khả thi kinh tế Việc nâng cấp điện áp 6kV lên 22kV đem lại hiệu kinh tế, đặc biệt phương diện giảm tổn thất điện Chẳng hạn phụ tải quản lý, tiêu dùng Cẩm Phả, tổng tổn thất điện năm tới 2011 – 2015 khoảng 40.471.352kWh, nâng cấp lên 22kV lượng tổn thất giảm còn:  A  22 kV   A U 22 kV /U kV   40 471 352 kWh 3 , 66 2  020 250 kWh Lợi ích kinh tế thu nâng cấp điện áp: 40.471.352  3.020.250x1000đ  37.451.102.10 (VNĐ) Như vậy, sau năm lợi ích kinh tế nâng cấp điện áp 37 tỷ đồng 4.2.2.3 Xác định chiều dài đường dây truyền tải cho phép phương pháp xây dựng đồ thị tổn thất điện áp Đối với toán vận hành lưới, quan tâm đến độ lệch điện áp nút Đối với toán thiết kế quy hoạch lưới, lại quan tâm chủ yếu đến tiêu tổn thất điện áp nhánh phân đoạn đường dây Do đó, tổn thất điện áp tính mô theo chương trình máy tính để ứng dụng quy hoạch lập nhằm xác định khoảng cách truyền tải cho phép từ nguồn trung gian đến nguồn phân phối phù hợp Lưu đồ thuật toán tính mô đồ thị tổn thất điện áp, xem hình 4.19 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 22 Hình 4.19 Lưu đồ thuật toán xây dựng đồ thị tổn thất điện áp Hình 4.20 Đồ thị tổn thất điện áp sử dụng đường dây AC70 Hình 4.21 Đồ thị tổn thất điện áp sử dụng đường dây AC95 Ứng dụng tính mô đồ thị tổn thất điện áp: Chọn dây dẫn AC70, Uđm=10kV, U%=6%, P=1000W, Q=500VA, L=15km Sau nhập số liệu, tổn thất cho phép  Ucp=600V, tổn thất điện áp đường dây  U=959,25V, chiều dài đường dây cho phép l=9,38km, xem hình 4.20 Nếu chọn dây AC95, chiều dài cho phép Lcp=11,9km, tổn thất đường dây  U=756 V xem hình 4.21 4.2.3 Các giải pháp giảm tổn thất nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 4.2.3.1 Hoàn thiện cấu trúc lưới để vận hành với tổn thất nhỏ, bổ sung điểm cắt lưới để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện liên tục 4.2.3.2 Bản đồ địa lý lưới điện trung áp Hạ Long Cẩm Phả sau quy hoạch 4.3 Nhận xét chương Nghiên cứu quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả, tối ưu hóa cấu trúc mạng lưới trung áp, bao gồm xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian vùng, bán kính, chiều dài cấp điện cho phép Áp dụng phương pháp lấy phụ tải làm tâm, đặt trạm biến áp trung gian vùng theo nguyên lý vòng tròn, kết hợp tính toán NPV, phân tích lợi ích kinh tế để lựa chọn vị trí hợp lý đặt trạm biến áp trung gian vùng có kết hợp sử dụng nguồn cấp từ nhà máy Nhiệt điện Xây dựng họ đường cong hàm tính toán chi phí, đánh giá hiệu kinh tế có liên quan tới tổn thất điện phụ thuộc vào cấp điện áp ứng với loại tiết diện dây, lựa chọn cấp điện áp phù hợp Kiểm chứng cấp điện áp trung áp 22kV phục vụ dân sinh nơi có phụ tải tập trung ven đô thị có phụ tải không tập trung, cấp 35kV phục vụ khách hàng chuyên dùng có qui mô vừa nhỏ Cải tạo nâng cấp điện áp 6kV phục vụ dân sinh lên 22kV Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 23 Xây dựng đồ thị tổn thất điện áp để xác định chiều dài khoảng cách truyền tải xa cho phép từ nguồn trung gian đến nguồn phân phối thiết kế quy hoạch, giám sát, kiểm tra trạng đường dây lưới điện trung áp có đảm bảo điều kiện tổn thất điện áp cho phép để nâng cao chất lượng điện lưới Giải toán quy hoạch chuẩn điểm đặt trạm biến áp trung gian vùng lưới điện trung áp, theo phương pháp lấy phụ tải làm tâm Mô hình hóa mạng để mô hệ thống, xác định thông số hợp lý lưới trung áp phần mềm sáng chế với công nghệ tiên tiến, dễ cập nhật, phù hợp với nhu cầu cụ thể ứng dụng quy hoạch lưới điện KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án tập trung nghiên cứu định hướng quy hoạch lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả giai đoạn 2010 – 2020, nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật Các kết nghiên cứu đạt được: Phân tích tổng quan đánh giá trạng lưới điện trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả, xác định tình hình thực tiễn công tác quy hoạch Từ vấn đề đặt cho đề tài nghiên cứu mang ba tính đặc thù bật phụ tải tập trung vùng lớn có tốc độ phát triển nhanh; xuất nhiều nhà máy điện mới; trạng trạm biến áp trung gian vùng không hợp lý Do vậy, cần nghiên cứu giải theo hướng: Dẫn sâu cao áp; quy hoạch hợp lý vị trí trạm biến áp trung gian vùng; lựa chọn cấp điện áp phù hợp; xác định hiệu kinh tế kỹ thuật phương án quy hoạch, cải tạo Nghiên cứu dự báo nhu cầu điện năng, cấu kinh tế khẳng định: Đối với thành phố Hạ Long cấu kinh tế điều chỉnh theo giai đoạn: Giai đoạn năm 2011 – 2015, ngành công nghiệp tập trung phát triển mạnh; Giai đoạn 2016 – 2020, ngành công nghiệp chững lại ngành du lịch dịch vụ trọng phát triển Đối với thị xã Cẩm Phả phụ tải than chiếm tỷ trọng lớn, phát triển ổn định bền vững tương lai xa Qua kết tính toán nhu cầu điện vùng Hạ Long - Cẩm Phả cho thấy, phương pháp tính cho kết gần nhau, chênh lệch vào khoảng 2,6%  5% Giai đoạn 2010 – 2015 dựa kết dự báo ngoại suy theo thời gian, giai đoạn 2016 - 2020 dựa kết dự báo theo hệ số đàn hồi Theo dự báo số đề án lập, có chênh lệch lớn (30,5%  53,6%) so với thực tế nhu cầu điện hàng năm Kết dự báo có sai số nhỏ, khoảng 7%  8% so với nhu cầu điện thực tế vùng Hạ Long – Cẩm Phả, kết dự báo sát thực tiễn, làm sở để định hướng quy hoạch lưới điện trung áp sở để xây dựng kế hoạch phát triển kinh tế xã hội Định hướng quy hoạch nguồn, quy hoạch lưới: Cấp điện áp phù hợp lưới trung áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả: Lưới điện trung áp cấp điện cho phụ tải dân sinh thuộc vùng trung tâm đô thị (vùng I) vùng theo nguyên lý vòng tròn (vùng II) 22kV Lưới điện trung áp cấp điện cho mỏ có qui mô vừa nhỏ, phụ tải phân tán không tập trung thuộc vùng ven đô thị (vùng III) với công suất truyền tải đường dây 10MW, bán kính cấp điện khoảng 20km trì cấp điện áp 35kV có Cần thiết phải đưa Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 24 sâu cao áp vào gần phụ tải, nên dùng cấp điện áp 220/110kV để cấp điện cho khu vực phụ tải có qui mô lớn với công suất truyền tải đường dây từ 10MW trở lên bán kính cấp điện 20km để xóa bỏ trạm 35/6kV Lưới điện trung áp nội mỏ cấp điện áp sử dụng có lợi 6kV Lựa chọn cấp điện áp phù hợp quy hoạch, thiết kế lưới điện dựa hàm chi phí tính toán hàm phụ thuộc để xây dựng công thức thực nghiệm chọn cấp điện áp phù hợp có dạng sau: 11 L  P  ; U  10 Vị trí đặt trạm biến áp trung gian vùng: Phân tích đánh giá kinh tế kỹ thuật để chọn phương án phát triển nguồn cho thấy, phương án sử dụng nguồn cấp từ trạm 110kV kết hợp từ nhà máy nhiệt điện phù hợp, qua có định đắn việc xây dựng trạm biến áp trung gian vùng với vị trí hợp lý để nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật cho lưới trung áp Đặt trạm biến áp trung gian vùng theo phương pháp lấy phụ tải làm tâm nguyên lý vòng tròn mô hình cần áp dụng cho lưới điện trung áp cao áp vùng Hạ Long – Cẩm Phả; Bán kính cấp điện cho phép trạm biến áp trung gian vùng Hạ Long – Cẩm Phả ứng với cấp điện áp phù hợp đề xuất là: Với cấp điện áp 6kV, bán kính cấp điện không 7km lưới điện trung áp không không 5km đường dây cáp nội mỏ Với cấp điện áp 22kV 35kV (lưới 35kV có), bán kính cấp điện không 20km Vị trí hợp lý trạm trung gian vùng, nhà máy nhiệt điện sau: - Các dự án xây dựng nhà máy Nhiệt điện Quảng Ninh, Nhiệt điện Mông Dương vị trí hợp lý, nhà máy Nhiệt điện Cẩm Phả tương đối phù hợp - Vị trí xây dựng trạm 110kV Việt Hưng, 110kV Hùng Thắng, 110kV Yên Cư, 110kV Hà Lầm, 110kV Cái Dăm đề án EVN dự kiến hợp lý - Vị trí xây dựng trạm 110kV Cẩm Phả 2, trạm cắt Việt Hưng khu CN Việt Hưng đề án EVN dự kiến không hợp lý, nên đề xuất loại bỏ - Đề xuất xây dựng trạm 110kV Hà Khánh lấy nguồn cấp từ nhà máy Nhiệt Điện Quảng Ninh; Xây trạm 110kV Cọc thay trạm TG Cọc Các trạm biến áp trung gian vùng có vị trí hợp lý nêu trên, nằm phạm vi bán kính cấp điện cho phép Giải toán chuẩn điểm đặt vị trí trạm biến áp trung gian vùng mô hình toán học, khắc phục khó khăn dùng phương pháp tâm phụ tải nghiên cứu quy hoạch lưới điện trung áp Mô xây dựng đồ thị tổn thất điện áp xác định chiều dài khoảng cách truyền tải cho phép từ nguồn trung gian đến nguồn phân phối quy hoạch, giám sát, kiểm tra trạng đường dây trung áp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép để nâng cao chất lượng điện lưới; Mô xây dựng đồ thị dự báo nhu cầu điện theo phương pháp khác nhau; Mô xây dựng hàm mục tiêu, hàm phụ thuộc phục vụ công tác quy hoạch lưới điện trung áp Các giải pháp giảm tổn thất nâng cao độ tin cậy cung cấp điện: Cải tạo nâng cấp điện áp 6kV phục vụ dân sinh lên 22kV Hoàn thiện cấu trúc lưới để vận hành với tổn thất nhỏ, bổ sung điểm cắt lưới để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện liên tục