EB11 HTD chuong 8

327 Chương TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 8.1 SỰ PHÁT TRIỂN KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Sự phát liên tục phụ tải đòi hỏi phải phát triển thêm nguồn lưới điện đại Sự phát triển đòi hỏi phải tối ưu kinh tế Tổng chi phí công trình xây dựng chia làm hai phần: Tổng vốn đầu tư ban đầu Chi phí vận hành năm Trong hai thành phần vốn đầu tư ban đầu chi thời gian ngắn chi phí vận hành năm phân bố nhiều năm (có thể trăm năm) Để phán đoán tính kinh tế dự án cần thiết phải qui đổi hai loại chi phí sở Điều làm sau: Qui đổi vốn đầu tư ban đầu số tiền tương đương năm gọi chi phí cố đònh Qui đổi chi phí vận hành hàng năm số tiền tương đương qui thời gian xây dựng gọi giá trò Chi phí cố đònh số tiền tối thiểu hàng năm đủ để chi cho việc chòu lãi hàng năm nhằm thu hút đầu tư cho phép thu hồi vốn riêng công ty khoảng thời gian tuổi thọ đồng thời phải trả thuế phí bảo hiểm cho công trình - chi phí cố đònh tỷ lệ với vốn đầu tư nghóa vốn đầu tư M chi phí cố đònh hàng năm yM, y gọi suất chi phí cố đònh Giả thiết chi phí vận hành hàng năm công ty (bao gồm tổng phí bảo quản, tổn thất) C yêu cầu doanh thu tối thiểu hàng năm để trang trải là: R = yM + C (8.1) phân bố nguồn doanh thu trình bày theo lưu đồ sau (H.8.1) Giá trò chi phí hàng năm số tiền thay đem chi dùng cho hoạt động công ty mà đầu tư (cho vay) với mức lãi kép hàng năm i tạo mức thu nhập hàng năm với mức chi phí mong đợi Ví dụ, chi phí năm thứ k kể từ dự kiến Ck giá trò với mức lãi kép i cho bởi: P = Ck (1 + i) k (8.2) Kết biết chi phí vận hành hàng năm thời gian tuổi thọ N năm công trình tổng giá trò phí tổn vận hành hàng năm tổng chi phí vận hành cho N năm) 328 CHƯƠNG Hình 8.1: Lưu đồ thu nhập chi phí hàng năm 329 TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN P = C1 C2 CN + + + + i (1 + i) (1 + i)N (8.3) giá trò đầu tư F toàn công ty: F=M+P (8.4) Nếu chi phí vận hành hàng năm tất C đơn giản: P  1  (1 + i)N − = C + + + = C  (1 + i)N  i(1 + i)N  + i (1 + i) C =P (8.5) Từ đó: i(1 + i)N (8.6) (1 + i)N − Phương trình (8.6) với phương trình (8.3) dùng để suy phí tổn vận hành hàng năm đồng tương đương C dùng phương trình (8.1) trường hợp mà chi phí hàng năm thực tế thay đổi theo năm Trong trường hợp tiện nên biểu diễn chi phí hàng năm đồng tương đương chi phí năm thứ C1 nhân với hệ số r: C = r.C1 (8.6a) r xác đònh từ phương trình (8.6) (8.6a) Doanh thu yêu cầu R đònh nghóa phương trình (8.1) giá trò F phương trình (8.4) thước đo kinh tế công ty dùng làm tiêu chuẩn kinh tế việc tìm giải pháp kinh tế toán phát triển Cả R F hàm số thông số p1,, p2,…, pN Chẳng hạn trường hợp đường dây truyền tải thông số điện áp, tiết diện dây, vật liệu dây, vật liệu cấu trúc trụ, loại cách điện Thường M tăng việc tăng thông số C giảm cho có tập hợp tối ưu trò số thông số theo R F cực tiểu Phương án kinh tế nhất, tập hợp trò số kinh tế thông số dó nhiên đònh nghóa N phương trình sau sở phương trình (8.1): ∂ ∂M ∂C R =y + = k = 1,2, , N ∂p k ∂p k ∂p k (8.7) N phương trình sau sở phương trình (8.4) ∂ ∂M ∂ F = + P ∂p k ∂p k ∂p k =0 k = 1,2, , N (8.8) Ví dụ, giả thiết pk tiết diện dây thông số giả thiết chi phí xây dựng M (giá tiền dây) tỷ lệ thuận với pk chi phí vận hành hàng năm C (tổn thất dây dẫn) tỷ lệ nghòch với pk phương trình (8.7)và (8.8) dẫn đến luật Kelvin Luật Kelvin phát biểu tiết diện kinh tế đường dây tiết diện mà theo phí tổn cố đònh hàng năm xuất phát từ tiền dây với phí tổn hàng năm tổn thất đường dây truyền tải Thật vậy, vốn đầu tư M đường dây có dạng: M= aF +b đó: F tiết diện dây 330 CHƯƠNG aF: phần chi phí liên quan đến dây dẫn, tỷ lệ thuận với tiết diện F b: phần chi phí gần không thay đổi (trụ, thăm dò…) Nếu gần coi phí tổn vận hành có phí tổn tổn thất điện tỷ lệ nghòch với tiết diện dây: C= K F với K hệ số tỷ lệ vậy: R = y M + C = y(aF + b) + K F Lấy đạo hàm R theo tiết diện F cho không: ∂ dM dC R = y + =0 ∂F dF dF y.a – y.a = K F2 K F =0 y.a.F = ⇒ K F (điều chứng minh) Nhưng phương trình (8.7) (8.8) có giá trò lý thuyết thực tế khó mà biểu diễn vốn đầu tư M hay chi phí hàng năm C hàm toán học thông số chủ yếu phần lớn thông số không liên tục Chẳng hạn tiết diện dây cỡ dây tiêu chuẩn Xuất phát từ điều đó, hiểu trường hợp thực tế toán kinh tế gắn liền với phát triển hệ thống tự thu chọn lựa hai hay nhiều phương án Ví dụ, giả sử dự án phát triển đưa hai phương án I II, phương án I đòi hỏi thiết bò có vốn đầu tư MI, tuổi thọ NI năm có phí tổn vận hành hàng năm CI ứng với giá trò PI Các trò số tương ứng phương án II MII, NII, CII PII Rõ ràng phương án I kinh tế phương án II nếu: < FI (8.9) FII FI FII giá trò đầu tư hai phương án đònh nghóa phương trình (8.4) Thay phương trình (8.4) vào phương trình (8.9) MI + PI < MII + PII MI – MII < PII – PI (8.10) Nếu tuổi thọ hai phương án NI NII, nói phương án I kinh tế phương án II nếu: R I < RII (8.11) R I RII đònh nghóa phương trình (8.1) + CI (8.12) RII = yMII + CII (8.13) R I = yMI đó, với phương trình (8.6a) MI – MII < CII − CI r = (CII,1– CI,1) y y (8.14) Số năm thứ Hiệu số PII – PI (8.10) hay (CII – CI) /y (8.14) hiểu vốn đầu tư phụ 331 TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN (hay vốn đầu tư biện minh được) với lượng đầu tư thêm phương án I cho phép thu hồi mức chi phí hàng năm thấp phương án I Thừa số r/y phương trình (8.14) gọi hệ số đầu tư biện minh Từ phương trình (8.14) có được: MI − MII r < CII,1 − CI,1 y r có đơn vò năm ký hiệu Ttc thời gian thu hồi vốn đầu tư phụ tiêu chuẩn y Nhắc lại vốn đầu tư phụ hiệu số (MI – MII) mà phương án I phải đầu tư thêm để đạt hiệu kinh tế 8.2 SUẤT CHI PHÍ CỐ ĐỊNH HÀNG NĂM Suất chi phí cố đònh hàng năm (ký hiệu y) bao gồm bốn thành phần tương ứng sau: Trả lãi vốn đầu tư; Sự giảm giá trò (khấu hao); Thuế; Bảo hiểm - Chi trả lãi hàng năm bao gồm tiền lãi phiếu nợ, lãi cổ phần Phần trăm trả lãi i.100% đặt nhà đầu tư nhằm thu hút tư cho xí nghiệp - Sự giảm giá trò phần thu nhập đưa vào dự trữ với ý đònh quỹ dự trữ với vốn đầu tư vào giai đoạn cuối tuổi thọ Nếu giả thiết dự trữ đầu tư vào thân công ty với mức lãi tích luỹ i giống áp dụng cho vốn đầu tư ban đầu tiền đồng hàng năm Md = M ⋅ i (i + 1)N − = d⋅ M (8.15) N tuổi thọ tính năm M vốn đầu tư ban đầu Md giữ dùng làm dự trữ hàng năm cho giảm giá trò - Tiền thuế bao gồm thuế thuế lợi tức thuế thu nhập Thuế hàng năm phí bảo hiểm biểu diễn suất chi dùng tỷ số số tiền chi dùng hàng năm cho thuế bảo hiểm với tiền đầu tư ban đầu Gọi t suất tiền thuế, j suất bảo hiểm suất chi phí cố đònh y viết sau: y=i+d+t+j y=i+ i N (i + 1) − (8.16) +t+ j= i(i + 1) N (i + 1) N − +t+j (8.17) Tất nhiên, suất chi phí cố đònh giống thành phần khác so sánh kinh tế đặt sở đoán dự kiến xa tương lai Ngay mức lãi suất i thành lập cách khó khăn tương lai lại bất đònh Thuế lợi tức phí bảo hiểm xác đònh có biết 20 hay 40 năm chúng ? Ảnh hưởng bất đònh phải giảm đến chừng mực để tránh 332 CHƯƠNG mâu thuẫn giả thiết phương án khác 8.3 CHI PHÍ ĐẦU TƯ Việc xác đònh chi phí đầu tư hoàn toàn dựa ước lượng cẩn thận Các kiện xây dựng tương tự khứ giúp phần luôn có sai lệch giá tiến công nghệ Để tiến hành việc xác đònh vốn đầu tư, chi phí phải chia làm nhiều nhóm thích hợp Có tiêu chuẩn hóa đưa để chọn nhóm điều mong muốn phải làm cho chúng phù hợp với hệ thống kế toán công ty có sau hoàn tất dự án so sánh vốn đầu tư thực tế với ước lượng đề xuất Một phương pháp để lập nhóm cho chi phí đầu tư gồm chi phí sau: Mua chi phí xây dựng trực tiếp: bao gồm việc mua thiết bò, bất động sản cho công trình mới, chi phí lao động để xây dựng, chuyên chở chi phí khác có liên quan trực tiếp đến xây dựng Chi phí tồn kho bao gồm vật liệu tiêu chuẩn rút từ kho vật tư công ty dùng cho xây dựng Dó nhiên vật liệu phải chuyển vào tiền đầu tư kể vào phần chiết tính đầu tư đề xuất Chi phí xây dựng gián tiếp bao gồm: - Chi phí cho kỹ sư giám sát công trình; - Chi phí lao động gián tiếp; - Bảo hiểm gồm hạng mục bảo hiểm hỏa hoạn, tai nạn … - Thuế thời gian xây dựng tài sản cố đònh, thuế tài sản cá nhân thu công trình lúc xây dựng - Chi phí hành chíùnh chi phí chung 8.4 CHI PHÍ VẬN HÀNH HÀNG NĂM Chi phí vận hành hàng năm (bảo quản, tổn thất điện ) tất hạng mục chi phí cần thiết cho việc vận hành công trình chi phí tổn thất điện vận hành Tổng quát chi phí vận hành C bao gồm hạng mục chủ yếu sau: Chi phí vật tư yêu cầu cho vận hành bảo quản như: chi phí phục vụ mua, chi phí sử dụng tồn trữ - Chi phí phục vụ mua, khảo sát toán vật tư; - Cho phép hao hụt Chi phí vận hành công bảo quản bao gồm: - Chi trả lương trực tiếp; - Thuế quỹ lương chẳng hạn thuế bảo hiểm xã hội; - Dự trù cho nghỉ phép, bệnh hoạn; - Chuyên chở công nhân; - Du lòch; TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 333 - Dụng cụ máy móc lao động Ngoài chi phí vật tư lao động có hạng mục chi phí khác như: - Đền bù hoa màu, phát hoang; - Thiệt hại thiết bò ngừng hoạt động bảo trì; - Chi phí việc bán điện; - Tiền thuê mướn; - Điện tổn thất Những chi phí gần giống phương án không xét đến so sánh phương án chúng không làm ảnh hưởng việc chọn phương án Trong hạng mục nói trên, tổn thất điện cần xem xét cách kỹ lưỡng Trong so sánh kinh tế nhiều phương án đề nghò, hai giá trò sau có liên quan đến tổn thất: - Tổn thất công suất cực đại ∆Pmax, kW; - Tổn thất điện hàng năm ∆A, kWh Tổn thất công suất cực đại ∆Pmax tính toán từ phụ tải cực đại dự kiến Tuy vậy, có hai phương pháp để xác đònh tổn thất điện hàng năm ∆A - Quá trình tính toán đồ thò phụ tải phụ tải công trình khảo sát tương tự với đồ thò phụ tải công trình khác mặt tổn thất Từ đồ thò phụ tải này, đồ thò tổn thất xác đònh phương pháp tính toán tổn thất thông thường Tích phân đồ thò tổn thất công suất tổn thất điện hàng năm T ∆A = ∫ ∆Pdt (8.18) Một phương pháp ngắn nhân tổn thất công suất cực đại ∆Pmax với số năm hệ số tổn thaát Ktt: ∆A = 8760 x Ktt x ∆Pmax kWh (8.19) Đặt τ = Ktt 8760 thời gian tổn thất công suất cực đại: ∆A = ∆Pmax τ kWh (8.20) Phương pháp thường dùng tổn thất phụ tải riêng phần tử khảo sát chẳng hạn trường hợp tổn thất đồng máy biến áp hay tổn thất đường dây truyền tải Tổn thất điện tính tiền phép so sánh kinh tế Trong trường hợp công ty sản xuất điện cho khách hàng phí tổn tổn thất công suất phải xét đến Biết kW tăng thêm tổn thất công suất cực đại ∆Pmax, đòi hỏi kW tăng thêm công suất đặt nhà máy Hậu chi phí cố đònh hàng năm phải kể thêm chi phí lắp đặt thêm công suất ∆Pmax để bù vào tổn thất Nói cách khác, chi phí lắp đặt kW công suất phát M0 với suất chi phí cố đònh y chi phí tổn thất điện tổn thất công suất cho bởi: Ctt = M0.y.∆Pmax + c0.∆A (8.21) c0 chi phí sản xuất kWh điện Có thể viết: Ctt = M0.y.∆Pmax + c0 (8760.Ktt) ∆Pmax 334 CHƯƠNG = ∆ Pmax.y.[M0 + hay: Ctt = ∆Pmax.y.[M0 + c0 8760.K tt ] y c0 τ ] y (8.22) với τ thời gian tổn thất công suất cực đại Ví dụ 8.1 Máy biến áp 100 kVA có giá tiền 13.000 $ Nếu tuổi thọ máy biến áp 20 năm giá trò lại sau hết tuổi thọ 1.000 $ Hãy tính tiền trích khấu hao hàng năm để dự trữ tái đầu tư cho máy biến áp sau hết thời gian tuổi thọ theo hai phương pháp: i Phương pháp đường thẳng (không tính lãi suất kép) ii Phương pháp lãi suất kép với mức lãi suất i% = 10%/năm Giải i Theo phương pháp đường thẳng, tiền trích khấu hao hàng năm cho H.8.2.: Hình 8.2 Khấu hao hàng năm = = Giá trò đầu - Giá trò cuối Thời gian tuổi thọ 13000 − 1000 = 600 $ /năm 20 ii Theo phương pháp lãi suất kép (H.8.3.): Hình 8.3 335 TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Khấu hao hàng năm = (giá trò ban đầu – giá trò cuối cùng) i (1 + i)N − với i% = 10%, N = 20 năm Khấu hao hàng năm = (13.000–1000) = 0, (1 + 0, 1)20 − 12000 = 209,6 $/năm 6, 727 − Nhận xét: Tiền khấu hao tính theo ii) nhỏ tính theo i) tiền lãi tích luỹ lãi suất kép để cuối hết thời gian tuổi thọ có đủ số tiền tái đầu tư Ví dụ 8.2 Hai phương án đề nghò để thiết kế trạm biến áp có công suất Phương án 1: dùng máy biến áp làm mát dầu không khí tự nhiên (ONAN) Phương án 2: dùng máy biến áp làm mát tự nhiên dầu, làm mát cưỡng gió (ONAF) Các số liệu sau: Phương n Phương n Tổn hao đồng cực đại ∆Pcu max 30 kW 42 kW Tổn hao sắt ∆PFe 16 kW 21 kW 33000 $ 26000 $ Chi phí cho vận hành bảo quản 10% 14% Lãi suất i% 6% 6% Tuổi thọï N 30 năm 30 năm Giá tiền máy biến áp Hệ số tổn thất Ktt,Cu = 0,2 tổn thất đồng Ktt,Fe =1 tổn thất sắt Mức thuế bảo hiểm % Tiền điện 0,09 $/kWh Hãy chọn phương án kinh tế Cho tiền đầu tư kW công suất nguồn phát 300 $/kW suất chi phí 14% Giải: Phương án kinh tế phương án có yêu cầu thu nhập hàng năm để trang trải cho phí tổn hàng năm Phí tổn hàng năm cho bởi: R = y.M + C y= i +d + t+j; M - tiền đầu tư C - phí tổn vận hành hàng năm C = C bq + Ctt với C bq - phí tổn cho vận hành bảo quản Ctt - phí tổn tổn thất điện tổn thất công suất Đối với phương án 1: i% = 6% 336 CHƯƠNG d= i N (i + 1) − 100% = 0.06 (0, 06 + 1)30 − 100% = 1,265% ≈ 1,27% t + j = 7% Suất chi phí cố đònh: y = i+d+t+j = + 1,27 + = 14,27% Chi phí phục vụ cho vận hành bảo dưỡng: Cbq = 0,1x33000 =3300$ Tổn thất điện đồng: ∆ACu = ∆PCu,max Ktt,Cu 8760 = 30.0,2.8760 = 52560 kWh Tổn thất điện sắt: ∆AFe = ∆PFe.Ktt,Fe 8760 = 16.1.8760 = 140160 kWh Tổn thất điện trạm: ∆A = ∆ACu + ∆AFe = 52560 + 140160 = 192720 kWh Chi phí tổn thất điện tổn thất công suất: Ctt = M0.y.∆Pmax + c0.∆ A = 300 0,14 (30+16) + 0,09.192720 =19276,8 $ Tổng chi phí vận hành: C1 = Cbq + Ctt = 3300 + 19276,8 = 22576,8 $ Thu nhaäp hàng năm: R1= yM1 + C1= 0,1427x33000+22576,8 = 27286 $ Đối với phương án 2: Tính toán tương tự: y = 14,27 % Chi phí phục vụ cho vận hành, bảo quản: Cbq = 0,14.26000 = 3640 $ Tổn thất điện đồng: ∆Acu =∆PCu,max Ktt,Cu 8760 =42.0,2 8760 = 73584 kWh Tổn thất điện sắt: ∆AFe = ∆PFe Ktt,Fe.8760 = 21.1.8760 = 183960 kWh Tổn thất điện trạm: ∆A = ∆ACu + ∆AFe = 73584 + 183960 = 257544 kWh Chi phí tổn thất điện tổn thất công suất: Ctt = M0.y.∆Pmax + c0∆ A = 300 0,14 (42 + 21) + 0,09.257544 = 25825 $ Tổng chi phí vận hành: C2 = Cbq+Ctt =3640 + 25825 = 29465 $ Thu nhập hàng năm: R2 = yM2 + C2 = 0,1427.26000 + 29465 = 33175 $ Kết luận: R 1< R Phương án phương án kinh tế TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 337 8.5 HÀM MỤC TIÊU TRONG SO SÁNH PHƯƠNG ÁN Một biểu thức dùng để so sánh phương án hàm mục tiêu Trở lại với việc so sánh phương án: phương án I phương án II Nếu phương án I gọi phương án kinh tế phương án II theo phương trình (8.14) có được: hay: MI − MII r < CII,1 − CI,1 y (8.23) y (MI – MII) < (CII,1 –CI,1) r (8.24) đó: MI, MII vốn đầu tư hai phương án I II CI,1, CII,1 chi phí vận hành hai phương án I II năm y: suất chi phí cố đònh r: hệ số quy đổi chi phí vận hành đồng Chi phí vận hành hàng năm viết: C = avh.M + Ctt (8.25) đó: - avh: hệ số vận hành tính vốn đầu tư M xét đến chi phí bảo quản vận hành lưới điện - Ctt: chi phí tổn thất điện tổn thất công suất Từ (8.24) (8.25) có được:  c ⋅ τ  c τ  y (MI – MII) < a vh ⋅ Mu + ∆Pmax II ⋅ y ⋅  Mo + o   – [ avh.MI +∆ PmaxI.y.(M0 + )] r y  y   MI ( c τ c τ y y + avh) + ∆PmaxI.y (M0 + ) < MII.( + avh) + ∆PmaxII y (M0 + ) r r y y ZI < ZII (8.26) Z gọi hàm mục tiêu dùng để so sánh phương án, phương án có Zmin gọi phương án kinh tế nhất: Z=( Đặt Ttc = c τ y + avh).M + ∆Pmax.y.(M0 + ) r y (8.27) r thời gian thu hồi vốn đầu tư phụ tiêu chuẩn, thời gian quy đònh tùy y theo tình hình kinh tế nước atc = y = gọi hệ số thu hồi vốn đầu tư phụ tiêu chuẩn Ttc r Măït khác, gần không xét thêm vốn đầu tư đơn vò công suất phát Mo, có biểu thức đơn giản hàm mục tiêu Z Z = (avh +atc)M + c0.∆Pmax τ Z = (avh +atc)M + c0.∆A (8.28) Biểu thức giúp cho sinh viên tính tay hàm mục tiêu đầy đủ số liệu y, r, M0, … Một vài số liệu tham khảo hệ số avh % cho đường dây trạm: 338 CHƯƠNG Tên công trình avh% Đường dây không cột gỗ 10 Đường dây không dùng cột thép bê tông cốt thép Đường dây cáp Trạm biến áp 8÷10 8.6 ÁP DỤNG TÍNH TIẾT DIỆN KINH TẾ CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG VÀ DÂY CÁP Vốn đầu tư đường dây gồm hai phần: - Phần tỷ lêï với tiết diện F dây liên quan đến phí tổn dây dẫn - Phần gần không phụ thuộc vào tiết diện chi phí thăm dò, sứ cách điện, cột điện Vốn đầu tư cho đơn vò chiều dài đường dây có dạng: M = aF+b a, b số Tổn thất điện đơn vò chiều dài năm: ∆ A =3I2max.r0.Ktt.8760 = 3I2max.r0.τ r0, điện trở đơn vò chiều dài dây dẫn Phí tổn tổn thất điện năng: C∆A = c0.∆ A Hàm mục tiêu: Z = (avh + atc).(a.F+ b) + c0.3.I2max.( ρ ).τ F ρ điện trở suất Tiết diện kinh tế Fkt ứng với Zmin có cách giải phương trình vi phaân: dZ ρ d2Z = (avh + atc).a – 3.c0.I2max τ = vaø >0 dF dF F (8.29) Suy tiết diện kinh tế: Fkt = Imax 3τρc0 (a vh + a tc ).a (8.30) Mật độ dòng điện kinh tế: jkt = Imax (a vh + a tc ).a = Fkt 3τρc0 (8.31) Nhận xét: Từ phương trình vi phân (8.29) biến đổi nhö sau: (avh + atc).a= 3.c0 I2max ρ Fkt τ (8.32) nhân hai vế (8.32) cho Fkt: (avh+atc).aFkt = 3.c0 I2max ρ Fkt τ = c.∆A (8.33) 339 TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Tổng chi phí hàng năm cho phần dây dẫn gồm Phí tổn tổn thất = phần sau: điện - Chi phí cố đònh hàng năm - Phí tổn vận hành 144444444444444 244444444444444 ↓ Luật Kelvin Đồ thò hàm Z(F) sau minh họa cho luật Kelvin (H.8.4): Hình 8.4: Minh họa luật Kelvin Ví dụ 8.3: Tìm mật độ dòng điện kinh tế đường dây không ba pha dùng dây đồng Thời gian tổn thất công suất cực đại τ =3000giờ/ năm Chi phí dây dẫn $/kg, điện trở suất ρ =1,8 µΩ.cm tỷ trọng 8,9 Giá tiền điện c0 = 0,05 $/kWh suất tổng chi phí 10% vốn đầu tư mua dây Giải dây Xét km đường dây (=105 cm) F tiết diện dây (cm2), Imax dòng điện cực đại đường Thể tích dây: V = 3.F.l = 3.F.105 Khối lượng dây = 3.105.F cm3/km 8, = 2670.F kg/km 1000 Chi phí mua dây = 4.2670.F = 10680.F $/km Tổng chi phí cố đònh hàng năm = 10 10680.F = 1068.F $/km 100 Điện trở đường dây (một pha): r = 1, 8.105 106.F Ω /km Chi phí tổn thất điện hàng năm: 3.r.c0.I2max.τ = 0,05.3 1, 8.105 106.F I max Theo luaät Kelvin: 1068.Fkt = 0,081 Fkt I2max.3000.10–3 = 0,081 I2max $ F 340 CHƯƠNG Mật độ dòng kinh teá: jkt = Imax 1068 = = 115 A/cm2 = 1,15 A/mm2 Fkt 0, 081 jkt = 1,15 A/mm2 Nếu dùng dây nhôm dây nhôm lõi thép có điện trở suất ρ = 3,15 µΩ.cm, tính toán tương tự ta được: jkt = 0,87 A/mm2 Chọn dây theo mật độ dòng kinh tế: Nguyên tắc chọn dây cho mạng truyền tải vào mật độ dòng kinh tế jkt Tiết diện chọn dung hoà hai mâu thuẫn, bên vốn đầu tư dây dẫn, bên tổn thất điện mà biểu diễn toán học cực tiểu hàm mục tiêu Z Qua ví dụ hoàn toàn xác đònh mật độ dòng điện kinh tế, từ có tiết diện kinh tế: Fkt = Imax/ jkt Ví dụ 8.4: Làm tiếp ví dụ 8.3 với Imax = 60 A, chọn dây dẫn nhôm lõi thép với jkt = 0,87 A/mm2 Giải Fkt = 60 / 0,87 = 68,96 mm2 Chọn dây AC–70 với dòng phát nóng cho phép 275 A Tùy theo tình hình kinh tế nước mà qui đònh mật độ dòng jkt dây dẫn chọn phải thỏa mãn điều kiện phát nóng (thường điều kiện thỏa mãn) Để tham khảo, sau giới thiệu bảng qui đònh jkt (A/mm2) Nga Thời gian sử dụng công suất cực đại, Tmax (giờ/năm) Tên dây dẫn 1000 –3000 3000 – 5000 > 5000 Dây đồng trần 2,5 2,1 1,8 Nhôm nhôm lõi thép 1,3 1,1 1,0 - Đồng 3,0 2,5 2,0 - Nhôm 1,6 1,4 1,2 Cáp bọc giấy dây dẫn bọc cao su lõi: 8.7 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI TRÊN KHÔNG THEO PHẠM VI KINH TẾ - Mật độ dòng kinh tế xác đònh với giả thiết vốn đầu tư đường dây chiều dài có quan hệ tuyến tính Quan hệ không xây dựng hàng loạt đường dây không với cột tiêu chuẩn hóa, loại cột tiêu chuẩn dùng cho số cỡ dây - Trong thực tế, tiết diện dây tiêu chuẩn có tính rời rạc chứù không thay đổi liên tục tính tiết diện kinh tế - Dòng điện Imax biểu thức chi phí tính toán (hàm mục tiêu Z) không đổi Thực tế dòng điện lớn khác đường dây khác coi đại lượng biến đổi 341 TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN - Như tiết diện kinh tế xác đònh theo điều kiện ∂ Z/ ∂ F = mà theo điều kiện ∂ Z/ ∂ Imax = - Phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn khắc phục khiếm khyết gọi phương pháp chọn tiết diện dây theo phạm vi kinh tế hay gọi theo khoảng chia kinh tế Phương pháp chọn dây theo phạm vi kinh tế tiến hành sau: - Đối với tiết diện tiêu chuẩn đường dây không xây dựng quan hệ hàm chi phí tính toán Z dòng điện cực đại: Z = (avh + atc) M + 3Imax2.r0.τ.c0 M vốn đầu tư km đường dây với cột tiêu chuẩn tiết diện tiêu chuẩn, M không đổi ứng với cỡ dây tiêu chuẩn khảo sát Đồ thò hàm Z parabol Thay đổi tiết diện tiêu chuẩn ứng với tiết diện F3 > F2 > F1 vẽ nên họ đường cong H.8.5 - Giao điểm đường cong F1 với đường cong F2 xác đònh dòng điện cực đại Imax1 Theo dòng điện đường dây nhỏ Imax1 chọn dây có tiết diện F1 có chi phí tính toán bé - Giá trò dòng điện Imax khoảng I gọi phạm vi kinh tế tiết diện F1 Hình 8.5 Z = f(Imax) theo tiết diện tiêu chuẩn cột tiêu chuẩn - Lý luận tương tự giá trò dòng điện Imax khoảng II gọi phạm vi kinh tế tiết diện F2 Nếu Imax < Imax1 chọn tiết diện F1, Imax1 < Imax < Imax2 chọn tiết diện F2, - Khi sử dụng phạm vi kinh tế dòng điện, dòng điện tính toán Itt đường dây xác đònh theo biểu thức sau: Itt = Imax αi αT đó: αi hệ số xét đến biến đổi phụ tải năm Đối với đường dây 110 – 220 kV αi lấy 1,05 αT: hệ số xét đến thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax hệ số đồng thời cực đại hệ thống - Để xác đònh phạm vi kinh tế cần xác đònh giá trò dòng giới hạn Igh( i+1,i) ứng với giao điểm đường cong ứng với tiết diện tiêu chuẩn Fi+1 Fi cách cho hàm chi phí Z ứng với Fi+1 với hàm chi phí Z ứng với Fi: (avh + atc) Mi + 3Igh (i+1,i)2.r0,i.τ.c0 = (avh + atc) Mi+1 + 3Igh (i+1,i)2.r0,i+1.τ.c0 (8.34) Giải phương trình ta được: Igh (i+1,i) = (a vh + a tc )(Mi +1 − Mi ) 3τc0 (r0,i − r0,i +1 ) (8.35) đó: Mi+1, Mi giá tiền km chiều dài đường dây có tiết diện tiêu chuẩn Fi+1 Fi r0,i+1, r0,i điện trở km chiều dài đường dây có tiết diện Fi+1 Fi 342 CHƯƠNG (Ω/km) - Tiết diện dây chọn theo phạm vi kinh tế dòng điện cực đại phải thỏa mãn tiết diện tối thiểu thỏa mãn điều kiện vầng quang điện, đồng thời phải kiểm tra điều kiện phát nóng cố đứt lộ đường dây lộ kép hay đứt đường dây mạch vòng kín tạo phân bố dòng nặng nề sau cố Ví dụ 8.5: Cho mạng điện 110 kV, nguồn A, chiều dài đường dây công suất phụ tải cho H.8.6 Công suất phụ taûi: P2 = 36 MW, P3 = 39 MW, P4 = 22 MW, P5 = 17 MW, P6 = 41 MW Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 6200 giờ, hệ số công suất tất phụ tải cosϕ = 0,8 Đường dây dùng dây nhôm lõi thép, trụ bê tông cốt thép Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo phạm vi kinh tế dòng điện Giải Công suất đoạn đường dây: P23 = P3 = 39 MW PA2 = P2 + P3 = 36 + 39 = 75 MW P56 = P6 = 41 MW P45 = P5 + P6 = 17 + 41 = 58 MW PA4 = P4 + P5 + P6 = 22 + 17 + 41 = 80 MW Tất đường dây đường dây kép, dòng điện lộ đơn đường dây: Imax,23 = Imax,A2 = Imax,56 = Imax,45 = Imax,A4 = 39.103 3.110.0, 75.103 3.110.0, 41.103 3.110.0, 58.103 3.110.0, 80.103 3.110.0, = 127, A Hình 8.6: Sơ đồ mạng điện ví duï = 246 A = 134, A = 190, A = 262, A Dòng điện tính toán đoạn đường dây xác đònh theo công thức: Itt = Imax αi αT chọn αi = 1,05 vaø αT = 0,8 Itt,23 = 127,9 1,05 0,8 = 107,4 A Itt,A2 = 246 1,05 0,8 = 206,6 A Itt,56 = 134,5 1,05 0,8 = 113 A Itt,45 = 190,3 1,05 0,8 = 159,9 A Itt,A4 = 262,4 1,05 0,8 = 220,4 A Tính phạm vi kinh tế ứng với bốn tiết diện tiêu chuẩn cấp điện áp 110 kV F1 = 95 mm2, F2 = 120 mm2, F3 = 150 mm2, F4 = 185 mm2, đường dây dùng trụ bê tông ly tâm cốt thép hai mạch treo hai mạch với số liệu sau: 343 TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Cỡ dây AC–95 AC–120 AC–150 AC–185 Giá tiền 103 $ /km 27,6 28,8 30 31,6 Điện trở Ω/km 0,32 0,25 0,20 0,17 Chọn hệ số atc = 0,125 (với Ttc = năm), avh = 0,105 (trong khấu hao tài sản cố đònh 8% chi phí vận hành bảo quản mạng điện 2,5% vốn đầu tư) Giá điện bình quân 0,05 $/kWh Với Tmax = 6200 giờ, cosϕ = 0,8, thời gian tổn thất công suất lớn τ = 5000 Tìm dòng điện giới hạn Igh (95,120), Igh(120,150) Igh(150,185) Áp dụng công thức tính dòng giới hạn có được: Igh (95,120) = Igh (120,150) = Igh (150,185) = (0, 105 + 0, 125)(28, − 27, 6).103 3.5000.0, 05.10−3.(0, 32 − 0, 25) (0, 105 + 0, 125)(30 − 28, 8).103 3.5000.0, 05.10−3.(0, 25 − 0, 20) (0, 105 + 0, 125)(31, − 30).103 3.5000.0, 05.10−3.(0, 20 − 0, 17) = 72, A = 85, A = 127, A Căn vào dòng điện giới hạn chọn tiết diện cho đoạn sau: Đoạn A–2 2–3 A–4 4–5 5–6 Itt (A) Cỡ dây Dòng cho pheùp (A) 206,6 107,4 220,4 159,9 113 AC–185 AC–150 AC–185 AC–185 AC–150 515 445 515 515 445 Tất tiết diện chọn lớn tiết diện tối thiểu cấp điện áp 110 kV cỡ dây AC–70 thỏa mãn điều kiện phát nóng đứt lộ đường dây lộ kép BÀI TẬP CHƯƠNG 8.1 Xác đònh tiết diện kinh tế đường dây ba pha cung cấp cho phụ tải 10 kV theo đồ thò phụ tải: i) 1000 kW, cosϕ = 0,8 10 ii) 500 kW, cosϕ = 0,9 iii) 100 kW, cosϕ = Tiền đầu tư cho km chiều dài đường dây (7,7F + 930) $/km với F tiết diện, mm2 Lãi suất khấu hao hàng năm 10% tiền đầu tư Chi phí tổn thất điện năng: 0,05 $/kWh Điện trở suất dây dẫn 1,8 µΩ.cm ĐS: 278 mm2 8.2 Tiền đầu tư cho km đường dây ba pha tiết diện F cm2 (1980F + 1200) $/km Hệ số phụ tải kpt = 0,4, hệ số tổn thất ktt = (0,25.kpt + 0,75.k2pt) Lãi suất khấu hao hàng năm 10% tiền đầu tư, chi phí tổn thất điện 0,1 $/kWh Tìm mật độ dòng kinh tế Cho biết dùng dây đồng có điện trở suất 1,8 µΩ.cm ĐS: 0,44 A/mm2 344 CHƯƠNG 8.3 Tìm tiết diện dây nhôm lõi thép cho mạng điện 110 kV có sơ đồ Hình BT8.3 Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax trạm 4500 giờ/năm trạm 5500 giờ/năm Hình BT8.3 ĐS: L1: AC–185 L2: AC–120 8.4 Hình BT8.4 trình bày mạng điện 35 kV với công suất phụ tải chiều dài đường dây Chọn tiết diện dây nhôm lõi thép theo mật độ dòng kinh tế, cho Tmax = 4500 giờ/năm trạm 2500 giờ/năm trạm Hình BT8.4 ĐS: L1: AC–70 L2: AC–70 L3: AC–25 8.5 Chọn tiết diện dây theo phạm vi kinh tế mạng điện 110 kV cho Hình BT8.5 Toàn đường dây dùng dây nhôm lõi thép, cột bê tông ly tâm Cho hệ số atc = 0,125, avh = 0,1, αi = 1,05, αT = 0,8 Thời gian tổn thất công suất lớn τ = 5000 giờ/năm Giá tiền kWh điện tổn thất 0,05 $/kWh Số liệu tiền đầu tư km đường dây điện trở dây dẫn cho bảng: Tiền đầu tư 103 $/km r0 (Ω Ω /km) 16 0,33 AC–120 16,7 0,27 AC–150 17,6 0,21 AC–185 18,5 0,17 AC–240 19,8 0,132 Dây AC–95 Hình BT8.5 ÑS: L1: AC–185, L2: AC–95 ... ∆Acu =∆PCu,max Ktt,Cu 87 60 =42.0,2 87 60 = 73 584 kWh Toån thất điện sắt: ∆AFe = ∆PFe Ktt,Fe .87 60 = 21.1 .87 60 = 183 960 kWh Tổn thất điện trạm: ∆A = ∆ACu + ∆AFe = 73 584 + 183 960 = 257544 kWh Chi... nếu: R I < RII (8. 11) R I RII đònh nghóa phương trình (8. 1) + CI (8. 12) RII = yMII + CII (8. 13) R I = yMI đó, với phương trình (8. 6a) MI – MII < CII − CI r = (CII,1– CI,1) y y (8. 14) Số năm thứ... 0,05.3 1, 8. 105 106.F I max Theo luaät Kelvin: 10 68. Fkt = 0, 081 Fkt I2max.3000.10–3 = 0, 081 I2max $ F 340 CHƯƠNG Mật độ dòng kinh tế: jkt = Imax 10 68 = = 115 A/cm2 = 1,15 A/mm2 Fkt 0, 081 jkt =