M ổ ĐẦŨ
3.1.Khái niệm về hệ thống nhà máyđiện và vận hành tối ưu nhà máy thuỷ điện
3.1. Khái niệm về hệ thống nhà máy điện và vận hành tối ưu nhà máy thuỷđiện. điện.
Xu thế chung của ngành điện lực các nước là đưa các trạm phát điện công suất lớn và vừa vào làm việc trong một hệ thống chung để tận dụng năng lực của các trạm, tăng khả năng đảm bảo cung cấp điện cho các hộ dùng, phân chia hợp lý phụ tải cho các trạm phát điện, để đạt hiệu ích kinh tế cao nhất. Chỉ có trường hợp hãn hữu, bắt buộc một nhà máy thuỷ điện phải làm việc độc lập, cung cấp điện trực tiếp cho một vùng riêng lẻ, còn tuyệt đại đa số trường hợp nó làm việc trong hệ thống điện cùng với các trạm phát điện khác. Ở đây các trạm phát điện được nối kết vói nhau bằng những đường dây tải điên để cùng cung cấp điện cho các hộ dùng điện tạo thành hệ thống điện. Như vậy hệ thống điện bao gồm các trạm phát điện, các trạm tăng hạ áp, các đường dây tải điện và các hộ tiêu thụ điện.
Việc liên hợp một sô' trạm phát điện (nhất là khi các trạm phát điện đó có những đặc trưng khác nhau) thành một hệ thống điện như vậy mang lại những hiệu quả rất lớn về kinh tế và kỹ thuật cho nền kinh tế quốc dân. v ề mặt nhu cầu điện, do giờ “cao điểm” của các hộ tiêu thụ điện không trùng nhau nên trị sô' phụ tải lớn nhất của hệ thống được giảm xuống. Mặt khác nhờ sự phối hợp của các trạm điện, trong hệ thống có thể giảm được công suất dự trữ, có thể lắp được tổ máy có công suất lớn. Tất cả những điều đó làm giảm công suất lắp máy của hệ thống và vốn đầu tư cho đơn vị công suất lắp máy, kết quả làm giảm được vốn đầu tư của toàn hệ thống. Hệ thống điện còn lợi dụng được đầy đủ các nguồn động lực địa phương, các nguồn than rẻ tiền ở xa, các nguổn thuỷ năng của các trạm thuỷ điện lớn có giá thành điện năng rẻ, lợi dụng được #ính chất cơ động của các trạm thuỷ điện, trạm điện tích năng, trạm điện thuỷ triều làm điều hoà chế độ làm việc của các trạm nhiệt điện. Nhờ đó giảm được giá thành điện năng. Hơn nữa còn nâng cao được tính đảm bảo và an toàn trong việc cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, nâng cao chất lượng điện (điện áp và tần số dòng điện). Với lý do đó, đa số trường hợp các trạm phát điện lớn, hiện đại đều làm việc trong hệ thống điện lớn. Trạm thuỷ điện với hai đặc điểm lớn nhất là điện năng phụ thuộc vào lượng dòng
nước và trang bị tuabin nước có tính cơ động cao nên làm việc trong hệ thống rất có lợi
cho ban thân trạm và hộ thống. Trạm thuỷ điện thường nối vào hộ thống bằng đường dây tai điộn cao áp. Chính việc xây dựng các trạm thuỷ điện lớn có tác dụng chủ yếu thuc đẩy việc phát triển kỹ thuật tải điộn cao áp.
Ở Việt Nam đường dây siêu cao áp 500KV đã được xây dựng và đi vào vận hanh từ năm 1994 để chuyển điộn năng từ trạm thuỷ điện Hoà Bình vào Miền Nam Việt Nam, hình thành hộ thống điện quốc gia dưới sự điểu hành thống nhất của trung tâm điều độ quốc gia vế điện.
Ở hệ thống điện hiện đại, nguồn điện thường bao gồm nhiều loại trạm phát điện khác nhau, trong đó thường có ba loại chính là trạm nhiệt điện tuabin ngưng hơi, trung tâm nhiệt điện và trạm thuỷ điện. Các loại trạm điện khác tuy có nhiều triển vọng trong tương lai và khả năng tiềm tàng rất lớn, hoặc đã đi vào khai thác phục vụ công nghiệp, hoặc còn đang ở giai đoạn thí nghiệm, nhưng vì còn những khó khăn trong kỹ thuật hay chưa hợp lý về mặt kinh tế nên tỷ trọng sử dụng trong hệ thống hiện nay còn nhỏ.
Theo dự báo phát triển kinh tế trong giai đoạn 25 năm từ 1996 - 2020, đến năm 2020 điện năng tiêu thụ đầu người của nước ta là 1300-1900 kWh/người/năm. Lúc đó tổng công suất các nhà máy điện ở nước ta sẽ đạt gần 34000 MW, trong đó thuỷ điện chiếm khoảng 36%.
Để đáp ứng cho sự phát triển đó, bên cạnh việc phát triển các nguồn điện, hoạch định sử dụng hợp lý tài nguyên tại các nhà máy điện là hết sức cần thiết. Theo số liệu dự báo trên, nếu chỉ cần tăng 3% năng lượng nhờ sự khai thác hợp lý tài nguyên nước tại các trạm thuỷ điện, mỗi năm nước ta có thể tiết kiệm được gần 1.5 tỷ kWh, tương đương với khoảng 700 tỷ đồng (thời giá năm 2003), ứng với nó là một lượng nhiên liệu nhiệt điện to lớn sẽ được tiết kiệm; ngoài ra còn giảm được lượng chất độc hại tương ứng thải vào môi trường thiên nhiên.
3.2. M ột số n h à m áy th u ỷ điện sử dụ n g để vận hàn h tối ưu và các đặc trư n g
của nó.
• Thuỷ điện Hoà Bình là một trong những công trình trọng điểm kinh tế lớn của
đất nước, nơi sản xuất cung cấp nguồn năng lượng điện quan trọng cho hệ thống điện
quốc gia, phục vụ đắc lực sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Nhà máy được hoàn thành ngày 9/11/1988 theo quyết định của Bộ năng lượng với 8 tổ máy (công suất 8x240 MW), tổng công suất 1920 MW, sản lượng điện trung bình 8 tỷ kWh/năm.
Chỉ riêng nãm 2004: sản lượng điện do nhà máy sản xuất đã đạt 8.406 tỷ kWh, ăng 103.75% so với kế hoạch vượt 304.5 triệu kWh, vế trước kế hoạch 21 ngày, đảm ĩảo tốt phương án vận hành 8 tổ máy và trạm biến áp 500kV; thực hiện tốt nhiệm vụ Jiều tần cấp 1 cho hệ thống điện quốc gia trong phạm vi cho phép và chế độ chào giá
íiện cạnh tranh nội bộ; điều tiết xả lũ hợp lý, tập trung khai thác có hiệu quả dòng :hảy, phát công suất sản lượng điện cao, bảo đảm an toàn tuyệt đối cho cả người vả thiết bị.
Một số đặc trưng của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình là: - Mực nước dâng bình thường: MNDBT =115 (m) - Mực nước chết: MNC = 80 (m)
- Đặc trưng địa hình lòng hồ (Bảng 3.1):
Bảng 3.1. Đặc trưng địa hình lòng hồ Hoà Bình
Z(m ) 25 50 75 80 85 90 94 100 F(km 2) 19.3 55.8 106.2 119. 132 144.7 152 164.4 w (1 06 m3) 322 1222 3215 3800 4360 5089 5700 6634 Z(m ) 104 110 115 120 125 135 150 F(km 2) 173.5 186.5 198.3 217.5 237.7 258.5 396.8 w (106 m3) 7420 8520 9450 10480 11526 14007 19005
- Quan hệ giữa lưu lượng xả và mực nước hạ lưu:
Bảng 3.2. Quan hệ giữa lưu lượng xả và mực nước hạ lưu hồ Hoà Bỉnh
Q(m3/s) 0. 50 150 500 1000 2000
Z(m) 10.70 10.79 10.95 11.52 12.31 13.78
Q(m3/s) 3500 5000 7000 9000 11000 13000
Z(m) 15.72 17.34 19.02 20.13 20.69 20.83
- Công suất bảo đảm: NBĐ =588 (MW)
- Công suất lắp máy: N LM= 1920 (M W )
- Lưu lượng đảm bảo: QĐB=680 (m3/s) - Cột nước nhỏ nhất: Hmin = 60 (m)
- Cột nước lớn nhất: H™, = 109 (m) - Cột nước thiết kế: Hp = 88 (m) - Số tổ máy: 8
Sông Đồng Nai là một trong 9 hệ thống sông lớn của nước ta, có nguồn năng lượng lớn thứ hai nước ta (sau hộ thống sông Hồng), bắt nguồn từ vùng núi Lâm Viên- Bi Đúp trên cao nguyên Lang-Biang, chảy qua các cao nguyên Đà Lạt, Liên Khương và Bảo Lộc, rồi đổ vào tỉnh Đổng Nai tại phía thượng lưu Tà Lài, sau đó vượt qua thác Trị An (ở nơi đây đã xây dựng hồ chứa Trị An) rồi đổ ra biển tại cửa Soài Rạp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong hệ thống sông Đồng Nai đã xây dựng nhiều hồ chứa loại nhỏ và một số hồ chứa và nhà máy thuỷ điện loại vừa. Đáng kể nhất có các hổ chứa Trị An trên sông Đổng Nai, hồ Thác Mơ trên sông Bé, hồ chứa Dầu Tiếng trên sông Sài Gòn và hổ chứa Đa Nhim, hồ chứa Hàm Thuận-Đa Mi trên sông La Ngà.
Hồ chứa Trị An được bắt đầu xây dựng từ năm 1987 đến năm 1989 thì hoàn thành. Hồ chứa có tổng dung tích 2765xl06 m3, trong đó dung tích hữu ích là 2547xl06 m3. Hồ chứa có nhiệm vụ: chống lũ, cấp nước cho hạ lưu và phát điện. Nhà máy thuỷ điện Trị An có công suất lắp máy 440 MW, điện năng hàng năm 1626xl06 kWh. Trong mùa cạn, hồ Trị An có khả năng tãng dòng chảy cho hạ lưu với lưu lượng 400-600m3/s.
Một số đặc trưng của nhà máy thuỷ điện Trị An là: - Mực nước dâng bình thường: MNDBT = 62 (m) - Mực nước chết: MNC = 50 (m)
- Quan hệ giữa dung tích hồ và mực nước thượng lưu (bảng 3.3):
Bảng 3.3. Đặc trưng địa hình lòng hồ Trị An Z(m ) 35 40 41 42 43 44 45 w (106 m3) 0 1.63 5.82 10 19.24 28.48 45.44 ► Z(m) 46 47 48 49 50 52 54 w (1 06 m3) 62.64 91.62 120.6 169.32 218.03 396.38 697.56 Z(m) 56 58 60 62 64 66 W (106 m3) 1108.26 1594.25 2147.7 2765.03 3440.92 4177.3
- Quan hệ giữa lưu lượng xả và mực nước hạ lưu:
Bảng 3.4. Quan hệ giữa luu lương xả vả mưc nước ha lưu hồ Trị An
Q(m3/s) 0 30 65 170 320 475 635
Z(m) 0.5 0.7 1. 1.5 2 2.5 3
Q(m3/s) 800 965 1290 1610 1940 2500
Z(m) 3.5 4 5 6 7 9
- Công suất bảo đảm: NBĐ=89.5 (MW) - Công suất lắp máy: NLM=440 (MW) - Lưu lượng đảm bảo: QĐB=260 (m3/s) - Mực nước nhỏ nhất: Hmin=40 (m) - Cột nước lớn nhất: Hmax=50 (m) - Cột nước thiết kế: H-n=42.5 (m) - Số tổ máy: 4
3.3. Khái niệm về phụ tải điện và ứng dụng trong vận hành hệ thống nhàmáy thuỷ điện. máy thuỷ điện.
3.3.1 Nhu cầu điện năng.
Năng lượng điện, đã từ lâu chiếm vị trí quan trọng trong sản xuất và sinh hoạt
của con người. Ở nước ta, điện năng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành
sản xuất cũng như sinh hoạt xã hội. Không kể những thành phố và khu công nghiệp đông dân cư là những nơi có nhà máy điện tương đối lớn và có đường dây cao thế của hệ thống điện đi qua, ở rải rác khắp các vùng miền núi đã xây dựng nhiều trạm thuỷ điện nhỏ để phục vụ thắp sáng, xay xát, và cơ khí nhỏ. Hiện nay nước ta đang xúc tiến viộc thiết kế xây dựng nhiều nhà máy nhiệt điện và thuỷ điện lớn để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế.
Ở các nước tiên tiến, nhu cầu điện năng cho công nghiệp thường chiếm một tỷ ^ lộ khá lớn, từ 60-ỉ-90% (cả xây dựng) nhu cầu toàn bộ. Trong đó có khoảng 2/3 là nguồn động lực của tác động cơ, hơn 1/4 cho các quá trình kỹ thuật tiêu thụ điện (như quá trình sản xuất kim loại màu, hoá chất, w ..) vói nhịp độ phát triển cao của các ngành đó, nhu cầu điện tăng lên rất nhanh. Ví dụ, để sản xuất một tấn nhôm cần đến 17.000 - 18.000 kWh. Theo các chỉ tiêu phát triển và tiêu chuẩn tiêu thụ của các ngành người ta tính được nhu cầu điện cho tương lai. Đối với từng vùng riêng rẽ, khi tính nhu cầu điện công nghiệp ngưòi ta không chỉ tính nhu cầu cho bản thân mục đích sản xuất
mà còn cả chi phí điộn năng cho việc chế biến, vận chuyển sản phẩm, cho xây dựng
sủa chữa và các nhu cầu phụ khác.
Đối vói nông nghiệp, điộn khí hoá nông thôn là một trong những biện pháp , quan trọng nhất để phát triển nông nghiệp xã hội chủ nghĩa. VI vậy điện tiêu thụ cho các quá trình sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt đời sống văn hoá nông thôn tăng lên rít nhanh. Trong điều kiện của nước ta, nhu cầu điện cho các trạm bơm tưới tiêu chiếm một tỷ lộ khá lớn.
Về nhu cầu điện dùng trong sinh hoạt và công cộng, ở các nước kinh tế phát triển, đời sống kinh tế văn hoá cao, cũng chiếm một tỷ lệ khá lớn, tính cho một đầu ngưòi, có nước đến 500-Ỉ-1500 kWh/nãm (phụ thuộc vào điều kiện khí hậu). Loại nhu cầu này bao gồm điện để chiếu sáng, các thiết bị điện dùng cho sinh hoạt, nhà ở, cấp thoát nước và giao thông trong thành phô'...
Trong nhu cầu điện cho giao thông, nhu cầu để điện khí hoá đường sắt chiếm tỷ lệ lớn nhất. Ngoài ra còn các nhu cầu lớn khác như vận tải đường ống, các cảng biển, cảng sông, sân bay, chiếu sáng ga đường và các cơ sở chiếu sáng của nó.
Tổng cộng tất cả các nhu cầu đó lập thành nhu cầu điện năng của hệ thống điện. Nhu cầu điện năng của hệ thống điện thường xuyên tăng lên vì luôn luôn thêm vào những nhu cầu mới, phát triển điện khí hoá các quá trình sản xuất ở nhà máy, xí nghiệp hiện có và sử dụng điện ngày càng rộng rãi hơn trong sinh hoạt đời sống.
Mặt khác nhu cầu điện năng biến thiên rất nhiều theo thời gian, từng ngày, từng tháng, từng năm. Vì vậy người ta thường biểu thị nhu cầu điện năng bằng những biểu đồ phụ tải, biểu thị sự thay đổi của phụ tải p theo thời gian: P=P(t).
3.3.2 Đồ thị phụ tải.
3.3.2.1 Đồ thị phụ tải ngày đêm.
Như đã biết, các thiết bị, các hộ dùng điện đều có yêu cầu khác nhau về công suất và điện lượng theo thời gian, vì vậy nếu tập hợp các hộ dùng điện đó lại trong một
• hệ thống để cùng cung cấp điện, thì ch ế độ tiêu thụ điện của chúng cũng sẽ thay đổi.
Thường người ta thể hiện chế độ tiêu thụ điện dưới dạng đồ thị. Phụ tải là danh từ chỉ công suất tiêu thụ của các hộ dùng điên. Biêu đồ phụ tải ngày đêm biêu thị nhu cầu dùng điên trong một ngày đêm. Đồ thị phụ tải ngày đêm rât cân cho tinh toán năng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
lượng- phân chia công suất giữa các tram phát điện, xac đinh VỊ tn lam việc cua trạm
phát điện, xác định công suất lắp máy,...
Với chúng ta, đồ thị phụ tải có ý nghĩa là đồ thị phụ tải tổng cộng của các hộ ti£u thụ điện thuộc phạm vi trạm điện hay hệ thống điện. Nó có thể vẽ ở dạng đường cong hay thanh 24 bậc tương ứng với 24 giờ trong ngày để thuận lợi cho tính toán. Dạng cua đô thị phụ tải ngày phu thuộc vào chế độ nhu cầu điện từng vùng, trên các đồ thị đó thưòng có những đỉnh (giờ cao điểm) vào ban ngày và chỗ lõm (nhu cầu điện thấp nhất) vào ban đêm. Người ta chia đổ thị thành ba khu vực: phần dưới phụ tải nhỏ nhất (P) gọi là phụ tải gốc, phần giữa phụ tải nhỏ nhất và trung bình (Pjb) gọi là phụ tải lung chừng, và phần giữa phụ tải trung bình và phụ tải lớn nhất (P) gọi là phụ tải đỉnh.
Khi thống nhất các trạm phát điện và các hộ tiêu thụ thành những lưới điện lớn, dạng của đồ thị phụ tải thường đều đặn hơn (trị số phụ tải lớn nhất và nhỏ nhất không chênh nhau quá nhiều) so với các đồ thị phụ tải khu vực riêng rẽ vì giờ cao điểm của các hộ tiêu thụ chênh lệch nhau. Điều đó rất quan trọng trong việc cung cấp điện.
Trong thiết kế người ta thường dùng đồ thị phụ tải ngày điển hình của mùa hè và mùa đông. Trong đa số trường hợp, tháng 12 là tháng có đỉnh phụ tải cao nhất, bằng trị số phụ tải lớn nhất trong năm. Đó là đồ thị có ý nghĩa rất quan trọng (đối với trạm thuỷ điộn điều tiết ngày, có ý nghĩa quyết định) để lựa chọn thông số cho các trạm thuỷ điện. Trong những nãm ít nước trạm thuỷ điện thường làm việc ở phần đỉnh, nên mức độ không đều ở đồ thị phụ tải ngày lớn nhất xác định khả năng lắp công suất lắp máy của nó.
Để thuận lợi cho việc xác định chế độ làm việc của trạm thuỷ điện trong hộ
thống, trong tính toán người ta còn sử dụng đường cong luỹ tích đồ thị phụ tải ngày,
tương tự như đường cong duy trì thường sử dụng trong thuỷ vãn. Nó cho biết mối quan hệ giữa công suất và điện nãng E = E(P) và liên hệ qua đồ thị phụ tải ngày bằng biểu thức sau:
trong đó t là số giờ làm việc ứng với mức phụ tải P; t=t(P)
Để vẽ đường luỹ tích, ta chia đổ thị phụ tải thành nhiều lớp nằm ngang có công suất đều bằng AP diện tích các lớp đó theo một tỷ lệ nhất định tương ứng với các lượng