II. Biểuđồ phụ tải ngă yđ ớm vă đường luỹ tớch phụ tải A Biểu đồ phụ tải ngăy đớm vă đường luỹ tớch phụ tải.
2. Đặc điểm của trạm phõt đ iện
Trước hết núi về trạm thuỷ điện do địa điểm xđy dựng trạm phụ thuộc văo nguồn nước, nớn núi chung phải cú đường dđy dẫn mới cú thể đưa điện về nơi trung tđm dựng điện. Chế độ lăm việc của trạm thuỷ điện thay đổi rất nhiều, nú khụng những phụ thuộc văo đặc tớnh thuỷ văn của sụng ngũi, trỡnh độ điều tiết của hồ chứa, mă cũn liớn quan mật thiết với cột nước của trạm thuỷ điện vă đặc tớnh lăm việc của turbine…Cho nớn trong quõ trỡnh lăm việc trạm thuỷ điện vẫn cũn cú những thời kỳ thừa nước vă thiếu nước thi khụng thể phõt được cụng suất vă điện lượng tối thiểu, tức lă chế độ cụng tõc bỡnh thường của trạm bị phõt hoại. Lỳc đú, nếu cõc trạm phõt điện khõc trong hệ thống khụng đủ khả năng thay thế phần cụng suất vă điện lượng thiếu hụt đú thỡ buộc phải cắt điện một số hộ dựng.
Rừ răng, khi chế độ lăm việc của trạm thuỷ điện thay đổi theo điều kiện thuỷ văn thỡ cõc chế độ của trạm nhiệt điện cũng đồng thời phải biến đổi cho thớch hợp. Điều đú khụng cú nghĩa lă mức bảo đảm lăm việc bỡnh thường của trạm nhiệt điện phụ thuộc văo điều kiện thuỷ văn. Mức bảo đảm lăm việc bỡnh thường của trạm nhiệt điện cú thể xem bằng 100% nếu như nhiớn liệu chứa trong kho đầy đủ. Cũn đối với trạm thuỷ điện thỡ khụng bao giờ đạt được mức bảo đảm lăm việc bỡnh thường 100% hoặc gần 100%.
Vốn đầu tư cho xđy dựng trạm thuỷ điện thường tương đối lớn. Trong đú vốn đầu tư cho xđy dựng cụng trỡnh lớn hơn vốn đầu tư cho thiết bị cơ điện. Nhưng chi phớ vận hănh của nú khụng phụ thuộc văo trị số điện năng phõt ra, vỡ rằng trạm thuỷ điện lợi dụng dũng chảy thiớn nhiớn để phõt điện, cho nớn khụng phải vỡ điện năng phõt ra tăng lớn mă cần phải tăng thớm chi phớ vận hănh. Mặt khõc, thiết bị của trạm thuỷ điện ớt vă đơn giản hơn trạm nhiệt điện, tớnh linh hoạt cụng tõc cao, nớn nú thường đảm nhận phần phụ tải thay đổi vă nhanh chúng cung cấp điện khi trong hệ thống cú sự cố. Hiệu suất của trạm thuỷ điện lớn hơn so với hiệu suất của trạm nhiệt điện.
Cũng do thiết bị đơn giản vă ớt, quõ trỡnh biến đổi năng lượng khụng phức tạp, nớn trạm thuỷ điện dễ tự động hoõ, cần ớt người phục vụ hơn trạm nhiệt điện.
Đối với trạm nhiệt điện thỡ chi phớ vận hănh phụ thuộc văo điện lượng. Vỡ muốn sản xuất ra điện, trạm nhiệt điện phải tiớu thụ nhiớn liệu. Muốn sản xuất ra nhiều điện thỡ phải cú nhiều nhiớn liệu, cơ sở khai thõc vận chuyển vă tăng trữ…
Như thế, để cho hệ thống điện cú lợi, trạm thuỷ điện nớn đảm nhận phần phụ tải với mức cú thể tối đa, cũn trạm nhiệt điện đảm nhận phần phụ tải cũn lại. Lỳc năy lượng nhiớn liệu tiết kiệm được trong trường hợp phđn chia phụ tải như thế lă lớn nhất. Điều đú khụng những nđng cao hiệu ớch kinh tế cho toăn bộ hệ thống điện mă cũn cho phĩp sử dụng lượng nhiớn liệu tiết kiệm được văo những ngănh sản xuất khõc cần nú như nhă mõy luyện kim, nhă mõy húa chất…
Do quõ trỡnh biến hoõ năng lượng vă thiết bị ở trạm nhiệt điện phức tạp, nớn quõ trỡnh đúng, mở mõy kĩo dăi hăng giờ vă hao tổn nhiớn liệu khõ nhiều. Muốn đảm nhận được phụ tải thay đổi nhanh, thiết bị của trạm nhiệt điện luụn luụn ở trạng thõi sẵn săng lăm việc. Cú nghĩa lă nồi hơi luụn được giữ núng, vỡ thế một phần nhiớn liệu sử dụng khụng kinh tế.
Thiết bị của trạm nhiệt điện lăm việc trong điều kiện bất lợi dưới õp suất vă nhiệt độ cao, nớn việc thay đổi thường xuyớn chế độ lăm việc sẽ lăm giảm tuổi thọ, lăm mũn vă giảm tớnh kinh tế của nú. Ngoăi ra, phạm vi điều chỉnh cụng suất của cõc tổ mõy nhiệt điện khụng lớn vỡ chỳng cú giới hạn cụng suất kỹ thuật nhỏ nhất khõ lớn ( cụng
suất kỹ thuật nhỏ nhất của tổ mõy nhiệt điện loại lớn văo khoảng 25-30% cụng suất lớn nhất. Đối với trạm nhiệt điện dựng loại than kĩm phẩm chất, cụng suất kỹ thuật nhỏ nhất của tổ mõy văo khoảng 60-70% cụng suất lớn nhất của tổ mõy).
Từ những điều đờ xĩt ở trớn, ta thấy chế độ lăm việc tốt nhất của trạm nhiệt điện lă đảm nhận phần phụ tải đồng đều hoặc ớt thay đổi vă chậm.
Đ2-3 VAI TRề CỦA TRẠM THUỶĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LỰC I. Cõc thănh phần cụng suất của hệ thống.
Đặc điểm của sản xuất điện năng lă quõ trỡnh phõt điện, tải điện vă dựng điện xảy ra đồng thời. Để thoả mờn yớu cầu dựng điện của cõc hộ tiớu thụ thỡ tại mỗi thời điểm cũng như cả thời kỳ tớnh toõn cần phải cú sự cần bằng giữa phõt điện vă tiớu thụ điện. Sự cđn bằng đú phải đảm bảo cả về cụng suất vă điện lượng.
Cđn bằng cụng suất của hệ thống điện cú nghĩa lă ở mỗi thời điểm t tổng cụng suất của cõc trạm phõt điện phải bằng tổng phụ tải của cõc hộ dựng yớu cầu cộng với tổn thất trong mạng điện.
Trong đú:
Nit - Cụng suất của trạm phõt điện thứ I (i=1,2…I) tại thời điểm t Pkt - Phụ tải của hộ dựng điện thứ k (k=1,2…K) tại thời điểm t
∆Plt - Tổn thất trong thănh phần thứ l ( l=1,2…L) của mạng điện tại thời điểm t Chỳng ta sẽ lần lượt xĩt cõc hănh phần chủ yếu của cđn bằng cụng suất đú.
Tổng cụng suất định mức của cõc mõy phõt trong hệ thống điện được gọi lă cụng suất lắp mõy của hệ thống ( HT
lm
N ). Cụng suất năy chớnh lă tổng cụng suất giới hạn lớn nhất của cõc mõy phõt trong điều kiện lăm việc bỡnh thường với điện õp vă cosϕtiớu chuẩn.
Phần cụng suất lắp mõy của hệ thống đảm nhận phần phụ tải bỡnh thường tại một thời điểm năo đú gọi lă cụng xuất cụng tõc ( HT
ct
N ) .Trớn hỡnh (2-9) ta thấy trong một năm phụ tải cú một trị số lớn nhất trong năm. Rừ rang cụng suất lắp mõy của hệ thống khụng được vượt quõ trị số phụ tải lớn nhất năy. Cụng suất của cõc trạm điện bằng phu tải lớn nhất gọi lă cụng suất cụng tõc lớn nhđt hệ thống ( HT
ct
N max).
Để đảm bảo cung cấp điện an toăn vă liớn tục cho cõc hộ dựng điện ngoăi ( HT ct
N max),
hệ thống cần phải cú thớm cụng suất dự trữ ( HT dt
N ).Cụng suất dự trữ năy cần thiết để đảm bảo bổ sung hay thay thế phần cụng suất mă hệ thống vỡ nguyớn nhđn năo đố khụng thể cung cấp được cho cõc hộ dựng điện. Căn cứ văo tõc dụng của cụng suất dự trữ người ta chia thănh: dự trữ phụ tải ( HT
dpt N ), dự trữ sự cố ( HT dsc N )vă dự trữ sửa chữa( HT dsch N ).
Cụng suất dự trữ phụ tải cú tõc dụng đảm nhận phần phụ tải dao động khụng định kỳ ( ngoăi kế hoạch) vă trong thời gian ngắn khi cõc động cơ khởi động…Trị số cụng suất dự trữ phụ tải của hệ thống điện phụ thuộc văo quy mụ vă đặc điểm của cõc hộ dựng điện trong hệ thống.
Cụng suất dự trữ sự cố cú tõc dụng thay thế phần cụng suất cõc tổ mõy bị sự cố, để lăm cho cõc hộ dựng điện khụng phải chịu hậu quả của sự cố năy. Sự cố năy lă một hiện tượng ngẫu nhiớn, khụng thể biết nú xảy ra ở đđu vă khi năo. Mặt khõc khả năng sảy ra sự cố cũng khụng giống nhau đối với cõc trạm phat điện. Thường trạm thuỷ điện
∑∑ ∑ ∑ = = = ∆ + = L l lt K k kt I i it P P N 1 1 1
sự cố ớt xảy ra hơn so với trạm nhiệt điện, vỡ thiết bị của trạm thuỷ điện đơn giản hơn vă lăm việc trong điều kiện tốt hơn.
Trị số của cụng suất dự trữ sự cố phụ thuộc văo cấu tạo của hệ thống điện, cụng suất vă mức độ sự cố của tổ mõy. Cõc tổ mõy bị sự cố phải sau một thời gian tương đối dăi mới cú thể lăm việc trở lại. Cho nớn muốn thay thế được cụng suất của cõc tổ mõy đú thỡ cụng suất dự trữ sự cố phải được đảm bảo về nước hoặc nhiớn liệu.
Cụng suất dự trữ phụ tải vă dự trữ sự cố đối với hệ thống năo cũng cú. Cũn cụng suất dự trữ sửa chữa chỉ cú ở hệ thống năo mă cụng suất của cõc tổ mõy khụng lăm việc khi phụ tải nhỏ khụng bằng cụng suất của cõc tổ mõy được đưa văo sửa chữa tại cõc thời đoạn đú. Bđy giờ ta xĩt điều kiện cần thiết phải cú nú trong hệ thống điện. Sau một thời gian hoạt động, một số tổ mõy của cõc trạm phõt điện phải nghỉ lăm việc để kiểm tra vă sửa chữa định kỳ. Thường thỡ từ 1 đến 3 năm được sửa chữa định kỳ một lần. Thời gian sửa chữa tổ mõy nhiệt điện khoảng từ 15-30 ngăy, cũn thuỷ điện
lă 15 ngăy.
Việc sửa chữa tổ măy chỉ được tiến hănh khi phụ trải của hệ thống nhỏ vă ở cõc trạm phõt điện đú cú một số tổ mõy chưa lăm việc. Thường cõc tổ mõy của thuỷ điện được bố trớ sửa chữa ở mựa kiệt, để đến mựa lũ nú cú thể lăm việc toăn bộ cụng suất lắp mõy để tận dụng lượng nước thiớn nhiớn đến. Cũn cõc tổ mõy của trạm nhiệt điện sẽ được bố trớ sửa chữa trong mựa lũ. Diện tớch phần gạch trớn biểu đồ phụ tải hỡnh (2-7) biểu thị trị số điện lượng mă trong thời gian để cú thể tiến hănh sửa chữa. Cũn diện tớch cần thiết để sửa chữa ( tương ứng với điện lượng cần thiết sửa chữa) cõc tổ mõy trong một năm cú thể xõc định như sau:
∑= = = Z j tmj sch T N F 1 . .
Trong đú: Ts.ch - thời gian sửa chữa một tổ mõy
Ntmj - cụng suất định mức của tổ mõy thứ j (j=1,2…Z) được sửa chữa trong năm.
Nếu diện tớch cần thiết sửa chữa lớn hơn diện tớch cú thể sửa chữa thỡ lỳc đú hệ thống mới cú thớm cụng suất dự trữ sửa chữa. Trị số cụng suất dự trữ sửa chữa phụ thuộc văo hỡnh dạng biểu đồ phụ tải lớn nhất năm vă cụng suất của tổ mõy.
Như thế tổng cụng suất dự trữ cần thiết cho hệ thống bằng:
HTdsch dsch HT dsc HT dpt HT dt N N N N = + +
Như vậy để đảm bảo cung cấp điện an toăn vă liớn tục, thỡ cụng suất lắp mõy tối thiểu mă hệ thống phải cú bằng cụng suất cụng tõc lớn nhất cộng với cụng suất dự trữ.
HTdt dt HT ct HT lm N N N min = max +
Điều đú cú nghĩa lă tổng cụng suất lắp mõy của cõc trạm thuỷ điện vă nhiệt điện trong hệ thống khụng được nhỏ hơn cụng suất lắp mõy tối thiểu của hệ thống điện ( hay cũn gọi lă cụng suất tất yếu của hệ thống HT
ty N ). XII thỏng P Kw Ntm Hỡnh 2-7
Trong thiết kế nếu ta giảm cụng suất lắp mõy của trạm thủy điện TĐ
lm
N thỡ phải tăng cụng suất lắp mõy của trạm nhiệt điện NĐ
lm
N vă ngược lại. Phần cụng suất lắp mõy của trạm thuỷ điện khụng thể giảm nhỏ nếu như khụng cú sự thay đổi bằng cụng suất tương ứng của trạm nhiệt điện, được gọi lă cụng suất tất yếu của thuỷ điện. Tương tự như trớn, NTĐty cũng bao gồm 2 thănh phần lă cụng suất cụng tõc lớn nhất vă cụng suất dự trữ: TĐ dt TĐ max ct TĐ ty N N N = +
Trong một số trường hợp cụng suất lắp mõy của hệ thống điện lớn hơn cụng suất lắp mõy cần thiết tối thiểu. Phần cụng suất lắp mõy thớm ấy được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt vă thay thế một phần cụng suất của hệ thống được nghỉ khụng đảm nhận trong thời gian đú. Vỡ thế người ta gọi nú lă cụng suất trựng (Ntrựng). Cụng suất trựng chỉ cú ở trạm thuỷ điện, nú cú khụng phải lă do nguyớn nhđn đảm bảo cung cấp điện an toăn mă do nguyớn nhđn cú lợi về mặt kinh tế. Tất nhiớn khi cú cụng suất trựng, cụng suất lắp mõy của hệ thống khụng bao giờ được sử dụng hoăn toăn. Khả năng lắp thớm cụng suất trựng vă trị số của nú sẽ trỡnh băy trong những phần sau:
Khi cú cụng suất trựng, thỡ cụng suất lắp mõy trạm thuỷ điện sẽ lă:
TĐtrựng trựng TĐ dt TĐ ct TĐ trựng TĐ ty TĐ lm N N N N N N = + = max + +
Cụng suất lắp mõy của hệ thống của hệ thống cú thể viết dưới dạng
NĐlm lm TĐ trựng TĐ ty HT lm N N N N = + + NĐ dt NĐ ct TĐ trựng TĐ dt TĐ ct HT lm N N N N N N = max + + + max + (2-1)
Trong vận hănh khụng phải bao giờ cũng sử dụng hết cụng suất lắp mõy của cõc trạm phõt điện. Một phần cụng suất lắp mõy khụng cú khả năng đảm nhận phụ tải, nguyớn nhđn lă do một số tổ mõy cũn trong trạng thõi sửa chữa định kỳ hoặc sửa chữa sự cố. Riớng với trạm thuỷ điện cũn cú thể do điều kiện thuỷ văn bất lợi ( thiếu nước hoặc cột nước quõ thấp). Đối với trạm nhiệt điện cũn do nguyớn nhđn thiếu nhiớn liệu hoặc nhiớn liệu cú chất lượng xấu, đốt lũ khụng tốt, hạ thấp chđn khụng vă thiếu nước.v.v…Phần cụng suất lắp mõy của hệ thống hoặc một trạm phõt điện năo đú khụng cú khả năng đảm nhận phụ tải ( khụng lăm việc được ) do một trong những nguyớn nhđn trớn, được gọi lă phần cụng suất bị hạn chế ( HT
hc
N ).
Phần cụng suất lắp mõy đang đảm nhận phụ tải hoặc cú khả năng đảm nhận phụ tải gọi lă cụng suất dựng được.
HThc hc HT lm HT dđ N N N = − (2-2)
Trong một số thời kỳ, cụng suất dựng được của hệ thống lớn hơn cụng suất cụng tõc cộng với cụng suất dự trữ cần thiết. Khi đú hệ thống cú cụng suất thừa, khụng sử dụng đến. Phần cụng suất đú gọi lă cụng suất bỏ khụng (Nbk ).
HTdt dt HT ct HT dđ HT bk N N N N = − −
Nếu gặp trường hợp cụng suất dựng được nhỏ hơn cụng suất cụng tõc cần thiết, thỡ lỳc đú hệ thống khụng thể đảm bảo cung cấp điện bỡnh thường.
Cần chỳ ý lă cõc cụng suất Nbk vă Nhc khụng phải lă những trị số cố định mă luụn luụn thay đổi từng giờ trong ngăy, từng thõng trong năm.
Như vậy trong điều kiện lăm việc bỡnh thường thỡ cụng suất dựng được bao gồm cụng suất cụng tõc, cụng suất dự trữ vă cụng suất bỏ khụng.
HTbk bk HT dt HT ct HT dđ N N N N = + + (2-3)
Từ (2-2) vă (2-3) ta cú thể biểu diễn cụng suất lắp mõy của hệ thống trong điều kiện vận hănh dưới dạng sau:
HThc hc HT bk HT dt HT ct HT lm N N N N N = + + + (2-4)
Một cõch tương tự ta cú thể viết biểu thức thể hiện cụng suất lắp mõy của trạm thuỷ điện vă nhiệt điện như sau:
TĐhc hc TĐ bk TĐ dt TĐ ct TĐ lm N N N N N = + + + NĐ hc NĐ bk NĐ dt NĐ ct NĐ lm N N N N N = + + +
Đối với hệ thống điện hỗn hợp ( bao gồm cõc trạm thuỷ điện vă nhiệt điện) thỡ biểu thức (2-4) cú thể viết dưới dạng. NĐ hc NĐ bk NĐ dt NĐ ct TĐ hc TĐ bk TĐ dt TĐ ct NĐ lm TĐ lm HT lm N N N N N N N N N N N = + = + + + + + + + (2-5)
Biểu thức (2-5) khõc (2-1) ở chỗ lă cõc thănh phần trong vế phải thay đổi theo thời gian vă luụn luụn chuyển dịch cho nhau, vỡ chỳng phụ thuộc vă sự thay đổi của phụ tải vă điều kiện vận hănh của cõc trạm phõt điện ( điều kiện thuỷ văn, nhiớn liệu, trạng thõi thiết bị ).
Biểu thức (2-5) cho ta biết ở mỗi thời điểm trong vận hănh, cụng suất lắp mõy bao gồm những thănh phần cụng suất năo, cú nghĩa nú thể hiện cđn bằng cụng suất của hệ thống đối với thời điểm đú.
Phương trỡnh cđn bằng điện lượng của hệ thống ở mỗi thời đoạn cú thể thể hiện như sau:
NĐ
TĐ
HT E E
E = + (2-6)
Trong đú: EHT - Điện lượng của hệ thống.
ETĐ - Điện lượng phõt ra của trạm thuỷ điện. ENĐ - Điện lượng phõt ra của trạm nhiệt điện.