Khỏi niệm về quản lý nhu cầu điện

VI. í nghĩa khoa học và thực tiễn

2.3.1 Khỏi niệm về quản lý nhu cầu điện

Quản lý nhu cầu sử dụng điện năng (DSM Demand Side management) là tập hợp cỏc giải phỏp Kỹ thuật - Cụng nghệ - Kinh tế - Xó hội - Điều khiển nhằm sử dụng điện năng một cỏch hiệu quả và tiết kiệm.

Để thoả món nhu cầu sử dụng ngày càng tăng của phụ tải điện, thụng thƣờng ngƣời ta quan tõm đến việc đầu tƣ xõy dựng thờm cỏc nhà mỏy điện mới. Tuy nhiờn, với tốc độ phỏt triển quỏ nhanh của nhu cầu dựng điện, lƣợng vốn đầu tƣ cho ngành điện đó trở thành gỏnh nặng của cỏc quốc gia, nhiờn liệu sơ cấp ngày càng cạn kiệt, ụ nhiễm mụi trƣờng do cỏc nhà mỏy điện ngày càng nghiờm trọng... dẫn tới DSM đƣợc xem nhƣ một nguồn cung cấp điện rẻ và sạch nhất. DSM giỳp giảm nhẹ vốn đầu tƣ xõy dựng cỏc nhà mỏy điện mới, tiết kiệm tài nguyờn, giảm bớt sự ụ nhiễm mụi trƣờng... ngoài ra DSM cú thể cung cấp cho khỏch hàng điện năng với giỏ rẻ và chất lƣợng cao hơn. Kết quả thực hiện DSM tại một số nƣớc trờn thế giới đó đƣa ra kết luận là DSM cú thể làm giảm 10% nhu cầu dựng điện với mức chi phớ chỉ vào khoảng (0,30,5)lần chi phớ xõy dựng nguồn và lƣới để đỏp ứng lƣợng điện năng tƣơng ứng, nhờ đú DSM mang lại lợi ớch về mặt kinh tế cũng nhƣ mụi trƣờng cho quốc gia, ngành điện và cho cả khỏch hàng.

2.3.2 Chiến lược của DSM trong hệ thống điện

DSM đƣợc xõy dựng dựa vào hai chiến lƣợc chủ yếu là nõng cao hiệu suất sử dụng năng lƣợng của cỏc hộ dựng điện và điều khiển nhu cầu dựng điện cho phự hợp với khả năng cung cấp của hệ thống điện một cỏch kinh tế nhất bằng cỏch thay đổi hỡnh dỏng đồ thị phụ tải (điều hoà nhu cầu tối đa và tối thiểu hàng ngày của khỏch hàng để sử dụng hiệu quả nhất cỏc nguồn năng lƣợng), thay thế cỏc thiết bị cũ hiệu suất thấp bằng thiết bị mới hiệu suất cao với tớnh năng tƣơng tự hoặc cao hơn. Ngoài ra, DSM cũn bao gồm nhiều biện phỏp khỏc nhằm khuyến khớch khỏch hàng tỡnh nguyện cải tiến cỏch tiờu thụ điện của mỡnh mà khụng ảnh hƣởng tới chất lƣợng hoặc sự hài lũng của khỏch hàng. Thực hiện tốt chƣơng trỡnh DSM sẽ cải thiện, thay đổi về cơ bản hỡnh dỏng của đồ thị phụ tải điện dẫn đến giảm cụng suất nguồn xõy dựng mới, giảm tổn thất và tiết kiệm điện năng.

- Điều khiển nhu cầu điện năng phự hợp với khả năng cung cấp điện: + Giảm điện tiờu thụ vào giờ cao điểm. Phƣơng phỏp này cú tỏc dụng giảm sử dụng điện tối đa vào cỏc giờ cao điểm trong ngày bằng cỏch kiểm soỏt cỏc thiết bị điện tiờu thụ nhiều điện năng nhƣ bỡnh nƣớc núng, mỏy điều hoà nhiệt độ... khụng làm việc vào giờ cao điểm.

+ Tăng tiờu thụ điện vào giờ thấp điểm và giờ bỡnh thƣờng. Phƣơng phỏp khuyến khớch khỏch hàng dựng điện nhiều vào giờ thấp điểm đờm và giờ bỡnh thƣờng trong ngày để ổn định cụng suất của hệ thống và nõng cao hiệu quả kinh tế vận hành hệ thống điện nhƣ: khuyến khớch cỏc nhà mỏy tiờu thụ điện lớn sử dụng cỏc thiết bị điện vào cỏc giờ thấp điểm đờm, cỏc cơ sở sản xuất nƣớc đỏ làm về đờm, cỏc hộ gia đỡnh đun nƣớc núng dự trữ vào ban đờm…

+ Chuyển tiờu thụ điện ở cỏc giờ cao điểm. Tƣơng tự nhƣ phƣơng phỏp tăng tiờu thụ điện vào giờ thấp điểm đờm và giờ bỡnh thƣờng, chuyển tiờu thụ điện giờ cao điểm vào cỏc giờ thớch hợp hơn nhƣng vẫn đảm bảo yờu cầu sử dụng thiết bị của khỏch hàng nhƣ: giỳp khỏch hàng dựng cỏc biện phỏp giữ nhiệt để làm nƣớc đỏ hoặc làm mỏt…

+ Bảo toàn và tăng cƣờng chiến lƣợc. Bảo toàn chiến lƣợc là bảo toàn năng lƣợng bền vững của một quốc gia: phƣơng phỏp này liờn quan đến việc giảm tải trọng năng lƣợng tổng thể và chớnh sỏch năng lƣợng, sử dụng cỏc nguồn năng lƣợng khỏ nhƣ: sƣởi và đun nƣớc núng bằng cỏc dàn năng lƣợng mặt trời, đun nấu bằng Biogas…

- Nõng cao hiệu suất sử dụng năng lƣợng của hộ tiờu thụ:

Chiến lƣợc nõng cao hiệu suất sử dụng năng lƣợng của cỏc hộ tiờu thụ nhằm giảm nhu cầu điện năng một cỏch hợp lý. Nhờ đú cú thể làm giảm vốn đầu tƣ phỏt triển nguồn và lƣới điện đồng thời giảm lƣợng tiờu thụ điện năng của khỏch hàng. Ngành điện cú điều kiện nõng cấp thiết bị, chủ động trong việc đỏp ứng nhu cầu của phụ tải điện, giảm tổn thất và nõng cao chất lƣợng điện năng. Chiến lƣợc này bao gồm 2 nội dung chủ yếu sau:

+ Sử dụng cỏc thiết bị điện cú hiệu suất cao. Nhờ sự tiến bộ của khoa học và cụng nghệ, ngày nay cỏc nhà chế tạo đƣa ra cỏc thiết bị dựng điện cú hiệu suất cao, tuổi thọ lớn trong khi giỏ thành lại tăng khụng đỏng kể. Vỡ vậy, tiết kiệm đƣợc điện năng trong một loạt cỏc lĩnh vực sản xuất và đời sống nhƣ: i) Sử dụng thiết bị chiếu sỏng hiệu suất cao; ii) Sử dụng cỏc động cơ điện hay cỏc thiết bị dựng động cơ điện cú hiệu suất cao; iii) Sử dụng cỏc thiết bị điện tử đó đƣợc sản xuất theo cỏc tiờu chuẩn hiệu suất cao thay thế cỏc thiết bị điện cơ.

+ Hạn chế tối đa tiờu thụ điện năng vụ ớch. Hiện nay, sử dụng năng lƣợng núi chung và điện năng núi riờng cũn lóng phớ. Mặc dự điện năng tiết kiệm của mỗi hộ tiờu thụ khụng lớn song tổng điện năng tiết kiệm đƣợc khụng phải là nhỏ. Vốn thực hiện giải phỏp này khụng lớn song hiệu quả mang lại rất cao. Cỏc biện phỏp cụ thể để tiết kiệm điện năng tạm chia thành 4 khu vực:

i) Khu vực nhà ở: Điện năng đƣợc sử dụng chủ yếu cho cỏc thiết bị chiếu sỏng và cỏc thiết bị phục vụ sinh hoạt nờn cần lựa chọn cỏc thiết bị cú hiệu suất cao phự hợp với yờu cầu sử dụng, hạn chế thời gian hoạt động vụ ớch của

cỏc thiết bị bằng cỏch lắp đặt cỏc rơle thời gian để đúng cắt thiết bị hợp lý. Sử dụng cỏc mẫu thiết kế nhà ở thụng thoỏng tận dụng ỏnh sỏng tự nhiờn nhằm hạn chế thời gian làm việc của cỏc thiết bị chiếu sỏng và làm mỏt. Mặt khỏc cỏc lớp tƣờng bao bọc và hệ thống cửa phải đầy đủ, kớn để giảm bớt thời gian và cụng suất của cỏc điều hoà. Lựa chọn cỏc thiết bị cú cụng nghệ hiện đại nhằm giảm cụng suất tiờu thụ. Hạn chế số lần đúng mở tủ lạnh, tủ đỏ, số lần làm việc của mỏy giặt, bàn là, bếp điện, cắt bỏ thời gian chờ của tivi cũng làm giảm lƣợng điện năng tiờu thụ.

ii) Khu vực cụng cộng: Trong khu vực này việc quan tõm đến khõu thiết kế cụng trỡnh để hạn chế tiờu tốn năng lƣợng trong cỏc khõu chiếu sỏng, làm mỏt, sƣởi ấm cú thể cho những kết quả đỏng kể. Cỏc điều luật về thiết kế xõy dựng, mụi trƣờng và cụng tỏc thẩm định hiệu quả sử dụng năng lƣợng khi cấp phộp xõy dựng sẽ giỳp nhiều cho mục tiờu tiết kiệm năng lƣợng trong tƣơng lai. Những quy định cụ thể, rừ ràng về việc sử dụng cỏc thiết bị điện, đặc biệt với thiết bị chiếu sỏng, mỏy văn phũng, đun nƣớc, làm mỏt... hỗ trợ nhiều cho cụng tỏc an toàn tiết kiệm điện. Trang bị thờm thiết bị đúng ngắt tự động ỏnh sỏng, nhiệt độ... là cần thiết. Thay thế cỏc điều hoà đặt tại nhiều điểm bằng cỏc hệ thống điều hoà trung tõm cho phộp tiờu thụ điện ớt hơn và dễ điều chỉnh nhiệt độ thớch hợp với cỏc nhu cầu sử dụng khỏc nhau. Cõn nhắc trong việc thay thế cỏc hệ thống đun nƣớc, sƣởi ấm dựng điện bằng ga hoỏ lỏng hoặc năng lƣợng mặt trời sẽ cho chỉ tiờu kinh tế tốt hơn. Ngoài ra cần lƣu tõm đến việc tận dụng những nguồn nhiệt thừa vào mục đớch gia nhiệt.

iii) Khu vực cụng nghiệp: Cỏc biện phỏp làm giảm tiờu phớ năng lƣợng trong khu vực cụng nghiệp khỏ đa dạng và cú hiệu quả cao, gồm: Thiết kế và xõy dựng cỏc nhà xƣởng hợp lý; Hợp lý hoỏ cỏc quỏ trỡnh sản xuất; Bự cụng suất phản khỏng để cải thiện cos; Thiết kế và vận hành kinh tế cỏc trạm biến ỏp; Sử dụng hợp lý cỏc động cơ điện (sử dụng bộ điều chỉnh tự động tốc độ động cơ); Hệ thống bảo ụn cỏc đƣờng cấp hơi, hệ thống lạnh; Hệ thống chiếu sỏng hợp lý (số đốn hợp lý, đốn tiết kiệm điện).

iv) Khu vực sản xuất, truyền tải và phõn phối điện năng: Tổn thất điện năng trong khu vực truyền tải và phõn phối hiện ở mức trờn 10%. Lƣợng điện năng tổn thất trong hệ thống điện giảm đƣợc chủ yếu nhờ cải tiến cụng tỏc quản lý vận hành lƣới điện dẫn đến tỷ lệ tổn thất trong khõu mua bỏn điện (phi thƣơng mại) đó giảm nhiều. Trong những năm tới việc giảm tổn thất điện năng kỹ thuật sẽ khú khăn hơn bởi nú đũi hỏi phải đầu tƣ để cải tạo, nõng cấp thiết bị và nõng cao trỡnh độ quản lý vận hành HTĐ. Trong đú, hệ thống phõn phối điện là bộ phận cũn tồn tại nhiều vấn đề cần xử lý: cũn quỏ nhiều cấp điện ỏp trung gian (6, 10, 15, 22, 35)kV, thiết bị lạc hậu và chắp vỏ, chất lƣợng thấp và khụng hợp lý khiến cấu trỳc lƣới phức tạp, độ tin cậy thấp. Cụng tỏc vận hành, quản lý kinh doanh khụng hợp lý nờn hiệu quả khụng cao. Tổn thất điện năng trung bỡnh trong hệ thống phõn phối điện khỏ lớn. Tổn thất và chất lƣợng điện năng trong lƣới điện hạ ỏp rất đỏng quan tõm. Cú thể ỏp dụng cỏc giải phỏp sau để khai thỏc tiềm năng tiết kiệm điện năng trong lƣới điện phõn phối: nõng cao hệ số cụng suất của lƣới điện; nõng cao điện ỏp vận hành của lƣới, tận dụng khả năng điều chỉnh điện ỏp bằng cỏch chuyển đổi đầu phõn ỏp trong cỏc mỏy biến ỏp; san bằng đồ thị phụ tải của hệ thống điện bằng cỏch ỏp dụng cỏc giải phỏp của DSM; cải tạo hoàn thiện cấu trỳc lƣới, nõng cao chất lƣợng của cụng tỏc quy hoạch thiết kế cải tạo và phỏt triển lƣới, vận hành kinh tế cỏc trạm biến ỏp; lựa chọn phƣơng thức vận hành hợp lý; tăng cƣờng tuyờn truyền, quản lý lƣới điện, nõng cao chất lƣợng hệ thống đo.

2.4 Phƣơng phỏp bự CSPK và hiệu quả của biện phỏp bự CSPK trong giảm tổn thất của LĐPPTA giảm tổn thất của LĐPPTA

2.4.1 Khỏi niệm về CSPK

Một mạch điện cú tải là điện trở R và điện khỏng X đƣợc cung cấp bởi điện ỏp: u = Um.sint nhƣ Hỡnh 2.1.

Dũng điện i lệch pha với điện ỏp u một gúc  và đƣợc tớnh nhƣ sau. i = Imsin(t - )  i = Im(sint cos - sin cost) (2.5)

Hỡnh 2.1: Sơ đồ và tham số của mạch điện Đặt i = i' + i"  i’ = Im cos sint

I" = Im sin cost = - Im sin sin(t -

2



) (2.6)

Nhƣ vậy dũng điện i là tổng của hai thành phần i' cú biờn độ là Im cos và cựng pha với điện ỏp u và thành phần i" cú biờn độ là Im sin và chậm pha so với điện ỏp một gúc  / 2.

Từ hai thành phần i' và i", tớnh cụng suất tƣơng ứng là:

P = U.I.cos gọi là CSTD (2.7)

Q = U.I.sin gọi là CSPK (2.8)

Theo tam giỏc tổng trở Hỡnh 1.8cú thể viết cụng thức cụng suất nhƣ sau: P = U.I.cos = (Z.I)(I.cos) = Z.I2.R Z = R.I2

và Q = U.I.sin = (Z.I)(I.sin) = Z.I2.X Z = X.I2

Vậy CSPK của một nhỏnh bất kỳ núi lờn cƣờng độ của quỏ trỡnh dao động năng lƣợng của nhỏnh đú. Tổng hợp của CSTD và CSPK gọi là cụng suất biểu kiến và đƣợc tớnh nhƣ biểu thức (2.9) và cú thể biểu diễn mối quan hệ giữa S, P và Q trong tam giỏc cụng suất nhƣ Hỡnh 2.2.

2 2 Q P S  (2.9) U I R X U R X Z  X R X R Z

Hỡnh 2.2: Tam giỏc cụng suất

Nhƣ vậy, cỏc phần tử mang điện cảm hay điện dung trong mạng điện liờn quan đến CSPK. Vỡ vậy, Q = I2

X = I2(ωL-ωC) = QL - QC và do đú cỏc phần tử cú tớnh cảm (chứa từ trƣờng) tiờu thụ CSPK cũn cỏc phần tử cú tớnh dung (chứa điện trƣờng) phỏt CSPK.

2.4.2 Bự CSPK trong hệ thống điện

Trong hệ thống điện luụn cú phần tử tiờu thụ và nguồn phỏt CSPK. Phần tử tiờu thụ là MBA, động cơ khụng đồng bộ, trờn đƣờng dõy điện và mọi nơi cú từ trƣờng. Yờu cầu CSPK chỉ cú thể giảm tối thiểu chứ khụng triệt tiờu đƣợc vỡ nú cần thiết để tạo ra từ trƣờng, yếu tố trung gian trong quỏ trỡnh chuyển húa điện năng. Tiờu thụ CSPK trong cỏc phần tử nhƣ sau:

- Động cơ khụng đồng bộ tiờu thụ khoảng 70-80%. - MBA tiờu thụ 25-15%.

- Đƣờng dõy tải điện và cỏc phụ tải khỏc 5%.

Khả năng phỏt CSPK của cỏc nhà mỏy điện rất hạn chế, cos = 0.8-0.85. Vỡ vậy, cỏc mỏy phỏt chỉ đảm bảo cung cấp một phần yờu cầu CSPK của phụ tải, phần cũn lại phải đƣợc cung cấp bởi cỏc nguồn CSPK đặt thờm tức là nguồn cụng suất bự.

Từ phõn tớch trờn cho thấy, việc đỏp ứng CSPK cho phụ tải cú thể đảm bảo bằng 2 phƣơng phỏp: S  Q P U U.I.cos U.I.sin

- Giảm cụng suất tiờu thụ CSPK của phụ tải. Vớ dụ nhƣ cỏc xớ nghiệp cụng nghiệp, đảm bảo cos của họ ở mức cho phộp.

- Lắp đặt thiết bị bự CSPK.

Để đảm bảo cõn bằng CSPK trong hệ thống điện phải thực hiện bự đƣợc gọi là cƣỡng bức hay bự kỹ thuật. Vỡ vậy, khi hệ thống điện thiếu CSPK thỡ việc bự kỹ thuật là bắt buộc, gọi là bự cƣỡng bức. Tuy nhiờn, sau khi bự cƣỡng bức, một lƣợng CSPK đỏng kể vẫn truyền tải trong lƣới phõn phối trung ỏp gõy ra tổn thất CSTD và tổn thất điện năng khỏ lớn. Do đú, để giảm tổn thất này cú thể thực hiện bự kinh tế.

Bự kinh tế chỉ đƣợc thực hiện khi nú thực sự mang lại lợi ớch, nghĩa là lợi ớch kinh tế mà nú mang lại phải lớn hơn chi phớ vận hành và lắp đặt trạm bự. Trong cỏc xớ nghiệp cụng nghiệp lƣợng CSPK phải bự cƣỡng bức để đảm bảo cos cũng đƣợc phõn phối hợp lý nhằm giảm tối đa tổn thất điện năng.

2.4.3 Hệ số cụng suất và quan hệ với bự CSPK

Giả thiết, một phụ tải cú tổng trở Z = R + jX đƣợc cung cấp bởi điện ỏp U. Dũng điện chạy vào tải đú đƣợc tớnh theo biểu thức sau.

R X

U U U

I I I

Z R jX

     (2.10)

Trong đú: IR là thành phần tỏc dụng cựng pha với điện ỏp; IX là thành phần phản khỏng trễ pha với điện ỏp là  / 2. Gúc giữa U và I là φ nhƣ biểu diễn trờn Hỡnh 2.3.

Hỡnh 2.3: Giản đồ vecto dũng điện 

IX

U IR

Lấy gúc pha điện ỏp bằng 0, dũng điện là IIR jIX và cụng suất biểu kiến đƣợc xỏc định theo biểu thức.

 UIˆ

S  U( I

R – jIX ) = P – jQ (2.11) Nhƣ vậy cụng suất biểu kiến S cú hai thành phần: Thành phần thực P và thành phần phản khỏng Q, quan hệ giữa S, P và Q nhƣ Hỡnh 2.2.

Từ Hỡnh 2.3 xỏc định cos = P

S

 và đƣợc gọi là hệ số cụng suất. Trong đú: P = S.cosφ và Q = S.sinφ; Tỷ số Q/P = sinφ/cosφ = tgφ.

Nhƣ vậy, hệ số cụng suất liờn quan với tỉ lệ CSPK trong cụng suất tiờu thụ tổng hợp của phụ tải. Phụ tải cú cosφ càng thấp thể hiện nhu cầu tiờu thụ CSPK càng nhiều và ngƣợc lại.

Khi phõn tớch chế độ hệ thống điện, phụ tải thƣờng đƣợc hiểu là cụng suất tiờu thụ tổng nhận từ nỳt thanh cỏi cung cấp (là cụng suất tiờu thụ của tập hợp cỏc thiết bị dựng điện nối vào thanh cỏi). Khi đú, để giảm lƣợng CSPK nhận từ nỳt cung cấp, cú thể đặt cỏc tụ bự nối vào thanh cỏi (hiểu nhƣ một thành phần phụ tải tổng hợp). Giả thiết, tải tiờu thụ ban đầu là S1 = Pdm + jQdm và lỳc này hệ số cụng suất là cosφ1 = 