Theo kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN - 0907 thì dự báo nhu cầu phụ tải trong giai đoạn 2000 - 2020 do Viện chiến lược phát triển - Bộ kế hoạch và Đầu tư xây dựng với 2 phương án: phương án cao và phương án cơ sở. Trong đó lấy nhịp độ phát triển dân số trong 25 năm (1996 - 2020) được dự báo bình quân là 1,72%/năm.
Nhu cầu điện năng theo phương án cao được dự báo theo phương án phát triển kinh tế cao. Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng trưởng trung bình điện năng sẽ là 10,2%/năm và 8,9%/năm tương ứng với từng giai đoạn là 2000 - 2010 và 2010 - 2020. Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 204 tỷ kWh. Tốc độ tăng trưởng điện năng của cả giai đoạn 1996 - 2020 là 11%/năm.
Nhu cầu điện năng phương án cơ sở được dự báo theo phương án phát triển kinh tế cơ sở. Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng trưởng trung bình điện năng sẽ là 10,5%/năm và 8,2%/năm tương ứng với từng giai đoạn. Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 173 tỷ kWh. Tốc độ tăng trưởng điện năng của giai đoạn 2000 - 2020 là 10,4%/năm.
Với dự báo này thì ngành điện năng nói chung và lưới điện phân phối địa phương nói riêng trong thời gian tới đòi hỏi phải có sự phát triển, cải tạo và mở rộng rất lớn. Đây là một thực tế cần phải được quan tâm .
CHƢƠNG 2
CÁC PHƢƠNG PHÁP CHUNG VỀ QUY HOẠCH VÀ THIẾT KẾ LƢỚI ĐIỆN
2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP QUY HOẠCH VÀ THIẾT KẾ LƢỚI ĐIỆN
Muốn lưới điện phát triển tối ưu trong thời gian dài cần phải làm quy hoạch. Có quy hoạch dài hạn và ngắn hạn.
Quy hoạch dài hạn là bản ghi trình tự phát triển tối ưu lưới điện trong thời gian đủ dài từ 15 đến 20 năm ( có thể lên đến 30 năm), đến cuối kỳ quy hoạch lưới điện phải có được cấu trúc đã được định trước. Trình tự này bao gồm: Sơ đồ nối lưới điện phải đạt được từng năm, các công trình điện ( đường dây, trạm biến áp…) được đưa vào vận hành từng năm, lịch trình phát triển hệ thống quản lý vận hành, điều khiển … Quy hoạch dài hạn thực hiện trên các dự liệu dự báo về phụ tải, về kinh tế, xã hội, về phát triển khoa học kỹ thuật … do dự báo xa nên có độ không chính xác nhất định.
Quy hoạch ngắn hạn là sơ đồ phát triển chi tiết hơn lưới điện trong khoảng thời gian ngắn trước mắt khoảng từ 5 đến 7 năm, cụ thể hóa quy hoạch dài hạn trên cơ sở các số liệu gần hơn, chính xác hơn.
Thiết kế là sơ đồ thực hiện từng công trình, hạng mục cụ thể của lưới điện. Quá trình quy hoạch được thực hiện thông qua các dự án. Các dự án lại được thực hiện qua nhiều quá trình khác như đấu thầu, thiết kế, thi công… Các đơn vị kinh tế sẽ thực hiện công trình điện khi trúng thầu dự án điện.
Quy hoạch hệ thống thực chất là đảm bảo cho quá trình phát triển hệ thống thỏa mãn đồng thời cả hai yêu cầu: đáp ứng về mặt kỹ thuật và hợp lý về kinh tế. Mặc dù trước đây đã có những nghiên cứu khá đầy đủ về tiện ích của lưới phân phối, tuy nhiên nó vẫn chưa đáp ứng được những yêu cầu phát triển của phụ tải. Trong tương lai, cần có những biện pháp thích hợp để việc quy hoạch hệ thống được thực hiện nhanh chóng và đảm bảo tính kinh tế. Việc ước lượng tính hiệu quả
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
của các giải pháp được lựa chọn, đánh giá sự tác động khác nhau của các phương pháp nhằm thỏa mãn tính kinh tế, độ tin cậy và tính an toàn cho khách hàng là cần thiết.
Mục tiêu của quy hoạch hệ thống phân phối là để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải với tốc độ tăng trưởng và mật độ phụ tải cao . Một số biện pháp đã được sử dụng như: mở rộng hệ thống phân phối, tăng tiết diện dây dẫn, thay thế các máy biến áp trong trạm biến áp…Tuy nhiên tất các các phương pháp nêu trên đều phải thỏa mãn hai chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật.
Trên thực tế việc quy hoạch lưới điện phân phối còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng khác như : vị trí địa lý , sự cân nhắc về mặt sinh thái khi thiết kế , thi công các công trình điện, vấn đề về hành lang an toàn…Những vấn đề nêu trên gây ảnh hưởng lớn đến việc quy hoạch tối ưu hệ thống phân phối . Do đó, để quy hoạch lưới điện phân phối cần lập kế hoạch và phải xác định cường độ tải và vị trí địa lý của nó. Sau đó, các trạm biến áp phân phối phải được lựa chọn đặt ở vị trí hợp lý nhằm giảm thiểu tối đa chi phí xây dựng và cung cấp cho phụ tải một cách hiệu quả nhất.
Trước đây, việc lập kế hoạch cho hệ thống cung cấp điện năng và hệ thống phân phối được giao ở cấp độ công ty mà không xem xét hoặc phối hợp với các kế hoạch dài hạn. Với chi phí ngày càng tăng của năng lượng, thiết bị và lao động, để quy hoạch hệ thống được cải thiện phải sử dụng các phương pháp lập kế hoạch hiệu quả. Hệ thống phân phối đặc biệt quan trọng bởi nó đưa điện năng tiêu thụ đến tận tay khách hàng, điều này dẫn đến chi phí dịch vụ tăng. Việc thiết kế, quy hoạch hệ thống phân phối giúp cho độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng được tăng cao, hạn chế tối đa việc cắt giảm phụ tải và có nhiều phương án cung cấp điện.
Ta thấy rằng, quy hoạch hệ thống phân phối bắt đầu ở cấp độ khách hàng. Từ nhu cầu, chủng loại, hệ số tải, và đặc điểm của phụ tải dẫn đến phải thiết kế hệ thống phân phối bắt buộc. Sau khi phụ tải được xác định, chúng được nhóm lại theo nhóm dịch vụ và kết nối với biến áp phân phối để xác định nhu cầu về các hệ thống phân phối chính. Sự phân bố tải của hệ thống chính sau đó sẽ được chuyển giao cho
các trạm biến áp truyền tải. Sự phân bố tải trong hệ thống dẫn đến việc xác định kích thước, vị trí cho các trạm biến áp cũng như định tuyến và khả năng mang tải của các đường dây liên quan.
2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUY HOẠCH HỆ THỐNG
Khi tiến hành quy hoạch hệ thống lưới điện phân phối, cần xem xét tới rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng. Những yếu tố đó bao gồm sự khan hiếm của đất sẵn có trong khu vực đô thị, ảnh hưởng về mặt sinh thái và sự cần thiết để giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu.
Do nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, vị trí địa lý cung cấp điện càng được mở rộng dẫn đến điện áp cao hơn và tự động hóa nhiều hơn. Điều này dẫn đến những yêu cầu đặt ra cho nhà thiết kế trong việc kiểm soát tính kinh tế của hệ thống là hết sức khó khăn và phức tạp. Vì vậy, vấn đề đặt ra trong quy hoạch hệ thống là cố gắng để hàm chi phí thiết kế, thi công, lắp đặt, vận hành của các phần tử trong lưới phân phối như đường dây, máy biến áp…đạt giá trị nhỏ nhất.
2.2.1. Dự báo phụ tải
Sự tăng trưởng phụ tải của khu vực địa lý được cung cấp bởi một công ty điện lực là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến việc mở rộng hệ thống phân phối. Vì vậy, dự báo phụ tải và những thay đổi của hệ thống đối với những gia tăng đó là điều cần thiết cho quá trình lập kế hoạch. Các dự báo này sẽ dự đoán tải trong tương lai cụ thể, thậm chí đến từng phụ tải là khách hàng cá nhân, nhưng trong thực tế, độ chính xác còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác.
Có hai quy mô thời gian của tải dự báo: tầm xa ( với tầm nhìn thời gian là 15 hoặc 20 năm nữa) và tầm ngắn (với tầm nhìn thời gian là 5 năm).
Hình 2.1 cho thấy một số yếu tố ảnh hưởng đến việc dự báo phụ tải, đây là
một trong những nhu cầu của xã hội. Phụ tải tăng trưởng phụ thuộc rất nhiều vào cộng đồng. Chỉ số kinh tế, dữ liệu dân số và kế hoạch sử dụng đất chính thức của tất cả các yếu tố đầu vào phục cho quá trình dự báo. Kết quả dự báo ở dạng mật độ tải (kVA/ mỗi đơn vị diện tích). Dự báo tầm ngắn có thể yêu cầu chi tiết hơn. Các số liệu lưới điện có sẵn sẽ hỗ trợ việc thiết kế cấu hình. Các lưới tổng thể trình bày các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
dữ liệu dự báo phụ tải, và nó cung cấp một công cụ hữu ích cho việc lập kế hoạch kiểm tra tất cả các vị trí địa lý sau đó đưa ra yêu cầu cần thiết để thích ứng với mô hình mở rộng hệ thống.
vestmen.
2.2.2. Mở rộng trạm biến áp
Hình 2.2 trình bày những yếu tố ảnh hưởng đến việc mở rộng trạm biến áp.
Khi lập kế hoạch đưa ra quyết định mở rộng trạm, ta cần dựa trên nhiều luồng thông tin; Ví dụ: dự báo phụ tải, mật độ tải và tốc độ tăng trưởng phụ tải có thể yêu cầu mở rộng trạm phụ hoặc xây dựng mới một trạm biến áp. Trong kế hoạch mở rộng hệ thống cần quan tâm nhiều đến các điều kiện cấu hình hiện tại, khả năng mang tải của trạm và mức độ gia tăng phụ tải trong dự báo (đây là hai yếu tố quan trọng đóng vai trò quyết định trong việc mở rộng trạm biến áp).
Dữ liệu lịch sử Sự tăng trưởng dân cư Mật độ phụ tải Nguồn NL
thay thế Kế hoạch phát triển
cộngđồng Kế hoạch công nghiệp Bản đồ thành phố Sử dụng diện tích Nhân tố địa lý Dự báo phụ tải
2.2.2. Lựa chọn địa điểm đặt trạm biến áp
Hình 2.3 cho thấy các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn vị trí trạm. Khoảng cách từ trung tâm phụ tải đến các đường dây truyền tải hiện tại và những hạn chế khác, như: đất đai có sẵn, chi phí đất, các quy định sử dụng đất … là những yếu tố hết sức quan trọng mà người thiết kế trạm cần phải cân nhắc và quan tâm tới.
Quá trình xác định vị trí trạm biến áp có thể mô tả như một quy trình sàng lọc những khu vực được lựa chọn và đánh giá. Nói cách khác, đó là phần đất phục vụ việc xây dựng trạm. Ban đầu, người thiết kế phải cân nhắc vị trí, sau đó đánh giá các yếu tố khác, ví dụ như: Tính an toàn, kỹ thuật, quy hoạch hệ thống, tính kinh tế, tính thẩm mỹ. Giai đoạn đầu của sự lựa chọn vị trí chủ yếu là xem xét, loại bỏ các khu vực không thích hợp cho xây dựng mặt bằng, từ đó đưa ra những vị trí đáp ứng đủ yêu cầu để tiếp tục lựa chọn cho các mục tiêu kế tiếp.
Mở rộng trạm biến áp Dự báo phụ tải Tổn thất năng lƣợng Năng lực Truyền tải điện áp Lƣới điện không linh hoạt Giới hạn mang tải Yếu tố kinh tế Kích thƣớc Giới hạn Các rào cản vật lý Đất sẵn có Các yếu tố khác Năng lực và cấu hình
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
Các vị trí được lựa chọn được phân loại thành ba nhóm cơ bản: (1) các nhóm không thích hợp cho phát triển trong tương lai gần. (2) các nhóm có một số đáp ứng nhưng không được chọn để đánh giá chi tiết trong chu kỳ lập kế hoạch, và (3) các vị
trí có tiềm năng, đang được nghiên cứu cụ thể hơn ( Hình 2.4)
Dự báo phụ tải Mật độ phụ tải Gần trung tâm phụ tải Hạn chế
về vị trí Vị trí TBA hiện tại
Quy định sử dụng đất Chi phí của đất Đất sẵn có Vị trí đường dây truyền tải Vị trí TBA
Hình 2.3. Các yếu tố gây ảnh hưởng đến vị trí trạm biến áp
Để đánh giá vị trí được hoàn chỉnh cần kết hợp tất cả các lựa chọn thay thế và thay đổi các đánh giá từ nhiều quan điểm khác nhau.
2.2.3. Các nhân tố khác Khu Vực dịch vụ Khu vực được chọn Vị trí không phù hợp Tổ chức đánh giá vị trí Vị trí được chọn Đề xuất vị trí Yếu tố xem xét - An Toàn - Kỹ thuật - Hệ thống quy hoạch - Quy định - Kinh tế - Thẩm mỹ Hình 2.4. Tiến hành chọn vị trí trạm biến áp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong thiết kế, quy hoạch trạm, cần xác định cụ thể nhiệm vụ của trạm biến áp. Truyền tải và phân phối là những nhiệm vụ chính, còn lại cần xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến sự lựa chọn điện áp, lựa chọn tuyến đường dây truyền tải, số
lượng phụ tải tiêu thụ, lựa chọn kích thước dây dẫn và tổng chi phí, như trong Hình 2.5.
2.3. Kỹ thuật quy hoạch lƣới phân phối hiện nay
Ngày nay, nhiều nhà hoạch định hệ thống phân phối điện trong ngành công nghiệp sử dụng chương trình máy tính làm công cụ tính toán, sử dụng lưu đồ thuật toán, chẳng hạn như: các chương trình lưu lượng tải sử dụng vòng lặp và các chương trình hệ thống tính toán hỗ trợ sử dụng các công cụ khác như: dự báo phụ tải, ổn định điện áp, điều chỉnh thiết lập, lập kế hoạch, độ tin cậy, và chọn địa điểm, kích thước theo thuật toán tối ưu. Các máy tính thực hiện các phép tính nhanh chóng hơn so với các phương pháp khác do đó kỹ sư chỉ cần tập trung vào công việc chi tiết. Các kỹ sư có thể dành thời gian xem xét kết quả của các tính toán hơn là lập phép tính cụ thể cho từng bước. Tuy nhiên, vẫn phải có sự đánh giá kỹ thuật
Chi phí vật liệu Chi phí sửa chữa Tổng chi phí Chi phí tổn hao do xây dựng Giá thành xây dựng Chi phí xây dựng Chi phí lắp đặt Tổng vốn điện năng Tổn thất Chi phí điều hành Chi phí phát sinh khác
dựa trên quy hoạch đầy đủ ở mọi giai đoạn của sự phát triển hệ thống điện. Nhìn chung, việc sử dụng các công cụ nói trên và tính toán trên các thiết kế hệ thống phụ thuộc hoàn toàn vào quyết định của các nhà quy hoạch và công ty điều hành chính sách tổng thể.
Sơ đồ khối chức năng của quá trình quy hoạch hệ thống phân phối được trình
bày trên Hình 2.6. Quá trình này được lặp đi lặp lại trong một thời gian dài (15-20
năm), gọi là thời kỳ quy hoạch. Trong sự phát triển của quá trình, người thiết kế quy hoạch cung cấp phác thảo về một kế hoạch điển hình. Sơ đồ cho thấy, thủ tục lập kế hoạch bao gồm bốn hoạt động chính: dự báo phụ tải, cấu hình hệ thống phân phối thiết kế, mở rộng trạm biến áp và lựa chọn vị trí.
Cấu hình thiết kế bắt đầu ở cấp độ phụ tải khác nhau. Từ các loại nhu cầu, hệ số tải và đặc điểm của khách hàng (phụ tải) đặt ra yêu cầu bắt buộc đối với hệ thống phân phối. Sau khi xác định được yêu cầu của phụ tải, đường dây trung sẽ được kết nối với máy biến áp phân phối. Dựa vào sự phân bố tải trong máy biến áp này để xác định nhu cầu về các hệ thống phân phối chính. Các tải trong hệ thống phân phối chính sau đó được giao cho các trạm biến áp có điện áp truyền tải thấp hơn. Sự phân bố tải trong hệ thống phụ thuộc vào việc xác định kích thước và vị trí (xác định địa điểm) của các trạm biến áp cũng như các tuyến đường và khả năng truyền tải của