Bài giảng Kinh tế vận hành hệ thống: Chương 1 - Đặc điểm cơ bản và các chỉ tiêu sản xuất năng lượng

Bài giảng Kinh tế vận hành hệ thống: Chương 1 - Đặc điểm cơ bản và các chỉ tiêu sản xuất năng lượng được biên soạn với các nội dung chính sau: Đặc điểm công nghệ và tính chất của sản phẩm; Tác động của sản xuất năng lượng; Hệ thống biến đổi năng lượng; Phân loại các nhà máy điện; Chỉ tiêu và khái niệm cơ bản về SX năng lượng;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!

KINH TẾ VẬN HÀNH HỆ THỐNG PHẦN 1 KINH TẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN VÀ

CÁC CHỈ TIÊU SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG

1.1 Đặc điểm công nghệ và tính chất của sản phẩm

▪ Gắn bó chặt chẽ giữa sản xuất, truyền tải và tiêu thụ

- Nhịp độ sản xuất, truyền tài phụ thuộc vào tiêu thụ

- Sản xuất, truyền tài đáp ứng nhu cầu tức thời

▪ Trình độ cơ giới hóa, tự động hóa, chuyên môn hóa cao

▪ Sản xuất liên tục và với sản lượng lớn

- Tính sẵn sàng của các nhà máy trong hệ thống

- Dự trữ thích hợp để lập lại cân bằng cho hệ thống

▪ Thiết bị cung cấp năng lượng có mục đích riêng biệt

▪ Có khả năng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác

▪ Điện năng có tính đàn hồi thấp trong thời gian ngắn

1.2 Tác động của sản xuất năng lượng

Tác động tích cực

▪ Nâng cao năng suất lao động cho các ngành khác

▪ Cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động

▪ Nâng cao chất lượng cuộc sống của con người

Tác động tiêu cực

▪ Không thuận tiện trong dự trữ

▪ Yêu cầu vốn đầu tư lớn

▪ Thời gian xây dựng công trình dài

- Tua bin khí 6 tháng -1 năm, Thủy điện 6 năm-8năm, Điện hạt nhân 8 năm -10 năm

▪ Yêu cầu nguồn năng lượng sơ cấp lớn

- 1995 than sử dụng cho sản xuất điện chiếm 21% NLSC

- Năm 2020 than nội địa 40 triệu tấn/năm, dự báo năm 2045 than nhập 73.8 triệu tấn/năm (VNL)

▪ Sản xuất năng lượng gây ô nhiễm nặng nề

1.3 Hệ thống biến đổi năng lượng

▪ Công nghệ tại nhà máy nhiệt điện gồm 4 quá trình:

- Quá trình nhiên liệu

- Quá trình không khí và khói

- Quá trình nước cấp, hơi nước và nước ngưng

- Quá trình nước làm lạnh

▪ Quá trình nhiên liệu (Nhà máy nhiệt điện than)

- Than được chở đến nhà máy

- Than được đưa vào phễu chứa than hoặc thiết bị đập vụn sấy khô sau đó đưa vào thùng nghiền

- Than bột được thổi vào buồng lửa

- Phần cứng không cháy hết được vận chuyển vào bãi xỉ

▪ Quá trình không khí và khói

- Không khí được hút từ ngoài nhờ các quạt gió

- Được sấy nóng và thổi vào buồng lửa (Không khí vận chuyển than bột vào lò)

- Không khí dùng để đốt cháy nhiên liệu

- Không khí dùng để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu

- Khói sinh ra theo đường khói đến ống khói ra ngoài

▪Quá trình nước cấp, hơi nước và nước ngưng

- Quá trình kín

- Bổ sung thêm nước để bù tổn thất nước và hơi nước

- Nước cấp đã khử khí được bơm vào lò hơi

- Hơi quá nhiệt đi từ lò hơi vào tuabin

- Hơi nước đi vào bình ngưng, ngưng lại và được bơm lại quá trình

- Nước cấp được gia nhiệt bởi hơi trích từ tuabin (20%-30% hơi vào tuabin), hơi sau khi gia nhiệt ngưng lại thành nước bơm lại

- Nước làm lạnh lấy từ sông, lọc và được bơm vào bình ngưng để

làm ngưng đọng hơi nước

- Sau đó được thải ra hạ lưu

▪ Quá trình làm lạnh kín (Làm lạnh tuần hoàn)

- Nước làm lạnh nóng lên do hơi nước truyền nhiệt

- Bơm về hệ thống làm bốc hơi nước của tháp làm lạnh

- Không khí được truyền nhiệt, hơi nước được làm lạnh, ngưng tụ

- Trở về bể chứa dưới tháp làm lạnh

- Nước bổ sung lấy ở sông, xử lý và đưa vào bể chứa tháp làm lạnh

SSơ Sơ đồ làm lạnh tuần hoàn

BN

Nước ngưng

Nước bổ sung

Nước xả của tháp

Tháp làm lạnh

Bơm tuần hoàn Bình

gia nhiệt

Lò

Hơi

Hơi nước từ tuabin

SSơ Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

1.4 Phân loại các nhà máy điện

▪ Phân loại nhằm phục vụ quản lý, lập kế hoạch, phân tích

▪ Tiêu chuẩn phân loại:

- Nguồn NLSC sử dụng: Nhà máy chạy than, dầu, khí, TĐ

- Nhiệm vụ của nhà máy trong hệ thống:

+ Nhà máy chạy nền (5000h-7500h), hệ số tải 50%– 70%

+ Nhà máy chạy nửa đỉnh (2000h-5000h), hệ số tải 20% – 40% + Nhà máy chạy đỉnh (600h-2000h), hệ số tải 0%– 10%

+ Độc lập không làm việc trong hệ thống

- Đặc điểm quá trình sản xuất:

+ Thủy điện đập tràn, hồ chứa, tích năng

+ Nhiệt điện ngưng hơi, TT nhiệt điện, chu trình hỗn hợp

- Chất lượng nhiên liệu sử dụng: Than xấu, than tốt

- Kiểu làm lạnh (trực lưu, tuần hoàn)

- Tình trạng thiết bị: Nhà máy mới, nhà máy cũ lạc hậu

Phân loại nhà máy điện theo quy định vận hành TTĐ

▪ Theo hệ số tải trung bình năm của các tổ máy phát điện

- Tổ máy chạy nền, chạy lưng và chạy đỉnh năm tới

+ Hệ số tải trung bình năm hoặc tháng: tỷ lệ giữa tổng sản lượng điện năng phát trong 1 năm hoặc 1 tháng và tích tổng công suất đặt với tổng số giờ tính toán hệ số tải năm hoặc tháng

+ Tổng số giờ tính toán hệ số tải năm: tổng số giờ của cả năm (N) đối với các tổ máy đã vào vận hành thương mại từ năm (N-1) trở

về trước hoặc tổng số giờ tính từ thời điểm vận hành thương mại của tổ máy đến hết năm đối với những tổ máy đưa vào vận hành thương mại năm (N), trừ đi thời gian sửa chữa theo kế hoạch đã được phê duyệt trong năm

+ Tương tự với tổng số giờ tính toán hệ số tải tháng (tính cho tháng vận hành thương mại M)

Phân loại nhà máy điện theo quy định vận hành TTĐ

- Căn cứ hệ số tải từ kết quả mô phỏng, chia thành 3 nhóm:

+ Nhóm tổ máy chạy nền: hệ số tải trung bình năm tổ máy ≥ 60% + Nhóm tổ máy chạy lưng:

25% ≤ hệ số tải trung bình năm tổ máy ≤ 60%

+ Nhóm tổ máy chạy đỉnh: hệ số tải trung bình năm tổ máy ≤ 25%

▪ Phân loại tổ máy chạy nền, chạy lưng và đỉnh tháng tới

- Căn cứ hệ số tải từ kết quả mô phỏng, chia thành 3 nhóm:

+ Nhóm tổ máy chạy nền: hệ số tải trung bình tháng tổ máy ≥ 70% + Nhóm tổ máy chạy lưng:

25% ≤ hệ số tải trung bình tháng tổ máy ≤ 70%

+ Nhóm tổ máy chạy đỉnh: hệ số tải trung bình tháng tổ máy ≤ 25%

Phân loại nhà máy điện theo quy định vận hành TTĐ

▪ Phân loại các nhà máy thủy điện

- Nhà máy thuỷ điện chiến lược đa mục tiêu

- Nhóm nhà máy thuỷ điện bậc thang

- Nhóm nhà máy thuỷ điện có hồ chứa điều tiết trên 1 tuần

- Nhóm nhà máy thuỷ điện có hồ chứa điều tiết từ 2 ngày đến 1 tuần

- Nhóm nhà máy thuỷ điện có hồ chứa điều tiết dưới 2 ngày

▪ Nhà máy thuỷ điện chiến lược đa mục tiêu: nhà máy thuỷ điện lớn

có vai trò quan trọng về kinh tế - xã hội – quốc phòng, an ninh do nhà nước độc quyền xây dựng và vận hành

▪ Nhóm nhà máy thủy điện bậc thang: tập hợp các nhà máy thuỷ

điện, trong đó lượng nước xả từ hồ chứa của nhà máy thuỷ điện bậc thang trên chiếm toàn bộ hoặc phần lớn lượng nước về hồ chứa nhà máy thuỷ điện bậc thang dưới và giữa hai nhà máy điện này không có

hồ chưa điều tiết nước lớn hơn 1 tuần

▪ Phân loại các nhà máy tham gia và không tham gia TTĐ

- Nhà máy tham gia thị trường điện:

+ Nhà máy điện có công suất đặt lớn hơn 30MW đấu nối vào hệ thống điện quốc gia, có trách nhiệm tham gia thị trường điện chậm nhất là 6 tháng đối với nhà máy thuỷ điện và 12 tháng đối với nhà máy nhiệt điện kể từ ngày vận hành thương mại của nhà máy

+ Nhà máy có công suất đặt đến 30MW, đấu nối lưới điện cấp điện áp 110KV trở lên có quyền lựa chọn tham gia

- Nhà máy không tham gia thị trường điện:

+ Nhà máy điện BOT

+ Nhà máy điện sử dụng năng lượng tái tạo không phải thuỷ điện + Nhà máy điện thuộc khu công nghiệp chỉ bán một phần sản lượng lên hệ thống điện quốc gia và không xác định được kế hoạch bán điện dài hạn

▪ Phân loại các nhà máy trong thị trường điện

- Nhà máy điện mới:

+ Nhà máy điện chưa xây dựng hoặc đang trong thời gianxây dựng nhưng chưa ký hợp đồng mua bán điện

- Nhà máy điện mới tốt nhất:

+ Nhà máy điện mới đưa vào vận hành có giá phát điện bìnhquân tính toán cho năm tới thấp nhất và giá hợp đồng muabán điện được thoả thuận căn cứ theo khung giá phát điệncho nhà máy điện chuẩn do Bộ công thương ban hành

1.5 Chỉ tiêu và khái niệm cơ bản về SX năng lượng

▪ 3 nhóm chỉ tiêu và khái niệm cơ bản

- Khái niệm Công suất

- Khái niệm Năng lượng

- Các chỉ tiêu sử dụng thiết bị, vận hành, kinh tế kỹ thuật

▪ 2 nhóm đầu đặc trưng cho năng lực sản xuất của nhà máy

▪ Nhóm sau đặc trưng cho sử dụng năng lực sản xuất vàhoạt động sản xuất của nhà máy

▪ Khái niệm công suất

Điều kiện vận hành thay đổi nên cần sử dụng nhiều loạicông suất khác nhau để đánh giá

▪ Công suất định mức (Danh định, Thiết kế)

việc lâu dài ở công suất đó theo thiết kế

- Công suất định mức được ghi rõ trên thiết bị

- Đảm bảo công suất định mức phải đảm bảo các thông số vận hành theo đúng thiết kế

▪ Công suất kinh tế

▪ Công suất trang bị (Công suất lắp đặt, lắp máy)

- Công suất trang bị bằng tổng các công suất định mức của thiết bị đặt trong cơ sở

Ntrbị (NM) = ∑Nđm(i) i: Thiết bị (cùng chủng loại) thứ i Ntrbị (HT) = ∑Ntr bị NM(i)

- Thể hiện năng lực sản xuất của nhà máy, hệ thống

- Nhà máy mới hoạt động mới có khả năng phát hết côngsuất trang bị và trong thời gian nhất định

- Nguyên nhân chủ quan và khách quan làm giảm côngsuất trang bị

▪ Công suất dùng được (công suất khả dụng)

- Công suất dùng được là công suất liên tục lớn nhất mà nhà máy có thể đạt được trên cực các máy phát điện khi vận hành đồng thời các tổ máy

- Yếu tố ảnh hưởng đến công suất dùng được:

+ Thay đổi cơ sở nhiên liệu so với thiết kế, hao mòn thiết

bị không được thay thế, sửa chữa

+ Đặc điểm làm việc của nhà máy (Sản xuất điện độc lập hay sản xuất điện phụ thuộc)

- Nhà máy sản xuất điện độc lập: Phát điện theo khả năng của nhà máy và yêu cầu tiêu thụ điện (nhà máy điện ngưng hơi)

- Nhà máy sản xuất điện phụ thuộc: Phát điện chịu ảnh hưởng của việc cung cấp nhiệt (trung tâm nhiệt điện, tuabin đối áp) hoặc phụ thuộc điều kiện tự nhiên (dòng nước - thuỷ điện đập tràn)

▪ Công suất điều độ của nhà máy điện

- Công suất điều độ: công suất lớn nhất mà nhà máy có thểđạt được trong từng khoảng thời gian nhất định do hệ thốngyêu cầu theo điều kiện vận hành đã cho của nhà máy

- Công suất điều độ: công suất tổ máy được đơn vị vậnhành hệ thống và thị trường điện huy động thực tê strongchu kỳ giao dịch

Nđđ = Ndđ - ∑Ndđ(i)SC ± ∆N

- Công suất điều độ thường nhỏ hơn công suất dùng được

- Công suất điều độ nhà máy phụ thuộc điều độ hệ thống

- Không có lệnh của hệ thống, nhà máy không được phépđưa bất kỳ tổ máy nào ra khỏi trạng thái vận hành hoặc dựtrữ

▪ Công suất cực tiểu

- Công suất nhỏ nhất mà tại đó tổ máy làm việc ổn địnhkhông xảy ra nguy hiểm về mặt kỹ thuật

- Công suất cực tiểu do nhà sản xuất quy định

Ví dụ:

Nmin (lò) = 20-25% Nđm (dầu tốt); 50-80% Nđm(dầu xấu)Nmin (NĐ than) = 50-70%Nđm (than tốt);

80-90% Nđm (than xấu)Nmin (NĐ dầu) = 30-40% Nđm

▪ Phụ tải nhà máy điện

Công suất thực tế tức thời phát ra trên cực các máy phátđiện của nhà máy

▪ Phương pháp đo phụ tải

- Đo bằng 3 phương pháp:

+ Đo tức thời bằng Wat kế tự ghi (đường liên tục)

+ Đo trị trung bình bằng đồng hồ tích phân và tự ghi trêngiấy trong một khoảng thời gian nhất định, thường là 30phút (đường bậc thang)

+ Đo sau những khoảng thời gian nhất định do nhân viênvận hành ghi lại (đường gấp khúc)

- Đo bằng phương pháp (1) cho trị số chính xác nhất

- Đo bằng phương pháp (2) và (3) cho trị trung bình, gầnđúng và xu hướng diễn biến của phụ tải

- Đo bằng phương pháp (2) được sử dụng trong cân đốicông suất hệ thống và lập kế hoạch vận hành của nhà máy

▪ Phụ tải cực đại

-Trị số lớn nhất của phụ tải xuất hiện ở từng thời điểm nhất định

- Phụ tải cực đại có thể theo ngày, tháng, năm

- Đánh giá cùng khoảng thời gian xem xét

- Các phương pháp đo khác nhau sẽ cho trị số phụ tải cực đại khác nhau

▪ Công suất dự trữ

- Khi xảy ra sự cố gây mất cân bằng sản xuất và tiêu thụ

+ Cắt điện đối với hộ không quan trọng

▪ Tổng công suất dự trữ của nhà máy điện

▪ Công suất dự trữ tức thời (dự phòng quay)

- Một phần của tổng công suất dự trữ và có thể tiếp nhậnphụ tải sau một khoảng thời gian chậm nhất là 5 phút

- Các tổ máy đang làm việc, tổ máy mở máy nhanh

- Dự trữ tức thời còn được gọi là dự trữ quay

▪ Công suất dự trữ nóng (dự trữ nhanh)

- Một phần của tổng công suất dự trữ, có thể tiếp nhận phụtải sau một thời gian chậm nhất là 30 phút

- Các tổ máy vận hành chưa đầy tải, chạy không tải hoặc tổmáy phụ trách dự trữ tức thời có tốc độ tăng phụ tải khôngcao

-Tốc độ tăng phụ tải (lò, tuabin, máy phát) được tính bằngMW/ phút hoặc % công suất định mức/ phút

- Mỗi thiết bị có khả năng tăng tải riêng, tăng tải quá nhanh

dễ gây ra nguy hiểm

▪ Công suất dự trữ nguội (Dự trữ chậm)

- Công suất dự trữ nguội là phần còn lại của tổng công suất

dự trữ, sau khi đã trừ đi dự trữ tức thời và dự trữ nóng và

có thể tiếp nhận phụ tải sau thời gian lớn hơn 30 phút

- Các thiết bị ở trạng thái không làm việc

- Sử dụng để thay thế các thiết bị ngừng việc để sửa chữahoặc kiểm tra theo kế hoạch

Ví dụ: Một tổ máy có công suất định mức 100MW có thể

làm nhiệm vụ dự trữ tức thời và dự trữ nóng Tổ máy có tốc

độ tăng tải là 5% Nđm/phút

a Tổ máy có thể làm việc đầy tải sau thời gian bao lâu?

b Công suất dự trữ tức thời cực đại và công suất dự trữ

nóng là là bao nhiêu nếu biết phụ tải hiện tại là 52MW?

▪ Khái niệm về năng lượng

▪ Sản lượng điện năng sản xuất

-Toàn bộ điện năng sản xuất ra bởi mọi máy phát điện củanhà máy điện trong kỳ nghiên cứu (thường 1 năm) có kể cảmáy phát điện tự dùng và được đo ở các cực của máy phátđiện

-Sản lượng điện năng thô hoặc điện năng trên cực

▪ Điện năng tự dùng của nhà máy điện

-Tổng điện năng nhà máy điện dùng vào quá trình côngnghệ để sản xuất năng lượng trong kỳ được xét

- Xử lý nhiên liệu, truyền tải nhiên liệu, tổn thất máy biến

áp tự dùng, thắp sáng, sấy sưởi bằng điện

- Không tính tổn thất máy biến áp tăng áp, tiêu hao điện đểbơm nước lên hồ chứa ở nhà máy điện tích năng

▪ Hệ số điện tự dùng

▪ Các nhà máy có hệ số tự dùng khác nhau

- Nhà máy ngưng hơi lò than bột k tdùng 7  10 %

- Nhà máy ngưng hơi lò ghi xích k tdùng 4  6 %

- Nhà máy thuỷ điện k tdùng < 1 %

- Trung tâm nhiệt điện thường k tdùng >7 %

▪ Sản lượng điện năng phát

W W k

▪ Sản lượng nhiệt năng phát

- Nước nóng và hơi nước phát ra ngoài trong kỳ

- Nhà máy dùng nhiệt năng chạy bơm dầu hơi, bơm tiếp nước hơi, sấy sưởi

- Nhiệt năng được theo dõi bằng Bảng cân bằng nhiệt

- Sản lượng nhiệt năng phát ra trong kỳ

Qphát = Qsx - Qtdùng (Gcal)

▪ Các chỉ tiêu sử dụng thiết bị và vận hành

▪ Thời gian làm việc – Số giờ vận hành của nhà máy điện

- Khoảng thời gian nhà máy ở trạng thái vận hành trong kỳ nghiên cứu

- Có kể thời gian vận hành không tải

- Không kể thời gian khởi động và thời gian để ngừng thiết bị

▪ Thời gian ngừng máy

-Khoảng thời gian nhà máy hoặc thiết bị phải ngừng việctrong kỳ để kiểm tra, sửa chữa theo kế hoạch hoặc do sự cố

- Bao gồm thời gian cần thiết để khởi động và ngừng máy

Tngừng = Tbdưỡng + Tsự cố + Tđóng, mở

Thời gian nghiên cứu

Thời gian có thể sử dụng Thời gian ngừng máy

Thời gian làm việc thực tế

▪ Thời gian sử dụng công suất trang bị

- Phụ thuộc chất lượng, trình độ vận hành, bảo quản thiết bị

- Phụ thuộc vào đồ thị phụ tải và nhiệm vụ hệ thống giao

và chất lượng nguồn năng lượng sơ cấp được sử dụng

- Chỉ tiêu này không cho phép so sánh 2 thời kỳ hoặc hai

thiết bị có thời gian xem xét khác nhau

▪ Hệ số sử dụng công suất trang bị

bÞ trang bÞ

trang 0

SX 0

bÞ trang bÞ

trang

N

P N

T

W T

SX bÞ

trang

N W

T = N_trang bi >? P thuc te

▪ Hệ số sử dụng phụ tải cực đại (Hệ số điền kín đồ thị phụ

tải)

kmax phụ thuộc nhiệm vụ do hệ thống giao

▪ Hệ số mức độ sử dụng (khai thác) tối đa công suất trang bị

bi trang

max max

bi trang

N

P k

max

BQ

max 0

SX 0

max

P

P P

T

W T

T k

.

=

max bÞ

trang

bÞ trang

k k

k

N

P k

thác khai

max thác

▪ Hệ số sẵn sàng của thiết bị

Khối lò máy có công suất dùng được giống nhau

Khối lò máy có công suất dùng được khác nhau

Nhà máy điện hiện đại hệ số sẵn sàng đạt tới 90%

0

i cè

sù n

1

i

a

÷ sch ktra,

0

n

1

i ngõng sµng

s½n

nT

T T

nT

T 1

oi ddi

ddi

N T

N T

T N

N

T k

0

1

1 1

i ngõng n

1

i ngõng sµng

s½n

tổng thời gian của khối nhà máy