Bài giảng Kinh tế năng lượng

Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị 2Xét trường hợp phụ tải lớn, cần nhiều tổ máy làm việc song song aTrường hợp tổng quát : B=fN: là hàm bậc n Hai tổ máy

Bài Giảng: Kinh Tế Năng Lượng

Bm Kĩ thuật điện, trường ĐH Thủy lợi

GIẢNG VIÊN:

PGS-TS PHẠM VĂN HÒA

Email: hoapv@epu.edu.vn

Tel: 0916563848

NỘI DUNG CHÍNH

 Đặc tính năng lượng của các thiết bị chính

 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ

làm việc của động cơ

 Vấn đề sử dụng và cung cấp năng lượng

 Doanh nghiệp và các loại hình vốn của doanh

nghiệp

 Đầu tư và tính toán kinh tế - kĩ thuật các dự án

đầu tư

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ tuabin-máy phát điện

I Tổ tuabin-MF nhiệt điện

II Tổ tuabin thuỷ lực-máy phát điện

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ tuabin-máy phát điện 1

I Tổ tuabin-MF nhiệt điện

1) Đối với tổ tuabin ngưng hơi- MF

Đốt nhiên liệu(than): Q, đun nước(nồi hơi) tạo hơi bão hòa, làm quay tuabin,làmquay MF, phát ra điện N (công suất)

Phương trình cân bằng nhiệt (Gcal/h)

Q o -Nhiệt lượng tiêu hao không tải tiêu chuẩn của tổ máy /1 giờ

Q nh-Nhiệt tỏa ra cho nước làm mát, nhiệt tỏa ra môi trường, nhiệt tổn thất do xoáy,

va đập Qnh>50% nhiệt lượng đưa vào

Q c -Do ma sát với ổ trục, với không khí, tổn thất trong cơ cấu truyền động

Q : Tổn thất trong cuộn dây máy phát, tổn thất trong mạch từ làm nóng các lõi thép

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ tuabin-máy phát điện

Biểu diễn theo công suất Q=f(N) là hàm bậc n.

-Lượng nhiệt trung bình tăng thêm khi cần

phát thêm 1 đơn vị công suất trong khoảng

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ tuabin-máy phát điện

*Hai đoạn thẳng (liên quan đến công suất kinh tế Nkt)

Ví dụ:

r1, r2: suất tăng tiêu hao nhiệt để sản xuất điện

năng ở phạm vi công suất dưới kinh tế và

QQ

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ tuabin-máy phát điện

0,86 [Gcal/MWh]: đương lượng nhiệt điện

Khi không có Nkt :

Khi có Nkt :

Nhiệt lượng tiêu hao cho

tổ máy trong n giờ vận hành

theo đặc tính năng lượng

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ

tuabin-máy phát điện

Nhiệt lượng tiêu hao trong 1h

Nhiệt lượng tiêu hao trong n giờ

Với : Là khoảng thời gian mà N>Nkt

Ví dụ: Tổ máy tuabin hơi-máy phát điện K-20-35 có đặc tính năng

lượng như sau: Q=11,7+2,56N+0,33(N-15) [Gcal/h]

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ tuabin-máy phát điện

Yêu cầu:

1 Tính hiệu suất trung bình

của tổ máy trong 10h làm việc

2 Tính hiệu suất lúc 6h và lúc 3 giờ

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ tuabin-máy phát điện

Hiệu suất trung bình trong 10h làm việc là:

Hiệu suất lúc 6h là:

Hiệu suất lúc 3h là:

2) Đối với tuabin đối áp-MF (Tham khảo giáo trình)

3) Đối với tuabin trích hơi- MF(Tham khảo giáo trình)

6h 6h

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ tuabin-máy phát điện

Ch1 Đặc tính năng lượng của tổ tuabin-máy phát điện

II Đặc tính năng lượng của các tổ

tuabin thuỷ lực-máy phát điện

Đập ngăn tạo thượng lưu và hạ lưu

Độ chênh lệch mức cao nước hai bên H-(m)

gọi độ cao cột nước

Nước qua ống dẫn với lưu lượng Q - (m3/s)

làm quay tuabin, dẫn đến quay MF và phát

ra điện

Với mỗi H=const có đặc tính tiêu hao nước

và Suất tăng tiêu hao nước:

Khi tính toán kế hoạch lượng nước tiêu hao thì dùng

đặc tính Q=f(N), còn khi phân phối kinh tế phụ tải giữa

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị 2

I Phân phối công suất điện cho các tổ máy không cung cấp

nhiệt (tuabin hơi, diezen, tuabin thuỷ lực…)

1) Xét trường hợp phụ tải nhỏ, chỉ cần một tổ máy làm việc

Có hai tổ máy, có đặc tính nhiêu liệu như sau:

[Ttiêuchuẩn /h] 1T tieuchuan =10 Gcal

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

Trường hợp 2:

Tại Ngh thì B1=B2

Kết luận: Khi công suất điện yêu cầu N<Ngh thì tổ máy 2 làm việc

Khi công suất điện yêu cầu N = Ngh thì 2 tổ máy kinh tế như nhau

Khi công suất điện yêu cầu N> Ngh thì cho tổ máy 1 làm việc

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

2)Xét trường hợp phụ tải lớn, cần nhiều tổ máy làm việc song song

a)Trường hợp tổng quát : B=f(N): là hàm bậc n

Hai tổ máy có đặc tính như sau: B1=f1(N); B2=f2(N)

Cho trước đồ thị phụ tải N, hai tổ máy làm việc song song với công suất mỗi tổ máy là N1 và N2: N=N1+N2

Tiêu hao năng lượng tương ứng là: B=B1+B2

Yêu cầu: Điều chỉnh công suất mỗi tổ sao cho Bmin

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

Tương tự với

Kết luận:

Vậy để 2 máy vận hành song song đạt tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất thì r1=r2

(suất tăng tiêu hao nhiên liệu của 2 máy bằng nhau).

Mở rộng đối với nhiều tổ máy làm việc song song thì ta cũng có điều kiện tương tự là r1= r2 = = rn

b)Trường hợp các tổ máy có đặc tính là những đoạn thẳng

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

Chú ý: Trong khi các máy làm việc song song, dù có kinh tế hay không trước hết phải cho các tổ máy nhận phần công suất tối thiểu bằng công suất cực tiểu của nó Mục đích

là đảmbảo tính an toàn về mặt kỹ thuật vận hành của máy

Do đó: [Ttiêuchuẩn/h]

Khi cần phát thêm một lượng công suất là:

- Nếu tổ máy 1 nhận thì lượng nhiên liệu tiêu hao tăng thêm

- Nếu tổ máy 2 nhận thì lượng nhiên liệu tiêu hao tăng thêm

Ta thấy nếu r1>r2 thì: , vậy phải để tổ máy 2 đảm nhận

Kết luận: Như vậy khi 2 tổ máy làm việc song song thì cần phải ưu tiên cho tổ máy có

suất tăng tiêu hao r nhỏ hơn mang phụ tải với khả năng lớn nhất và sau đó mới cho tổ máy có r lớn hơn mang phần phụ tải còn lại

Khi có nhiều tổ máy, trước hết các tổ đều phát công suất min, sau đó với công suất tăng thì thứ tự ưu tiên cho các tổ máy có r nhỏ nhất và nó đến hết công suất, Và cứ

min min min oI oII 1 1 2 2

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

Ví dụ:

Một nhà máy có đặt 3 tổ máy có đặc tính năng lượng như sau (màu đỏ là Pđm):

- Tổ máy1: K-4-35 có Q = 1,3 +2,65N [Gcal/h]; Nmin = 1 MW

- Tổ máy 2: K-12-35 có Q = 3 +2,6N [Gcal/h]; Nmin = 2,1 MW

- Tổ máy 3: K-25-35 có Q = 6,8 +2,57N + 0,4(N-21) [Gcal/h]; Nmin = 10 MW

Yêu cầu: Lập biểu đồ, vẽ đặc tính

Giải:

Tổ máy 3: r∑Nmin = +1 2,1 10 13,1 MW2-r1+=0,4; r= 2=r1+0,4=2,57+0,4=2,97

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

Biểu đồ phân bố phụ tải:

21

2,1

12 4

K 4 35 − −

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc

của thiết bị

GHI CHÚ: Từ bài toán trên có được các đặc tính Ni=fi(N) Với một N yêu cầu, dễdàng xác định được các Ni; Từ trục hoành với giá trị N, dóng đường thẳng đứng (ss trục tung) gặp đường Ni=fi(N) từng tổ sẽ có được các giá trị Ni VD N=30 MW, vẽ đường thẳng đứng (nét đậm đứt) được N1=1MW; N2=8MW; N3=21MW

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

c)Trường hợp các tổ máy có đặc tính là hàm phi tuyến (Vd bậc 2)

Đặc tính năng lượng Qi(Ni);[Gcal/h] có thể chuyển

sang Đặc tính nhiên liệu Bi(Ni);[T/h] hay Đặc tính

chi phí Ti(Ni); [$/h] một cách tương đương

Nếu nhà máy có m tổ máy thì mỗi tổ là:Ti=fi(N);

i =1÷m; Tio là chi phí không tải

là suất chi phí của tổ máy

Cho trước đồ thị phụ tải N, m tổ máy làm việc song song thì:

Chi phí năng lượng tương ứng là:

Yêu cầu: Điều chỉnh công suất mỗi tổ sao cho T min

i i

i

dT tgdN

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

i

S 0 N

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị 3

Phương pháp Lặp dần đúng

Lấy một giá trị nào đó (ước lượng gần đúng), sau đó theo các biểu thức

dTi/dNi =gi(Ni)= của từng tổ máy xác định được Ni, rồi tiếp theo kiểm tra điều kiện cân bằng công suất, nếu đạt thì dừng; nếu không đạt thì hiệu chỉnh lại

và tính lại, cứ lặp dần đúng như thế cho đến khi điều kiện thoả mãn thì bài toán được giải

VD1: Xét nhà máy 02 tổ máy có

02 tổ máy cấp điện cho phu tải biến thiên từ 40 đến 250 MW

Phân bố tối ưu cho 02 tổ máy khi N=50 và N=180 MW

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

Giải:

1a) N=50 MW

- Không xét khống chế công suất:

- Xét khống chế công suất max, min:

Với k/q tinh trên tổ 1 phát dưới Pmin=20MW, vậy phải lấy N1=20MW

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

- Xét từ Nmin đến Nmax ,cách đoạn giá trị N, với cách giải trên sẽ lập được sẵn các

N1=f1(N), N2=f2(N), , Nm=fm(N) cho từng tổ máy, cộng lại sẽ là nhà máy

2 1

2 2

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

Từ đó với một N yêu cầu, dễ dàng xác định được các Ni (lưu ý là các đặc tính

năng lượng không còn là các đoạn thẳng mà là phi tuyến)

Đặc tính năng lượng toàn nhà máy:

Các đặc tính năng lượng của toàn nhà máy như: Nhiên liệu B=f(N); [T/h], chi

phí nhiên liệu T=f(N); [$/h], được xây dựng theo hai cách:

-C1: Đo trực tiếp toàn nhà máy;

-C2: Từ các tổ máy: từ Ni từng tổ máy xác định được Bi, Ti tương ứng, tống các tổ máy sẽ là của toàn nhà máy Với các giá trị N khác nhau được các đặc tính năng lượng B(N), T(N) của toàn nhà máy

Các đặc tính NL này sẽ thể hiện dạng bảng và cũng có thể mô phỏng thành biểu

thức toán học (có thể là các đoạn thẳng gấp khúc hay đường cong và thường là dạng bặc 2) Khi đặc tính NL tổ máy là phi tuyến (thường bậc 2), quá trình xác định các Ni của nhà máy có các giá trị suất tăng chi phí cùng là hệ số

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

VD2: Với VD1 nêu trên, xét các N khác nhau, với cách giải trên ta có:

Số liệu cột 1 và cột 4 thể hiện của toàn nhà máy

Các đặc tính B(N),T(N), được sử dụng phân phối phụ tải cho các

nhà máy trong toàn hệ thống (xem mục II)

1,96 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,10 3,25

20 20 40 60 80 100 110 125

30 50 66,7 83,3 100 116,7 125 125

50 70 106,7 143,3 180 216,7 235 250

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

II Phân phối kinh tế phụ tải điện cho các nhà máy trong hệ thống chỉ bao gồm nhiệt điện

1)Suất tăng chi phí và suất chi phí nhà máy:

Theo như cách phân phối kinh tế cho các tổ máy

với các phụ tải N khác nhau, tổng hợp được đặc tính

chi phí của toàn nhà máy: Ti= f(Ni) với Tio là chi phí

không tải và

là suất tăng chi phí của nhà máy

là suất chi phí của nhà máy Tại B: thì NB: là điểm công suất kinh tế

n nhà máy cùng cấp cho phụ tải toàn HT P , xét đến tổn thất công suất trong

i i

i

dT tgdN

i i

i

T tgN

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

Như vậy ta được điều kiện phân bố tối ưu là:

và

:Suất tăng chi phí của nhà máy thứ i

Vấn đề ở đây là xác định các Ni của các nhà máy điện, đồng thời xác định được

Có hai phương pháp:

Phương pháp 1: với đặc tính năng lượng Ti(Ni) của từng nhà máy dùng phương

pháp lặp dần đúng tương tự như phân bố kinh tế cho từng tổ máy trong nhà máy

như đã phân tích ở trên

Phương pháp 2:Nhờ đặc của từng nhà máy, xác định các giá trị Ni của từng nhà máy như sau:

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

b2) Căn cứ vào Ppt+ , từ trục hoành dóng lên gặp của HT,

sau đó dóng ngang được sẽ được các giá trị Ni của các nhà máy và giá trị

f (N)

ε =

P

∆

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

VD3 HT có 02 nhà máy , có các đặc tính Ni=f(N) như trên bảng, từ đó xây dựng Hãy phân bố công suất cho các nhà máy khi có một yêu cầu nào đó

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

Phương pháp nhờ đặc tính cũng có thể áp dụng cho phân bố cs tổ máy

VD4.Từ VD2 đã có các đặc tính của 02 tổ máy và toàn nhà máy Xây

λ ↔ ε

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

3)Trường hợp

Dùng phương pháp Lagrange ta được điều kiện phân bố công suất tối ưu:

và

- suất tăng chi phí của hệ thống năng lượng khi có tính đến sự thay đổi công

suất tổn thất khi có sự thay đổi công suất ở nhà máy.

- suất tăng tổn thất công suất trong hệ thống khi nhà máy điện thứ i thay đổi cs

Xét đến bài toán trở lên khó hơn để xác định N i các nhà máy

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

III Phân phối kinh tế phụ tải trong HTĐ hỗn hợp Thủy điện-Nhiệt điện (TĐ-NĐ)

1)Phương pháp chung

HT gồm nNĐ: a,b,c, & nTĐ: α, β,…

Với mỗi NĐ có: Ta=f(Na), Tb=f(Nb), …

Với mỗi TĐ có: Qα =f(Nα), Qβ=f(Nβ),

Với TĐ phải xét và tận dụng nước về cả ngày,

vậy với một nhà máy TĐ phải đảm bảo:

trong đó: - lượng nước sử dụng để phát điện trong giờ t

- lượng nước được phát trong ngày-đêm (nguồn nước)

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

Vậy bài toán phân bố công suất trong HT TĐ-NĐ phải được giải trong 24 giờ chứ không phải cho từng giờ như HT toàn NĐ

Hàm mục tiêu bài toán:

trong đó Tt là chi phí nhiên liệu của các NĐ trong giờ t;

Các ràng buộc:

- Cân bằng công suất cho giờ t (t=1÷24)

- Cân bằng nước cho từng TĐ (α,β, ….)

- Các hạn chế phát công suất & các hạn chế khác (thủy lợi, chống lũ,…)

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

2 2a 2

24 24a 24

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn chế độ làm việc của thiết bị

Đối với thủy điện α (từ 1 đến 24)

Tương tự với các thủy điện β,γ….nTĐ còn lại

Điều kiện phân bố công suất tối ưu giờ thứ t (t=1÷24):

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

Khi thì diều kiện phân bố công suất tôi ưu trong HT là:

Có nghĩa là suất tăng tiêu hao nhiện liệu của NĐ bằng suất tăng tiêu hao nước qui đổi của TĐ

: hệ số tính đổi về tiêu hao nước đặc trị với tiêu hao nhiên liệu

Bài toán có kích cỡ rất lớn, vô cùng phức tạp, đặc biệt xét các ràng buộc hạn

chế về công suất

Phương pháp chung nêu trên chỉ mang tính chất hàn lâm toán học Trên thực tế

bài toán phân phối kính tế trong HTĐ gồm các NĐ và TĐ sẽ được giải quyết theo hướng khác

2)Bài toán phân phối phụ tải trong HT NĐ-TĐ trong thực tế

Thực tế cần phải huy động khả năng cao nhất nguồn nước tại các TĐ, còn công

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

Trên hình vẽ thể hiện phân bố công suất NĐ

, TĐ trong HTĐ

Các bước:

b1) Xác định phần nền đồ thị phụ tải

Căn cứ vào lưu lượng nước về hồ chứa

(sl dự báo), tiến hành bài toán điều tiết

hồ chứa (điều tiết năm, tuần, ngày)

Bài toán điều tiết theo các yếu tố: sx điện năng, thủy lợi, chống lũ (sẽ được giới thiệu cụ thể môn học “Nhà máy điện”)

Với lượng nước được phát trong ngày-đêm của các TĐ, tổng hợp lại thành lượng nước tổng được phát cho toàn hệ thống Hoặc cũng có thể từ tổng phần nền, thựchiện bài toán phân bố kinh tế theo suất tăng tiêu hao nước tương tự nhưđối với nhà máy nhiệt điện

Lượng nước tổng này sẽ được phân cho phát đảm bảo phần nền đồ thị phụ tải

f (N)

ε =

Ch2 Phân phối kinh tế phụ tải và lựa chọn

chế độ làm việc của thiết bị

(chiếm phần lớn), phần còn lại phục vụ cho phủ đỉnh đồ thị phụ tải Phần nền là đường dạng bậc thang và cũng có thể là một đường thẳng ngang

Trừ phần nền đồ thị phụ tải, còn lại do các NĐ đảm bảo phần giữa và các TĐ đảm bảo phần phủ đỉnh

b2)Xác định phần giữa và phần phủ đỉnh

Ranh giới giữa phần giữa và phủ đỉnh là đường xuyên 24 giờ, dạng bậc thang

vì hạn chế về công suất phát của các nhà máy điện Đường ranh giới phải bằng phẳng nhất có thể, đó là tổng bình phương các độ lệch D của NNĐt là nhỏ nhất:

b3)Phân bố công suất cho các NĐ

Phần giữa của đồ thị phụ tải do các NĐ đảm nhận và sẽ được phân phối về