khái niệm chung về nhà máy điện

Nhà máy điện là một xí nghiệp đặc biệt có nhiệm vụ biến đổi các dạng nănglượng khác nhau như năng lượng của nhiên liệu than, dầu, khí đốt, nguyên tửv.v.. thành điện năng đểcung cấp cho c

Chương 1

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN,

TRẠM BIẾN ÁP VÀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG

Giảng viín: GVC-TS Trần Tấn Vinh

Đại Học Đă Nẵng

Nhà máy điện là một xí nghiệp đặc biệt có nhiệm vụ biến đổi các dạng nănglượng khác nhau như năng lượng của nhiên liệu (than, dầu, khí đốt, nguyên tửv.v ), năng lượng của dòng nước, gió, mặt trời v.v thành điện năng đểcung cấp cho các hộ tiêu thụ

1.1.1 Phân loại nhà máy điện

Căn cứ vào các loại nhiên liệu sử dụng

(Nhà máy nhiệt điện, thủy điện, phong điện, nguyên tử, năng lượng mặt trời

1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI (1)

(Nhà máy nhiệt điện, thủy điện, phong điện, nguyên tử, năng lượng mặt trờiv.v…)

a Nhà máy nhiệt điện (NĐ)

Nhiên liệu sử dụng là than đá, dầu hoặc khí đốt

Động cơ sơ cấp quay máy phát điện: tuabin hơi, máy hơi nước (lô cô mô bin)hoặc tua bin khí

Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

Toàn bộ lượng hơi được dùng để sản

xuất điện năng

3.Lò hơi; 4 Turbin; 5 Bình ngưng; 6 Bơm

tuần hoàn; 7 Bơm ngưng tụ;

1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI (2)

Nhà máy nhiệt điện trích hơi

Một phần năng lượng hơi được sử dụng

vào mục đích công nghiệp và sinh hoạt

của nhân dân các vùng lân cận

từ lò hơi

Hơi phục vụ sản xuất

nước nóng sinh hoạt

nước sinh hoạt

đến lò hơi

phụ tải điện địa phương TBPP

b - Nhà máy điện nguyên tử

Lò đốt than được thay bằng lò phản ứng

nguyên tử

Nhà máy điện nguyên tử tiêu thụ nguyên

liệu (Torium và Uranium)

7

8

1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI (3)

Năng lượng 1kg U235 tương đương với năng

lượng của 2900 tấn than đá

Năm 1954, Liên Xô xây dựng nhà máy điện

nguyên tử đầu tiên có công suất 5.000KW,

tiêu thụ ngày đêm khoảng 30g uranium,

trong khi đó NĐ có cùng công suất tiêu thụ

khoảng (100 ÷ 110) tấn than xấu

Hình 1-3

1.Lò hơi; 2 Turbin; 3 Bình ngưng; 4.Bơm tuần hoàn; 5 Bơm ngưng tụ; 6 Máy phát; 7 Lò phản ứng hạt nhân; 8 Bơm tuần hoàn.

c- Nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời

Nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời

cũng là nhà máy nhiệt điện, trong đó lò than

được thay thế bằng hệ thống kính thu nhận

nhiệt năng của mặt trời

Nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời đầu

tiên trên thế giới đã được xây dựng ở Liên

2 3

6 1

7

1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI (4)

tiên trên thế giới đã được xây dựng ở Liên

Xô với công suất 1.200 KW 1.Lò hơi; 2 Turbin; 3 Bình ngưng; 4.Bơm

tuần hoàn; 5 Bơm ngưng tụ; 6 Máy phát; 7 Hệ thống thấu kính.

d- Nhà máy điện dùng sức gió

Dùng một hệ thống quạt gió để truyền

động quay máy phát điện

Nhược điểm: khó điều chỉnh tần số và

điện áp

Biến đổi năng lượng của dòng nước (thuỷ năng) thành cơ năng quay tuabinvà máy phát điện để sản xuất ra điện năng

Động cơ sơ cấp quay máy phát thủy điện là tua bin nước trục ngang haytrục đứng

Công suất cơ trên trục của tua bin:

P T ∝ Q H

(Q lưu lượng, H độ cao cột nước)

e Nhà máy thủy điện ( TĐ )

1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI (5)

(Q lưu lượng, H độ cao cột nước)

Phân loại

- Kiểu đập: Q lớn, H bé (Sông Đà, Trị an,…)

- Kiểu kênh dẫn: H lớn, Q bé (Đanhim)

- Thuỷ điện tích năng

e Ưu, nhược điểm của nhà máy thủy điện

Ưu điểm

• Giá thành điện năng thấp (chỉ bằng 1/5 - 1/10 nhiệt điện)

• Khởi động nhanh

• Khả năng tự động hóa cao, số người phục vụ tính cho một đơn vị công suất chỉ bằng 1/10 ÷ 1/15 của nhiệt điện

• Có thể kết hợp các vấn đề khác như công trình thủy lợi, chống lũ lụt,

1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI (5)

• Có thể kết hợp các vấn đề khác như công trình thủy lợi, chống lũ lụt, hạn hán, giao thông vận tải, du lịch, nuôi cá v.v

Nhược điểm

• Vốn đầu tư xây dựng một nhà máy rất lớn

• Thời gian xây dựng dài

• Công suất bị hạn chế bởi lưu lượng và chiều cao cột nước

• Xa hộ tiêu thụ nên phải xây dựng đường dây truyền tải cao áp đi xa rất tốn kém

1.1.2- Phân loại trạm biến áp

a- Trạm tăng áp

Trạm tăng áp thường được đặt ở các nhà máy điện, có nhiệm vụ biếnđổi điện áp từ điện áp máy phát lên cấp điện áp cao hơn để truyền tảiđến các hộ tiêu thụ ở xa

b- Trạm hạ áp

Trạm hạ áp đặt ở các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp từ cấp điện áp

1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI (6)

Trạm hạ áp đặt ở các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp từ cấp điện ápxuống cấp điện áp thích hợp cho các hộ tiêu thụ điện

c.Trạm biến đổi điện xoay chiều thành một chiều và ngược lại

d- Trạm phân phối điện

Gồm một số đường dây cung cấp và một số đường dây phân phối đếncác hộ tiêu thụ

Các đường dây có cùng cấp điện áp, nên trong trạm phân phối khôngcó máy biến áp, chỉ đặt các thanh góp, khí cụ điện đóng cắt, điều khiển

1.2.1 Khái niệm chung

Tập hợp những nhà máy điện, trạm

biến áp, các hộ tiêu thụ điện và

nhiệt năng, được nối lại với nhau

bằng các mạng điện và mạng nhiệt

Hệ thống điện là một bộ phận của

hệ thống năng lượng gồm có các

máy phát điện, thiết bị phân phối

điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ

1.2 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG

điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ

điện

Các bộ phận chính của HTNL

Nguồn phát năng lượng : các nhà

máy điện sản xuất nhiệt năng và

điện năng

Bộ phận truyền tải : mạng điện và

mạng nhiệt

Hộ tiêu thụ : biến đổi điện năng và

nhiệt năng thành các dạng năng

lượng khác

1.2.2 Đặc điểm của hệ thống năng lượng

Sản xuất và tiêu thụ phải đồng thời Các sự cố của bất cứ bộ phận nào làm mất sự cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ đều có thể dẫn đến ngừng làm việc một phần hay toàn bộ hệ thống

Các quá trình quá độ trong hệ thống năng lượng xảy ra rất nhanh, do

1.2 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG (2)

Các quá trình quá độ trong hệ thống năng lượng xảy ra rất nhanh, do vậy cần phải sử dụng các thiết bị bảo vệ rơle - tự động hoá để loại trừ nhanh chóng các sự cố

Sự phát triển của hệ thống năng lượng phụ thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế quốc dân và phải được phát triển trước một bước.

1.2.3 Ưu điểm

Đảm bảo phân phối công suất hợp lý và kinh tế nhất, tận dụng các thiết bịvà nguyên liệu địa phương một các hợp lý, do đó giảm giá thành điện năngNâng cao tính chất đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ

Giảm được phần trăm công suất dự trữ và tăng được công suất đơn vị các tổmáy

1.2 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG (3)

1.2.4 Nhược điểm

Vốn đầu tư lớn (do xây dựng các trạm biến áp và đường dây liên lạc điện ápcao, chiều dài lớn).Tuy nhiên nó sẽ được bù lại nhanh chóng bằng việc hạgiá thành điện năng và tăng độ tin cậy cung cấp điện và nhiệt

1.3.1- Định nghĩa và phân loại:

Qui luật biến thiên của phụ tải được biến diễn trên hệ truc toạ đô Trụûc tung của đồ thị, biểu diễn công suất tác dụng, phản kháng hay công suất toàn phần

Trụûc hoành của đồ thị biểu diễn thời gan

Phân loại đồ thị phụ tải

1.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI

máy điện, của trạm biến áp, của hộ tiêu thụ v.v

1.3.2 Cách vẽ đồ thị phụ tải

a Đồ thị phụ tải hàng ngày

Dùng watt mét tự ghi (chính xác nhất )

Sau một khoảng thời gian nhất định ghi lại trị

1.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI (2)

Hình 1 Hình 1 88

%(P,Q,S)

h

24 20 16 12 08 04 0

20 40 60 80 100

Sau một khoảng thời gian nhất định ghi lại trị

số phụ tải, rồi biểu diễn từng điểm trên hệ trục

tọa độ Nối các điểm lại sẽ đường gãy khúc

biểu diễn biến thiên phụ tải một cách gần

đúng (H1-8) Phương pháp vẽ này tuy không

chính xác, nhưng trong thực tế lại dùng rất phổ

biến

Để cho việc tính tổn thất điện năng được

thuận tiện → biến đường gãy khúc thành

đường bậc thang, đảm bảo hai điều kiện :

Diện tích giới hạn bởi đường mới và đường cũ

với các trục tọa độ phải bằng nhau

Các điểm cực đại và cực tiểu của đường cũ

phải nằm trên đường mới.

%(P,Q,S)

40 60 80 100

1.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI (3)

phải nằm trên đường mới.

Đồ thị phụ tải hàng ngày của nhà máy điện,

trạm biến áp bằng tổng các đồ thị phụ tải

của các hộ tiêu thụ, cộng với tổn thất và tự

dùng:

Snm = Spt + ∆S + Std

h

24 20 16 12 08 04 0

20

b Đồ thị phụ tải hàng năm

Để vẽ đồ thị phụ tải hàng năm phải căn cứ vào đồ thị phụ tải hàng ngày,thường lấy một số ngày điển hình đại diện cho các ngày trong năm

1.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI (4)

P P

T1

T2

T3

Đồ thị phụ tải hàng ngày điển hình cho 180 ngày mùa hè (a) và cho 185

ngày mùa đông (b) Đồ thị phụ tải năm (c)

h h

20 40 60 80 100

Đồ thị phụ tải hàng năm theo tháng

1.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI (5)

Căn cứ vào đồ thị phụ tải này lập kế hoạch tu sửa thiết bị cho thích hợp(Có thể tiến hành tu sửa thiết bị vào các tháng 4, 5, 6)

Đ Đồ thị phụ tải hàng năm theo phụ tải cực đại hàng tháng

tháng

12 10 8

6 4 2 0

1.3.3- Các đại lượng đặc trưng của đồ thị phụ tải

T

A

Ptb =

1.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI (6)

T : thời gian khảo sát

A : điện năng sản xuất (hoặc tiêu thụ)

trong khoảng thời gian T

max max max

α

b Hệ số điền kín phụ tải (kđk, α ):

α biểu thị mức độ không bằng phẳng của đồ thị phụ tải

Pmax là công suất cực đại trong thời gian T

Ptb = Pmax → α = 1, thông thường α < 1,

Trong vận hành α càng lớn càng tốt

t (h) T

0

A = P(t)dt

0

1.3.3- Các đại lượng đặc trưng của đồ thị phụ tải:

c Hệ số sử dụng công suất đặt :

d

tb sd

P

P n

Pđ _ tổng công suất đặt của tất cả các tổ máy kể cả dự phòng,

n đặc trưng cho mức độ sử dụng công suất đặt, n càng lớn càng hiệu quả

Pmax < Pđ ⇒ n < kđk

1.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI (7)

T P

T P P

A

T = = tb = α

max max

max

.

nT P

T P P

A T

d

tb

d

d Thời gian sử dụng công suất cực đại:

Theo quan điểm kinh tế Tmax càng lớn càng tốt

e Thời gian sử dụng công suất đặt:

NĐNH TĐ

1.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI (8)

Thứ tự phân phối:

•Ưu tiên cho các nhà máy có đồ thị phụ tải bắt

buộc toàn phần hay bắt buộc từng phần đảm

TĐ NĐTH

nhận phần phụ tải gốc

•Các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, chú ý ưu

tiên cho những nhà máy gần nguồn nhiên liệu

và có đặc tính suất hao hơi kinh tế nhất

•Phần mũi nhọn của đồ thị phụ tải được giao

cho các nhà máy thủy điện có hồ chứa nước,

vì nó mở và ngừng máy nhanh chóng, ít tốn

kém Trong hệ thống điện không có nhà máy

thủy điện thì phần mũi nhọn sẽ giao cho các

nhà máy nhiệt điện ngưng hơi củ kém kinh tế.

11.3.5 Điều chỉnh đồ thị phụ tải:

Tăng thời gian sử dụng công suất đặt Tđ

Tăng thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax (đồ thị phụ tải bằng phẳng hơn)

Vận hành kinh tế

1.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI (9)

Các biện pháp điều chỉnh đồ thị phụ tải:

Phát triển các hộ dùng điện theo mùa, mỗi mùa có nhiệm vụ khác nhau nhằm tiêu thụ điện năng cả năm

Những hộ chỉ dùng điện vài giờ trong một ngày chỉ cho phép làm việc trong những giờ thấp điểm

Tăng số ca làm việc trong xí nghiệp

Bố trí ngày nghỉ trong một tuần của các xí nghiệp lệch nhau

Điều chỉnh giờ bắt đầu làm việc của các tổ trong xí nghiệûp lệch nhau