Giáo trình cung cấp điện_Chương 4_Cung cấp điện cho các điểm dân cư nông thôn và miền núi

Chia sẻ: Tranthi Kimuyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:51

Thêm vào BST

Báo xấu

484
lượt xem 265
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình cung cấp điện_chương 4_cung cấp điện cho các điểm dân cư nông thôn và miền núi', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình cung cấp điện_Chương 4_Cung cấp điện cho các điểm dân cư nông thôn và miền núi

Chương 4 Cung cấp điện cho các điểm dân cư nông thôn và miền núi 4.1. Phụ tải của hệ thống cung cấp điện nông thôn 4.1.1.Đặc điểm của phụ tải điện nông thôn, miền núi Hệ thống cung cấp điện cho khu vực nông thôn, miền núi có đặc điểm khác biệt, mà có thể liệt kê một số nét cơ bản sau: - Mật độ phụ tải thấp và phân bố không đều trên phạm vi lãnh thổ rộng lớn. Điều đó gây khó khăn cho việc đầu tư có hiệu quả hệ thống cung cấp điện; - Phụ tải rất đa dạng, bao gồm các hộ dùng điện trong trong sinh hoạt, trong sản xuất như: trồng trọt, thủy lợi, chăn nuôi, công nghiệp nhỏ, lò gạch, chế biến thực phẩm v.v. - Sự làm việc của rất nhiều thiết bị được thực hiện ở chế độ ngắn hạn với khoảng thời gian nghỉ khá dài, do đó thời gian sử dụng trong ngày rất thấp, ví dụ như quá trình chế biến thức ăn gia súc, quá trình vắt sữa v.v. - Phần lớn phụ tải điện nông nghiệp tác động theo mùa vụ, ví dụ các trạm bơm, các trạm xử lý hạt giống, các máy thu hoạch (tuốt lúa, làm sạch sản phẩm v.v.). - Sự chênh lệch giữa giá trị phụ tải cực đại và cực tiểu trong ngày rất lớn. Điều đó dẫn đến những khó khăn lớn cho việc ổn định điện áp. Ngoài những đặc điểm cơ bản của phụ tải, bản thân mạng điện nông thôn cũng có những nét khác biệt như: - Do chiều dài đường dây lớn nên giá trị dòng điện ngắn mạch nhỏ, đôi khi không chênh lệch nhiều so với dòng điện làm việc, điều đó gây khó khăn cho việc lựa chọn ngưỡng bảo vệ để đảm bảo tính chọn lọc và độ nhạy cần thiêt của bảo vệ rơle. Ch.4. CCĐ NT 97
- Điều kiện làm việc của các thiết bị điện không thuận lợi (nhiệt độ và độ ẩm cao, môi trường khí độc hại v.v.). Điều đó gây trở ngại cho việc bảo quản và vận hành thiết bị điện và đảm bảo điều kiện an toàn lao động. - Sự phát triển liên tục của các phụ tải, sự phát triển và mở rộng các công nghệ hiện đại, sự phát triển cơ giới hóa và tự động hóa các quá trình sản xuất đòi hỏi phải không ngừng cải tạo và phát triển mạng điện theo những yêu cầu mới v.v. 4.1.2. Phụ tải sinh hoạt và dịch vụ công cộng Phụ tải sinh hoạt của các hộ gia đình nông dân bao gồm các thành phần: thắp sáng chiếm trung bình khoảng 5070% tổng lượng điện năng tiêu thụ, quạt mát (2030)%, đun nấu (1020)%, bơm nước (510)% và các thành phần khác. Các thiết bị tiêu thụ điện chủ yếu trong các gia đình nông dân được thể hiện trong bảng 4.1: Cùng với sự phát triển kinh tế, cơ cấu các thành phần phụ tải điện trong các hộ gia đình nông dân cũng thay đổi. Các thiết bị điện sử dụng cho mục đích giải trí ngày càng tăng, trong khi đó phụ tải chiếu sáng có xu hướng giảm dần. Khi số liệu điều tra không đầy đủ có thể tham khảo áp dụng một số định mức sử dụng điện dưới đây để lập qui hoạch, thiết kế các dự án lưới điện cho khu vực nông thôn. Dự báo nhu cầu điện sinh hoạt gia dụng các vùng nông thôn Việt Nam cho trong bảng 7.pl (phụ lục). Thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải sinh hoạt nằm trong khoảng TM=16002000h/năm. Bảng 4.1 Phụ tải sinh hoạt STT Tên thiết bị Pđ Tỷ lệ hộ sử Tsd, ksd dụng, (%) (W) (h) 1 Đèn sợi đốt 75 100 5 0,21 40 85 4,5 0,19 25 37 3,5 0,13 2 Đèn huỳnh quang 40 55 4,5 0,19 20 32 4,5 0,19 Ch.4. CCĐ NT 98
3 Tivi màu 80 82 7,5 0,31 4 Đầu video 60 13 2,5 0,10 5 Radio- Casset 20 45 5 0,21 6 Quạt bàn 60 86 7,5 0,31 40 64 7,5 0,31 7 Quạt trần 100 12 6 0,25 80 28 6 0,25 8 Bàn là 1000 11 0,2 0,01 9 Tủ lạnh 135 8 14 0,58 10 Bếp điện 1000 5 2 0,08 11 Máy bơm nước 750 26 1 0,04 12 370 67 1 0,04 13 Nồi cơm điện 600 73 2 0,08 14 Ấ m đ i ện 1000 4 1 0,04 15 Sourvolter 15 25 12 0,50 16 Các thiết bị khác 20 13 1 0,42 Tổng nhu cầu phụ tải sinh hoạt được xác định theo biểu thức: Psh = kđt.nsh.p0sh (4.1) Trong đó: p0sh – suất tiêu thụ trung bình của hộ gia đình nông thôn, kW/hộ; nsh – số hộ gia đình; kđt – hệ số đồng thời, có thể xác định theo biểu thức (2.26), nếu không có số liệu cụ thể thì hệ số đồng thời có thể lấy theo bảng 1.pl (phụ lục). Phụ tải dịch vụ công cộng bao gồm các thành phần sử dụng cho các nhu cầu hoạt động của cộng đồng như: ủy ban, trường học, nhà văn Ch.4. CCĐ NT 99
hóa, trạm y tế, nhà văn hóa, cửa hàng bách hóa v.v. Định mức tiêu thụ cho dịch vụ công cộng nông thôn và hệ số đồng thời được cho trong bảng 8.a.pl. 4.1.3. Phụ tải sản xuất Phụ tải sản xuất bao gồm các thành phần phụ tải sản xuất nông nghiệp, sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp. a) Phụ tải công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp Nhu cầu phụ tải điện công nghiệp địa phương, tiểu thủ công và lâm nghiệp được xác định trên cơ sở nhu cầu hiện tại và định hướng phát triển các ngành kinh tế này trên địa bàn. Tham số về phụ tải của một số thiết bị dùng trong công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nông thôn được thể hiện trong bảng 4.2: Bảng 4.2. Phụ tải sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nông thôn cos STT Tên thiết bị Pn (kW) Tsd ksd (h/ngày) 1 Máy hàn 2,8 9 0,38 0,65 1,5  15 615 0,4 0,6 2 Máy gia công sắt 0,80 4,5 11 6 8 0,3 0,6 3 Máy xat xát 0,80 Máy nghiền thức ăn 2,8  11 36 0,350,6 4 0,80 gia súc 2,8  11 79 0,40,65 0,82 5 Má y s ẻ g ỗ 6 Má y k e m đ á 2,8 14 0,60 0,80 1020 0,550,65 0,83 7 Má y b ơ m 8 Phụ tải động lực được xác định theo biểu thức: n dl Pđl  knc  Pni (4.2) i 1 Trong đó: Ch.4. CCĐ NT 100
Pni – công suất của thiết bị động lực, kW; knc – hệ số nhu cầu, xác định theo biểu thức: 1  k sd k nc  k sd  n hd ksd - hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm tải, xác định theo biểu thức (2.31). b) Phụ tải thủy lợi Phụ tải điện thủy lợi chủ yếu là các trạm bơm tưới và tiêu úng. Các loại động cơ dùng ở các trạm bơm thường là loại không đồng bộ công suất đặt từ 10  75 kW. Phụ tải thủy lợi được xác định theo nhu cầu tưới và tiêu. Ptuoi= p0tuoi.Ftuoi; (4.3) Ptieu= p0tieu.Ftieu. (4.4) Trong đó: Ftuoi và Ftieu – diện tivchs tưới và tiêu úng, ha; p0tuoi và p0tieu – suất tiêu thụ công suất cho tưới và tiêu úng, kW/ha, cho trong bảng 8.b.pl. Công suất tính toán của nhóm phụ tải thủy lợi bằng giá trị cực đại của phụ tải tưới hoặc tiêu: P (4.5) Ptl  max tuoi  Ptieu Thời gian sử dụng công suất cực đại tưới phụ thuộc vào loại cây hoa màu, có thể lấy gần đúng theo bảng 4.3. Bảng 4.3. Thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải điện thủy lợi, TM, h/năm Loại cây trồng Tưới Tiêu 12001800 Cây lúa 700  920 1000  1500 Câ y ă n q u ả 1500  2000 Cây công nghiệp Ch.4. CCĐ NT 101
4.1.4. Tổng hợp phụ tải 4.1.4.1. Xác định phụ tải tính toán của mạng điện a) Phương pháp số gia Phụ tải của mạng điện được tổng hợp trên cơ sở các số liệu điều tra và đo đếm. Phương pháp thông dụng nhất để tổng hợp phụ tải của mạng điện được thực hiện theo trình tự đã được trình bày ở mục 2.3. Phụ tải tổng hợp của nhóm sản xuất được xác định theo phương pháp số gia (xem mục 2.3 chương 2). b) Phương pháp 2 Phương pháp 2 cho phép xác định một cách gần đúng phụ tải tính toán có xét đến các hệ số đồng thời của các nhóm tải khác nhau: PM = kkV ( ksh.Psh + kđl.Pđl) (4.6) Trong đó : P - tổng công suất tính toán hay công suất cực đại của khu vực; Psh - tổng nhu cầu công suất sinh hoạt gia đình và dịch vụ công cộng; Pđl - tổng nhu cầu công suất phụ tải động lực; kkV : hệ số đồng thời cho các loại phụ tải trong khu vực thiết kế; ksh : hệ số đồng thời của các hộ gia đình khu vực thiết kế; kdl : hệ số đồng thời của phụ tải động lực. Phụ tải tính toán cũng có thể được xác định theo biểu thức gần đúng sau : PM = kđt.Pi, (4.7) Trong đó: Pi - công suất của điểm tải thứ i. kđt - hệ số đồng thời của các phụ tải khu vực, có thể lựa chọn như sau : khi Psh  0,5 Pi + kđt = 0,6 khi Psh = 0,7 Pi + kđt = 0,7 khi Psh = Pi + kđt = 0,9 Ch.4. CCĐ NT 102
Các trường hợp khác kđt có thể nội suy. 4.2. Lựa chọn nguồn điện 4.2.1. Các nguồn điện cơ bản Tùy theo đặc điểm địa lý của các vùng nông thôn, việc cung cấp điện được thực hiện với nhiều phương án khác nhau như: các trạm phát Điesel, trạm thủy điện nhỏ, trạm phong điện v.v. Phụ thuộc vào tiềm năng khai thác nguồn năng lượng tái tạo người ta xây dựng các phương án kết hợp các nguồn phát điện hỗn hợp: thuỷ điện nhỏ – pin mặt trời; phong điện – pin mặt trời; thuỷ điện nhỏ – Điesel; phong điện – Điesel; pin mặt trời – Điesel...với quy mô công suất hợp lý, đảm bảo cung cấp đủ điện cho nhu cầu phụ tải. Dưới đây sẽ giới thiệu một số phương án sử dụng nguồn năng lượng tại chỗ. 4.2.1.1. Phương án cung cấp điện từ lưới quốc gia bằng mạng điện đơn giản Đối với các vùng xa trung tâm có thể áp dụng phương pháp truyền tải điện năng bằng mạng điện đơn giản, tức là mạng điện ít dây dẫn, có thể là hai (2D) hoặc một pha (1D). Ở các loại mạng điện này người ta sử dụng đất làm một dây dẫn. Để có thể truyền dẫn điện trong đất cần phải xây dựng ở trạm phát và trạm thu các hệ thống tiếp địa (HTTĐ). Dòng điện được truyền từ trạm phát đến trạm thu bằng dây dẫn và trở về qua các HTTĐ và vùng đất giữa hai trạm trong mạng điện 1D, dòng điện 2 pha đi theo đường dây trên không, còn pha còn lại dòng điện đi trong đất (mạng 2D), (hình 4.1). Đường dây trung áp Đường dây trung áp Rđ Iđ Iđ a) b) Ch.4. CCĐ NT 103
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạng dùng đất làm một dây dẫn: a) sơ đồ mạng điện 2D và b) Sơ đồ mạng điện 1D Do sự tác động điện từ, đường đi qua của dòng điện trong đất lặp lại hoàn toàn hành vi của tuyến đường dây trên không. Độ sâu thâm nhập của dòng điện trong đất phụ thuộc vào điện trở suất, tần số dòng điện, có thể xác định theo biểu thức:  ,m ; (4.8) h  5,08.10 đ 2 f Trong đó : đ - điện trở suất của đất ,.m; f - tần số dòng điện, Hz. Đối với dòng điện tần số công nghiệp thì: (4.9) h  71,842  đ , m ; Mật độ dòng điện đi vào lòng đất giảm dần theo độ sâu và chiều rộng, tức là mật độ dòng điện ngay tại nơi tiếp xúc với HTTĐ sẽ lớn nhất và giảm dần theo độ sâu và xa. Mật độ dòng điện tại một điểm bất kỳ cách vị trí tiếp địa một khoảng r được xác định: Iđ 2 jr  , A/m ; (4.10) 2 .rx2 Trong đó: jr - mật độ dòng điện tại điểm cách vị trí tiếp địa 1 khoảng r, A/m 2 ; Iđ - dòng điện đi xuống đất, A; rx- bán kính hay khoảng cách từ điểm tính đến vị trí tiếp địa, m. Dây pha Dây đất Dây trung tính  Dòng điện sơ và thứ cấp Điểm phân phối Dây đất trung tâm ---- Dòng điện chạy trong đất Dây trung tính Hệ thống nối đất Ch.4. CCĐ NT 104 Hệ thống nối đất
Điện trở của 1km đường đi của dòng điện trong đất (ứng với chiều dài đường dây trên không), phụ thuộc vào tần số, điện trở suất của đất, chiều cao treo dây trên không và độ sâu thâm nhập của dòng điện, có thể xác định theo biểu thức Parson Bell:   roe   9,85. f  13,15 H . đ .10 4 ,  / km ; (4.11)  5f    h ; (4.12)  15,7. f ).10 4 ,  / km xoe  ( 29. f . lg H Trong đó: h- chiều sâu thâm nhập vào lòng đất của dòng điện, m; H- chiều cao treo dây dẫn trên không, m; f - tần số dòng điện, Hz. Đối với dòng điện tần số công nghiệp: roe  492,5  0,832 H .  đ .10 4 ,  / km ; (4.13) h  785).10  4 ,  / km ; (4.14) xoe  (1450. lg H Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho khu vực nông thôn bằng mạng điện đơn giản được thể hiện trên hình 4.2. Việc lợi dụng đất làm một trong các dây dẫn cho phép tiết kiệm được đáng kể kim loại màu, tuy nhiên ở đây người ta phải xây dựng các hệ thống tiếp địa làm việc, vì vậy Ch.4. CCĐ NT 105
khi lựa chọn phương án cung cấp điện tối ưu, cần xem xét so sánh lượng tiết kiệm kim loại màu so với tượng chi phí cho hệ thống tiếp địa. 4.2.1.2. Trạm phát Điesel Trạm phát Điesel được sử dụng rộng rãi không chỉ ở các vùng sâu vùng xa, hải đảo mà còn là nguồn dự phòng đáng tin cậy đối với mọi phương án cung cấp điện. Trên thực tế hiện tại có rất nhiều loại trạm phát Điesel do các hãng khác nhau sản xuất như máy phát tự kích thích kiểu Fimag DCBS 63-4 của Đức, máy phát kiểu SSED (Đức), máy MST (Tiệp Khắc), máy GTE (Rumanie), v.v. Trên hình 4.3 biểu thị hình ảnh bao quát của một số cụm Điesel thông dụng. Giá thành của các cụm Điesel phụ thuộc vào công suất, mức độ trang bị tự động hóa, loại động cơ vv…Nhìn chung hiện tại suất vốn đầu tư của tổ phát Điesel nằm trong khoảng 350  650 $/kW (máy phát nhỏ có đơn giá lớn). Hình 4.3. Hình dạng bao quát của trạm phát điện điesel 4.2.1.3. Năng lượng Mặt Trời Ch.4. CCĐ NT 106
Theo số liệu tính toán năng lượng bức xạ Mặt Trời trên Trái Đất khoảng 1,21014 kW, tính trung bình trên một đầu người là gần 30 MW/ng. [40]. Tuy nhiên hiện tại tỷ lệ sử dụng năng lượng này còn quá ít. Công suất phát xạ của Mặt Trời phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vị trí, thời gian trong ngày, thời gian trong năm, các điều kiện khí hậu, thời tiết v.v. Trong đó có nhiều yếu tố tác động ngẫu nhiên. Mạng điện cao áp Tia nắng Bộ chuyển đổi Bộ nghịch lưu năng lượng Máy biến áp Tuabin Máy phát Môi chất làm mát Bơm đối lưu Hơi nướloop c Nước Nước làm mát Bình ngưng B ơm c ấ p a) tia nắng kính lớp chống phản xạ lớp bán dẫn P modul quang điện tiếp xúc mặt trước mạch điện một chiều Ch.4. CCĐ NT 107
mạch điện xoay chiều công tơ công tơ lớp bán dẫn n tiếp xúc mặt sau sản xuất tiêu thụ đường tiếp giáp thiết bị gia dụng mạng điện công cộng c) b) Hình 4.4. Năng lượng Mặt Trời a) Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện Mặt Trời; b) Sơ đồ thiết hệ thống bị điện Mặt Trời; c) Sơ đồ nguyên lý Pin Mặt Trời Sự chuyển đổi từ năng lượng nhiệt của Mặt Trời thành điện năng năng có thể được thực hiện theo hai phương thức: * Phương thức thứ nhất của nhà máy điện dùng bức xạ Mặt Trời là hệ thống làm việc như trạm nhiệt điện, mà trong đó lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội tụ thu nhận nhiệt bức xạ Mặt Trời để tạo hơi nước quay tuabin (hình 4.4a). * Phương thức thứ hai chuyển đổi quang năng thành điện năng dưới dạng pin Mặt Trời (hình 4.4c). Pin Mặt Trời, còn gọi là pin quang điện, có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p và n. Lớp tiếp xúc giữa gọi là lớp tiếp xúc chuyển tiếp p - n. Dưới tác dụng của ánh sáng Mặt Trời vào lớp chuyển tiếp p-n có sự khuếch tán của các hạt dẫn cơ bản qua lớp tiếp xúc, tạo nên một điện trường và do đó sinh ra một suất điện động của quang điện. Giá trị của suất điện động này tăng theo sự tăng của cường độ chiếu sáng. Như vậy pin Mặt Trời biến đổi trực tiếp bức xạ năng lượng Mặt Trời thành điện năng, không qua bước trung gian về nhiệt. Hiện nay, người ta đã chế tạo tế bào quang điện Mặt Trời có đường kính cỡ vài đề xi mét, cho công suất cỡ 1W trong điều kiện bức xạ Mặt Trời là 1kW/m2. Tuỳ theo nhu cầu phụ tải của hộ tiêu thụ mà người ta ghép các tế bào pin Mặt Trời thành các bộ, tổ hợp. Năng lượng điện do pin Mặt Trời sản xuất ra nếu không dùng hết, thì có thể được tích trữ bằng ắc qui. Nhìn chung cho đến nay Pin Mặt Ch.4. CCĐ NT 108
Trời mới chỉ được chế tạo với công suất nhỏ, hiệu suất thấp, giá thành cao, thường chỉ được dùng để cung cấp cho các phụ tải nhỏ ở các vùng hải đảo xa. Đơn giá pin Mặt Trời trung bình khoảng 46 $/W và giá thành điện năng khoảng 0,250,40 $/kWh. 4.2.1.4. Trạm phong điện Nguyên lý làm việc chủ yếu của trạm phong điện (TPĐ) là lợi dụng sức gió để quay hệ thống cánh quạt (trực tiếp, hoặc gián tiếp qua bộ biến tốc) làm quay máy phát điện (hình 4.5). Điện năng sản xuất ra thường được tích trữ bằng ắc qui. Để xác định điện năng dự kiến ở một vị trí cụ thể, cần có dữ liệu về sự phân bố tốc độ gió theo sự phân cấp. Xét đến sự biến đổi của tốc độ gió theo thời gian. Để tính toán năng lượng gió cần biết các thông tin về tốc độ gió tại nơi đặt thiết bị ở độ cao tính toán. Các dữ kiện tin cậy cần phải được xử lý từ số liệu khảo sát không dưới 10 năm. Hiệu quả sử dụng của thiết bị gió phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện khí hậu, địa hình, các nguồn năng lượng tại chỗ, giá nhiên liệu, chính sách tài chính v.v. Công suất của động cơ gió tỷ lệ bậc ba với vận tốc, được xác định theo biểu thức: P = 0,5.Cp.1.2.3.k.F.h3 (4.15) Trong đó: gió P - công suất động cơ gió, kW; máy phát F - bề mặt quét gió của cánh, m2; hộ dùng điện Chuyển đổi k - khối lượng riêng của không khí, (k = 1,2kg/mộ3t); điện năng c Cp - hệ số công suất cực đại, (Cp= 0,59); 1,2,3 - hiệu suất của bộ biến tốc, máy phátHvà ắc quiđồ trạm phong điện ình 4.5. Sơ : 10,95; 20,80; 30,80 ; vh - vận tốc của gió ở độ cao trục gió, xác định theo biểu thức (4.16),m/s. Để đánh giá được đầy đủ giá trị công suất của động cơ gió cần phải có đủ sô liệu thống kê về tốc độ và sự phân bố gió trong khu vực đặt thiết bị. Thông thường các số liệu về tốc độ gió được đo ở độ cao 10m, vì vậy Ch.4. CCĐ NT 109
để xác định tốc độ gió ở độ cao bất kỳ h, cần phải quy đổi theo biểu thức thực nghiệm sau: [40]. h = 0,1.hg.b, (4.16) Trong đó: h - tốc độ gió ở độ cao h, m/s;  – tốc độ gió theo số liệu đo của trạm khí tượng ở độ cao 10m, m/s; hg – chiều cao trục gió, m; b – hệ số thực nghiệm, đối với khu vực mở b=0,14 [40]. Dòng năng lượng gió có mật độ ban đầu thấp, bởi vậy đòi hỏi công nghệ cao, tức là giá thành của cơ cấu đắt, điều đó làm cho giá thành điện năng gió cao. Nhược điểm cơ bản của điện năng từ trạm phong điện là không ổn định, chất lượng điện thay đổi, nhưng nó có ưu điểm là không cần nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường. Giá thành điện năng của trạm phong điện được xác định theo biểu thức: Zg gg  (4.17) A Trong đó: A – điện năng sản xuất bởi trạm phong điện: A=P.T; T – thời gian làm việc của trạm phong điện, h/năm. Zg – chi phí quy dẫn của trạm phong điện, xác định theo biểu thức: Zg=pVg+Cvh; (4.18) p – hệ số tiêu chuẩn sử dụng và khấu hao thiết bị phong điện (p=0,18); Vg – vốn đầu tư trạm phong điện, bao gồm vốn mua thiết bị, vật tư và vốn xây dựng; Cvh – chi phí vận hành thường niên, lấy trung bình bằng 7% vốn đầu tư. Ch.4. CCĐ NT 110
Để đảm bảo sự cung cấp điện ổn định người ta thường áp dụng sơ đồ kết hợp năng lượng gió và năng lượng Mặt Trời. Việc kết hợp turbine gió và module quang điện cho phép nâng cao hiệu quả sử dụng của các nguồn năng lượng này (hình 4.6). Công suất của các trạm phong điện cần phải thỏa mãn nhu cầu phụ tải và nạp cho accquy với dung lượng đủ để cung cấp vào những lúc lặng gió. Vào thời gian lặng gió các accquy được nạp bởi cơ cấu điện Mặt Trời. Chi phí cho các việc xây dựng các thiết bị gió được đánh giá theo các thành phần, %: TT Chi phí cho các Tỷ lệ, TT Chi phí cho các phần Tỷ lệ, phần tử tử % % 6070 5 Cơ sở hạ tầng 5 7 1 Thiết bị gió (đường xá) 4 6 Các trang thiết bị 2 5 2 Nền móng 6 t ạm t h ờ i 3 5 11 12 3 Thiết bị điện 7 Máy phát 2 3 2 3 4 Nhà trạm 8 Các chi phí khác module turbine gió quang điện bộ điều chỉnh Hình 4.6. Sơ đồ sử accquy dụng các nguồn năng lượng gió và Mặt Trời bộ chuyển cho hộ gia đình đổi Ch.4. CCĐ NT 111
Ngay từ những năm 1994 ở Đan Mạch đã có gần 3600 trạm phong điện, đảm bảo khoảng 3% lượng điện của quốc gia này, Ở Caliphornia có trên dưới 15000 trạm phong điện. Vào khoảng thập kỷ 80 của thế kỷ trước đơn giá thiết bị phong điện khoảng 3000 $/kW và giá thành điện năng là 20 cent/kWh. Với sự hoàn thiện công nghệ, đơn giá thiết bị phong điện ngày càng giảm. Hiện nay khoảng 6001200 $/kW và giá thành điện năng khoảng 710 cent/kWh, tức gấp rưỡi so với giá thành điện năng ở nhà máy nhiệt điện (giá thành điện năng của nhà máy nhiệt điện khoảng 46 cent/kWh). 4.2.1.5. Thủy điện nhỏ Trạm thủy điện nhỏ làm việc theo nguyên lý chuyển đổi thế năng của dòng nước thành điện năng (hình 4.7). Công suất của trạm phát thủy điện nhỏ có thể xác định theo biểu thức: P = Q.g.h, kW ; (4.19) Trong đó: Q – lưu lượng nước, m3/s ; g – gia tốc trọng trường, m/s2, (hoặc N/kg) (g=9,81) ; h – chiều cao cột nước, m. Tùy theo quy mô của các trạm thủy điện nhỏ, đơn giá của trạm thủy điện nhỏ dao động trong khoảng 280  800 $/kW. đ ập h ống dẫn mạng điện biến áp máy phát turbine Ch.4. CCĐ NT điện năng động năng 1cơ năng 12 thế năng Hình 4.7. Sơ đồ trạm thủy điện nhỏ
Giá thành sản xuất điện năng của trạm thủy điện nhỏ được xác định theo biểu thức: Z tđ ga  A Trong đó: A – điện năng sản xuất tại trạm thủy điện nhỏ: A = P.T; T – thời gian sử dụng công suất của trạm thủy điện; Ztđ – chi phí quy dẫn của trạm thủy điện nhỏ, xác định tương tự theo biểu thức (4.18). 4.2.1.6. Năng lượng biogas Năng lượng biogas hay còn gọi là sinh khối là năng lượng thu lại từ các loại phế thải như rơm rạ, bả mía, trấu, phân gia súc, rác thải vv. Bể chứa gas Bộ hâm nóng Máy nén Máy phát điện Cách nhiệt Khuấy trộn Ch.4. CCĐ NT 113
Hình 4.8. Sơ đồ mô hình cung cấp điện bằng khí biogas Khí sinh ra bởi chất thải sinh học bao gồm các thành phần: 50 90% khí methan (CH4), 10 40% khí dioxyde carbone (CO2), khoảng 0,1% khí hydro sulfure (H2S) và hơi nước. Biogas có thể sinh nhiệt và điện năng. Điện năng được sản xuất bằng máy phát chạy bằng gas. Các loại máy phát này thường được chế tạo với công suất nhỏ khoảng vài kW, đủ để cung cấp cho một hộ gia đình. Đơn giá của máy phát điện chạy gas dao động trong khoảng 8001200 $/kW. Sơ đồ cung cấp điện bằng khí biogas được thể hiện trên hình 4.8. 4.2.2. So sánh các phương án cung cấp điện Việc thiết kế hệ thống cung cấp điện trong điều kiện kinh tế thị trường, đặc trưng bởi nhiều thành phần sở hữu cần phải được thực hiện trên cơ sở các nguyên lý và phương pháp phù hợp với các điều kiện này. Để đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án ta sử dụng chỉ tiêu chi phí quy dẫn, được xác định theo biểu thức (3.1), (xem chương 3). Đối với các vùng ở độ xa trung bình so với lưới điện quốc gia, thì có thể so sánh các phương án cung cấp điện bằng lưới ba pha thông thường với phương án cung cấp điện bằng lưới đơn pha, còn đối với các vùng nông thôn xa trung tâm, nơi không thể đưa điện đến từ lưới quốc gia, thì việc cung cấp điện chỉ có thể thực hiện trên cơ sở khai thác các nguồn năng lượng tại chỗ. Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất đối với việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo là vốn đầu tư ban đầu cao. Mặt khác, việc so sánh kinh tế-kỹ thuật của các phương án cũng gặp nhiều khó khăn, do một số trở ngại chính, làm giảm đi tính cạnh tranh của các nguồn năng lượng tái tạo như: - Giá điện từ các nguồn điện truyền thống hiện nay, do nhiều nguyên khác nhau, chưa phản ảnh đúng giá trị thực tế. - Ảnh hưởng của các nguồn năng lượng đối với môi trường chưa thể xét đến một cách đầy đủ và chính xác; Ch.4. CCĐ NT 114
- Công nghệ năng lượng tái tạo chưa thực sự hoàn thiện và chưa hoàn toàn khuất phục được các nhà đầu tư. - Hiệu quả sử dụng của thiết bị gió phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện khí hậu, địa hình, các nguồn năng lượng tại chỗ, giá nhiên liệu, chính sách tài chính v.v. 4.2.2.1. Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện địa phương Giả thiết là phụ tải phân bố đều trên toàn bộ lãnh thổ cần cung cấp điện mà có thể quy về diện tích hình vuông với cạnh là 2r (hình 4.9). Diện tích của vùng quy hoạch được chia thành nhiều hình vuông nhỏ với các điểm tải đặt ở chính tâm. a) Chiều dài đường dây phân phối Chiều dài của đường dây phân phối được xác định theo biểu thức: Lf = f.2.r N ; (4.20) Trong đó: N – số lượng điểm tải; r – nửa cạnh hình vuông lãnh thổ quy hoạch (hình 4.9); f - Hệ số hình dạng của lưới điện, phụ thuộc vào địa hình. 2r Hình 4.9. Sơ đồ lý b) Khối lượng kim loại màu của đường đây dài l: tưởng của mạng điện G = 3.Fd.L.d (4.21) Trong đó: d – khối lượng riêng của kim loại làm dây dẫn; Fd - diện tích của tiết diện dây dẫn; L - chiều dài đường dây. Nếu tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện J, tức là: I Fd  J J – mật độ dòng điện; Thì ta có thể xác định: Ch.4. CCĐ NT 115
3 ILd ; (4.22) 3 PLd 3d .M G   JU . cos  JU . cos  J Trong đó: I – giá trị dòng điện chạy trên đường dây, A; U - Điện áp của đường dây, kV; cos - hệ số công suất trung bình của phụ tải. Có nghĩa là số lượng kim loại màu tỷ lệ thuận với mô men tải M. M = P.L Đối với lưới điện lý tưởng mô men tải có thể xác định theo biểu thức: M = ..r3 ; (4.23)  - Hệ số phân nhánh đường dây, phụ thuộc vào đặc điểm phân bố của phụ tải,  có giá trị trong khoảng 3,623,87;  - mật độ phụ tải kW/km2. 3d . .r 3 Như vậy: 3d .M G  JU . cos  J .U . cos  c) Tiết diện dây dẫn đẳng trị Từ biểu thức (4.19) ta suy ra thiết diện của dây dẫn Fdt có thể xác định:   .r 3 G ; (4.24) Fdt   3 JU .l cos  3ld d) Vốn đầu tư của đường dây phân phối: bd  .r 3 Vd = (ad + bdFdt).L = ad L  ; (4.25) 3 JU . cos  Trong đó: ad, bd – các hệ số kinh tế cố định và thay đổi của đường dây. e) Hao tổn công suất tác dụng trên đường dây: P=3I2R.L= 3I .L =3J.I.L= 3P.L.J .3 = 3 .r 3 J . 3M .J . 2 = ; U cos  .10 U cos  .10 3 U cos  .103 Fdt (4.26)  - điện trở suất của vật liệu dây dẫn, /(km.mm2). f) Tổn thất điện năng: Ch.4. CCĐ NT 116