Thiết kế hệ thống điện: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:140

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Thiết kế hệ thống điện" được biên soạn nhằm mục đích cung cấp những kiến thức lý thuyết vé tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và luận chứng kinh tế của các giải pháp kỹ thuật. Phần 1 trình bày các nội dung: Những nguyên tắc thiết kế các mạng điện và hệ thống điện; Chọn sơ bộ các sơ đồ mạng điện; Phương pháp tính kinh tế - kỹ thuật; Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện khi thiết kế các mạng và hệ thống điện;... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế hệ thống điện: Phần 1

ện Văn Đạm NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
NGUYỄN VĂN ĐẠM CÁC MẠNG VÀ HỆ THốNG ĐIỆN ỉn lần thứ 3, có sửa chữa T '»1\Í , r h. T .»* T: ' THƠ ViỤN j NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2006
LÒI NÓI ĐẨU Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá của nước ta trong giai đoạn hiện nay yêu cầu tăng không ngừng sản lượng điện. Để thực hiện điéu đó cắn phát triển và mở rộng các nhà máy điện cũng như các mạng và hệ thống điện công suất lớn. Điéu này đặt ra những nhiêm vụ quan trọng đối với các kỹ sư ngành hệ thống điện. Một trong những nhiêm vụ đó là thiết kê' các mạng và hệ thống điện. Thiết kế là một lĩnh vực quan trọng và khó khăn trong công việc của người kỹ sư nói chung, đặc biệt đối với các kỹ sư hệ thống điện. Thiết kế các mạng và hệ thống điện đòi hỏi phải biết vận dụng tốt những kiến thức lý thuyết và kinh nghiêm để giải quyết những vấn đé có tính chất tổng hợp, phức tạp thường gặp trong thực tế. Thiết kế các mạng vâ hệ thống điện liên quan chặt chẽ với các bàí toán kinh tế và kỹ thuật. Vì vặy cuốn sách "Thiết kế các mạng và hệ thống điện” này được biên soạn nhằm mục đích cung cấp những kiến thức lý thuyết vé tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và luận chứng kinh tế của các giải pháp kỹ thuật. Sách còn trình bày các phương pháp tính toán các chỉ tiêu chủ yếu vế độ tin cậy cung cấp điện cũng như các phương pháp tính đô tin cậy khi so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án; các phương pháp tính kinh tế - kỹ thuật để chọn phương án tối ưu trong thiết kế và phương pháp tính các thông số chế độ của mạng và hệ thống điện. Các giải pháp nâng cao các chỉ tiêu chất lượng điện, nâng cao hiệu quả kình tế và khả năng tải của mạng điện cũng được trình bày trong cuốn sách. Cuốn “Thiết kế các mạng và hệ thống điện" này được biên soạn dành cho sinh viên chuyên ngành “Hệ thống điện” trong các trường Đại học và Cao đẳng, hy vọng nó cũng sẽ có ích đốỉ với các cán bô kỹ thuật, các kỹ sư vâ những ai quan tâm đến lĩnh vực này. Tác giả rất mong nhận được nhiéu ý kiến nhận xét và phê bình của bạn đọc. Tác giả 3
Chương Một NHỮNG NGUYÊN TÃC thiết kế CÁC MẠNG ĐIỆN VÀ HÊ THỐNG ĐIỆN 1.1. NHŨNG ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ NẢNG LƯỢNG CỦA KHU vực Trong giai đoạn đầu chuẩn bị thiết kế các mạng và hệ thống điện cần chỉ rõ các vấn đề phải giải quyết trong thiết kế. Các vấn đề đó được quyết định bởi đặc điểm của khu vực có các hộ tiêu thụ điện nàng và tính chất của các hộ tiêu thụ điện. Vì vậy trước khi thiết kế cần có những số liệu cơ bản đặc trưng của khu vực phân bố các hộ tiêu thụ điên năng, cũng như các nguồn điện, các nhà máy điên địa phương và các nguồn năng lượng dự trữ. Đặc biệt cần xác định rõ những vấn đề sau: 1. VỊ trí địa lý của khu vực được điện khí hoá, diện tích của khu vực, dân số, số lượng các khu dân cư và các khu vực sản xuất; 2. Những đặc điểm khí hậu của khu vực, nhiệt độ cao, thấp và trung bình trong năm, tốc độ gió và hướng gió, giông sét, mức độ ô nhiêm không khí; 3. Các số liệu về hộ tiêu thụ điện năng, vị trí địa lý, công suất tiêu thụ có xét đến sự phát triển từ 5 đến 10 năm; 4. Những tài nguyên thiên nhiên của khu vực, việc sử dụng chúng hiện tại và trong tương lai; 5. Những số liêu về các nguồn năng lượng của khu vực. Nếu nhiệm vụ thiết kế là phát triển mạng điện hiên có thì cần phải có số liệu về các thông số của mạng. Để tiến hành thiết kế môn học “Mạng lưới điện” và thiết kế tốt nghiệp cần có thêm những số liêu ban đầu sau: a. Trung tâm cung cấp điện (nhà máy điện, trạm biến áp khu vực của hệ thống) được sử dụng để cung cấp cho các hộ tiêu thụ (cần chỉ rõ sơ đồ và các cấp điện áp định mức: 35, 110, 220 kv và V.V.); điện áp duy trì trên thanh góp 5
của các trung tâm cung cấp trong các chê' độ khác nhau (chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu, cũng như chê' đô sau sự cô'). b. Giá 1 kW công suất đặt trong các nhà máy điện của hê thống. c. Giá 1 kW.h điện năng tổn thất trong các mạng điện và giá thành các thiết bị bù. 1.2. NHIỆM VỤ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Nhiệm vụ thiết kế mạng và hê thống điên là nghiên cứu và lập luận chứng kinh tế - kỹ thuật các giải pháp quyết định sự phát triển của mạng và hệ thống điên, đảm bảo cung cấp điên cho các hô tiêu thụ với chi phí nhỏ nhất khi thực hiên các hạn chê' kỹ thuật về độ tin cây cung cấp điện và chất lượng điên năng. Trong thiết kê' các hê thống điện, thông thường không bắt đầu từ “số không”. Các hệ thống điện được tạo thành từ các nhà máy điện, các nút nàng lượng, thường là các hệ thống điên nhỏ hơn đã có. VỊ tri địa lý của chúng, giá trị kinh tế và kê' hoạch phát triển trong tương lai là các yếu tô' quan trọng, là các tiền đề kinh tê' để thiết kê'. Nhiệm vụ chính của thiết kê' hê thống điện là chọn cấu trúc tối ưu của nó, nghĩa là chọn phương án phát triển tối ưu các công suất phát của hệ thống, kết hợp với các đường dây tạo thành hệ thống truyền tải điện. Trong thiết kế cần dự kiến xây dựng các nhà máy điện và đường dây truyền tải mới như thê' nào để có thể đạt được các chỉ tiêu kinh tế tốt nhất cho hệ thống điện xây dựng. Trong các điều kiện kinh tê' để thiết kê' các hệ thống điện, ngoài các yếu tô' có tính nguyên tắc chung, được xác định bằng các quy luật kinh tê', còn có hàng loạt các yếu tô' phụ thuộc vào các điều kiện cụ thểr Để xác định các tiển đề kinh tê' cụ thể cần tiến hành phân tích sơ bộ theo ba hướng: 1. Phát hiện nhu cầu điên nàng, sô' lượng và sự phân bố cũng như sự thay đổi của nhu cầu điên năng theo thời gian (đồ thị phụ tải); 2. Phân tích các nguồn nhiên liệu, khả nâng xây dựng các nhà máy nhiệt điện, nhu cầu năng lượng nhiệt cho công nghiệp và dân dụng; 3. Khảo sát các nguồn nước, tiến hành các tính toán thuỷ năng và kinh tê' thuỷ năng, phân tích sự cần thiết xây dựng các nhà máy thuỷ điện. 6
Nghiên cứu chi tiết các vấn đề trên cho phép phát hiện và chứng minh các điều kiện kinh tế của sự phát triển hệ thống điện. Nhiệm vụ thiết kê' các hê thống điên là tìm giải pháp tốt nhất để phát triển các công trình năng lượng mới và thời hạn khai thác chúng, có chú ý đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật hợp lý nhất. Thiết kế các hệ thống điện cần có các luận chứng kinh tế- kỹ thuật của sự phát triển các nhà máy điên, các mạng điện và các phương tiên vận hành chúng, bao gồm cả các phương tiện điều khiển. Thiết kế các hẹ thống điện được tiến hành theo trình tự sau: Trước hết cần chuẩn bị báo cáo kinh tê' - kỹ thuật, trong đó dự kiến các nguyên tắc giải quyết những vấn đề trong tương lai 15 - 20 năm. Trong báo cáo kinh tế - kỹ thuật quy định: 1. Tỳ lệ tối ưu các loại nhà máy điện (nhà máy nhiệt điên, nhà máy thuý điện, nhà máy điện nguyên tử, các thiết bị tiêu chuẩn chuyên ngành), điều kiên sử dụng và các thông sô' cơ bản của chúng; 2. Những nguyên tắc chủ yếu của xây dựng hệ thống điên (xác định hướng và các thông sô' của các đường dây dài, chọn hệ thông điện áp của mạng điên chính V.V.), cũng như những vấn để nguyên tắc tổ chức và điểu khiển hệ thống; 3. Tổng vốn đầu tư và các nguồn nguyên vật liệu cần thiết để phát triển nâng lượng. Trên cơ sở báo cáo kinh tê' - kỹ thuật sẽ hình thành các yêu cầu đối với các ngành công nghiệp liên quan (chế tạo máy điện, kỹ thuật điên, nhiên liệu), triển khai các hướng nghiên cứu khoa học, chuẩn bị luân chứng kinh tê' - kỹ thuật, chọn thông sô' các thiết bị năng lượng và kỹ thuật điện mới. Công việc tiếp theo là dựa trên cơ sở của báo cáo kỉnh tê' - kỹ thuật, dự kiến các sơ đồ phát triển (của hệ thống, các đường dây truyền tải, các mạng phân phối, tổ chức vận hành, trong đó có điều độ) và thiết kê' kỹ thuật, kể cả vấn đề thiết bị tự động hoá hệ thống. Các sơ đổ của hê thống điện độc lập và các hệ thống điện hợp nhất thông thường được dự tính đêh 5-7 nảm sau. Các sơ đồ đó chỉ rõ các số liệu thiết kế, trên cơ sở đó phân bổ kinh phí cho thiết kế các nhà máy điên, các đựờng dây truyền tải điện và các trạm của mạng điên chủ yếu, và chuẩn bị kế hoạch xây dựng. 7
Trong nhiệm vụ lập các sơ đổ có yêu cầu xác định vị trí, công suất và trình tự xây dựng các nhà máy điên riêng biệt trong tương lai đến 10 nâm, chọn hình dạng, các thông số và trình tự phát triển mạng điện chủ yếu, đề ra những yêu cầu cơ bản đối với thiết bị tự động chống sự cố. Trên cơ sở các sơ đồ nhân được, sơ bộ xác định yêu cầu về vốn đầu tư, về nhiên liệu và thiết bị. Sơ đồ phát triển của hê thống điện riêng biệt được chuẩn bị sau khi thành lập sơ đồ của hê thống điện độc lập và hệ thống điện hợp nhất. Chúng thường được lập chi tiết hơn đến 5 năm, đồng thời tính đến sự phát triển của chúng trong 5 năm sau (đôi khi 2 đến 3 năm). Lập sơ đồ phát triển của hệ thống điện cần thực hiện các công viêc sau: 1. Cân bằng công suất tác dụng, công suất phản kháng và năng lượng. Chọn các nguổn năng lượng tối ưu, đảm bảo đô tin cậy cao; 2. Tính các chỉ tiêu cơ bản của nảng lượng; 3. Xác định hình dạng, thông số và trình tự xây dựng các mạng điện; 4. Sơ bô đánh giá vốn đầu tư cần thiết về thiết bị của tất cả các loại nhà máy điện và các trạm. Hướng phát triển của các mạng phân phối của hê thống thường là các thành phố, các vùng nông thôn, các đường sắt điện khí hoá, các trung tâm công nghiệp. Chúng là các số liêu ban đầu để thiết kê' các đường dây tải điên riêng biệt, các trạm, mạng điện thành phố, mạng điện nông thôn và các công trình khác liên quan với sự phát triển và thiết kế cải tạo mạng điện. Khi lập sơ đổ cần giải quyết những nhiêm vụ sau: 1. Chọn hình dạng các mạng phân phối; 2. Chọn các thông số của mạng; 3. Xác định các thông số của trạm; 4. Sơ bộ xác định vốn đầu tư cần thiết; 5. Trình tự xây dựng. Các sơ đồ tổ chức vận hành của hê thống điện được thực hiện phù hợp với các sơ đồ phát triển toàn bộ hê thống. Khi lập chúng cần dự kiến các phương án phục vụ sửa chữa, vận hành thao tác, cách tổ chức điều độ, các kênh thông tin liên lạc và hệ thống điếu khiển từ xa, thiết lập cơ cấu quản lý hành chính của hệ thống điện. Trên cơ sở đó sơ bộ xác định vốn đầu tư các thiết bị kỹ thuật cần 8
thiết để vận hành. Sau khi thực hiện các công viộc trên cần lập kế hoạch phát triển các thiết bị quản lý hành chính và điều độ. Trong giai đoạn này của thiết kế, cần có luận chứng kinh tế - kỹ thuật cho tổ chức và phát triển các thiết bị điều chỉnh tự động, kỹ thuật máy tính, điều khiển từ xa và thông tin liên lạc, đổng thời cần xét: 1. Cấu trúc điều độ và thiết bị chính của các trạm điều độ; 2. Các dạng điều chỉnh tự động cần thiết, điều khiển từ xa, kỹ thuật máy tính và thông tin liên lạc; 3. Các sơ đồ kênh thông tin liên lạc, điếu khiển từ xa và điều chỉnh tự động; 4. Vốn đầu tư. Thiết kế kỹ thuật thiết bị tự động chống sự cô' của hệ thống được tiến hành sau khi thông qua các sơ đồ phát triển. Khi thực hiện thiết kê' kỹ thuật cần nghiên cứu sơ đồ cấu trúc của thiết bị tự động chống sự cố và sơ đồ bố trí các thiết bị trên công trình. Thiết kế kỹ thuật được thực hiện sau khi tính chế độ của hệ thống điện, phân tích ổn định tĩnh và ổn định động của hệ thống, các phương tiện nâng cao ổn định. Thiết kế kỹ thuật là cơ sở để chuẩn bị các bản vẽ thi công, khai thác thiết bị tự động chống sự cố, bảo vệ rơle và điều khiển. Luận chứng kinh tế - kỹ thuật của các giải pháp được chấp nhận khi thiết kê' các hệ thống điện phải so sánh các phương án thực hiện các sơ đổ của thiết kê' đối với hệ thống nói chung hay đối với các phần tử riêng biệt của nó. Các phương án so sánh về kỹ thuật cho phép thực hiện nhiêm vụ cần thiết khi thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật, được quy định bằng các định mức tương ứng, đồng thời bảo đảm đô tin cậy cần thiết. Các phương án so sánh về kinh tế phải cho hiệu quả sản xuất như nhau (kể cả sản phẩm không năng lượng, nếu các công trình tổng hợp được xem xét) và tính tất cả các chi phí kinh tế liên quan (chi phí đầu tư vào các bộ phận liên quan cùa năng lượng và các ngành liên kết). Các phương án được đánh giá cả về các chỉ tiêu, cần so sánh theo quan điểm tính đầy đủ các điều kiện cụ thể của xây dựng và vận hành công trình, mức giá và thuê' áp dụng, trình độ kỹ thuật của công nhân xây dựng v.v. Khi tiên hành so sánh các phương án cấu trúc hệ thống điện và các sơ đổ của mạng điên chính, thời hạn tính toán là 10 năm, còn với các phương án của 9
các mạng phân phối là 5 năm. Trong tính toán, các tổn thất điên năng chỉ được tính đối với trình Iting Iwng dụng múi Yầ ứónh giá sự Khác nhau cúa các tổn thất đó trong mạng điên đối với các phương án so sánh. Thông thường đối với các công trình năng lượng (hệ thống điện, nhiệt...) các đặc tính kinh tê' gần cực tiểu thường biến đổi chậm. Vì vậy có thể xuất hiên các phương án khác nhau về các chi phí quy đổi không lớn hơn khoảng 3 đến 5%. Các phương án như thê' được cho là bằng nhau về kinh tế, và trong trường hợp này phương án tốt nhất được chọn không theo các chỉ tiêu kinh tế, mà theo các chỉ tiêu chất lượng của phương án, các chỉ tiêu này không được tính khi so sánh kinh tê' (triển vọng trong tương lai, độ tin cậy, thị trường thiết bị, mức độ ảnh hưởng đến môi trường, các yếu tô' xã hội V.V.). 1.3. XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN NÀNG Sô' liêu vể điên năng tiêu thụ và các phụ tải điện là những dữ liệu ban đầu quan trọng, ảnh hưởng lớn đến kết quả giải quyết các nhiệm vụ thiết kế. Các lời giải sẽ hợp lý nếu như sự phát triển của các phụ tải theo thời gian và của các hệ thống cung cấp điên được chú ý đến trong các tính toán. Khi thiết kê' các nhà máy điện, các trạm và các đường dây mới cần dự kiến sự phát triển của các hệ thống nàng lượng trong thời hạn khá dài, từ 10 đến 20 năm, có xét đến sự thay đổi của tất cả các thông số tính toán. Do đó cần tìm phương án phát triển dần dần, trình tự vận hành các công trình năng lượng mới có công dụng khác nhau, đảm bảo khả năng cung cấp điện tin cậy cho tất cả các hộ tiêu thụ, đổng thời đảm bảo chi phí thấp nhất trong thời gian đã cho. Thiết kế hệ thống điện liên quan đến một tổ hợp rất phức tạp các công trình năng lượng được tiến hành trước khi thiết kê' các công trình công nghiệp mà nó cung cấp năng lượng. VI vậy rất khó nhận được các số liệu ban đẩu đủ tin cậy về tốc độ tăng trưởng tương đối điện nâng tiêu thụ của các phụ tải. Trong từng trường hợp cụ thể, việc dự báo nhu cầu điên nặng và lập các đổ thị phụ tải theo chỉ dẫn chung của cơ quan hoạch định kinh tê' và các viện nghiên cứu - thiết kế. Cần xác định các chi tiêu cơ bản về chi phí để cân bằng điện năng như điện năng tiêu thụ, cực đại phụ tải của hệ thống và chê' độ phụ tải. Dự báo sự phát triển năng lượng chiếm vị trí quan trọng trong hệ thống các 10
dự báo kinh tế của mỗi quốc gia. Một trong những nhiệm vụ chính của dự báo phát triển năng lượng là dự báo nhu cầu điện năng (tiêu thụ điện năng) của nền kinh tế quốc dân. Điểm quan trọng nhất của dự báo là thời gian dự báo. Các thời gian dự báo nhu cầu điện năng của nền kinh tế quốc dân bao gồm: 1. Các dự báo vân hành (thời gian đến 1 nàm) được dùng để xác đinh thực hiên kê' hoạch dự đoán về điện năng tiêu thụ trong một ngày, một tháng, một quý; 2. Các dự báo ngắn hạn (thời gian từ 2 đến 5 năm), thông thường liên quan đến độ chính xác kê' hoạch năm của nhu cầu điên nàng cũng như thực hiên kê' hoạch tương lai; 3. Các dự báo trung hạn (thời gian từ 5 đến 10 năm): Thời gian của các dự báo trung hạn trùng với thời gian cần thiết để nghiên cứu các tài liộu thiết kê' đối với các công trình năng lượng lớn, xây dựng và đưa các công trình vào vận hành, nghĩa là thời gian để tạo ra các nguổn năng lượng mới. Kết quả của dự báo trung hạn có thể được sử dụng trong dự báo dài hạn nhu cầu điên năng; 4. Dự báo dài hạn (thời gian từ 5 đê'n 20 năm); Trong thời gian này có thê' xảy ra những thay đổi quan trọng về các xu hướng phát triển của các quá trình sản xuất và tiêu thụ điên năng, như áp dụng những phát minh khoa học lớn trong năng lượng, ví dụ kỹ thuật laser, các đường dây siêu dẫn v.v. Dự báo nhu cầu điện năng của các ngành kinh tế khác nhau trong nền kinh tế quốc dân có ảnh hưởng lớn đến việc thực hiện kê' hoạch phát triển tương lai của nền kinh tế. Các kết quả của dự báo nhu cẩu điện năng ảnh hưởng quan trọng đến sự phát triển kinh tê' - xã hôi và cải thiện điều kiện sống của nhân dân. Nhiệm vụ chủ yếu của các nhà dự báo trong các điều kiện này là chọn đúng phương phổp dự báo. Các phương pháp dự báo hiện nay có thể chia thành ba loại: ngoại suy, chuyên gia và mô hình hoá. Để chọn đúng phương pháp dự báo cần dựa trên cơ sở phân tích các đặc điểm cơ bản và so sánh các lĩnh vực áp dụng các phương pháp, có chú ý đến các điều kiện cụ thể của sự phát triển kinh tê' - xã hội của mỗi quốc gia. Sau đây chúng ta xét một số phương pháp dự báo nhu cầu điện năng và xác định các phụ tải. ỉỉ
1.3.1. Phương pháp tính trực tiếp Phương pháp tính trực tiếp dựa trên cơ sở xác định nhu cầu điện năng dự tính (dự đoán) cho từng lĩnh vực riêng biệt của nền kinh tế, sau đó lấy tổng các kết quả nhận được. Nhu cầu điện năng của từng lĩnh vực riêng biệt có thể tính theo phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. Các suất tiêu hao điên năng có chú ý đến sự tiến bộ công nghệ, việc áp dụng các thiết bị mới, sự hoàn thiện các phương pháp tổ chức điều hành công nghiệp. Có thể xác định tổng nhu cầu điện năng dự đoán trong hệ thống điên trong thời gian t theo công thức: A,= ẳAoA (1.1) i =l trong đó: n - sô' lượng các nhóm hộ tiêu thụ; AOil - suất tiêu hao điện năng cho một sản phẩm trong nhóm thứ i của các hộ tiêu thụ trong năm tứ t; sit - khối lượng sản phẩm sản xuất theo kế hoạch trong năm thứ t của nhóm thứ i của các hộ tiêu thụ. Khi tính nhu cầu điện năng của hê thống thường phân chia thành các nhóm các hộ tiêu thụ như sau: Công nghiệp: Acn ; giao thông: Agt ; nông nghiệp: Ann và bộ phân tiêu thụ sinh hoạt dân dụng: Ash. Tổng nhu cầu điện năng khi đó bằng: At = Acn + Agt + Ann + Ash ( 1 -2) Đối với các nước công nghiệp phát triển, nhu cầu điện năng của công nghiệp và giao thông chiếm khoảng 70 đến 80% tổng nhu cầu điên năng trong các hệ thống điên hiên đại. Sai sô' của phương pháp tính trực tiếp không vượt quá 5 4- 10%. 1.3.2. Phương pháp ngoại suy trực tiếp Phương pháp ngoại suy trực tiếp có thể áp dụng khi có số liệu thống kê về điện năng tiêu thụ trong những năm đã qua. Trong trường hợp này để dự báo nhu cầu điện năng người ta cố gắng sử dụng các công thức đơn giản nhất, cho phép xác định nhu cầu điện năng của hệ thống điện nói chung hay của các nút 12
phụ tải riêng biệt. Điện năng tiêu thụ đã biết trong thời kỳ nào đó của sự phát triển của hê thống điện và tốc độ tăng trung bình năm của điên năng tiêu thụ, tính được theo các số liệu thống kê của những năm trưóc thường được biểu thị bằng các công thức này. Nhu cầu điện năng trong năm tính toán thứ t được xác định theo công thức: A' = Aof1 + 7^i
trong đó: Jo va J, - cấc ckỉ sẤ cơ sở và tương lai cùa sàn xuât công nghiệp; t - thời gian tính toán. Để dự báo nhu cầu điện năng, ở Mỹ người ta sử dụng quan hệ tương quan với chỉ sô' sản xuất công nghiệp I, điện năng tiêu thụ c và chi phí lao động trong công nghiệp M: Quan hệ trên nhận được trong điều kiện hiệu suất lao động không đổi. 1.3.3. Phương pháp so sánh Phương pháp dự báo này được tiến hành trên cơ sở phân tích so sánh các xu hướng tương đồng ở các nước khác nhau. Phương pháp so sánh được áp dụng để phân tích trạng thái hiện có của điện năng và tương lai phát triển của nó ở nhiêu nước phát triển trên thế giới. Nguyên tắc so sánh các kết quả của phương pháp ngoại suy trực tiếp được sử dụng trong phương pháp so sánh để dự báo nhu cầu điện năng. 1.3.4. Phương pháp chuyên gia Để tiến hành dự báo theo phương pháp chuyên gia, người ta mời các chuyên gia trong lĩnh vực nàng lượng. Các chuyên gia phải là những người có linh cảm tốt, trình độ chuyên môn cao, đồng thời cần có nhiều kinh nghiêm trong công tác. Sử dụng phương pháp chuyên gia có thể nhận được các đánh giá dự báo về nhu cầu điên năng, cũng như thiết lập mức độ phù hợp các ý kiến của chuyên gia vế vấn đề này. Phương pháp chuyên gia được áp dụng nhiều ở Mỹ và ở các nưóc thuộc Liên Xô trước đây. 1.3.5. Phương pháp mô hình toán học Sử dụng phương pháp mô hình toán học trong dự báo trước hết là mô hình toán học các hiện tượng và các quá trình. Mục đích xây dựng mô hình toán học là thiết lập sự phụ thuộc sô' lượng và logic giữa các phần tử khác nhau của hiện tượng nghiên cứu. 14
Để dự báo nhu cầu điện năng theo phương pháp này đòi hỏi sử dụng các phương pháp toán - kinh tế hiện đại và máy tính. Các mô hình toán học thiết lập quan hệ tương hỗ giữa điện năng tiêu thụ và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của năng lượng. Ví dụ, để dự báo nhu cầu điện năng của ngành khai thác than, người ta thiết lập các mối liên quan giữa suất điên năng tiêu thụ cho một đơn vị công suất đặt của các thiết bị truyền động điện và hiêu suất lao động của thợ mỏ. Sau khi xác định tổng nhu cầu năm về điên năng của tất cả các nhóm hộ tiêu thụ trong năm dự báo, cần tiến hành cân bằng điện năng theo công thức: Ap = At + AA + Atd (1.9) trong đó: Ap - tổng điên năng cần phát ra của các nhà máy điện trong hệ thống; At - tổng điện năng tiêu thụ năm của tất cả các nhóm hộ tiêu thụ; A A - tổn thất điên năng trong các mạng điên của hệ thống điện; Atd - tổng điện năng tự dùng của các nhà máy điện. Dự tính quy hoạch các suất tổn thất điện năng gặp rất nhiều khó khăn. Mức độ chính xác của chúng càng thấp khi thời gian tính càng dài; giá trị của chúng có thể quy định trên cơ sở dự báo công nghê chuyên môn. Trong các cơ quan thiết kế, các giá tri AA và Atd thường được tính theo phần trăm của At, được xác định trên cơ sở kinh nghiệm thiết kê' và vận hành có lưu ý đến việc áp dụng kỹ thuật mới và các đặc điểm cấu trúc của hê thống điên. Để xác định các phụ tải điên, ngoài phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm kể trên, chúng ta xét thêm một sô' phương pháp sau. 1. Phương pháp đồ thị công nghệ Phương pháp này được áp dụng đối với các thiết bị lớn (lò ủ trong chế tạo máy, máy cán kim loại, máy hàn điều khiển tự đông). Đối với các nhà máy đó, đồ thị phụ tải điện được xây dựng trên cơ sở đổ thị công nghệ làm việc của tất cả các thiết bị riêng biệt và công suất tương ứng của chúng. Phụ tải tính toán được xác định từ đổ thị tổng các phụ tải điện. 2. Phương pháp suất phụ tải trên 1 m2 điện tích sẩn xuất. Phương pháp này thường áp dụng đối với phụ tải động lực của các cơ sở chê' tạo máy và được sử dụng phổ biến trong các cơ quan thiết kê' khí tính toán 15
sơ bộ đối với quá trình sản xuất có công nghê chưa xác lập (chế tạo máy). Phu Iài Idling JẲ1IẮ1 nliit irẲn 1 m* âÌẠn tick của pkản xưảng chính lằ phụ tải chiếu sáng. Kinh nghiêm thiết kế cho phép thiết lặp các sô' liệu khá chính xác về phụ tải chiếu sáng của các ngành sản xuất khác nhau. Nếu lấy suất phụ tải trên 1 m2 sản xuất bằng Po với diên tích F m2 thì phụ tải cực đại tính toán bằng: pc ptt = , kW (1.10) 1000 trong đó Po là công suất phụ tải trên 1 m2, w/m2. 3..Phương pháp thống kê Phương pháp này được áp dụng để xác định phụ tải điện của các khu vực thành phô'. Thống kê tiến hành tính chi tiết lượng tiêu thụ điện năng của các loại hộ tiêu thụ khác nhau. Các định mức tiêu thụ được hình thành: các giá trị vể suất điên năng tiêu thụ cho 1 người hay công suất đặt cho 1000 người có tính ổn định lớn hơn hay nhỏ hơn. Những hộ tiêu thụ như thê' Ịà: tàu điện, chiếu sáng đường phô', phụ tải đông cơ nhỏ thành phố. Phụ tải tính toán đối với các khu dân cư được tính trên cơ sở các suất phụ tải tính toán của các nhà ở và giá trị của hệ sô' đồng thời tuỳ theo sô' lượng căn hô. Giá trị chính xác của các suất phụ tải cho một căn hộ đối với các nhà ở của các thành phố ở CHLB Nga cho trong bảng 1.1. Bảng 1.1, Các suất phụ tải điện cho một căn hộ, kW Số lượng căn hộ Loại bếp 1 5 10 20 40 60 100 200 400 600 Gaz 1,2 1,0 0,9 0,75 0,55 0,5 0,45 0,42 0,41 0,40 Lửa 1,7 1,4 1.3 1.1 0,85 0,7 0,65 0,57 0,55 0,55 Điện 3,0 2,5 2.1 1.8 1,40 1.2 0,95 0,85 0,80 0,80 Suất phụ tải cho trong bảng 1.1 chỉ tính cho phụ tải sinh hoạt và chiếu sáng, còn phụ tải điều hoà không khí, bình đun nước nóng và thiết bị sưởi điện không được xét. 16
Các phụ tải điên tăng theo thời gian. Tốc độ tăng mỏi năm đối với các khu nhà ở có bếp gaz là 4%, đối với các khu nhà có bếp lửa là 2,5%. Đối với các phụ tải của các mạng phân phối 6 20 kV, tốc độ tăng mỗi năm có thể lớn hơn do điện khí hoá của các cơ sở phục vụ công cộng và nhà trẻ. Giá trị cực đại của tổng các phụ tải điện trong hệ thống điện Pmax có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế các hệ thống điên. Khi tổng phụ tải vượt quá Pmax dẫn đến tăng công suất đạt tổng của các nhà máy điên và chi phí không hợp lý về tài chính, còn hạ thấp hơn sẽ dẫn đến thiệt hại vì thiếu công suất cần thiết cho sự phát triển kinh tế - xã hội. Tính trực tiếp Pmax theo số giờ sử dụng cực đại của phụ tải của hệ thống điộn Tmax như sau: Giá trị chính xác hơn của Pmax có thể tính trên cơ sở xây dựng đổ thị phụ tải tổng của hệ thống điện. 1.4. Dự BÁO CÁC CHẾ Độ TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG Chê' độ tiêu thụ điện năng của các hộ tiêu thụ riêng biẹi và của hê thống nói chung được đặc trưng bằng các đổ thị phụ tải điện, phản ánh sự thay đổi công suất tiêu thụ trong một ngày hay trong một năm. Chê' đô tiêu thụ điện được phản ánh bằng đồ thị tổng phụ tải của hê thống. Hàng ìoạt các yếu tô' ảnh hưởng đến chê' độ này là: thành phần của các ngành kinh tê' quốc dân; thời gian của tuần làm việc và số lượng ca làm việc trong ngày; mức đô tải của các ca riêng biệt của các xí nghiệp công nghiệp và các xu hướng thay đổi nó. Thành phần các hố tiêu thụ có ý nghĩa quyết định đối với hình dáng các đồ thị phụ tải. Đồ thị phụ tải ngày công suất tác dụng của hệ thống định rõ đặc tính tổng hợp của tất cả các hộ tiêu thụ. Nếu hệ thộ'ng điên có phụ tải sinh hoạt nhiều thì cực đại buổi chiều lớn hơn cực đại buổi sáng (hình l.la). Sự khác nhau đó thấy rõ đặc biệt trong mùa hè. Cực đại mùa hè đến chậm hơn so với mùa đông. Phụ tải cực tiểu bằng 50 -í- 60% phụ tải cực đại. Nếu phụ tải công nghiệp chiếm nhiểu hơn trong các hê thống điên thì sẽ có hai cực đại thể hiên rõ ràng: buổi sáng và buổi chiều (hình l.lb). Đồ thị phụ tải ngày của các hê thống điên như thê' bằng phảng hơn, phụ tải cực tiểu bằng 70 -ỉ- 80% phụ tải cực đại. Trong -vsr, 1.1.31;‘ì".. THƯ VIỄN
nhiều hệ thống điện lớn, một phần đáng kể của điện năng tiêu thụ là phần của công nghiệp dùng nhiều năng lượng có quá trình công nghộ hân tục. Trong một sô' hệ thống điện, phụ tải cực đại buổi sáng có thể lớn hơn so với cực đại buổi chiều. Hình 1.1. Đồ thị ngày của các phụ tải tác dụng của hệ thống điện: a- Có nhiều phụ tải sinh hoạt; b- Có phụ tải công nghiệp (1- ngày đông; 2- ngày hè) Độ chiếu sáng và nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến hình dáng đồ thị phụ tái ngày. Khi độ chiếu sáng ít trong một ngày phụ tải sẽ tăng và đỉnh buổi sáng trở nên dài hơn (hình 1.2a). Nêu nhiệt ộ không khí thấp, phụ tải cũng tăng, đặc biệt ban ngày mùa đông (hình L2b). Hình 1.2. Đổ thỉ phụ tải tác dụng của hệ thống điện: a- Khi độ chiếu sáng khác nhau (1- ngày sáng; 2- ngày u ám); b- Với nhiệt độ không khí khác nhau (1- ngày ấm; 2- ngày lạnh) Những điểm quan trọng nhất của đổ thị phụ tải là chế đô của các phụ tải cực đại và cực tiểu. Kinh nghiệm cho thấy, tỷ số của phụ tải cực tiểu và cực đại trong các hệ thống điên thường nằm trong khoảng 0,5 đến 0,8. 18 ** -J f 7 u T * V
Các đồ thị phụ tải phản kháng ngày của hệ thống điên chủ yếu được xác định bằng dòng điên từ hoá và từ tản của các động cơ không đồng bộ (khoảng 60%), cũng như tổn thất công suất phản kháng trong đường dây và các máy biến áp (gần 40%). Ánh hưởng đến các đổ thị phụ tải ngày của phụ tải phản kháng là chê' độ làm việc của các đường dây điện áp từ 220 kV và cao hơn, cũng như của các dòng công suất trong các hệ thống khác và mức đô bù công suất phản kháng. Trong các hệ thống điện có phụ tải tác dụng giống nhau trong các đỉnh buổi sáng và buổi chiều, đỉnh buổi sáng của công suất phản kháng cao hơn buổi chiều (hình 1.3a), bởi trong trường hợp này phụ tải của các động cơ được nối nhiều hơn. Nếu phụ tải tác dụng buổi chiều lớn hơn nhiêu phụ tải buổi sáng thì thông thường đỉnh buổi chiều của phụ tải phản kháng lớn hơn đáng kể đỉnh buổi sáng (hình 1 .3b). Đồng thời tổn thất công suất tác dụng trong các mạng điên có giá trị lớn hơn. Trong tất cả các trường hợp, phụ tải phản kháng của hệ thống điện phụ thuộc vào mức điện áp và tăng lên khi điên áp tăng. Hình 1.3. Đồ thị phụ tải tác dụng và phản kháng của hệ thống điện: a- có phụ tải công nghiệp; b- có nhiều phụ tải sinh hoạt. Dự báo các đồ thị phụ tải ngày của ngày làm việc được tiến hành trên cơ sở đồ thị của ngày hôm trước và thông tin dự báo thời tiết. Đồ thị phụ tải của các ngày nghỉ và các ngày lễ, cũng như của các ngày sau ngày nghỉ, khác cơ bản các đồ thị phụ tải của những ngày làm việc bình thường. Đồ thị phụ tải của những ngày sắp đến được xây dựng trên cơ sở các đồ thị của những ngày nghi đã qua và những ngày sạu các ngày nghỉ, cũng như trên cơ sở dự báo thời tiết và những yếu tô' ảnh hưởng khác. 19