Giáo trình Hệ thống cung cấp điện (Tập 1): Phần 1

THƯ ViỆN
ĐẠI HỌC NHA TRANG

621.3
Tr 121 Kh
T.1

000016737




TS. TRẢN QUANG KHANH

HỆ THỐNG

CUNG CẤP ĐIỆN
TẬP I
(In lần thứ hai)

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
HẢ NỘI




Lời nói đầu

Trong n hữ n g nă m vừa qua nền kinh tế nước ta đã đ ạ t được nhiều th à n h tựu to
lớn. tạo ra n h ữ n g tiền đ ẻ cơ bản đê bước vào thời kỳ mơi., thời kỳ cô ng n g h i ệ p ho á
và h i ê n d a i ho á d à t nước, m à trong đó ngành Diện đóng m ột vai trò then chốt.

C ùng với sự p h á t trien của nền kinh tế, nhu cầu về diện năng không ngừng gia.
tăng, thèm vào đó, việc áp dụ n g các quy trình công nghẹ tiên tiến trong nhiều lĩnh
vực sả n x u ấ t khác nhau, dẫn đến sự ra đời của hàng loạt thiết bị vù m áy móc hiện
d ạ i , đòi hỏi yêu cẩu về chất lượng, độ tin cậy và an toàn cung cấp điện vv. hốt sức
nghiêm ngặt. Điều đỏ đòi hỏi hệ thủng điện phải được thiết k ế hoàn hảo, đcun bảo
cung cấp điện đầy đủ, chất lượng và tiu cậv cho các hộ dừ ng điện ờ m ức cao nhất.
Đê m ạ n g điện có thê đáp ứng được đầy dù các yêu cầu trẽn dĩ nhiên cần p h ả i có m ột
lương vỏn đầu tư không nhổ. Vein đề dược đặt ra là làm th ế nào đẽ có được m ạng
điện ch ú t lương, tin cậy, nhưng củng phải hợp với "túi tiền", nghĩa là chất lượng
p h á i cao ỉnà giá th à n h lại vừa phải. Các câu trả lời sẽ được tìm thây trong cuốn
giáo trin h "Hệ thống cung cấp đ iệ n ' này.
Crido trình 'Hê t h ố n g c u n g cáp diên" dược trinh bày m ột cách ngắn gọn với
14 chương chìa, làm hai tập, thâu tủm toàn bộ những nội dung cơ bán của chương
trình m ôn học. Tập 1: chương 1 đến chương 8; Tập 2: chương 9 đốn chương 14. P hấn
lý th u yết được đúc rút qua các bài giáng có sự tham khảo của nhiêu tài liệu trong và
ngoài nước, n hằm diễn giải vein dể một cách cô dong , xúc tích và de hiểu nhất. Các
v í dụ m in h hoẹt sau m ôi chương phan lởn là các bải toán lây từ các kết quả nghiên
cữu ra tín h toán m ạng diện thực lẽ ờ nước ta, một m ặt lam sáng tó các ván đẻ đủ
trinh bày trong p h ầ n lý thuyết, m ặt khác giúp cho bạn đọc tiếp cận với n h ữ n g vấn
etc thực tạ i của m ạ n g điện Việt N a m , nhằm nâng cao kỹ năng tính toán thiết kê và
k ỹ n ă n g áp d ụ n g lý th u yết etã học vào thực tiễn sản xuất. Cuối m ôi chương lù p h ầ n
tủm tá t các nội d u n g chính, giúp bạn dọc hệ thông lại những kiến thức đã học. Các
hài tập tự giải và câu hỏi ôn tập giúp bạn đọc tự kiếm tra kiến thức vờ sự tiến bộ
của m in h trong quá trinh học tập. Cùng với giáo trình này chúng tôi soạn thêm
cuốn 'Bài t â p c u n g c ấ p d i ê n ” với những bed giải m âu và bài tập là m tại nhà.
P h ầ n cuối của cuốn uB ài tập cu ng cấp điện ” lù một s ố bài tập lún dành cho mỗi. đọc
g iũ và kèm theo đỏ là bài giái màu đê giúp cho bạn đọc vận d ụ n g dẻ d a n g các kiến
th ứ c và cách tra các bảng biêu can thiết trong quá trinh thiết kẽ m ọng điện. S a u khi
tự g iả i etược hài tập lớn, bạn dọc SỪ ccỉm nhận dược thanh quá hục tập của m in h va
chắc chăn sẽ rát tự hào về sản pheĩni đầu tay của m inh trong lĩn h vực cu n g cấp điện

3



năng. Phần p h ụ lục kèm theo giới thiệu các bảng biêu với các sỏ liệu và thông tin về
cúc thiết bị đang được sử d ụ n g trong m ạ n g điện thực tế ở nước ta, kẻ cả n h ữ n g thiết
bị mới n h ấ t, đó là n h ữ n g tư liệu g iú p bạn đọc có th ể tra cứu trong quá trin h th iết k ế
tín h toán cung cấp điện.
Toàn bộ nội d u n g của giáo trinh đưực biên soạn theo chương trìn h của Bộ
Giáo dục và Đào tạo d ù n g cho sin h viên ngành Điện của các trường đại học, cao
d ắ n g N goài ra, giáo trin h uHệ thống cung cấp điện ’ còn có thê d ù n g làm tai liệu
th a m kháo và thiết k ế cho các chuyên gia, kỹ sư và các hục viên cao học ngành Điện.
Trong quá trin h biên soạn giáo trin h , chúng tôi đã cỏ'gắng tham khảo nhiều
tài liệu, tạp chí chuyên ngành, tạp chí chào h à n g VV. với m ong m uôn cập n h ậ t kịp
thời các tiến bộ khoa học kỹ th u ậ t trong lĩn h vực cung cấp điện năng. Tuy n hiên do
trinh độ cỏ h ạ n , giáo trin h không tránh khỏi n hữ ng thiếu sút, chúng tôi rá t m ong
được bạn đọc lượng th ứ và đóng góp n h ữ n g ý kiến n h ậ n xét đê giáo trình ngày càng
được hoàn thiện hơn.
Tác giá

4



Chương 1

961 CƯƠNG VÉ HỆ THỐNG ĐIỆN

1 1 NHỮNG KHÁI NIỆM c ơ BẢN

Hệ th ố n g điện là tập hợp tất cả các thiết bị điện dùng để sản xuất, biến đổi,
truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng. Tức là hệ thống điện bao gồm tất cả các nhà
máy, trạm biên áp, đường dây và các hộ dùng điện. Hệ thống điện là một bộ phận của hệ
thống năng lượng. Mỗi bộ phận cấu thành hệ thống điện được gọi là phần tử của hệ
thống. Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp nhất, nó bao gồm rất nhiều phần tử, mỗi
phqn tử lại gồm nhiều thiết bị có mối liên hệ hết sức chặt chỗ với nhau. Sự phức tạp của hệ
thống điện không chỉ thể hiện ở các mối liên hệ bên trong, mà cả ở các mối liên hệ với rất
nhiều yếu tố từ bẽn ngoài như các hiện tượng thiên văn, thuỷ văn, khí hậu, điều kiện địa lỹ.
điểu kiện kinh tế và xã hội w (hình 1.2.1). Phụ thuộc vào sự phân bố địa lý của các trạm
phát điện và các trung tâm phân phối, có thể phân biệt:
- H ê th ô n g đ iê n đ ia p h ư ơ n g là hệ thống với bán kính hoạt động hạn chế
trong một phạm vi hẹp.
- H ê th ô n g đ iê n Q u ố c gia là hệ thống có phạm vi hoạt động rộng.
N h à m á y đ iệ n là một thành phần của hệ thống điện, nó bao gồm các thiết bị
máy móc dùng để biến đổi các nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau như thuy năng, nhiệt
năng, phong năng, quang năng w . thành điện năng.
M a n g đ iê n là tập hợp các trạm biến áp (tăng và giảm áp), các trạm phân phối,
đường dây trên không, đường dây cáp w.. có nhiệm vụ tiếp nhận, biến đổi từ cấp điện áp
này sang cấp điện áp khác cho phù hợp và phân phối điện năng cho các hộ dùng điện.
Mạng điện có cấp điện áp dưới 1000 V gọi là mạng hạ áp. Mạng điện từ 35 kv trở
xuống gọi là m ạng diện địa phương, mạng điện trên 35 kv gọi là mạng điện vùng.
Mạng điện từ 5 0 0 kv trở lên gọi là mạng diện siêu cao áp. Các mạng điện từ 110 kv trở
lên cố nhiệm vụ truyền tải điện năng đi xa, gọi là mạng cung cấp, mạng điện dưới 110 kv
gọi là mạng phân phối, chúng có nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm biến áp trung
gian đến các trạm biến áp tiêu thụ. Ngoài ra mạng điện còn được phân loại theo cấu trúc:
mạng điện hở, mạng điện kín, mạng điện hình tia, w.

5

Các thông số mạch như tổng trở, tống dẫn, hệ số biến áp ... của các phần tử gọi
là t h ô n g s ô h ệ t h ô n g Các tham số như công suất, dòng điện, điện áp, tần số, hao tổn
điện áp, hao tổn công suất, w . gọi là t h a m s ô c h ê đ ộ Tập hợp các quá trình tồn tại
trong hệ thống điện, xác định trạng thái làm việc của nó gọi là c h ê đ ộ c ủ a hê t h ô n g
điện. Nói cách khác, chế độ hệ thống điện là trạng thái nào đó của hệ thống được đặc
trưng bởi các tham số chế độ.
1.2. ĐẶC ĐIỂM CỎNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
1. Tính đồng thời
Quá trình sẵn xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng diễn ra hầu như
cùng một lúc.Từ đặc điểm này có thể rút ra một số hệ quả sau:
- Trong hệ thống điện luôn luôn duy trì một sự căn b ằ n g n ă n g l ư ơ n g , sự giảm
công suất phát mà vẫn giữ nguyên phụ tải sẽ gây ra sự thiếu hụt công suất, ngược lại nếu
giảm phụ tải mà vẫn giữ nguyên cồng suất phát thì sẽ gây dư thừa công suất. Tuy nhiên do
cần thiết lập sự cân bằng công suất, nên khi phụ tải giảm công suất phát cũng sẽ tự động
giẳm và ngược lại, lúc đó buộc các tham số chế độ phải thay đối, dẫn đến chất lượng điện
sẽ bị giảm sút. Đặc điểm này cần được quán triệt ngay từ khâu thiết kế đến khâu vận hành.
Nếu như trong các lĩnh vực sẳn xuất khác khi sản xuất một loại sản phẩm nào đó người ta
có thể khônq cần biết đến ai sẽ sử dụng và sử dụng sản phẩm đó như th ế nào thi trong
ngành năng lượng lại khác hẳn: Kế hoạch sản xuất phải gắn chặt với nhu cầu phụ tải để
luôn luôn đảm bảo sự cân bằng công suất trong hệ thống điện. Sự sai lầm trong việc xác
định nhu cầu phụ tải có thể dẫn đến những thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân.
-

Đ iê n n ă n g hầu n h ư k h ô n g t h ế d ư trữ đ ư ơ c (trừ một vài trường hợp đặc

biệt có sự lưu trữ không đáng kể như acquy, tụ điện), vì vậy trong thời gian thấp điểm để sử
dụng lượng công suất dư thite người ta chí có thể lưu giCf năng lượng dưới dạng nhiệt, lạnh
bằng cách cho vận hành các thiết bị tạo nhiệt, hoặc sử dụng điện năng để bơm nước lên
các hồ chite W.

2 . Đ iện năng c ó thể được tạo ra từ tất cả các nguồn năng lượng khác và
ngư ợc lại
Điện năng cũnq có thể biến đổi thành các dạng năng lượng khác, thêm vào đó, quá
trinh biến đổi thuận thường diễn ra rất phức tạp còn quá trình biến đối nghịch thi lại rất
đơn giản. Điều đó cho phép sử dụng điện một cách hết sức rộng rãi trong tất cả các lĩnh
vực khác nhau trong sản xuất cũng như trong đời sống sinh hoạt của con người.
3 . Đ iện năng rất dễ phân phối và truyền tải
Bù vào việc điện năng không thể dự trữ được nó lại có đặc điểm hết sức quý giá là

6



rất dễ phân phối và truyền tải. Có thể nói việc vận chuyển điện năng là dạng vận chuyển
năng lượng có hiệu quả cao nhất.
4 . Q uá trình quá độ trong hê thống điên diên ra rất nhanh
Điều đó dẫn đến sự cần thiết phải sử dụng các thiết bị tự động hoá đặc biệt đế đảm
bảo quá trình diễn ra trong phạm vi cho phép.
5 . H ê thốn g điện là m ột hê thông rất phức tap
Giữa các phần tử trong hệ thống điện có mối liên hệ hết sức mật thiết với nhau.
Them vào đó, H ệ th ô n g đ iệ n c ó rot nhiều m ô i liên h ê với môi trường xung quanh,
các mối quan hệ tương tác này có thế biếu thị trên hình 1.2.1.

Vị ,
<5
%.

IV

I

'<z> J z /ZCO’
CôngnghiêPGiao^

vặn ^

nghiệ^hhoạtvàdịd^

Mtôi trưòmg sinh thái
Hình 1.2.1. Mối quan hệ tương tác giữa hệ thống điện và môi trường xung quanh
6 . Hệ thống điện có liên quan chặt chẽ với tất cả các ngành của nền kinh t ế
quốc dân
Vỉ vậy chỗ' độ làm việc, chất lượng và độ tin cậy của hệ thống có ảnh trực tiếp đến

7



các chí tiêu kinh tế kỹ thuật của các ngành. Sự phát triển của hệ thống điện phải luôn đi
trước một bước để tạo ra một lượng dự trữ cần thiết trong hệ thống, nếu không chú ý đến
đặc điểm này thì ngành năng lượng có thể sẽ kim hãm sự phát triến của các ngành khác,
mặt khác, sự phát trien của hệ thống điện phải nhịp nhàng và cân đối.
7.

Các c h ế đ ộ của hệ thống điện là các quá trình động
Các tham số chế độ không ngừng biến đổi theo thời gian, hơn thế nũầ, bản thân

hệ thống điện cũng không ngCfng phát triển trong không gian và thời gian để đáp úftg sự
gia tăng không ngừng của nhu cầu phụ tải điện.
1.3. CHẾ ĐỘ ĐIỆN ÁP CỦA MẠNG ĐIỆN

Tất cả các phần tử hệ thống điện và tất cả các thiết bị điện được chế tạo ứnq với
từng cấp điện áp xác định, chúng có thể làm việc bình thường với độ lệch điện áp khỏi giá
trị định mức trong giới hạn cho phép. Nếu độ lệch điện áp quá lớn có thể dẫn đến hư hỏng
thiết bị hoặc chế độ làm việc kém hiệu quả. Chính vì vậy mà giá trị điện áp có ỷ nghĩa rất
quan trọng đối với tất cả các thiết bị điện.
Bảng 1.3.1 Điện áp định mức của các thiết bị điện 3 pha C Ư bân (kV)

Điện áp định mức trên thanh cái của
Điện áp vận
hành

Máy biến áp
Máy phát

Cuộn sơ cấp

Cuộn thứ cấp

Điện áp làm
việc lớn nhất

Mạng điện hạ áp
0,22

0,23

0,22

0,23

0,38

0,4

0,38

0,4

Mạng điện cao áp
6

6,3

6 và 6,3

6,3 vad 6,6

6,9

10

10,5

10 và 10,5*

10,5 và 1T

11,5

22

23

22

23

23,5

35

35

38,5

40,5

110

110

121

126

220

220

242

252

500

500

525

525

* - Điện úp của máy biến áp cỏ diện úp ngắn mạch gia tăng (trẽn 7,5%).
Đ iện áp đỉnh mức (Un) là điện áp mà đảm bảo cho thiết bị làm việc bình thường
với hiệu suất cao nhất trong suốt thời gian vận hành, mà được gọi là tuổi thọ của thiết bị,

8



nó được ghi trong lỹ lịch kèm theo mỗi thiết bị điện bởi các nhà chế tạo. Thang điện áp
định mức ở các nước khác nhau không giống nhau. Đã có nhiều hội nghị quốc tế bàn về
việc thống nhất các thang điện áp định mức theo tiêu chuẩn chung, nhurìg do lịch sử để lại,
hiện nay thang điện áp ở các nước trên thế giới vẫn còn nhiều khác biệt, ở nước ta hiện
nay các thang điện áp định mức chủ yếu là: 0,22; 0,38; 6,3; 10; 15; 22; 35; 110; 220
và 500 kV. Điện áp định mức của các thiết bị cơ bản được thế hiện trong bảng 1.3.1.
Giá trị điện áp đỊnh mức của các thiết bị sử dụng phải bằng điện áp của mạng điện
cung cấp cho chúng. Điện áp định mức của các nguồn điện phải cao hơn điện áp đinh
mức của lưới khoảng 5^10 %, vì cần phải tính đến hao tổn điện áp trong mạng điện.
Điện áp đính mức của cuộn sơ cấp máy biến áp bằng điện áp của lưới cung cấp, còn điện
áp định mức của cuộn thứ cấp lại lớn hơn điện áp đỊnh mức của lưới 5-M0%, vì cuộn thứ

cấp của máy biến áp được coi là nguồn của mạng điện phía sau nó.
1.4. MỘT SỐ YÊU CẦU C ơ BAN CỦA HỆ THÓNG

đ iệ n

Như đa biết, một trong nhũrìg đặc điểm nổi bật của hệ thống điện là điện năng sản
xuất ra đúng bằng điện năng tiêu thụ cộng với điện năng tự dùng và tổn thất. Vỉ vậy các thiết
bị của các trạm điện phải luôn luôn sẵn sàng với sự thay đổi của phụ tải. Những yêu cầu
chính đối với hệ thống điện là:
1. Đ áp ứng tối đa nhu cầu c ủ a phụ tải CƯC đại
Mọi hệ thốnq điện được thiết kế và xây dựng nhằm mục đích thoả mãn nhu cầu lớn
nhất của các hộ dùng điện ở thời điếm bất kỳ. Sự thiếu hụt công suất có thể dẫn đến
nhCửig thiệt hại lớn về kinh tế.
2 . Đảm bảo cung câp điên liên tục và tin cậy
Thực tế sản xuất có những hộ dùng điện không được phép mất điện vi nếu mất
điện có thể dẫn đến nguy hiểm đến tính mạng con người, làm rối loạn quy trình công nghệ
sản xuất, phá vỡ sự hoạt động binh thường của các lĩnh vực quan trọng. Độ tin cậy và liên
tục cung cấp điện được xét đến xuất phát từ quan điếm kinh tế. Quyền lợi của toàn bộ nền
kinh tế quốc dân đòi hỏi không phải mức tin cậy tuỹ ỹ nào đó, càng không phải mức tin
cậy cao nhất, mà là mức tin cậy tối ưu, đảm bẳo tính kinh tế tổng hợp cho toàn bộ nền
kinh tế quốc dân.
3 . Đảm bảo chất lượng điện năng tốt nhất
Điện áp và tần số phải ổn định ở mức cho phép. Bề rộng vùng cho phép phụ
thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải. Vùng cho phép càng
hẹp thi mức chi phí càng lớn vì yêu cầu tự động điều khiển càng cao.

9

4 . Tính kinh tê cao
Cũng như bất cứ một hệ thống nào, hệ thống điện có mục đích cuối cùng là mang
lại lợi nhuận cao. thêm vào đó, các thiết bị điện phải làm việc với hiệu quả kinh tế cao
nhất. Tính kinh tế của hệ thống điện được đặc trưng bởi chi phí cực tiểu cho sản xuất,
truyền tải và phân phối điện năng. Bởi vì chi phí này phụ thuộc vào mức độ yêu cầu điện
năng, nên chí tiêu kinh tế của chế độ hệ thống điện đặc triftig cho suất chi phí chứ không
phẳi là lượng chi phí tuyệt đối. Những yêu cầu kinh tế của chế cíộ hệ thống điện liên quan
đến sự phân bố công suất và sự lựa chọn thiết bị và các phần tử của hệ thống. Đổng thời
tính kinh tế của hệ thống điện còn thế hiện ở mức lợi nhuận cao nhất có thế đạt được và
đáp ứng đầy đủ nhu cầu của các hộ dùng điện. Đế đảm bảo tính kinh tế của hệ thống điện
cần sử dụng các biện pháp thích hợp như hạn chế sự cố, giảm clòng ngắn mạch, trang bị
các thiết bị và cơ cấu tự động, nâng cao độ tin cậy của các phần tử hệ thống điện, dự
phòng các công suất tác dụng và phản kháng, áp dựng các công nghệ tiên tiến trong hệ
thống điện w . Chỉ tiêu về kinh tế có thế xem xét dưới góc độ của giá thành một kWh diện
năng hữu ích. Chỉ tiêu này phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như giá nhiên liệu, thiết bị, yêu
cầu của các hộ dùng điện về công suất và về điện năng cũng như đồ thị phụ tải, vào các
điều kiện khác của môi trường xung quanh w .
Tất cả các yêu cầu kế trên có thế dẫn đến những mâu thuẫn, vi vậy cần phối hợp
hài hoà các nguyên tắc thực hiện các yêu cầu trên. Nhìn chung tính kinh tế của hệ thống
không thế thực hiện bằng cách giảm độ tin cậy và chất lượng điện dưới mức cho phép tối
ưu. Cơ sở của luận điểm này là thiệt hại kinh tế quốc dân lớn hơn nhiều so với phần tiết
kiệm được do giảm chi phí trong hệ thống điện.
1.5. CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN c ơ BAN
Các nguồn năng lượng có thể khai thác trên hành tinh của chúng ta bao qồm thuỷ
năng của các dòng sông và thuỷ triều, than và dầu mỏ, năng lượng Mặt Trời, năng lượng
gió và các nguồn năng lượng tái sinh như chất thải nông nghiệp (rơm rạ, bấ mía, phản gia
súc w.). Theo niêm giám số liệu thống kê thế giới, trong khoảng hon 20 năm cuối loài
người đã sử dụng gần một nửa nhiên liệu của toàn bộ thời gian kế từ lúc xuất hiện trên Trái
Đất. Hiện nay các nhà máy điện lớn trên th ế giới làm việc trên các nguyên lý khác nhau
mà một số dưới đây là các loại nhà máy chính.

1. Nhà máy nhiêt điên (NMNĐ)
Nguyên lý làm việc của nhà máy nhiệt điện là dùng nhiệt lượng thu được từ than,
dầu, khí đốt W. làm nước bốc hơi trong nồi đáy với nhiệt độ khoáng 500°c và áp suất cao,
hơi nước được truyền đến tuabin với vận tốc lớn và mang theo một năng lượng khống lồ

10



làm (ịuay các cánh quạt của tuabin mà được gắn đồng trục với máy phát, máy này quay với
vận lốc 3 0 0 0 vòng/phút nếu là loại máy có một cặp cực và sinh ra suất điện động có tần
số 50 Hz. Đế tận dụng hết năng lượng người ta chế tạo tuabin hơi nước có nhiều tầng và
nhiều bánh xe phát động. Trên cơ sở nguyên lý làm việc của nhà máy nhiệt điện người ta
đã xay dựng các nhà máy điện chạy bằng than dầu, khí đốt, địa nhiệt, sinh khí (năng lượng
tái shh) w . Căn cứ vào đặc tính làm việc của nhà máy nhiệt điện người ta chia ra hai loại:
nhà máy điện ngưng hơi và nhà máy điện rút hơi.

Hình 1.5.1. Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt diện:
1. kho nhiên liệu; 2. hệ thống cấp nhiên liệu; 3. vòi dốt; 4. Lò; 5. tuabin; 6. máy phát;
7. bình ngưng; 8. bơm tuần hoàn; 9. bơm ngưng tụ; 10. bình gia nhiệt ha áp; 11. bơm cấp
nước; 12. bộ khử khí; 13. bình gia nhiệt cao áp; 14. bộ hàm nước; 15. bộ sấy không
khí; 16. quạt gió; 17. quạt khói.

11



a. Nhà m á y n h i ê t đ i ê n n g ư n g h ơ i (NMNĐN)
Sơ đồ nguyên lý sản xuất điện năng của NMNĐN được trình bày trên hình 1.5.1.
Từ kho nhiên liệu (than, dầu) của hệ thống cấp nhiên liệu (1) qua hệ thống phân phối (2),

nhiên liệu được đưa vào lò (4). Nhiên liệu được sấy khô bằng khống khí nóng từ quạt gió
16, qua bộ sấy không khí (15). Nước đã xử lỹ qua bộ hâm niíớc(14) đua vào nồi hơi của
lò. Trong lò xẩy ra phản ứng cháy: hoá năng biến thành nhiệt năng. Khói, sau khi qua bộ
hâm nước và bộ sấy không khí (15) để tận dụng nhiệt, thoát ra ngoài ống khói nhờ máy
quạt (17). Nước trong nồi hơi nhận nhiệt năng, biến thành hơi với áp suất khoảng 130 +
240kG /cm 2 và nhiệt độ 540 - 7

565°c được dẫn

đến tuabin. Tại đây, áp suất và nhiệt độ

hơi nước giảm xuống bởi quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng, làm quay tuabin và
kéo theo máy phát. Như vậy cơ năng biến thành điện năng hoà vào hệ thống điện. Hơi
nước sau khi ra khỏi tuabin có thông số thấp (áp suất p = 0 ,03 4- 0,04kG /cm 2 và nhiệt độ
t = 40°C) đi vào bình ngưng 7. Trong bình ngưng, hơi được đọng thành nước nhờ hệ
thống tuần hoàn. Nước làm lạnh (5^-25°C) có thể lấy từ sông, hồ bằng sự trợ giúp của bơm
tuần hoàn (8). Để loại trừ không khí lọt vào binh ngưng, bơm được chọn là loại chân
không. Từ binh ngưng (7), nước ngưng tụ được đuầ qua bình gia nhiệt hạ áp (10) và đến bộ
khử khí (12) nhờ bơm ngưng tụ (9). Để bù lượng nước thiếu hụt trong quá trình làm việc,
một lượng nước bổ xung thương xuyên được đua qua bộ khử khí (12).
Để ngăn ngùa sự ăn mòn đường ống và các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao, trước
khi đua vào lò, nước cấp phải được xử lý (chủ yếu khử 0 2 và C 0 2) tại bộ khử khí (12). Nước
ngưng tụ và nước bổ sung sau khi được xử lý, nhờ bơm cấp nước (11) được đua qua bình
gia nhiệt cao áp (13), bộ hâm nước (14) rồi trở về nồi hơi của lò. Người ta cũng trích một
phần hơi nước ở một số tầng của tuabin để cung cấp cho các binh gia nhiệt hạ áp (10),
cao áp (13) và bộ khử khí (12).
Nhà máy NĐN có một số đặc điểm sau:
1. Thường được xây dựng gần nguồn nguyên liệu;
2. Hầu hết điện năng sản xuất được phát hết lên lưới điện cao áp;
3. Làm việc với phụ tải tựdo;

4. Tính linh hoạt trong vận hành kém. Khởi động và tăng phụ tải chậm;
5. Hiệu suất thấp (T] = 30 -s- 40%).
6. Khối lượng nhiên liệu lớn; Khói thải làm ô nhiễm môi trường.
b. N h à m á y n h i ê t đ iên rú t hơi (NMNĐR)
Nhà máy NMNĐR là nhà máy điện đồng thời sản xuất điện năng và nhiệt năng. Về
nguyên !ỹ hoạt động nó cũng giống như NMNĐN, nhưng ở đay lượng hơi được rút ra đáng
kể từ một số tầng của tuabin để cung cấp cho các phụ tải nhiệt công nghiệp và sinh hoạt.

12



Vi th ế hiệu suất chung của nhà máy tăng lên. Do có sự rút nhiệt phục vụ cho công nghiệp,
nên NMNĐR có đặc điểm khác với NMNĐN, cụ thể là:
1. Thường được xây dựng gần phụ tải nhiệt;
2. Điện năng sản xuất chủ yếu cung cấp cho phụ tằi ở cấp điện áp máy phát;
3. Đảm bảo hiệu suất cao, đồ thị phụ tẳi điện phụ thuộc vào phụ tải nhiệt;
4. Tính linh hoạt trong vận hành cũng giống như trong NMNĐN;
5. Hiệu suất cao hơn NMNĐN (60 4- 70%).
2. N hà m áy thuy điện
Quá trình sản xuất điện năng ở nhà máy thuỷ điện đơn giản hơn nhiều so với nhà
máy nhiệt điện. Tại đây th ế năng của dòng nước được tận dụng để làm quay tuabin. Như
đã biết giCte tần số f và số lượng cặp cực N có mối quan hệ:
co
Do tốc độ quay của tuabin co khá chậm, chỉ khoảng 100 vòng/phút nên máy phát
ở nhà máy thuỷ điện, các máy phát phải có tới 30 cặp cực để tạo ra tần số f = 50 Hz. ở
các máy phát công suất lớn mỗi tuabin nước có bốn cánh rộng tới 04-6 m2.
Trên hình 1.5.2 biểu thị sơ đồ nguyên lý nhà máy thuỷ điện: Đập ngăn có nhiệm
vụ giữ mức nước chênh lệch giĩte thượng lưu và hạ lưu. Chiều cao hiệu dụng của cột nước
chinh là độ chênh lệch mực nước giữa hạ lưu và thượng lưu. tuabin (2) được lắp trên bệ

rỗng bê tông hình chóp (4) còn máy phát được lắp trên bệ bê tông rỗng hình trụ (6), trong
bệ rỗng (6) có nhiều đường dẫn tạo thành hệ thống làm mát cho máy phát, ở gian máy có
bố trí cần cẩu để tiện cho việc sửa chữa thiết bị. Nước được dẫn từ thượng lưu vào ngăn
chite nước (8), đi qua buồng nhận nước (9) và buồng xoáy ốc (10) đến làm quay tuabin rồi
qua ống xả thoát ra phia hạ lưu. Để bảo vệ cho máy người ta xây dựng các lưới ngăn (12) ,
việc xả nước vào tuabin được thực hiện bởi cite chắn (13). Mố ngăn (14) có mặt để tiện cho
việc sửa chite c te ngăn (13), còn mố ngăn (15) thì hỗ trợ cho việc s te chite các thiết bị
phía hạ lưu. Thanh cái của máy phát được nối với máy tăng áp rồi dẫn ra thiết bị phân
phối.
Việc xây dựng nhà máy thuỷ điện tốn kém hơn nhiều so với nhà máy nhiệt điện
nhưng giá thành điện năng rẻ hơn. Sự kết hợp làm việc giữa các nhà máy thuỷ điện và
nhiệt điện sẽ cho phép tận dụng các nguồn năng lượng một cách hiệu quả nhất. Cùng với
các nhà máy điện làm việc bằng thế năng của các dòng sông, người ta xây dựng các trạm
điện làm việc bằng th ế năng thuỷ triều trên các vụng biển. Công suất của NMTĐ phụ

13



thuộc vào lưu lượng nước Q(m3/s) và chiều cao hiệu dụng của cột nước H(m) của dòng
nước tại nơi đặt nhà máy.
p = k.H.Q. n
Trong đó: ĩ]- hiệu suất; k - hệ số tỷ lệ.
Một dạng NMTĐ đặc biệt khác là thuỷ điện tích năng. Nhà máy loại này có hai hồ
chứa nước (một ở thượng lưu, một ở hạ lưu) nằm ở hai độ cao khác nhau. Nhà máy làm
việc ờ hai chế độ: chế độ sản xuất điện năng và chế độ tiêu thụ điện năng. Khi HTĐ có
phụ tải cực tiểu, thi các máy phát điện làm việc ở chế độ động cơ, còn tuabin - ở chế độ
bơm, nghĩa là máy phát điện tiêu thụ điện năng từ HTĐ để bơm nước từ hồ chứa nước hạ
lưu lên hồ chứa nước thượng lưu.Chế độ làm việc này gọi là chế độ tích năng. Ngược lại,

Hình 1.5.2. Sơ dổ mặt cắt của nhà máy thuỷ cỉiện:
1. đáy bê tông; 2. tuabin nước; 3. máy phát; 4. trụ rỗng bê tỏng hình chóp; 5. bánh xe làm
việc; 6. trụ rỗng bằng bẻ tông; 7. phần dưới máy phát; 8. ngăn chứa nước; 9. buồng nhận
nước; 10. buồng xoáy ốc; 11. ống xả; 12. lưới ngăn; 13. cửa chắn; 14. mố ngàn thượng
lưu; 15. mố ngăn hạ lưu; 16. máy biến áp.

14



khi phụ tải của HTĐ cực đại, HTĐ có nhu cầu tiêu thụ lớn, máy phát điện làm việc ở chế
độ sản xuất điện năng. Nước chảy từ hồ chúồ thượng lưu xuống hồ chứở hạ lưu, làm quay
tuabiin và máy phát điện, sản xuất điện năng cung cấp cho HTĐ. Như vậy NMTĐ tích
điện góp phần làm bằng phang đồ thị phụ tải của HTĐ, nâng cao hiệu quẳ kinh tế của
toàn hệ thống điện.
Quá trình sản xuất điện năng trong trạm thuỷ điện có một số đặc điểm cơ bản sau:
1) Xây dựng gần nguồn thuỷ năng;
2) Phần lớn điện năng sản xuất ra được phát lên thanh góp phía cao áp;
3) Làm việc với phụ tải tự do (khi có hồ chứa nước);
4) Vận hành linh hoạt; thời gian khởi động và mang tải chỉ mất từ 3 -ỉ- 5 ph.
Trong khi đó đối với nhiệt điện, đê khởi động một tố máy phải mất từ 6 # 8 h;
5) Hiệu suất cao r| = 85 -^90%;
6) Vốn đầu tư xây dựng lớn, thời gian xây dụng kéo dài;
7) Giá thành điện thấp.

Nước ta có trên 2200 sông suối lớn nhỏ với tổng tiềm năng theo lý thuyết khoảng
300 tỷ kWh mỗi năm và tiềm năng kinh tế kỹ thuật khoảng 8O-H0O tỷ kWh, cho đến nay
mới khai thác được khoảng 22,5 %. Dự kiến từ nay đến năm 2020 một loạt các công trinh
thuy điệr. lớn sẽ được xây dựng để tận dụng tiềm năng sẵn có này.
3 . Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT)

Nhà máy điện nguyên tử là một dạng đặc biệt của nhà máy nhiệt điện, nhiệt lượng
được dùng ở đây được lấy từ quá trình bắn phá hạt nhân cua nguyên tử uran. Theo tính
toán mỗi kg uran có thể sinh ra nhiệt lượng tương đương 2700 tấn than tiêu chuẩn (TOE).
Khi phân tách, hạt nhân nguyên tử phát ra những tia phóng xạ cực mạnh, vì vậy việc xây
dựng và điều khiển hoạt động của nhà máy điện nguyên tử được thực hiện rất kiên cố.
Người ta dùng than chỉ hoặc nước nặng để hãm phản úng. Nhiệt lượng được chuyền ra
n h ờ môi năng là nước nặng hoặc khí kim loại nóng chảy.
- Lò hơi của NMĐNT được thay bằng lò phản ứng hạt nhân;
- Để tránh sự ảnh hưởng do phóng xạ, người ta dùng hai hay ba vòng chu trình
nhiệt chứ không phải chỉ có một vòng như trong NMNĐN.
Nhiên liệu hạt nhân được sử dụng là uran, plutoni, thori và các hợp chất của chúng.
•Nhiên liệu dùng ở dạng thanh, tấm hoặc viên được đặt trong vỏ để cách ly với chất tải
nhiệt lượng. Để duy trì phản ứng dây truyền hạt nhân người ta dùng đồng vị U 253 nhưng
loại ctồnc vị này tồn tại rất ít trong tự nhiên. Việc điều chế

u253 lại rất phức tạp,

giá thành




cao, vì vậy người ta dùng trực tiếp uran tự nhiên hay tuyển khoáng của nó có trị số vài
phần trăm u 25 3 để làm nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân. Khi phân huỷ hạt nhân uran
sẽ tạo ra các nơtron nhanh có năng lượng rất lớn. Trong uran tự nhiên hay uran khoáng
yếu, phản ứng dây truyền hạt nhân với nơtron nhanh sẽ không được tiến triển. Vì vậy các
nơtron nhanh cần được hãm lại thành nơtron nhiệt (còn gọi là nơtron chậm) để làm cho
phản ứng dây truyền tiến triển. Chất hãm thường dùng là: nước, nước nặng hay than chì.
Để ngăn cản các tia phóng xạ ra ngoài, lò phản ứng được bao bọc bởi các lớp nước hay bê
tông dày. Có thể phân loại các lò phản ứng hạt nhân theo những nguyên tắc khác nhau:

- Theo mức năng lượng của nơtron: có lò phản úng nhiệt ( với nơtron nhiệt ) và lò
phản ứng nhanh (với nơtron nhanh);
- Theo khả năng tái sinh nguyên liệu: có lò tăng lượng (với nơtron nhanh, hệ số tái
sinh từ 1,5 trở lên) và lò thổi (hệ số tái sinh 1+1,1);
- Theo nguyên lý phân phối, nguyên liệu và chất hãm: có các loại đồng nhất và
không đồng nhất;
- Theo chất hãm: có loại lò hạt nhân loại nước, loại nước nặng, loại than chì.
Người ta còn phân loại lò phản ứng hạt nhân trên cơ sở loại chất tải nhiệt hay loại
chất hãm và chất tải nhiệt kết hợp với chúng có tên gọi tương urìg vơí chất sử dụng. Ví dụ
khi dùng chất tải nhiệt và chất hãm đều là nước thỉ có loại lò nước- nước w . Lò phản ứng
hạt nhân nơtron nhiệt thường dùng loại nước-nước, mà sơ đồ nguyên lý của nó biểu diễn
trên hình 1.5.3. Quá trình sản xuất điện năng của nó như sau: nước thuộc chu trình thứ
nhất lưu chuyển nhờ bơm tuần hoàn (7). Tại bộ trao đổi nhiệt (2) diễn ra sự truyền nhiệt
của nước cho chu trình thư nhất cho nước ở chu trình hai. Đối với chu trình nhiệt thứ hai
tương tự như chu trình nhiệt của NMNĐN.

Hình 1.5.3. Sơ đồ nguyên lý nhà máy
điện nguyên tử hai chu trình nhiệt:
1. lò phản ứng; 2. bộ trao đổi nhiệt;
3. tuabin; 4.máy phát; 5. bình ngưng;
6. máy bơm ngưng tụ; 7. Bơm tuần
hoàn.

Lò phản ứrìg hạt nhân loại nước- nước có nhược điểm là không có khả năng tạo ra
hơi với thông số cao, nên hiệu suất của nhà máy không cao. Do đó người ta thường áp

16

dụncỊ sơ đồ lò phản ứng hạt nhân loại nước - than chì: nước chí đóng vai trò chất tải nhiệt
lượng, còn than chì đóng vai trò là chất hãm. Ở chu trinh nhiệt thứ hai phần lớn nước tiếp
xúc trực tiếp với lò phản ứng, nên nâng cao hiệu quả làm việc của nhà máy; tuy nhiên có
tính phóng xạ yếu.Ngoài U253 còn dùng nhiên liệu khác trong tự nhiên. Hiệu quả nhất là
dùng nhiên liệu hạt nhân plutoni (Pu) tạo từ

u238. Vùng hiệu quả của lò phản

ứng bao gồm

uran tuyển khoáng U 235 và các nơtron nhanh tác động lên U23S đã biến thành plutoni.
Phương pháp tái sinh nhiên liệu hạt nhân như thế rất hiệu quả vi đồng thời trong lò phản
upg thoát ra một nhiệt lượng rất lớn, nâng cao hiệu suất của nhà máy. Đây chính là loại lò
phản ứng tăng lượng. Lò phản ứng hạt nhân tăng lượng được dùng với ba chu trình nhiệt
(hình 1.5.4). Trong NMĐNT ba chu trinh nhiệt, chu trinh nhiệt thứ nhất gọi là chu trinh lò;
chu trinh nhiệt thứ hai gọi là chu trình trung gian, chất tải nhiệt là natri dạng lỏng, còn à
chu trinh nhiệt thứ ba dùng chất tải nhiệt là nước. Vì natri dạng lỏng gây phẳn úng mãnh
liệt với nước dạng hơi nên phải có chu trình nhiệt trung gian với chất tải nhiệt là natri dạng
lỏng không phóng xạ.

Hình 1.5.4. Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguycn tử ba chu trình nhiệt:
1. lò phán ứng; 2. bộ trao đối nhiệt; 3. tuabin; 4. máy phát; 5. bình ngưng; 6. máy bơm
ngưng tụ; 7. bơm natri không phóng xạ; 8. bơm natri phóng xạ; 9. bộ trao đổi nhiệt natri.

Đặc điểm của NMĐNT là:
- Có khả năng làm việc độc lập;
- Khối lượng nhiên liệu ít;
- Vận hành linh hoạt;
- Hiệu suất cao;
- Đồ thị tự do;

- Không thải khói ra ngoài môi trường xung quanh;

$ Ả è <7 X

- Vốn xây dụng lớn;

17



Hiện nay NMĐNT đang được quan tâm đặc biệt vì tính kinh tế và tiềm năng rất
lớn. Theo thống kê, năng lượng của uran và thori trên thế giới hiện nay gấp khoảng 23
lần tất cả các nguồn năng lượng khác cộng lại. Nước ta được coi là có trữ lượng uran khá
lớn so với các nước khác trong khu vực (khoảng 300 ngàn tấn u 30 8). Dự kiến đến năm
2017 nước ta sẽ đưa vào vận hành nhà máy điện nguyên tử đầu tiên với công suất đến
1000 MW và đến năm 2020 tổng công suất của các nhà máy điện loại này sẽ được nâng
lên đến 4 0 0 0 MW.
4 . Nhà m áy điện nhiệt hach
Nhà máy điện nhiệt hạch làm việc trên nguyên lỹ sử dụng phản ứng hạt nhân
hydro siêu nặng diêt H 2 (D) và triti H 3 (T). Các hạt nhân D và T kết hợp với nhau tạo thành
hêli đồng thời giải phóng ra một năng lượng khổng lồ. Sơ đồ nguyên lý của nhà máy nhiệt
hạch biểu thị trên hình 1.5.5.

9
4

Hình 1.5.5. Sơ đồ nguyên lý lò phán ứng
nhiệt hạch:
1. buồng đựng plasma; 2. lithi lỏng;
3. cuộn dây sinh từ trường; 4. bơm nhiên

liệu D và T; 5. bộ trao đổi nhiệt;
6. tuabin; 7. máy phát; 8. bình ngưng;
9. máy bơm

Do hạt nhân D và T đều mang điện tích dương nên chúng đẩy nhau, muốn cho
chúng kết hợp được với nhau phẳi có một động năng rất lớn, tức là phải đưa nhiệt độ lên
đến hàng chục triệu

°c, muốn vậy người ta phải dùng phản

ứng hạt nhân để làm mổi cho

phản ứng nhiệt hạch. Quả bom kinh khí được chế tạo lần đầu tiên có sức công phá tương
đương 68 triệu tấn thuốc nổ TNI tức là gấp 14 lần toàn bộ các loại bom đã được sử dụng ở
th ế chiến thứ hai. Hiện nay việc chinh phục khối năng lượng khổng lồ này còn đang là bài

18



toán nan giải, người ta dự định sẽ khống chế chúng bằng một từ trường mạnh sinh ra bởi
cuộn dây đặt trong lò phản ứng. Nếu nhà máy điện loại này được đưa vào hoạt động thỉ sẽ
mang lại hiệu quả rất lớn và loài người sỗ không còn lo về sự cạn kiệt nhiên liệu vì theo
tính toán, cứ một lít nước biển nếu chế tạo ra D và T thi sẽ có thể thu được một năng
lượng tương đương với 4 lít xăng. Như vậy có thể thấy trữ lượng của dạng năng lượng này
gần như là vô tận. ước tính lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên xuất hiện sẽ có công suất
không dưới 3*5 triệu

kw.

5 . Nhà m áy điện từ-thuy động
Sơ đồ nguyên lỹ của máy phát từ-thuỷ động thể hiện trên hình 1.5.6. Nguyên lỹ
làm việc của loại nhà máy này là đưa một luồng plasma được tạo ra từ đốt nóng từ thuỷ
động chạy rất nhanh qua một ống phun có từ trường mạnh, các hạt điện tích dương và âm
chuyển động về các cực đối diện, chúng va đập vào các điện cực và sinh ra dòng điện nhờ
hiệu điện thế cẳm ứng. Như vậy, ở nhà máy này điện năng được sinh ra từ động năng của
hơi nóng mà không cần đến tuabin kéo máy phát, v ề cơ bẳn có ba loại nhà máy: chạy
bằng kim loại lỏng; chạy bằng plasma trong chu trình kín và chạy bằng nhiên liệu hoá
thạch trong chu trình hở.

Hình 1.5.6. Sơ đồ nguyên lý hoạt động
của máy phát điện từ -thuỷ động:
1. anod; 2. ống phun; 3. catod; 4. hướng
từ trường; 5. hướng sức điện động cảm
ứng; 6. phụ tái; 7. mạch điện.

6 . Các nhà m áy điện dùng năng lượng tái sinh
Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục
m à theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa: hoặc là năng lượng tồn
tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vi sự sử dụng của con người (thí dụ như
năng lượng Mặt Trời), hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ
n h ư năng lượng sinh khối) theo các quy trinh còn diễn biến trong một thời gian dài trên
T rái Đất.

19



Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng
lượng từ các quy trinh diễn biến liên tục trong môi trường và âưở vào sử dụng tronq kỹ

thuật. Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời.
Tiềm năng của các dạng năng lượng tái sinh khá phong phú, có thể điỉà ra một vài
con số về các dạng năng lượng này như trong bảng 1.5.1 sau.
Bảng 1.5.1. Tiềm năng của các nguồn năng lượng trên Trái Đất
Nguồn NL

Bức xạ Mặt Trời

Phong năng

Địa nhiệt

Tỷ MWh

620

500

33

Các nguồn năng lượng này cho đến nay mới chỉ được khai thác một phần nhỏ dưới
dạng điện năng.
*

N ă n g ¡ư ơ n g M ă t Trời
Mặt Trời là nguồn năng lượng rất phong phú nhưng chưa được sử dụng một cách

hiệu quả. Trên lý thuyết, chỉ với một hiệu suất chuyển đổi là 10% và trên một diện tích
700 X 700 km ở sa mạc Sahara thì đã có thể đáp ứng được nhu cầu năng lượng trên toàn
th ế giới bằng cách sử dụng năng lượng Mặt Trời. Trên lý thuyết, chỉ với một hiệu suất

chuyển đổi là 10% và trên một diện tích 700 X 700 km ở sa mạc Sahara thì đã có thể đáp
ứng được nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới bằng cách sử dựng năng lượng Mặt Trời.
Với vị trí đia lý ở vùng nhiệt đới, nước ta có tổng số thời gian nắng trong năm là
2000-Ỉ-2500 h, tổng năng lượng bức xạ khoảng 100^-175 kcal/m2năm. Tuy nhiên việc sử
dụng năng lượng này còn rất hạn chế do giá thành khá đắt, trong tương lai nguồn năng
lượng này sỗ được tận dựng một cách hiệu quả. Sơ đồ hệ thống điện dùng năng lượng Mặt
Trời được thể hiện trên hình 1.5.7.
Hiện tại điện năng Mặt Trời thường được sử dụng dưới dạng pin. Pin Mặt Trời, còn
gọi là pin quang điện (hỉnh 1.8.c), 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 có một suất điện động của quang điện. Suất điện động quang điện
tăng theo sự tăng của cường độ bức xạ chiếu sáng. Như vậy pin Mặt Trời biến đổi trực tiếp
bức xạ Mặt Tròi thành điện năng, không qua bước trung gian về nhiệt.
Hiện nay, người ta đã chế tạo tế bào quang điện Mặt Trời có kích thước cỡ vài dm
(đường kính), tế bào này cho công suất 1W trong điều kiện bức xạ Mặt Trời là lk W /m 2.
Tuỹ theo hộ tiêu thụ mà người ta ghép các tế bào pin Mặt Trời thành các bộ, tổ hợp.

20



kính phủ
lớp bán cỉẫn p

tia nắng
\ í )/
lớp chống phản xạ
\ tiếp xúc mặt tnrớc \
\

’/

lớp bán dẫn n

tiếp xúc mặt sau

c)

đường
tiếp giáp

Hình /.5.7. Sơ đồ điện dùng năng lượng Mặt Trời:
a - Sơ đồ nguyên lý; b - hình dạng tống thể thiết bị diện Mặt Trời;
c - sơ dồ nguyên lv Pin Mặt Trời.

21



Năng lượng điện do pin Mặt Trời sản xuất ra cũng có thế được tích trữ bằng acqui.
Nhìn chung cho đến nay pin Mặt Trời mới chỉ được chế tạo với công suất nhỏ, hiiệu suất
thấp, giá thành cao, thường chỉ được dùng để cung cấp cho các phụ tải nhỏ Ở các vùng hải
đẳo xa.
Một dạng khác 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 đê thu nhận nhiệt
bức xạ Mặt Trời để tạo hơi nước quay tuabin. Tuy nhiên các thiết bị này hiện nay cung mới
chí được xuất hiện dưới dạng khảo nghiệm.
* T ra m p h o n g đ i ê n (TPĐ)

Hình 1.5.8. Sơ dồ cấu tạo thiết bị phong điện:

1. cánh; 2.rotor; 3- mái đỏc của cánh; 4. bộ hàm; 5. trục quay tốc độ thấp; 6. bánh rănìg;
7. máy phát; 8- bộ điều tốc; 9. thiết bị do gió; 10. chong chóng gió; 11. vỏ động cơ giió;
12. trục quay tốc độ cao; 13. bộ truyền dộng; 14. motor truyền dộng; 15. tháp dờ.

22



Tiềm năng gió ở nước ta khá phong phú, tính bình quân ở cấc vùng hải đảo là
860-:1414 kW h/m 2năm, ở các miền duyên hẳi và Tây Nguyên khoảng 500+1000
kWh/m2năm. Tuy nhiên do tốc độ gió không ổn định, lúc bình thường tốc độ gió rất thấp,
chí kioảng 3 m /s, ngược lại khi có bảo lớn thi tốc độ quá mạnh nên việc sử dụng loậi
năng lượng này rất phức tạp. Hiện nay trong cả nước mới chỉ có một số tổ máy phong
điện ih ỏ cỡ 10+20 kW. Nguyên lý làm việc chủ yếu của 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,
điện lăng sản xuất ra thường được tích trữ bằng acqui.
Sơ đồ cấu tạo thiết bị phong điện được thể hiện trên hình 1.5.8.
Công suất của động cơ gió được xác định theo công thức
P=C p.ii1.rỊ2.r|3.0,5.p.S.V3
tronc đó : p - công suất,

kw ;

s - bề mặt quét gió của cánh, m2';
V - vận tốc của gió, m /s

p - khối lượng riêng của không khí, kg/m 3 ;
Cp - hệ số công suất (Cpmax= 0,59) ;
rlnrl2 >rl:r hiệu suất của bộ biến tốc, máy phát và acquy;
11,* 0,95; 112*0,80; TI3 « 0,80.

Việc đảm bảo ổn định tần số của TPĐ thường gặp nhiều khó khăn vì vận tốc gió
luôn thay đổi. Động cơ gió phát điện thường có hiệu suất thấp, công suất đạt nhỏ, giá
th àn ì điện năng cao. Vì vậy hiện tại các động cơ gió chỉ được dùng ở các vùng hẳi đảo xa
xôi và những nơi thật cần thiết như đòn hải đăng chang hạn.
*

Đ a nhiệt
Nhà máy điện địa nhiệt làm việc theo nguyên lý sử dụng nhiệt lượng lấy từ lòng đất.

S ơ đ$ nguyên lý nhà máy điện địa nhiệt được thể hiện trên hình 1.5.9. Theo số liệu thống
kê, tên cả nước ta có chừng 300 nguồn nước khoáng nóng 30+110

°c. Dự định

tronq

tươnị lai gần nước ta sẽ xây dựng đuồ vào vận hành nhà máy điện địa nhiệt đầu tiên với
côncsuất cỡ 50 MW.
*

N í n g l ư ợ n g sin h k h ố i
Năng lượng sinh khối là năng lượng thu lại từ các loại phế thải như rơm rạ, bẩ mía,

trấu, rác thải w . Tổng số trữ năng của loại năng lượng này ở nước ta khoảng 43+46 triệu
TOETiăm, nhung hiện tại mới chỉ khai thác chưa được 10%. Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi
nănc lượng sinh khối được thể hiện trên hình 1.5.10.

23

Hỉnh 1.5.9. Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện địa nhiệt.

Hình 1.5.10. Sơ đồ nguyên lý thiết bị chuyển đổi năng lượng sinh khối.

1.6. CÁC HỆ THỐNG TRUNG TÍNH TRONG MẠNG ĐIỆN
Trung tính là điểm đấu chung của các cuộn dây máy phát và các máy biến áp.
Điểm trung tính có thể được cách ly với đất gọi là trung tính cách ly hoặc được nối trực tiếp
(hay gián tiếp) với đất gọi là trung tính nối đất (hoặc nối đất qua điện trở).

24



i . Phân loai các hệ thống trung tính
a. Trung tín h c á c h \y
Mạng điện có trung tính cách ly là mạng điện mà điếm trung tính được cách điện
so với đất. ở mạng điện có hệ thống trung tính cách ly khi có ngắn mạch một pha chạm
đất dòng điện ngắn mạch không lớn nên mạng điện vẫn có thế làm việc trong một thời
gian nhất định đủ đế tỉm ra nơi xẩy ra sự cố, tuy nhiên khi đó điện áp của các pha lành sẽ
tăng lên giá trị bằng yị3 lần so với trước đó. Bởi vậy khi thiết kế mạng điện với hệ thống
trung tính cách ly cần phải tăng giá trị điện áp binh thường lên \/3 lần, điều đó có thể gây
tốn kém. Hiện nay ở nước ta hệ thống trung tính cách ly được sử dụng ờ các mạng phân
phố: điện áp từ 6,3 đến 35 kV.
b. Hê t h ô n g t r u n g tín h nô i đ â t
Mạng điện có trung tính nối đất là mạng điện mà điếm trung tính của nó được nối
trực tiếp với hệ thống tiếp địa, ở hệ thống này khi có ngắn mạch chạm đất dòng ngắn
mạch đủ lớn đế làm nhảy máy cắt loại trừ phần tử ngắn mạch ra khỏi mạng điện. Hệ
thống trung tính này có nhược điểm là khi có ngắn mạch dòng điện chạy trong đất khá lớn
nên có thể gây ảnh hưởng đối với hệ thống thông tin. Nhưng lại có ưu điếm nổi bật là có

thể dễ dàng sử dụng các máy biến áp một pha cung cấp điện cho các vùng có mật độ phụ
tải thấp. Hệ thống trung tính nối đất được sử dụng rộng rãi trong mạng điện hạ áp và
mạng điện cao áp từ 110 kV trở lên.
c. Hê t h ô n g t r u n g tín h n ố i đ ấ t qua điên trơ
Để trung hoà nhüfrg nhược điếm của các hệ trung tính người ta sử dụng hệ thống
tnurg tính nối đất qua điện trở của các cuộn kháng điện, các cuộn kháng điện còn có vai
trò giảm dòng ngắn mạch khi có sự cố chạm đất ngăn không cho hiện tượng hồ quang
phát sinh gây quá điện áp nội bộ và nguy hiểm cho cách điện.
d . Hê t h ô n g t r u n g tín h h ỗ n h ơ p
Một trong nhữhg biện pháp giảm ảnh hưởng của dòng ngắn mạch nối đất đối với
đưcng dây thông tin là sử dụng sơ đồ hệ thống trung tính hỗn hợp. Trong sơ đồ này, các
trạ n biến áp tiêu thụ nơi gần đường dây thông tin sẽ được xây dựng với trung tính cách ly
(c:hí trung tính cuộn thứ cấp được nối đất), còn các trạm biến áp khác có trung tính nối đất
(c:ả trung tính cuộn sơ cấp và thứ cấp đều nối đất). Khi có sự cố ngắn mạch nối đất dòng
điiện chạy trong đất sẽ phân tán bởi nhiều điếm tiếp địa ở các vị trí khác nhau, nên ảnh
hiưmg của nó đối với đường dây thông tin sẽ giảm đi rất nhiều.

25