Thiết kế các mạng và hệ thống điện nguyễn văn đạm

THƯ VIỆN ĐH NHA TRANG

HỌC VA KỸ THUÂT


NGUN VĂN ĐẠM

T IllẾ T K Ể
CÁC MẠNG
VÀ HỆ• THƠNG ĐIỆN
•
•
In lần th ứ 3, có sửa chữa

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2006


LỊI NĨI ĐẦU
Sự nghiệp cơng nghiệp hố, hiện đại hố của nước ta trong giai đoạn hiện nay yêu
cầu tăng khơng ngừng sản lượng điện. Để thực hiện điêu đó cần phát triển và mở rộng các
nhả máy điện cũng như các mạng và hệ thống điện công suất lớn. Điéu này đặt ra những
nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư ngành hệ thống điện. Một trong những nhiệm vụ đó
là thiết kế các mạng và hệ thống điện.
Thiết kế là một lĩnh vực quan trọng và khó khăn trong cơng 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 nghiệm để giải quyết những vấn đé có tính chất tổng hợp, phức tạp thường
gặp trong thực tế.
Thiết kế các mạng và hệ thống điện liên quan chặt chẽ với các bài tốn kinh tế và kỹ
thuật. Vì vậy cuốn sách "Thiết kế các mạng và hệ thống điện” này được biên soạn nhằm

mục đích cung cấp những kiến thức lý thuyết vế tính tốn các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và
luận chứng kinh tế của các giải pháp kỹ thuật. Sách cịn trình bày các phương pháp tính
tốn các chỉ tiêu chủ yếu vê độ tin cậy cung cấp điện cũng như các phương pháp tính độ
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 thơng số chê' dộ của mạng
và hệ thống điện. Các giải pháp nâng cao các chỉ tiêu chất lượng điện, nâng cao hiệu quả
kinh tế và khả năng tải của mạng điện cũng được trinh bày trong cuốn sách.
Cuốn “ Thiết kế các mạng và hệ thống điện” này được biên soạn dành cho sinh viên
chuyên ngảnh “ Hệ thống điện" trong các trường Đại học và Cao đẳng, hy vọng nó cũng sẽ
có ích đối với các cán bộ kỹ thuật, các kỹ sư và 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 NG UYÊN TA C t h iế t kê '
CÁC M Ạ N G Đ IỆ N V À HỆ THỐNG Đ IỆN

1.1. NHŨNG ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ NĂNG LƯỢNG CỦA KHU v ự c
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 năng và tính chất của các hộ tiêu thụ
điện. Vì vậy trước khi thiết kế cần có những sơ' liệu cơ bản đặc trưng của khu
vực phân bố các hộ tiêu thụ điện năng, cũng như các nguồn điện, các nhà máy
điện 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 hố, 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, giơng sét, mức độ ơ nhiễm khồng khí;
3. Các sơ' liệu về hộ tiêu thụ điện năng, vị trí địa lý, cơng 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 liệu về các nguồn năng lượng của khu vực.
Nếu nhiệm vụ thiết kế là phát triển mạng điện hiện có thì cần phải có sơ'
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 sô' liệu 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 chế độ khác nhau (chế độ phụ tải cực đại
và cực tiểu, cũng như chế độ sau sự cố).
b. Giá 1 kW công suấl đặt trong các nhà máy điện của hệ 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 hệ thống điện là nghiên cứu và lập luận chứng
kinh tế - kỹ thuật các giải pháp quyết định sự phát triển của mạng và hệ thống
điện, đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ với chi phí nhỏ nhất khi thực
hiện các hạn chế kỹ thuật về độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng.
Trong thiết kế các hệ thống điện, thông thường không bắt đầu từ “số
không”. Các hệ thống điện được tạo thành từ các nhà máy điện, các nút năng
lượng, thường là các hệ thống điện nhỏ hơn đã có. Vị trí địa lý của chúng, giá
trị kinh tế và kế hoạch phát triển trong tương lai là các yếu tô' quan trọng, là các
tiền đề kinh tế để thiết kế. Nhiệm vụ chính của thiết kế hệ 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 thế nào để có thể đạt được các chỉ tiêu kinh tế tốt nhất cho hệ thống
điện xây dựng.
Trong các điểu kiện kinh tế đê thiết kế các hệ thống điện, ngoài các yếu tơ
có tính ngun tắc chung, được xác định bằng các quy luật kinh tế, cịn có hàng
loạt các yếu tố phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể. Để xác định các tiền đề kinh
tế cụ thể cần tiến hành phân tích sơ bộ theo ba hướng:
1. Phát hiện nhu cầu điện năng, số lượng và sự phân bô' cũng như sự thay

đổi của nhu cầu điện năng theo thời gian (đồ thị phụ tải);
2. Phân tích các nguồn nhiên liệu, khả năng 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 tốn 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 hệ thống điện là tìm giải pháp tốt nhất để phát triển
các cơng trình năng lượng mới và thời hạn khai thác chúng, có chú ý đến các
chi tiêu kinh tế - kỹ thuật hợp lý nhất. Thiết kế các hệ thống điện cần có các
luận chứng kinh tê' - kỹ thuật của sự phát triển các nhà máy điện, các mạng điện
và các phương tiện vận hành chúng, bao gồm cả các phương tiện điều khiển.
Thiết kế các hệ thống điện được tiến hành theo trình tự sau:
Trước hết cần chuẩn bị báo cáo kinh tế - kỹ thuật, trong đó dự kiến các
nguyên tắc giải quyết những vấn đề trong tương lai 15 - 20 năm. Trong báo cáo
kinh tê - kỹ thuật quy định:
1. Tỷ lệ tối ưu các loại nhà máy điện (nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuý
điện, nhà máy điện nguyên tử, các thiết bị tiêu chuẩn chuyên ngành), điểu kiện
sử dụng và các thông số cơ bản của chúng;
2. Những nguyên tắc chủ yếu của xây dựng hệ thống điện (xác định hướng
v à các thông số của các đường dây dài, chọn hệ thống điện áp của mạng điện
chính V.V.), cũng như những vấn đề nguyên tắc tổ chức và điều khiển hệ thống;
3. Tổng vốn đầu tư và các nguồn nguyên vật liệu cần thiết để phát triển
năng lượng.
Trên cơ sở báo cáo kinh tế - kỹ thuật sẽ hình thành các yêu cầu đối với các
ngành công nghiệp liên quan (chế tạo máy điện, kỹ thuật điện, nhiên liệu), triển
khai các hướng nghiên cứu khoa học, chuẩn bị luận chứng kinh tế - kỹ thuật,
chọn thông số các thiết bị năng lượng và kỹ thuật điện mới.
Công việc tiếp theo là dựa trên cơ sở của báo cáo kinh tế - 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 kế kỹ thuật, kể cả vấn đề
thiết bị tự động hoá hệ thống.
Các sơ đồ của hệ thống điện độc lập và các hệ thống điện hợp nhất thông
thường được dự tính đến 5 - 7 năm 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 điện, các đường dây truyền

tải điện và các trạm của mạng điện chủ yếu, và chuẩn bị kế hoạch xây dựng.

7


Trong nhiệm vụ lập các sơ đồ có yêu cầu xác định vị trí, cơng suất và trình
tự xây dựng các nhà máy điện riêng biệt trong tương lai đến 10 năm, chọn hình
dạng, các thơng số và trình tự phát triển mạng điện chủ yếu, để ra những yêu
cầu cơ bản đối vói thiết bị tự động chống sự cố. Trên cơ sở các sơ đồ nhận được,
sơ bộ xác định yêu cầu vể vốn đầu tư, về nhiên liệu và thiết bị.
Sơ đồ phát triển của hệ thống điện riêng biệt được chuẩn bị sau khi thành
lập sơ đồ của hệ thống điện độc lập và hệ thống điện hợp nhất. Ghúng 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 việc sau:
1. Cân bằng công suất tác dụng, công suất phản kháng và năng lượng. Chọn
các nguồn năng lượng tối ưu, đảm bảo độ tin cậy cao;
2. Tính các chi tiêu cơ bản của năng lượng;
3. Xác định hình dạng, thơng số và trình tự xây dựng các mạng điện;
4. Sơ bộ 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 hệ thống thường là các thành
phố, các vùng nơng thơn, các đường sắt điện khí hố, các trung tâm công
nghiệp. Chúng là các số liệu ban đầu để thiết kế các đường dây tải điện riêng
biệt, các trạm, mạng điện thành phố, mạng điện nông thôn và các cơng trình
khác liên quan với sự phát triển và thiết kế cải tạo mạng điện. Khi lập sơ đồ cần
giải quyết những nhiệm vụ sau:
1. Chọn hình dạng các mạng phân phối;
2. Chọn các thông sô' 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 hệ thống điện được thực hiện phù hợp với
các sơ đồ phát triển toàn bộ hệ 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 điều 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 việc 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
điểu chỉnh tự động, kỹ thuật máy tính, điều khiến từ xa và thông tin liên lạc,
đồng 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 thơng tin liên lạc;
3. Các sơ đồ kênh thông tin liên lạc, điều khiển từ xa và điều chỉnh tự
động;
4. Vốn đầu tư.
Thiết kế kỹ thuật thiết bị tự động chống sự cố của hệ thống được tiến hành
sau khi thông qua các sơ đồ phát triển. Khi thực hiện thiết kế kỹ thuật cần
nghiên cứu sơ đồ cấu trúc của thiết bị tự động chống sự cố và sơ đổ bố trí các
thiết bị trên cơng 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 điểu khiển.
Luận chứng kinh tế - kỹ thuật của các giải pháp được chấp nhận khi thiết
kế các hệ thống điện phải so sánh các phương án thực hiện các sơ đồ của thiết

kế đối vói 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 nhiệm vụ cần thiết khi thoả
mãn các yêu cầu kỹ thuật, được quy định bằng các định mức tương ứng, đồng
thời bảo đảm độ 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 cơng
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 của 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 cơng trình, mức giá và
thuế áp dụng, trình độ kỹ thuật của cơng nhân xây dựng v.v.
Khi tiến hành so sánh các phương án cấu trúc hệ thống điện và các sơ đồ
của mạng điện chính, thời hạn tính tốn là 10 năm, cịn với các phương án của
9


các mạng phân phối là 5 năm. Trong tính tốn, các tổn thất điện năng chỉ được
tính đối với các cơng trình năng lượng xây dựng mới và đánh giá sự khác nhau
của các tổn thất đó trong mạng điện đối với các phương án so sánh. Thông
thường đối với các cơng trình năng lượng (hệ thống điện, nhiệt...) các đặc tính
kinh tế gần cực tiểu thường biến đổi chậm. Vì vậy có thể xuất hiện các phương
án khác nhau về các chi phí quy đổi khơng lớn hơn khoảng 3 đến 5%. Các
phương án như thế được cho là bằng nhau vể kinh tế, và trong trường hợp này
phương án tốt nhất được chọn không theo các chi tiêu kinh tế, mà theo các chỉ
tiêu chất lượng của phương án, các chỉ tiêu này khơng được tính khi so sánh
kinh tế (triển vọng trong tương lai, độ tin cậy, thị trường thiết bị, mức độ ánh
hưởng đến môi trường, các yếu tố xã hội V . V . ) .
1.3. XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN NÀNG
Số liệu về điện 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 điện được chú ý đến trong các tính tốn. Khi thiết kế các nhà
máy điện, các trạm và các đường dây mới cần dự kiến sự phát triển của các hệ
thống năng lượng trong thời hạn khá dài, từ 10 đến 20 năm, có xét đến sự thay
đổi của tất cả các thơng số tính tốn. Do đó cần tìm phương án phát triển dần
dần, trình tự vận hành các cơng trình năng lượng mới có cơng dụng khác nhau,
đảm bảo khả năng cung cấp điện tin cậy cho tất cả các hộ tiêu thụ, đồng thời
đảm bảo chi phí thấp nhất trong thịi gian đã cho.
Thiết kế hệ thống điện liên quan đến một tổ hợp rất phức tạp các cơng trình
năng lượng được tiến hành trước khi thiết kế các cơng trình cơng nghiệp mà nó
cung cấp năng lượng. Vì vậy rất khó nhận được các số liệu ban đầu đủ tin cậy
về tốc độ tăng trưởng tương đối điện năng tiêu thụ của các phụ tái.
Trong từng trường hợp cụ thể, việc dự báo nhu cầu điện năng và lập các đồ
thị phụ tải theo chỉ dẫn chung của cơ quan hoạch định kinh tế 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 chế 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 tê quốc dân bao gồm:
1. Các dự báo vận hành (thời gian đến 1 năm) được dùng để xác định thực
hiện kế 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 kế hoạch năm của nhu cầu điện năng cũng như thực hiện kế
hoạch tương lai;

3. Các dự báo trung hạn (thời gian từ 5 đến 10 năm): Thời gian cúa các dự
báo trung hạn trùng với thời gian cần thiết để nghiên cứu các tài liệu thiết kế đối
với các cơng trình năng lượng lớn, xây dựng và đưa các cơng trình vào vận
hành, nghĩa là thời gian để tạo ra các nguồn năng lượng mới. Kết quả của dự
báo trung hạn có thể được sử dụng trong dự báo dài hạn nhu cầu điện năng;
4. Dự báo dài hạn (thời gian từ 5 đến 20 năm): Trong thời gian này có thể
xảy ra những thay đổi quan trọng về các xu hướng phát triển của các quá trình
sản xuất và tiêu thụ điện 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 kế hoạch phát triển tương lai
của nền kinh tế. Các kết quả của dự báo nhu cầu điện năng ảnh hưởng quan
trọng đến sự phát triển kinh tế - xã hội 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 pháp dự báo. Các phương pháp dự báo hiện nay qó thể chia thành ba
loại: ngoại suy, chuyên gia và mơ hình hố.
Đê 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 tế - 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.

11


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 đốn) 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 điện năng có chú ý đến sự tiến bộ cơng nghệ, việc áp dụng các thiết bị
mới, sự hoàn thiện các phương pháp tổ chức điều hành cơng nghiệp.
Có thể xác định tổng nhu cầu điện năng dự đoán trong hệ thống điện trong
thịi gian t theo cơng thức:
A ,= Ẻ A 0ilSit
i=i

(1.1)

trong đó:
n - số lượng các nhóm hộ tiêu thụ;
A0 ị - suất tiêu hao điện năng cho một sản phẩm trong nhóm thứ i của
các hộ tiêu thụ trong năm tứ t;
s it - 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 hệ thống thường phân chia thành các nhóm
các hộ tiêu thụ như sau: Cơng nghiệp: Acn ; giao thông: Agt ; nông nghiệp: Ann
và bộ phận tiêu thụ sinh hoạt dân dụng: Ash. Tổng nhu cầu điện năng khi đó
bằng:
A, = 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 điện năng trong
các hệ thống điện hiện đại. Sai sơ' 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 hệ thống điện và tốc độ tăng trung bình năm của điện năng tiêu thụ,
tính được theo các số liệu thống kê của những năm trước thường được biểu thị
bằng các cơng thức này. Nhu cầu điện năng trong năm tính tốn thứ t được xác
định theo cơng thức:
t-t

0

At - A0

(1.3)
V

trong đó:
A0 - điện năng tiêu thụ đã biết (cơ sở);
n - tốc độ tăng trung bình nám của điện năng tiêu thụ, %;
t0 - năm cơ sở, khi đó điện năng tiêu thụ là A0.
Đôi khi dự báo nhu cầu điện năng được tính theo biểu thức:
A, = A0 ^ ( t - t 0)

(1.4)

At - A0 ,1 + 7 n~ ( ,t - t 0)
100

(1.5)

hay:

Phương pháp ngoại suy dựa trên sự phụ thuộc hàm số giữa điện năng tiêu
thụ và một hay một số chỉ tiêu đặc trưng trạng thái phát triển của nền kinh tế.
Các chỉ tiêu được sử dụng để dự báo nhu cầu điện năng có thể là các chỉ tiêu
kinh tế và dân số. Ví dụ chỉ số sản xuất công nghiệp, thu nhập quốc dân, khối
lượng sản phẩm công nghiệp, dân số mỗi nước v.v.
Để dự báo nhu cầu điện năng trong thời hạn 5 năm, có thể sử dụng cơng
thức:
A5 = A0J5 k5

(1.6)

trong đó:
J5 - chí sơ' sản xuất cơng nghiệp trong thịi gian 5 năm;
k, - hệ số dự báo trong 5 năm, thơng thường k5 = 1,58 -ỉ- 0,34 J5.
Ngồi ra ở các nước khác trên thế giới người ta còn dùng một số công thức
khác đổ dự báo nhu cầu điện năng. Ví dụ ở Pháp người ta sử dụng công thức:
c T V-4
A, - A0. J 1 .1,05'
(1.7)
v^o )
13

trong đó:
J0 và J, - các chỉ số cơ sở và tương lai của sản xuất công nghiệp;
t - thời gian tính tốn.
Để dự báo nhu cầu điện năng, ở Mỹ người ta sử dụng quan hệ tương quan
với chi số sản xuất công nghiệp I, điện năng tiêu thụ c và chi phí lao động trong
cơng nghiệp M:
£ 0 .5 0 3 ^ ị 0.657

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 nhiều
nước phát triển trên thế giói.
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.
ỉ . 3.4. Phương pháp chuyên gia
Để tiến hành dự báo theo phương pháp chuyên gia, ngưòi ta mời các
chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng. Các chuyên gia phải là những người có
linh cảm tốt, trình độ chun mơn cao, đồng thời cần có nhiều kinh nghiệm
trong cơng tác.
Sử dụng phương pháp chun gia có thể nhận được các đánh giá dự báo về
nhu cầu điện năng, cũng như thiết lập mức độ phù hợp các ý kiến của chuyên
gia về vấn đề này.
Phương pháp chuyên gia được áp dụng nhiều ở Mỹ và ở các nước thuộc
Liên Xơ trước đây.
1.3.5. Phương pháp mơ hình tốn học
Sử dụng phương pháp mơ hình tốn học trong dự báo trước hết là mơ hình
tốn học các hiện tượng và các q trình.
Mục đích xây dựng mơ hình tốn học là thiết lập sự phụ thuộc số lượng và

logic giữa các phần tử khác nhau của hiện tượng nghiên cứu.
14


Đê dự báo nhu cầu điện năng theo phương pháp này địi hỏi sử dụng các
phương pháp tốn - kinh tế hiện đại và máy tính.
Các mơ hình tốn học thiết lập quan hệ tương hỗ giữa điện năng tiêu thụ và
các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển cua năng lượng. Ví dụ, để dự báo nhu
cầu điện năng của ngành khai thác than, ngưòi ta thiết lập các mối liên quan
giữa suất điện năng tiêu thụ cho một đơn vị công suất đặt của các thiết bị truyền
động điện và hiệu suất lao động của thợ mỏ.
Sau khi xác định tổng nhu cầu năm về điện năng của tất cả các nhóm hộ
tiêu thụ trong năm dự báo, cần tiến hành cân bằng điện năng theo công thức:
Ap = A, + AA + Atd

( 1.9)

trong đó:
Ap - tổng điện năng cần phát ra của các nhà máy điện trong hệ thống;
A, - tổng điện năng tiêu thụ năm của tất cả các nhóm hộ tiêu thụ;
AA - tổn thất điện năng trong các mạng điện 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 nghệ chuyên môn. Trong các cơ
quan thiết kế, các giá trị AA và Atd thường được tính theo phần trăm của A„
được xác định trên cơ sở kinh nghiệm thiết kế và vận hành có lưu ý đến việc áp
dụng kỹ thuật mới và các đặc điểm cấu trúc của hộ thống điện.
Để xác định các phụ tải điện, ngoài phương pháp suất tiêu hao điện năng
cho một đơn vị sản phẩm kể trên, chúng ta xét thêm một số 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 điểu khiển tự động). Đối với các nhà máy đó,
đổ thị phụ tải điện được xây dựng trên cơ sở đồ thị công nghệ làm việc cúa tất
cả các thiết bị riêng biệt và công suất tương ứng của chúng. Phụ tải tính tốn
được xác định từ đồ thị tổng các phụ tải điện.
2. Phương pháp suất phụ tải trên 1 m2 diện tích sản xuất.
Phương pháp này thường áp dụng đối với phụ tải động lực của các cơ sở
chế tạo máy và được sử dụng phổ biến trong các cơ quan thiết kế khi tính tốn
15


sơ bộ đối với q trình sản xuất có cơng nghệ chưa xác lập (chế tạo máy). Phụ
tải không đổi lớn nhất trên 1 m2 diện tích của phân xưởng chính là phụ tải chiếu
sáng. Kinh nghiệm thiết kế cho phép thiết lập các số 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 Pn với diện tích F m2 thì phụ
tải cực đại tính tốn bằng:
p„= - ^ L

1000

, kW

(1.10)

trong đó P0 là công suất phụ tải trên 1 m 2, w / m 2.
ì..Phương pháp thống kê
Phương pháp này được áp dụng để xác định phụ tải điện của các khu vực
thanh phố. 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 về
suất điện năng tiêu thụ cho 1 người hay cơng suất đặt cho 1000 người có tính ổn
định lớn hơn hay nhỏ hơn. Những hộ tiêu thụ như thế là: tàu điện, chiếu sáng
đường phố, phụ tải động cơ nhỏ thành phố.
Phụ tải tính tốn đối với các khu dân cư được tính trên cơ sở các suất phụ
tải tính tốn của các nhà ở và giá trị của hệ số đồng thời tuỳ theo số lượng căn
hộ. 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 điểu hồ khơng khí, bình đun nước nóng và thiết bị sưởi điện không
được xét.

16


Các phụ tải điện tăng theo thời gian. Tốc độ tăng mỗi 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 -ỉ- 20 kV, tốc độ tăng mỗi năm có thể lớn hơn do
điện khí hố 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 kê các hệ thống điện. Khi tổng phụ tải vượt quá
Pmax dẫn đến tăng công suất đặt tổng của các nhà máy điện và chi phí khơng hợp
lý về tài chính, cịn 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
điện Tmax như sau:
Ap
P m a ^ Y 1(111)
í max

Giá trị chính xác hơn của Pmax có thể tính trên cơ sở xây dựng đồ thị phụ tải
tổng của hệ thống điện.
1.4. D ự BÁO CÁC CHẾ Đ ộ TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG
Chế độ tiêu thụ điện năng của các hộ tiêu thụ riêng biẹi và của hệ thống nói
chung được đặc trưng bằng các đồ thị phụ tải điện, phản ánh sự thay đổi công
suất tiêu thụ trong một ngày hay trong một năm. Chế độ tiêu thụ điện được phán
ánh bằng đồ thị tổng phụ tải của hệ thống. Hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng đến
chế độ này là: thành phần của các ngành kinh tế quốc dân; thời gian của tuần
làm việc và số lượng ca làm việc trong ngày; mức độ tải của các ca riêng biệt
của các xí nghiệp cơng nghiệp và các xu hướng thay đổi nó. Thành phần các hộ
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 thống điện có phụ tải sinh hoạt nhiều thì
cực đại buổi chiều lớn hơn cực đại buổi sáng (hình 1.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 cồng nghiệp chiếm
nhiều hơn trong các hệ thống điện thì sẽ có hai cực đại thể hiện rõ ràng: buổi
sáng và buổi chiều (hình l.lb). Đồ thị phụ tải ngày của các hệ thống điện như
thế bằng phẳng hơn, phụ tải cực tiểu bằng 70 -r 80% phụ tải cực đại. Trong
17


nhiều hệ thống điện lớn, một phần đáng kế cứa điện năng tiêu thụ là phần của
công nghiệp dùng nhiều năng lượng có q trình cơng nghệ liên tục. Trong một số
hệ thống điện, phụ tái 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 cơng nghiệp (1- ngày đơng; 2- ngày hè)
Độ chiếu sáng và nhiệt độ khơng khí ảnh hưởng đến hình dáng đồ thị phụ
tải ngày. Khi độ chiếu sáng ít trong một ngày phụ tải sẽ tăng và đỉnh buổi sáng

trở nên dài hơn (hình 1.2a). Nếu nhiệt độ khơng khí thấp, phụ tải cũng tăng, đặc
biệt ban ngày mùa đơng (hình 1.2b).

Hình 1.2. Đồ thị 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 khơng khí khác nhau (1- ngày ấm; 2- ngày lạnh)
Những điểm quan trọng nhất của đổ thị phụ tải là chế độ của các phụ tải
cưc đại và cực tiểu. Kinh nghiệm cho thấy, tỷ số của phụ tải cực tiểu và cực đại
trong các hệ thống điện thường nằm trong khoảng 0,5 đến 0 8.
18


Các đồ thị phụ tải phản kháng ngày của hệ thống điện chủ yếu được xác
định bằng dòng điện từ hố và từ tản của các động cơ khơng 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 đồ thị phụ tải ngày cùa phụ tải phản kháng là
chế độ làm việc của các đường dâv điện áp từ 220 kV và cao hơn, cũng như của
các dịng cơng suất trong các hệ thống khác và mức độ 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 cơng suất phản kháng cao hơn buổi
chiều (hình 1.3a), bởi trong trường hợp này phụ tái cùa các động cơ được nối
nhiều hơn. Nếu phụ tải tác dụng buổi chiều lớn hơn nhiều phụ tải buổi sáng thì
thơng thường đỉnh buổi chiều của phụ tải phản kháng lớn hơn đáng kế đỉnh buổi
sáng (hình 1.3b). Đồng thời tổn thất cơng suất tác dụng trong các mạng điện có
giá trị lón 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 điện áp tăng.

Hình 1.3. Đồ thị phụ tải tác dụng và phản kháng của hệ thống điện:
a- có phụ tải cơng 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 đổ thị phụ tải của những ngày làm việc bình thường. Đổ thị phụ tái cúa
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 tố ảnh hưởng khác.
19


Mức độ chính xác khi xây dựng đồ thị trong những ngày tiếp theo phần nào
phụ thuộc vào kinh nghiệm của kỹ sư và thường có sai số vào khoảng 2 đến 3%.
Xây dựng các đồ thị tương lai của phụ tải trong hệ thống điện được tiến hành
theo các đồ thị đặc trưng của các hộ tiêu thụ riêng biệt có chú ý đến những tổn
thất trong các mạng điện và chi phí cho các phụ tải tự dùng.
Đồ thị phụ tải ngày có các chỉ tiêu đặc trưng cho chế độ làm việc: cực đại
của phụ tải tác dụng Pmax ; cực đại của phụ tải phản kháng Qmax ; hệ số công
suất cực đại cosọmax ; tiêu thụ ngày của năng lượng tác dụng Apng ; tiêu thụ ngày
của năng lượng phản kháng Aqng.
Hệ số trung bình của công suất trong ngày:
( 1. 12)
A png

Hệ số điền kín phụ tải ngày của năng lượng tác dụng:
•^png
Kp = 24.pmax

(1.13)

Hộ số điền kín phụ tải ngày cụa năng lượng phản kháng:
A
_

q

qng

24.Q~ax

(1.14)

Khi biết đồ thị phụ tải tác dụng và phản kháng của các ngày làm việc và
ngày lễ ở các thời điểm khác nhau của một năm, có thể xây dựng các đồ thị phụ
tải năm. Các đồ thị này được xây dựng theo thời gian. Các đồ thị phụ tải năm
được đặc trưng bằng các đại lượng sau:
Số giờ sử dụng cực đại của phụ tải tác dụng:
T =
p

(1.15)

Số giờ sử dụng cực đại của phụ tải phản kháng:
(1.16)
Hệ số năm trung bình của cơng suất:
(1.17)

20


Mặc dù các chỉ tiêu trên được sử dụng hữu ích trong thiết kế và vận hành
các hệ thống điện, song chúng khơng thể thay thế hồn tồn các đồ thị phụ tải.
Các đổ thị phụ tải có chú ý đến các dự trữ sửa chữa và sự cố của các công

suất phát, khi thiết kế các hệ thống điện cho phép chọn đúng công suất đặt tống
của các nhà máy điện, các thành phần của chúng, đảm bảo độ tin cậy cao với
các chỉ tiêíi kinh tế tốt nhất.
Để dự báo các chế độ tiêu thụ điện năng, thông thường người ta sử dụng hai
nhóm phương pháp:
7.

Phương pháp thống kê

Theo phương pháp thống kê, chế độ tiêu thụ điện năng được xác định trên
cơ sở các đồ thị đã biết của phụ tải trong những năm trước bằng phương pháp
ngoại suy.
Để thống nhất và so sánh các đồ thị ngày trong những năm khác nhau, các
phụ tải giờ được biểu thị ở hệ đơn vị tương đối là Poị, được xác định theo cơng
thức:
Poi = — xl00%

(1.18)

P(b

trong đó:

Pj là phụ tải thực trong một giờ của một ngày;
Ptb là cơng suất trung bình ngày.

Biết hình dáng của đồ thị phụ tải ở hệ đơn vị tương đối và tiêu thụ điện
tương lai, dễ dàng nhận được đồ thị dự báo phụ tải trong hệ đơn vị có tên.
2. Phương pháp tổng hợp

Theo phương pháp này, chế độ tiêu thụ điện tính được bằng phương pháp
phân tích cơ cấu nhu cầu điện năng và chế độ tiêu thụ của mỗi nhóm hộ tiêu thụ.
Sau khi tổng hợp các đồ thị ngày của phụ tải tác dụng^ của từng ngành khác
nhau, có thể tìm được đồ thị tổng phụ tải của cả hệ thống.
Giá trị điện năng tiêu thụ và hình dáng của đồ thị phụ tải ngày phụ thuộc
vào mỗi ngày của tuần lễ. Trong dự báo chế độ phụ tải ngày của hệ thống điện,
các ngày cúa tuần lễ được chia thành 4 loại: ngày làm việc bình thường, ngày
thứ hai, thứ bảy và chủ nhật.

21


1.5. CHỌN CÁC NGUỔN NĂNG LƯỢNG
Sự phát triển của năng lượng dựa trên cơ sở sử dụng các nguồn năng lượng
đã biết và nguồn năng lượng vừa được phát hiện. Vấn đề chọn các nguồn năng
lượng sơ cấp và các phương pháp sử dụng hiệu quả chúng được nghiên cứu
trong kế hoạch cân bằng năng lượng tương lai.
Việc xây dựng sự cân bằng nãng lượng chỉ cua một khu vực khơng có quan
hệ V Ớ I các khu vực khác và sử dụng tuỳ ý các nguồn năng lượng là điểu không
cho phép. Trong giai đoạn hiện nay, quan hệ năng lượng giữa các khu kinh tế và
các hệ thống điện ngày càng trở nên chặt chẽ hơn. Cân bằng năng lượng của
mỗi quốc gia và của cả hệ thống điện cần phải được xây dựng thống nhất trong
cả nước trên cơ sớ nghiên cứu các kế hoạch tương lai và sự cân bằng của các
vùng kinh tế.
Khi thiết kế phát triển hệ thống điện cho tương lai, chọn các nguồn năng
lượng cần dưa vào cơ cấu có thế của sự cân băng nhiên liệu, phạm vi có thể khai
thác các dạng nhiên liệu có trong khu vực và khả năng sử dụng các nguồn năng
lượng địa phương.
Các nhà máy điện của hệ thống điện được chọn từ điều kiện cần thoả mãn
các hộ tiêu thụ cả vể công suất cũng như về năng lượng. Điểu kiện chọn công

suất đặt của các nhà máy điện là tin cậy cung cấp điện với chi phí vốn đầu tư và
vận hành năm nhỏ nhất. Tuy nhiên chọn công suất đặt của các nhà máy điện vẫn
khó đảm bảo đồng thời cả độ tin cậy cung cấp điện và cả cực tiểu các chi phí.
Các chi tiêu này phụ thuộc nhiều vào cấu trúc của hệ thống điện - thành phần
các nhà máy điện và sơ đồ các mạng điện. Các chi phí quy đổi về phát triển hệ
thống điện phụ thuộc vào các loại nhà máy điện xây dựng, việc phân bố chúng
và các chi tiêu kinh tế của nhiên liệu sử dụng. Để đảm bảo độ tin cậy, ngoài các
giá trị yêu cầu dự trữ, cần có các máy phát và các nhà máy điện có tính linh
hoạt cao, được dùng để thực hiện chức năng dự trữ.
Khó khăn lớn nhất thường gặp phải trong phân phối đồ thị phụ tải trong các
chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu. Để đảm bảo cung cấp điện trong các chế độ
đó, các nhà máy điện của hệ thống cần phải có tính linh hoạt cao. Khi phân phối
phụ tải giữa các nhà máy điện khác nhau trong hệ thống cần phải chú ý đến các
đặc điểm chế độ công nghệ của chúng. Hình 1.4. cho các phương án có thể


phân phối đồ thị phụ tải của hệ thống điện. Tuỳ theo khá năng đảm báo nước
cua các nhà máy thuỷ điện (TĐ), phần đỉnh của đồ thị phụ tải được phân phôi
cho các nhà máy thuỷ điện hay các nhà máy nhiệt điện. Khi không đú nước cho
các nhà máy thuỷ điện, phần thấp nhất cùa đồ thị phụ tải sẽ phân phối cho các
nhà máy nhiệt điện rút hơi (NĐRH) có phụ tái, được xác định bằng các hộ tiêu
thụ nhiệt, và các nhà máy thuỷ điện không điêu tiết (hình 1.4a). Phần đinh cưa
đồ thị phụ tải được phân phối cho các nhà máy thuý điện có điều tiết, các nhà
máy nhiệt điện ngưng hơi (NĐNH), cũng như các nhà máy điện nguyên tứ,
chúng làm việc với tồn bộ cơng suất trong các cực đại của phụ tải. Khi thừa
nước trong các nhà máy thuỷ điện, ví dụ trong mùa mưa, phần thấp nhất cua đổ
thị phụ tải được phân phối cho các nhà máy nhiệt điện rút hơi và tất cá các nhà
máy thuỷ điện, chúng làm việc với tồn bộ cơng suất theo dịng chảy (hình
1.4b). Trong trường hợp này các nhà máy điện tuabin khí cùng với các nhà máv
nhiệt điện ngưng hơi sẽ làm việc ở phần đỉnh cua đồ thị phụ tai. Có thê có ca

những phương án khác phân phối các đồ thị phụ tải tuỳ theo tổ hợp các loại nhà
máy điện khác nhau trong hệ thống.

0

t — >-

24 h

a)

ũ

t

— >■

24 h

b)

Hình 1.4. Phân phối các đồ thị phụ tải của hệ thông điện.
a- khi thiếu nước ở thuỷ điện; b- khi thừa nước ở thuỷ điện.
Nói chung, cần phân phối phụ tải giữa các nhà máy điện trong hệ thống sao
cho đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất.


Khi thiết kế hệ thống điện cần chú ý đến giá trị cực tiểu kỹ thuật quan
trọng của phụ tải đối với các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi công suất lớn. Vận
hành khối 300 MW với các thông số hơi 240 at và 565°c gặp những khó khăn

đáng kể trong các chế độ thay đổi. Khởi động khối từ trạng thái lạnh được thực
hiện trong 8 giờ 30 phút.
Các thiết bị tuabin khí trong các nhà máy nhiệt điện có tính linh hoạt cao
nhất và thích hợp đối với các đỉnh của đồ thị phụ tải. Tuỳ theo tính phức tạp
cua sơ đồ nhiệt và công suất của các máy phát, thời gian khởi động thiết bị
tuabìn khí từ 3 đến 30 phút, còn đối với các máy phát tuabin hơi khoảng vài giờ.
Các thiết bị khí - hơi có ý nghĩa quan trọng do có tính linh hoạt và khả
năng tham gia điêu chỉnh đồ thị của hệ thống điện. Các thiết bị khí - hơi với các
nồi hơi áp lực cao được quan tâm chủ yếu ở Liên Xô (trước đây). Ớ Mỹ sơ đồ
của các thiết bị khí - hơi được sử dụng, trong đó xả khí thải tuabin khí vào nồi
hơi. Các thiết bị khí - hơi của cả hai loại trội hơn về tính linh hoạt so với các
thiết bị chạy bằng hơi nước. Ví dụ, khởi động thiết bị khí - hơi đầu tiên ở Liên
Xô (cũ) được thực hiện trong 1 giờ 20 phút.
Ở một số nước trên thế giới (Liên Xô (cũ), Áo, Thuỵ Sĩ, Italia), để xoá đỉnh
của các đồ thị phụ tải người ta sử dụng các nhà máy thuỷ điện tích năng. Trong
những giờ cực tiểu của phụ tải và khi trong hệ thống có cơng suất tự do, các
máy phát ,của các nhà máy đó làm việc trong chế độ của các máy bơm bơm
nước vào thượng lưu của nhà máy điện, sau đó trong các giờ đỉnh các máy phát
làm việc trong chế độ phát để cung cấp điện năng cho hệ thống. Như vậy, các
nhà máy điện tích năng san bằng đồ thị phụ tải ngày và đảm bảo chế độ làm
việc của các nhà máy nhiệt điện ổn định hơn.
Các nhà máy điện nguyên tử (NT) có vai trị quan trọng trong hệ thống
điện. Ngoài các điểu kiện năng lượng tổng quát ban đầu, khi xét những vấn đề
về lợi ích xây dựng các nhà máy điện nguyên tử cần phải xét hiệu quả kinh tế
của chúng. Kinh nghiệm vận hành của các nhà máy điện nguyên tử hiện có trên
thế giới chỉ ra rằng, khi thực hiện tất cả những giải pháp vận hành và kỹ thuật
đã biết, an tồn phóng xạ hồn toàn được bảo đảm đối với dân cư ở khu vực
xung quanh và đối với các nhân viên vận hành của nhà máy. Theo các điều kiện
dam bao trong sạch mơi trường khơng khí, các nhà máy điện ngun tử có ưu

24


thế hơn so với các nhà máy nhiệt điện lớn, làm việc với các dạng nhiên liệu
thông thường. Các nhà máy điện nguyên tử không thải ra môi trường xung
quanh các hợp chất chứa lưu huỳnh và khí axit cacbonic. Khi nhà máy điện
nguyên tử vận hành, các phương tiện giao thơng quan trọng được giải phóng,
đổng thời khơng cần xây dựng các kho nhiên liệu lớn. Suất chi phí của một
kilôoat công suất đặt trong các nhà máy điện nguyên tử cao hơn nhiều so với
các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi thông thường, song giá thành cua một kilơoat
giờ thấp hơn vì giá thành nhiên liệu để sản xuất điện năng, nhận được từ năng
lượng hạt nhân nhỏ hơn nhiều. Vì vậy các nhà máy điện nguyên tử đã và đang
được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới.
Chọn phương án tối ưu phát triển hệ thống điện được tiến hành bằng giái
pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án phát triển của hệ thống điện. Các
phương án so sánh phát triển các công suất phát cần phải được hình thành từ các
kiểu nhà máy điện hiện đại nhất đối với hệ thống điện thiết kế. Hiện tại việc lựa
chọn khá dễ dàng nhờ kỹ thuật máy tính. Trong q trình chọn lựa để tìm thành
phần của các nhà máy điện cần giải quyết những vấn để sau: Phân bố chúng
theo lãnh thổ khu vực, xác định dạng nhiên liệu sử dụng, chọn công suất đặt và
kiểu máy phát điện. Đồng thời cần chú ý đến sự phát triển động của các kiểu
nhà máy điện khác nhau.
Thiết kế phát triển hợp lý nhất các công suất phát của hệ thống điện cần
tiến hành theo trình tự sau:
Trước hết trên cơ sở tối ưu hoá cơ cấu cùa hệ thống điện độc lập và cân
bằng năng lượng - nhiên liệu trong hệ thống điện hợp nhất của cá nước, v ể cơ
bản trong hệ thống điện hợp nhất cần xác định: cơ cấu cân bằng nhiên liệu của
các nhà máy điện, tổng công suất đặt của các nhà máy điện ngưng hơi với các
dạng nhiên liệu khác nhau, thành phần và công suất của các nhà máy thuỷ điện
lớn nhất, tổng công suất của các thiết bị đỉnh đặc biệt, các dịng tối ưu của cơng

suất giữa các hệ thống điện hợp nhất. Đồng thời trong giá thành nhiên liệu phải
tính đến các chi phí trực tiếp về khai thác nhiên liệu và vận chuyển, có chú ý
đến những hạn chế về sử dụng các dạng nhiên liệu.
Trong phần tiếp theo chú ý đến các điều kiện cụ thể phát triển hệ thống
điện hợp nhất. Thiết kế cần giải thích rõ: Cơ cấu của các cơng suất phát theo các

25


loại nhà máy điện, phân bố của chúng, công suất đặt, loại thiết bị đặt và các chế
độ sử dụng các nhà máy điện riêng biệt, cũng như cơ cấu nhiên liệu tiêu thụ của
các nhà máy điện trong hệ thống điện hợp nhất.
Trình tự phát triển các nhà máy điện ngưng hơi và phân bố chúng được xác
định rõ hơn'từ các tính tốn liên quan với kỳ vọng đạt được cực tiểu các chi phí
quy đổi tổng trong các nhà máy điện và các mạng điện của hệ thống.
Trong số các phương án nghiên cứu phân phối các nhà máy điện, cần có
các phương án phát triển từng thiết bị riêng biệt đến công suất giới hạn kỹ thuật
với điều kiện rằng, công suất của mỗi nhà máy điện riêng biệt không cần vượt
quá 15 4- 20% tống công suất đặt trong các nhà máy điện của hệ thống trong
từng giai đoạn.
Trong các nhà máy điện ngưng hơi, công suất đơn vị của các máy phát
được lấy bằng khả năng cực đại từ các công suất định mức của các khối năng
lượng, được chế tạo đối với dạng nghiên cứu của nhiên liệu.
Công suất đơn vị của các máy phát được luận chứng bằng cách so sánh hiệu
quả kinh tế có được qua việc tăng thêm của các máy phát và các chi phí bổ
sung, xuất hiện do tăng dự trữ sự cố của hệ thống. Thông thường người ta giả
định rằng, công suất của một máy phát không cần lớn hơn 5% công suất của hệ
thống. Đồng thời cần tính ảnh hưởng có thể có của sự phát triển hệ thống thiết
kế và khả nãng hợp nhất với các hệ thống khác.
Thông số của các trung tâm thuỷ điện lớn và tiến trình xây dựng chúng

(thời hạn đưa vào vận hành...) được chọn từ nghiên cứu các phương án cạnh
tranh công suất đặt và thời gian vận hành các máy phát thuỷ điện có chú ý ảnh
hưởng đến các ngành khác của nền kinh tế và các điều kiện khu vực xung
quanh. Khi so sánh cần xét đến tiến trình khai thác cơng suất đặt của các nhà
máy thuỷ điện theo các điều kiện xây dựng và sử dụng trong đồ thị phụ tải của
hệ thống điện.
Công suất, thành phần các nhà máy điện linh hoạt và đỉnh được chọn có
chú ý đến kinh tế nhiệt của các thiết bị và ảnh hưởng của chúng đến chế độ của
hệ thống điện.
Các trung tâm nhiệt điện (NĐRH) được phát triển có xét đến nhiệm vụ cung
cấp nhiệt cho các thành phố, các nút công nghiệp và các hộ tiêu thụ nhiệt riêng biệt.
26