Bài giảng Sủ dụng hiệu quả & Tiết kiệm điện trong hệ thống điện

SỦ DỤNG HIỆU QUẢ & TIẾT KIỆM ĐiỆN
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1
MỤC TIÊU
• Nắm chắc các vấn đề về quản lý hệ thống điện
• Xác định các nguyên nhân gây tổn thất điện năng và
làm giảm chất lượng điện năng
• Đề xuất và thực hiện các giải pháp sử dụng năng
lượng điện hiệu quả và tiết kiệm điện trong HTĐ

2
NỘI DUNG
• Giới thiệu chung
• Hệ thống điện & Quản lý nhu cầu phụ tải điện
• Sử dụng hiệu quả & tiết kiệm đối với các thiết bị điện
3
I. GiỚI THIỆU CHUNG
Hệ thống phát-truyền tải-phân phối điện
4
Phân bố tổn thất công suất trong một mạng
điện (từ lưới trung áp tới hộ tiêu thụ)
• Các phần tử của mạng điện Tổn thất, %
• Lưới điện cao áp (110,220,500 kV) 25 %
• Lưới phân phối trung áp 812 %
• Máy biến áp phân phối 4  6 %
• Lưới hạ áp 12  15%
5
Cơ cấu tiêu thụ điện 2001-2009
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Năm
Tỷ
 trọ
ng
 (%
)
Nông nghiệp Công nghiệp
TM & K/Sạn, Nhà Hàng Quản lý & T.dùng dân cư
6
II. HỆ THỐNG ĐIỆN
& QUẢN LÝ NHU CẦU PHỤ TẢI ĐIÊN
1. Đồ thị phụ tải
2. Quản lý nhu cầu phụ tải
3. Hệ số công suất
4. Sóng hài
5. Chế độ làm việc không đối xứng
7
1. ĐỒ THỊ PHỤ TẢI
* Đồ thị phụ tải ngày điển hình toàn quốc
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00
2005
2006
2007
2008
8
*Đồ thị phụ tải ngày theo thành phần kinh tế
9
* Đồ thị phụ tải ngày dạng bậc thang
10
Giá điện năng
Giờ Giá (đồng/ 1 kWh)
Giờ bình thường 920
Giờ thấp điểm 510
Giờ cao điểm 1.830
11
Giá điện cho ngành sản xuất (6 -22 KV)
2. QUẢN LÝ NHU CẦU PHỤ TẢI
* Mục đích chung
• Giảm điện năng tiêu thụ
• Giảm chi phí sản xuất điện, giá điện
• San bằng đồ thị phụ tải
12
* Các giải pháp quản lý phụ tải hiệu quả
• Sắp xếp lại tổ chức sản xuất, bố trí các phụ tải điện
hợp lý
•Cắt giảm tổng điện năng tiêu thụ.
• Chuyển dịch phụ tải.
• Sa thải các phụ tải không cần thiết vào giờ cao điểm.
• Sử dụng các thiết bị tiêu thụ điện ít, các thiết bị hiệu
suất cao
• Sử dụng MF dự phòng, diedel vào giờ cao điểm.
•Cài đặt các thiết bị điều chỉnh hệ số công suất
13
San bằng đồ thị phụ tải
14
3. HỆ SỐ CÔNG SUẤT
Góc lệch pha giữa dòng và áp
u,i
u
u,i
u
Tải thuần trở Tải cảm Tải dung
u,i
u
ti ti
15
ti
Các loại công suất
Công suất tác dụng (thực)
P = U.I. cos (kW)
Công suất kháng
Q = U.I. sin (kVAr)
Công suất biểu kiến (tổng)
S = U.I (kVA)
Q
P
S

16
Hướng
chuyển động
Hệ số công suất (cos )
Cô
ng
su
ất
thự
c(
kW
)
Cô
ng
su
ất
biể
uk
iến
(kV
A)
Cô
ng
su
ất
kh
án
g
(kV
Ar)
17
 Hiệu quả của hệ thống
điện chuyển từ công suất
điện thành công suất đầu ra
hữu dụng
Ảnh hưởng của cos  thấp
Công suất
MBATổn thấtđiện
18
Sụt áp
Giá điện
Kích cỡ
dây
Các biện pháp nâng cao cos
•Giảm tiêu thụ công suất phản kháng
- Sử dụng thiết bị tiêu thụ P phản kháng nhỏ;
- Thay các động cơ không đồng bộ non tải  động có có P
nhỏ hơn;
- Giảm điện áp đặt vào đối với động cơ thường xuyên làm
việc non tải;
- Hạn chế động cơ làm việc không tải;
- Dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ
cùng P khi quy trình công nghệ cho phép;
- Thay thế và sắp xếp lại các MBA non tải.
19
• Sử dụng các thiết bị bù
CS
thực
Mức CS
tiết kiệm
Trước bù Sau bùTrước bù Sau bù
CS thực
100kW
CS
 kh
án
g
10
0k
VA
R
100kW
33 kVAR
1 2
20
CSkháng
do biến
áp cấp
CS kháng
do tụ bù
cấp
CS tổng
SC kháng bù:
67 kVAR
Trước bù:
Cos1 = 0.70
Sau bù:
Cos2 = 0.95
Tính dung lượng bù:
 moib tantanPQ 
Tổn thất khi chưa có bù:
•Tổn thất sau khi có bù:
•Giảm được lượng tổn thất:
Vị trí đặt tụ
23
Bù tập trung Bù riêng rẽ Bù nhóm
Bù cos  (tt)
Bù ứng động
24
Bù nền
4. SÓNG HÀI
Sóng cơ bản
Sóng hài bậc 3
25
Sóng hài bậc 5
Dòng điện trên pha
Nguyên nhân gây sóng hài
26
Tải phi
tuyến
27
Ảnh hưởng của sóng hài
•Tăng nhiệt độ, tăng tổn hao máy biến áp và
động cơ (dòng xoáy trong lõi thép)
•Tăng nhiệt độ dây dẫn (hiệu ứng bề mặt)
•Tăng sụt áp cuối đường dây
•Các thiết bị điện tử làm việc không tin cậy
•Rơ-le, MCB, MCCB tác động nhầm
•Hư hỏng cụm tụ điện
•Giảm chất lượng sản phẩm
28
Ảnh hưởng của sóng hài (tt)
N
B
A
Sóng hài trong dây trung tính: 300%, sóng hài pha
29
C
Các biện pháp giảm sóng hài
• Cung cấp mạch điện riêng cho thiết bị gây sóng hài
• Dùng tụ lọc sóng hài
• Tăng tiết diện dây trung tính
• Tăng số pha của cầu nắn
• Sử dụng bộ lọc bậc cao
- Cuộn cảm nối tiếp, Máy biến áp Zigzag
- Bộ lọc thụ động
- Bộ lọc chủ động
30
Bộ lọc thụ động
31
Bộ lọc chủ động
32
5. CHẾ ĐỘ KHÔNG ĐỐI XỨNG (KĐX)
• Chế độ KĐX: chế độ làm việc các pha không giống
nhau (về môđun hoặc pha hoặc cả hai).
- KĐX ngắn mạch
- KĐX dài hạn
• Tác hại:
- Xuất hiện dòng thứ tự nghịch và thứ tự không.
- Dòng thứ tự không sẽ đi trên dây trung tính,
gây tổn thất (20% đối 3 pha dây dẫn, 1  2% điện
năng tiêu thụ toàn nhà máy)
33
Dây trung tính (N) trong
hệ thống điện 3 pha
A
C B
A
BC 
AI
BI
CI
AZ
BZCZ
34
Nguyên nhân xuất hiện dòng trên dây trung tính
• Phân phối tải trên từng pha không hợp lý
 Đấu nối ban đầu
 Thay đổi phụ tải trên các pha theo thời gian
sử dụng
•Công suất tiêu thụ trên từng pha khác nhau
tại các thời điểm khác nhau
35
Các giải pháp đối xứng hóa chế độ của hệ
thống cung cấp điện
• Cân bằng phụ tải từng pha
• Giảm điện trở thứ tự nghịch của lưới điện 3
pha 4 dây
• Động cơ không đồng bộ 3 pha đấu hệ thống
có phụ tải KĐX
• Đấu không đối xứng tụ điện giữa các pha.
36
Loại trừ dòng trên dây trung tính
Định kỳ đo dòng
dây trung tính/
dòng pha
Đo ở những thời
điểm khác nhau
trong ngày
37
Cân bằng
phụ tải
các pha
III. SỬ DỤNG HiỆU QUẢ &TIẾT KIỆM ĐỐI VỚI
CÁC THIẾT BỊ ĐiỆN
1. Máy biến áp
2. Động cơ điện
38
1.MÁY BIẾN ÁP (MBA)
MBA &Tổn thất trong MBA
- Giản đồ năng lượng của MBA
P + jQ P + jQ P + jQ1 1 2 2®t ®t
 p + jqCu1 1 p + jqFe M p + jqCu2 2
39
- Hiệu suất:
100%
1
2
P
P
Các tổn thất trong MBA:
- Tổn thất lõi từ , không phụ thuộc công suất tải.
- Tổn thất đồng thay đổi theo công suất tải :
+ Khi tải định mức sẽ là tổn thất ngắn mạch ;
+ Còn tổn thất công suất khi mang tải S(t) :
Tổn thất điện năng trong 1 năm
NP
2
0
2
0 .)( N
dmB
NB PPS
tSPPP 



0P
NP
40
.8760.0 NB PPA 
Sử dụng hiệu quả và tiết kiệm khi sử dụng MBA
1. Chọn hợp lý dung lượng MBA  hạn chế tổn hao
Ví dụ: - B1 có Sdm=400kVA, P0=0,92 kW, PN=5,5 kW;
- B2 có Sdm=630kVA, P0=1,42 kW, PN=7,6 kW.
Tải (KVA) 100 200 300 400 500 600
Tổn thất B1: 1,263 2,295 4.061 6,42
Tổn thất B2: 1,611 2,186 3,143 4,484 6,207 8,313
KL: Tải dưới 200 kVA dùng B1, lớn hơn dùng B2
41
2. Vận hành kinh tế trạm biến áp
• 1 MBA thì tổn thất:
• 2 MBA thì tổn thất:
2
0
)(




dmB
N S
tSPPP
2
0
)(
2.2 



dmB
N
S
tSPPP
42
N
0
dmB P
P.2S*S 

3.Các giải pháp khác
- Phân phối tải phù hợp giữa các MBA
- Trạm BA đặt gần các thiết bị động lực
- Không sử dụng ổn áp cho các mạch động lực
khi dao động điện áp xảy ra với tần suất
không lớn
- Điều chỉnh điện áp của MBA phù hợp với phụ
tải
43
2.ĐỘNG CƠ ĐiỆN
44
Hiệu suất động cơ
Pin = U.I. Cos
Pout = Ƭ. ω
ProtorPmasát
Ptảnmạn
45
Pstator
Plõi
Nguyên nhân làm giảm hiệu suất:
• Động cơ quấn lại nhiều lần
• Động cơ chạy non tải
• Bảo trì không tốt
Động cơ chạy non tải
Hiệu suất động cơ
Tải động cơ Cos 
Hệ số công suất
Hi
ệu
 su
ất
0% 0.17
25% ÷ 50% 0.55 ÷0.73
75% 0.7
46
Tỷ lệ mang tải
Các cơ hội tiết kiệm điện năng trong sử dụng động cơ
Ưu điểm Hạn chế
1.Sử dụng động cơ hiệu suất cao
47
Hiệu quả sử dụng động cơ hiệu suất cao
Mức tăng hiệu suất
• Cỡ bé ( 15kW) : 6 ÷ 8 %
• Cỡ lớn ( 20kW): 2 ÷ 4 %
Mức tăng chi phí đầu tư
• Cỡ bé ( 15kW): 15 ÷ 25 %
• Cỡ lớn ( 20kW): không
đáng kể
48
2. Giảm thời gian hoạt động non tải
• Lựa chọn kích cỡ sao cho động vận hành từ 65% -
100% công suất định mức
• Xem xét thay thế động cơ khi tải < 40% công suất
định mức
3. Phù hợp với đặc điểm tải
4. Nâng cao chất lượng điện năng
5. Nâng cao hệ số công suất
49
6. Sử dụng bộ biến tần (High Efficiency Motor-HEMs)
Tần số f vào có thể điều khiển tốc độ đông cơ
EMC
50
Vi xử lý/điều khiển
Lợi ích của sử dụng biến tần (VSD, inverter)
•Tiết kiệm năng lượng
•Hệ thống vận hành liên tục, đáp ứng theo yêu
cầu phụ tải
•Độ tin cậy cao
•Ít gây tiếng ồn
•Có khả năng đảo chiều quay và hãm
•Đặc tính khởi động mềm và êm máy
51
Lưu ý khi lắp biến tần (VSD)
•Xem xét tính chất tải cơ phù hợp
•Đặt VSD gần động cơ (< 30m)
•Môi trường ít bụi, tránh rung và nhiệt độ (<40oC)
•Lắp các bộ lọc sóng hài
•Lắp các thiết bị chống xung bảo vệ VSD khỏi bị
sốc điện
•Nối đất thiết bị
•Bảo dưỡng, cuốn lại dây, thay thế
52
Xin chân thành cảm ơn!