หลักการผลิต ระบบส่งจ่าย และ ระบบจำหน่าย Generation Transmission & Distribution ปิยดนัย ภาชนะพรรณ์

เนื้อหา 1. โรงไฟฟ้า (Power Plant) 2. ระบบส่ง (Transmission) 3. ระบบจำหน่าย (Distribution) 4. สถานีไฟฟ้า (Sub Station)

โรงไฟฟ้า (Power Plant)

โรงไฟฟ้าแต่ละประเภท ทำหน้าที่แปลงพลังงานจากเชื้อเพลิง เป็น พลังงานไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ โรงไฟฟ้าพลังน้ำ โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ โรงไฟฟ้าความร้อนร่วม โรงไฟฟ้าดีเซล โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ โรงไฟฟ้าพลังงานลม

โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ (พลังความร้อน) หลักการทำงาน เผาเชื้อเพลิง (น้ำมันเตา, ก๊าซธรรมชาติ, ถ่านหินลิกไนต์) ให้เกิดความร้อน แล้วนำความร้อนที่ได้ไปผลิตไอน้ำที่มีแรงดันสูงๆ เพื่อหมุนกังหันไอน้ำ

ขั้นตอนการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ

วัฏจักรการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ P - ความดัน V - ปริมาตร T - อุณหภูมิ S - เอนโทรปีของระบบ (ความไม่เป็นระเบียบของระบบ)

เครื่องกังหันไอน้ำ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ Synchronous Generator

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ

หอหล่อเย็นของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ

ชนิดของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ 1. แบบจ่ายไฟฟ้าขณะภาระไฟฟ้า (โหลด) สูง - ออกแบบให้เดินเครื่องขณะโหลดในระบบสูง ใช้เวลาเริ่มเดินเครื่องน้อย (ประมาณ 30 นาที) แต่เปลืองเชื้อเพลิงมาก 2. แบบจ่ายไฟฟ้าขณะภาระไฟฟ้า (โหลด) ปกติ - ออกแบบให้เดินเครื่องผลิตไฟฟ้าจำนวนมากและเดินเครื่องเต็มที่ มีชั่วโมงการทำงานมาก - ออกแบบให้กำลังผลิตขณะโหลดสูงได้ คือ กำลังการผลิตที่เผื่อไว้เท่ากับ 20 – 30 % ของอัตรากำลังผลิตปกติ

ข้อดี / ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ 1. สามารถสร้างให้มีกำลังผลิตสูงๆ ได้ ข้อเสีย 1. ใช้เวลาเริ่มเดินเครื่องนาน 2. สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมาก ในระหว่างการผลิต 3. ค่าใช้จ่ายในการผลิตต่อหน่วยสูง

โรงไฟฟ้าพลังน้ำ หลักการผลิต ใช้พลังงานน้ำ ซึ่งอยู่ในที่สูงให้ไหลลงมาหมุนกังหันน้ำ แล้วการหมุนของกังหันน้ำก็นำไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กำลังงานของน้ำ P = 9.8 x Q x H เมื่อ P คือ กำลังงานของน้ำ (kW) Q คือ อัตราการไหลของน้ำ (ลบ.ม. ต่อ วินาที) H คือ ความสูงของน้ำจากระดับหน้าเขื่อนถึงกังหันน้ำ (เมตร)

ขั้นตอนการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

ขั้นตอนการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ กังหัน

ชนิดของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ 1. แบบที่สร้างอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่

ชนิดของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ 2. แบบที่ไม่มีอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ การผลิตไฟฟ้า ทำได้เมื่อความแตกต่างของระดับหน้าเขื่อนและท้ายเขื่อนถึงเกณฑ์แล้ว

ชนิดของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ 3. แบบสูบน้ำไปเก็บไว้ได้ - เขื่อนลำตะคลอง จ. นครราชสีมา

การใช้งานโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับได้

ข้อดี / ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ด้วยราคาถูก ค่าบำรุงรักษาต่ำ อายุใช้งานยาวนาน เสถียรภาพสูง เนื่องจากกังหันหมุนที่ความเร็วต่ำ เริ่มเดินเครื่องได้รวดเร็ว สามารถจ่ายไฟฟ้าได้ทันที ความคุมการทำงานได้ง่าย สะดวก ไม่ก่อมลพิษ

ข้อดี / ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ใช้เวลาเตรียมการก่อสร้างนาน ค่าลงทุนในการก่อสร้างสูง ตำแหน่งเขื่อนและโรงไฟฟ้า ขึ้นกับสภาพแหล่งน้ำและภูมิประเทศ สายส่งที่ใช้ อาจจะต้องมีระยะยาวกว่าปกติ และราคาสูง การก่อสร้างต้องทำลายป่าไม้ และสภาพแวดล้อมมาก

โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ หลักการทำงาน จุดระเบิดเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้ เพื่อให้ได้แรงดันสูงๆ เข้าไปหมุนเครื่องกังหันก๊าซ สามารถเริ่มเครื่องได้เร็ว จึงเหมาะสำหรับช่วงภาระไฟฟ้าสูง (peaking)

ลักษณะของโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ

ขั้นตอนการทำงานของโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ

ข้อดี / ข้อเสียของโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ สามารถเริ่มเดินเครื่องได้รวดเร็ว ก่อสร้างได้ง่าย ใช้เวลาไม่นาน เปลี่ยนแปลงระดับการผลิตได้รวดเร็ว ไม่ต้องมีน้ำมาใช้ระบายความร้อน ใช้คนดำเนินการน้อย ข้อเสีย ใช้เชื้อเพลิงต่อหน่วยผลิตค่อนข้างสูง ค่าใช้จ่ายดำเนินเครื่องสูง

โรงไฟฟ้าความร้อนร่วม (Combine Cycle Generator) หลักการผลิต เป็นการใช้พลังงานความร้อนที่ได้จากโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซมาใช้กับโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ ไอเสียที่ปล่อยจากกังหันก๊าซที่ยังมีอุณหภูมิสูง จะถูกนำไปใช้ต้มน้ำเพื่อผลิตไอ้น้ำ โดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงเพิ่มเติม กำลังการผลิตจะมาจากกังหันก๊าซ 2 ส่วน และจากพลังไอน้ำ 1 ส่วน

ขั้นตอนการทำงานของโรงไฟฟ้าความร้อนร่วม

โครงสร้างของโรงไฟฟ้าความร้อนร่วม

ข้อดี / ข้อเสียของโรงไฟฟ้าความร้อนร่วม สามารถเริ่มเดินเครื่องและหยุดได้รวดเร็ว มีความหยืดหยุนในการเดินเครื่องสูง สามารถทำการติดตั้งได้อย่างรวดเร็ว ประสิทธิภาพดี ข้อเสีย ไม่สามารถใช้โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำอย่างเดียวได้ จะทำงานได้ก็ต่อเมื่อโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซทำงานแล้ว

โรงไฟฟ้าดีเซล หลักการผลิต ใช้เครื่องยนต์ดีเซลขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มี 2 แบบ คือ แบบเครื่องยนต์ 2 จังหวะ และ 4 จังหวะ ขนาดไม่ใหญ่มาก 500 – 20000 kW เหมาะสำหรับใช้ช่วยจ่ายตอนโหลดสูง หรือใช้กับพื้นที่ชนบทห่างไกล

ขั้นตอนการทำงานของโรงไฟฟ้าดีเซล

ลักษณะของโรงไฟฟ้าดีเซล

ข้อดี / ข้อเสียของโรงไฟฟ้าดีเซล สามารถเริ่มเดินเครื่องและหยุดได้รวดเร็ว สามารถเคลื่อนย้ายได้ง่าย การติดตั้งสามารถทำได้รวดเร็ว ข้อเสีย มีกำลังผลิตน้อย เชื้อเพลิงที่ใช้มีราคาสูง

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หลักการทำงาน อาศัยปฏิกิริยาแตกตัว (fission) ของยูเรเนียม –235 และให้พลังงานออกมา พลังงานที่ได้จากการแตกตัวแต่ละครั้งประมาณ 8.9 x 10-18 kWh ยูเรเนียม –235 เพียง 1 กรัม ให้พลังงานได้ถึง 24 MWh

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ชนิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 1. Gas Cooled Reactor ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ นำความร้อนไปทำให้เกิดไอน้ำ

ชนิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 2. Pressurized Water Reactor ใช้น้ำที่มีความดัน นำความร้อนไปทำให้เกิดไอน้ำ

ข้อดี / ข้อเสียของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ค่าเชื้อเพลิงต่อหน่วยไฟฟ้าที่ผลิตได้ต่ำ สามารถผลิตกำลังไฟฟ้ามากๆได้ ข้อเสีย ราคาค่าก่อสร้างแพง มีปัญหาในการกำจัดกาก ประชาชนต่อต้านสูงมาก

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ 1. โรงไฟฟ้าหอพลังงานแสงอาทิตย์

1. โรงไฟฟ้าหอพลังงานแสงอาทิตย์

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ 2. โรงไฟฟ้าโฟโตโวลตาอิก

โรงไฟฟ้าพลังงานลม หลักการทำงาน ใช้พลังงานลมมาหมุนกังหันลม แล้วนำพลังงานกลที่ได้ไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ผลิตไฟฟ้าออกมา กำลังไฟฟ้าที่ผลิตออกมา มีค่าแปรผันตรงกับขนาดความเร็วลม ขนาดมีตั้งแต่เล็กจนถึง 1,250 kW

ส่วนประกอบของกังหันลม

กำลังไฟฟ้าจากกังหันลมขึ้นกับความเร็วลม

(Transmission System) ระบบส่ง (Transmission System)

ระบบส่ง (Transmission System) ทำหน้าที่เคลื่อนย้ายกำลังไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าไปยังตำแหน่งต่างๆ สำหรับประเทศไทย - ระดับแรงดันไฟฟ้า (AC) มี 115 kV, 230 kV และ 500 kV - ระดับแรงดันไฟฟ้า (DC) มี 300 kV (ไทย – มาเลเซีย) ส่งผ่านกำลังไฟฟ้าที่ระดับแรงดันสูง เพื่อลดค่ากระแส ทำให้ - กำลังสูญเสีย I2R ลดลง - ลดปัญหาแรงดันตก

ระบบส่ง (Transmission System)

สายส่งแรงสูง AC

สายส่งแรงสูง 500 kV

สายส่งแรงสูง 230 kV

สายส่งแรงสูง 115 kV

สายส่งแรงสูง 69 kV

สายส่งแรงสูง DC 300 kV 1000 A

สายส่งแรงสูง DC ระยะทาง 110 km

สถานีไฟฟ้าระบบHVDC

ชุดคอนเวอร์เตอร์สำหรับระบบ HVDC

(Distribution System) ระบบจำหน่าย (Distribution System)

ระบบการส่ง กำลังไฟฟ้าย่อย ระบบการจำหน่าย ระบบการใช้กำลังไฟฟ้า

ระบบจำหน่าย (Distribution System) ทำหน้าที่ส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า ไปสู่โหลดประเภทต่างๆ กฟน. (ดูแลในเขตกรุงเทพฯ ,สมุทรปราการ และ นนทบุรี) - ระบบแรงสูง 3 เฟส ระดับแรงดัน 230, 115 และ 69 kV - ระบบปานกลาง 3 เฟส ระดับแรงดัน 12 และ 24 kV - ระบบแรงต่ำ 3 เฟส 4 สาย ระดับแรงดัน 416/240 V กฟภ. (ดูแลในพื้นที่จังหวัดอื่นๆ) - ระบบแรงสูง 3 เฟส ระดับแรงดัน 115 และ 69 kV - ระบบปานกลาง 3 เฟส ระดับแรงดัน 22 และ 33 kV - ระบบแรงต่ำ 3 เฟส 4 สาย ระดับแรงดัน 400/230 V

ส่วนประกอบระบบจำหน่าย สายส่งไฟฟ้าแรงดันสูง สถานีเปลี่ยนแรงดัน สายจำหน่ายแรงดันปานกลาง หม้อแปลงจำหน่าย สายจำหน่ายแรงดันต่ำ

ระบบการส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า ในระบบจำหน่าย จำแนกระบบการส่งจ่าย ใน กฟภ. และ กฟน. เป็น 3 ระบบ ระบบการส่งกำลังไฟฟ้าย่อย (Subtransmission System) 2. ระบบการจำหน่าย (Distribution System) 3. ระบบการใช้กำลังไฟฟ้า (Utilization System)

Distribution & Utilization Subtransmission & Distribution

1. ระบบการส่งกำลังไฟฟ้าย่อย (Subtransmission System) กฟภ., กฟน. รับไฟฟ้าระดับแรงสูง จาก กฟผ. 230 kV (เฉพาะ กฟน.) 115 kV 69 kV รับไฟระดับแรงสูง เพื่อประหยัดค่าใช้จ่าย

ระดับ 230 kV สายเคเบิลใต้ดิน ขนาด 230 kV ระหว่าง ลาดพร้าว - วิภาวดี

ระดับ 230 kV

ระดับ 115 kV

2. ระบบการจำหน่าย (Distribution System) กฟน. ระดับแรงดัน 12 kV และ 24 kV กฟภ. ระดับแรงดัน 22 kV และ 33 kV

ระดับ 22 kV

3. ระบบการใช้กำลังไฟฟ้า (Utilization System)

1 เฟส 2 สาย 3 เฟส 4 สาย

ระบบไฟฟ้าต่างๆ ที่ส่งจ่ายไปยังผู้ใช้ไฟ ระบบ 1 เฟส 2 สาย - โดยมากใช้ส่งจ่ายให้กับที่อยู่อาศัยขนาดเล็กๆ และใช้กับเขตที่ไม่ใช่เขตชุมชน ระบบ 1 เฟส 3 สาย - โดยมากใช้สำหรับระบบไฟแสงสว่างของถนน ระบบ 3 เฟส 4 สาย - ระบบไฟฟ้าสำหรับโรงงานที่มีเครื่องจักรมาก อาคารพาณิชย์ หรืออาคารที่ทำการ

ระบบจำหน่ายไฟฟ้าของการไฟฟ้านครหลวง - การคำนวนโหลดหรืออุปกรณ์ไฟฟ้า จะใช้แรงดัน 380/220 V - การคำนวนเกี่ยบกับหม้อแปลงด้านแรงต่ำ จะใช้แรงดัน 416/240 V ด้านแรงสูง จะใช้แรงดัน 24 kV

ระบบจำหน่ายไฟฟ้าของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค - การคำนวนโหลดหรืออุปกรณ์ไฟฟ้า จะใช้แรงดัน 400/230 V - การคำนวนเกี่ยบกับหม้อแปลงด้านแรงต่ำ จะใช้แรงดัน 400/230 V ด้านแรงสูง จะใช้แรงดัน 22 kV

วงจรระบบจำหน่าย Loop Radial

สถานีไฟฟ้าย่อย (Substation)

หน้าที่ของสถานีไฟฟ้าย่อย เป็นสถานีเปลี่ยนระดับแรงดัน เป็นสถานีควบคุมแรงดันในระบบให้มีค่าคงที่ตามความต้องการ เป็นสถานีเชื่อมระหว่างระบบส่งและระบบจำหน่าย ใช้ตัดวงจรออกจากระบบหรือนำเข้าสู่ระบบ เป็นสถานีวัดปริมาณความต้องการกำลังไฟฟ้าและพลังงานไฟฟ้า เป็นสถานีเชื่อมโยงระบบสื่อสาร โทรมาตร และการป้องกันระบบไฟฟ้า

อุปกรณ์ต่างๆ ในสถานีไฟฟ้าย่อย หม้อแปลงกำลัง (Power Transformer) 2. เซอร์กิตเบรกเกอร์ (Circuit Breaker) 3. สวิตช์ตัดตอน (Disconnecting Switch) 4. บัสบาร์ (Bus Bar) 5. หม้อแปลงกระแส (Current Transformer) 6. หม้อแปลงแรงดัน (Potential Transformer) 7. คาปาซิเตอร์ต่อขนาน (Shunt Capacitor)

อุปกรณ์ต่างๆ ในสถานีไฟฟ้าย่อย 8. ระบบต่อลงดิน (Grounding System) 9. เครื่องล่อฟ้า (Lighting Arrester) 10. รีเลย์ป้องกันและระบบควบคุม (Protective relays and Control System) 11. กับดักสัญญาณสื่อสาร (Line Traps) 12. แบตเตอรี่ (Station Batteries) 13. อุปกรณ์หรือเครื่องมืออื่นๆ (Other apparatus)

หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง

บัสบาร์

สวิตช์ตัดตอนและสวิตช์ต่อลงดิน Disconnected switch

ฟิวส์

เซอร์กิตเบรกเกอร์ SF6 Circuit Breaker

เซอร์กิตเบรกเกอร์ Vacuum Circuit Breaker

เซอร์กิตเบรกเกอร์ Oil Circuit Breaker

เซอร์กิตเบรกเกอร์ Air Circuit Breaker

หม้อแปลงแรงดัน (PT)

หม้อแปลงกระแส (CT)

กับดักเสิร์จ (Surge Arrester)

คาปาซิเตอร์ต่อขนาน (Shunt Capacitor)

คาปาซิเตอร์ต่อขนาน (Shunt Capacitor)

ระบบควบคุม

สถานีไฟฟ้าภายในอาคาร (Indoor Substation) GIS