Vấn đề vận hành không ổn định của nhà máy điện mặt trời và cân bằng công suất trên hệ thống điện

Bài viết Vấn đề vận hành không ổn định của nhà máy điện mặt trời và cân bằng công suất trên hệ thống điện đưa ra cơ sở đánh giá chế độ vận hành không ổn định của các nhà máy điện mặt trời do ảnh hưởng của yếu tố ngoại cảnh như thời tiết, chuyển động của mặt trời trong năm.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 VẤN ĐỀ VẬN HÀNH KHÔNG ỔN ĐỊNH CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN Hồ Sỹ Mão Trường Đại học Thủy lợi, email: maohs@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Điện mặt trời (ĐMT) nguồn lượng sạch, thân thiện với môi trường Nguồn lượng mặt trời nguồn lượng tái tạo (NLTT), không bị cạn kiệt Ngành công nghiệp ĐMT xu hướng phát triển nước giới Việt Nam Các trạm phát điện pin quang điện cung cấp điện lên hệ thống điện (HTĐ) khơng phát thải khí thải gây hiệu ứng nhà kính nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên nhược điểm trạm pin mặt trời thường hoạt động không ổn định, chịu tác động trực tiếp thời tiết đặc biệt làm việc ban ngày, trời nắng phát cơng suất cao, cịn trời mây, mưa phát cơng suất thấp Bảng thống kê tỷ lệ sai số công suất phát lên lưới điện so với công suất lắp máy ngày không tải đường dây thể bảng hình 11 Quy hoạch điện VII sửa đổi đến năm 2020 tỷ trọng nguồn NLTT (điện gió, điện mặt trời) chiếm 9,9% công suất 6,5% điện lượng 2, thực tế cấu nguồn NLTT chiếm đến 12% (11% điện mặt trời) theo dự báo tăng lên 30% năm 2045 Vấn đề thể vai trò nguồn NLTT HTĐ ngày quan trọng chiếm tỷ trọng nguồn cấp điện Việt Nam Do khơng ổn định chế độ vận hành nhà máy điện NLTT mà cụ thể ĐMT ảnh hưởng không nhỏ đến kinh tế - xã hội PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên lý hoạt động nhà máy ĐMT: pin mặt trời (PV) hoạt động trình chuyển hóa lượng ánh sáng mặt trời thành dịng điện chiều (DC) pin từ dòng DC chuyển sang dòng điện xoay chiều (AC) để phát lên lưới điện Công suất nhà máy phụ thuộc vào cường độ xạ ánh sáng mặt trời, diện tích lắp đặt pin quang điện hiệu suất chuyển đổi điện (bao gồm hiệu suất pin hiệu suất chuyển sang dòng điện AC, loại tổn thất) thể công thức sau 3: N Si  i ITi AS (1) t2 ES   N s dt (2) t1 Hình Thống kê sai số công suất phát công suất lắp máy Trong đó: NSi - cơng suất nhà máy ĐMT thời điểm i (MW); µi - hiệu suất chuyển đổi điện nhà máy thời điểm 215 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 i; ITi - cường độ xạ mặt trời thời điểm i (W/m2); AS - diện tích pin nhà máy (m2); Es - điện lượng nhà máy ĐMT ngày (106kWh); t1, t2 - thời điểm bắt đầu kết thúc nắng ngày (giờ) Gọi PSi công suất phát điện lên lưới điện nhà máy ĐMT thời điểm i PSmaxi công suất phát điện lên lưới tối đa mà nhà máy ĐMT phát thời điểm i, PSi < PSmaxi lưới điện bị thiếu hụt điện so với thiết kế cần phải bù công suất điện Phần công suất thiếu hụt hoạt động không ổn định nhà máy ĐMT PS= PSmaxi PSi Khi công suất phát điện thấp công suất phát theo khả thiết kế nhà máy thành phần công suất điện lượng đưa lên lưới điện bị thiếu cần phải bù công suất nhà máy điện khác Các trường hợp cần phải bù công suất ngắn hạn chế độ hoạt động không ổn định nhà máy ĐMT: Chế độ hoạt động nhà máy ĐMT phụ thuộc vào số nắng ngày Tuy nhiên số nắng phụ thuộc vào thời tiết, ngày, tháng, mùa ngắn hạn trời mưa, trời có mây… nhiều yếu tố ngoại cảnh tác động nên khả cung cấp điện lên lưới ĐMT không ổn định gây ảnh hưởng cho hệ thống điện Biểu đồ thay đổi công cường độ mặt trời thể hình sau: Hình biểu đồ minh họa cường đồ xạ mặt trời trạng thái thời tiết ngày: ngày nắng, ngày có mây ngày mưa Hình biểu đồ minh họa cường độ xạ ứng với ngày có thời tiết tốt năm Hình Cường độ xạ mặt trời ngày có thời tiết tốt năm KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Nhà máy ĐMT Phước Hữu, đặt xã Phước Hữu, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận Tọa độ nhà máy (11o31’27’’N; 108o52’7.0E), công suất lắp đặt 65,0 MWp/55,0 MWac Tổng số lượng pin lắp đặt dự án 175680 Loại pin JA Solar, có cơng suất 1PV 370Wp, hiệu suất chuyển đổi điện nhà máy 15,5%, kích thước pin 20041000mm Cường độ xạ tháng năm Ninh Thuận thể biểu đồ sau: Hình Biểu đồ cường độ xạ theo tháng Hình Cường độ xạ mặt trời trạng thái thời tiết khác Hình Biểu đồ công suất phát tháng cao tháng thấp 216 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Căn vào biểu đồ cường độ xạ theo tháng cho thấy tháng có cường độ xạ tốt nhất, tháng 12 có cường độ xạ thấp Chênh lệch công suất tháng cao thấp thể biểu đồ hình Bảng kết tính tốn cơng suất, điện lượng thiếu hụt thể bảng Bảng Tính tốn cơng suất thiếu hụt ảnh hưởng cường độ xạ ứng với trạng thái thời tiết thay đổi ngày Bảng Tính tốn cơng suất điện lượng thiếu hụt ảnh hưởng cường độ xạ Giờ Pmây (MW) Tỷ lệ % Pmưa (MW) Tỷ lệ % 7h45 3.49 51.20 6.2 90.24 8h45 9.63 60.03 14.8 92.01 9h45 18.12 60.47 27.6 92.09 10h45 25.46 61.30 38.3 92.26 11h45 30.42 61.33 45.8 92.27 Giờ P (MW) E (MWh) Tỷ lệ % 7h45 0.16 1.69 2.4 8h45 3.22 4.75 20.1 12h45 32.66 62.21 48.5 92.44 32.93 63.86 47.8 92.77 9h45 6.28 7.83 20.9 13h45 10h45 9.39 10.31 22.6 14h45 29.28 64.87 42.0 92.97 11h45 11.24 12.03 22.7 15h45 24.09 67.71 33.3 93.54 12h45 12.82 13.56 24.4 16h45 16.32 70.69 21.7 94.14 13h45 14.30 13.86 27.7 17h45 8.57 82.63 10.0 96.53 14h45 13.42 13.01 29.7 15h45 12.61 11.08 35.4 16h45 9.55 8.16 41.4 17h45 6.77 3.38 65.3 Sum KẾT LUẬN 99.67 Đối với trường hợp vào ngày có thời tiết xấu trời khơng nắng có nhiều mây ngày trời mưa cường độ xạ giảm tương đối nhiều thể hình Tính tốn cơng suất phát điện chênh lệch công suất, điện lượng ngày có thay đổi trạng thái thời tiết thể bảng Bài báo đưa sở đánh giá chế độ vận hành không ổn định nhà máy điện mặt trời ảnh hưởng yếu tố ngoại cảnh thời tiết, chuyển động mặt trời năm Kết phân tích cho thấy thành phần công suất phát lên lưới điện hệ thống nhà máy ĐMT bị thiếu hụt ảnh hưởng cường độ xạ tháng năm đồng thời giảm sâu ứng với trạng thái thời tiết xấu trời nhiều mây mưa Từ đưa chế bù cơng suất thiếu hụt để đảm bảo cân phụ tải hệ thống điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cục điều tiết điện lực, 2020, Đánh giá tuần từ 29/6 đến 5/7/2020 [2] Quyết định 428/QĐ-TTg thủ tướng, “Điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đên năm 2030” ngày 18 tháng năm 2016 [3] John Twidell, Tony Weir, 1986, renewable energy resources Hình Chênh lệch cơng suất ngày nắng ngày có mây, mưa 217 ... độ vận hành không ổn định nhà máy điện mặt trời ảnh hưởng yếu tố ngoại cảnh thời tiết, chuyển động mặt trời năm Kết phân tích cho thấy thành phần công suất phát lên lưới điện hệ thống nhà máy. .. Phần công suất thiếu hụt hoạt động không ổn định nhà máy ĐMT PS= PSmaxi PSi Khi công suất phát điện thấp công suất phát theo khả thiết kế nhà máy thành phần cơng suất điện lượng đưa lên lưới điện. .. thiếu cần phải bù công suất nhà máy điện khác Các trường hợp cần phải bù công suất ngắn hạn chế độ hoạt động không ổn định nhà máy ĐMT: Chế độ hoạt động nhà máy ĐMT phụ thuộc vào số nắng ngày