Bài tập lớn Hệ thống lưu trữ năng lượng ESS

Bài tập lớn Đề tài: Hệ thống lưu trữ lượng-ESS Nhóm phụ trách: Nhóm Giới thiệu hệ thống lưu trữ lượng Lưu trữ lượng điện đề cập đến trình chuyển đổi lượng điện từ mạng lưới điện thành dạng lượng lưu trữ chuyển đổi trở lại lượng điện cần Lưu trữ lượng điện ứng dụng nhiều lĩnh vực phát điện, mạng lưới phân phối truyền tải, nguồn lượng phân tán, lượng tái tạo Lịch sử lưu trữ lượng điện Các hệ thống lưu trữ Các acquy axit chì Đầu kỷ 20 Dùng để cấp điện cho tải mạng chiều Thủy điện tích lượng khác 1929-2005 2005 - Hệ thông lưu trữ lượng đầu tên đưa vào sử dụng(PHS) Đến năm 2005 có 200 hệ thống PHS sử dụng có tổng công suất phát điện lên tới 100 GW Đầu tư vào PHS giảm xuống vấn đề mơi trường Thay vào xuất nhiều kiểu hệ thống lưu trữ khác như: khí nén, pin, pin nhiên liệu, banh đà, hệ thống lưu trữ lượng nhiệt Tính cấp bách hệ thống lưu trữ lượng (ESS) • ESS nhu cầu cấp thiết sản xuất điện thơng thường, đóng vai trị quan trọng thiết kế nhà máy phát điện • ESS coi công nghệ cấp thiết hệ thống sử dụng nguồn lượng phân tán(DER), đảm bảo cung cấp nguồn điện liên tục hệ thống • ESS hệ thống cần thiết để bù đắp tính gián đoạn khơng kiểm sốt hệ thống phát điện dựa lượng tái tạo Một số hệ thống lưu trữ lượng Một số hệ thống lưu trữ lượng Thủy điện tích (PHS) Cấu tạo - Thủy điện tích năng(PHS) hệ thống lưu trữ lượng quy mô lớn thực rộng rãi - Một hệ thống thường bao gồm: (1)Hai bể chứa nằm độ cao khác (2)Một phận để bơm nước lên độ cao (để lưu trữ điện dạng thấp điểm) (3)Một tua bin để tạo điện với nước quay trở lại độ cao thấp (chuyển đổi thành điện cao điểm) Một số hệ thống lưu trữ lượng Thủy điện tích (PHS) Ưu, nhược điểm Ưu điểm • Lượng lưu trữ lớn, thời gian lưu trữ dài • Lấy lại 71-85% lượng điện sử dụng để bơm nước lên hồ chứa cao • Vốn chi phí đơn vị lượng tương đối thấp Nhược điểm • Điều kiện địa lý để thiết kế hai hồ chứa lớn đập • Thời gian xây dựng dài ~ 10 năm • Chi phí cao: hàng trăm đến hàng nghìn triệu la, cho vấn đề xây dựng môi trường Một số hệ thống lưu trữ lượng Thủy điện tích Nhà máy thủy điện tích Bác Ái, Ninh Thuận Một số hệ thống lưu trữ lượng Lưu trữ lượng khí nén (CAES) Hệ thống A-CAES công ty Hydrostor Goderich, Ontario Một số hệ thống lưu trữ lượng Lưu trữ lượng khí nén (CAES) Cấu tạo chế hoạt động • • • • • Hệ thống A-CAES công ty Hydrostor Goderich, Ontario Động cơ/Máy phát điện Một máy nén khí với làm mát làm mát sau Một dãy tuabin (bao gồm tuabin cao áp thấp áp) Khoang chứa để lưu trữ khí nén Thiết bị điều khiển phụ trợ: phận lưu trữ nhiên liệu trao đổi nhiệt Một số hệ thống lưu trữ lượng Pin • Khái quát pin: Pin hình thức lưu trữ điện lâu đời nhất, lưu trữ điện dạng lượng hóa học Pin bao gồm nhiều tế bào điện hóa tế bào bao gồm chất điện phân lỏng, sệt rắn với điện cực dương (cực dương) điện cực âm (cực âm) Trong q trình tích điện, phản ứng điện hóa xảy hai cực tạo dịng electron chạy qua mạch ngồi Các phản ứng đảo ngược, cho phép sạc lại pin cách đặt điện áp bên qua điện cực • Ưu điểm pin: • Nhược điểm pin: • Cung cấp tinh đa dạng nhiên • Mật độ lượng thấp liệu • Khả lưu trữ điện nhỏ, chi • Phản hồi nhanh với phí bảo trì cao, vịng đời ngắn thay đổi tải • Khả xả điện hạn chể • Pin có tổn thất chế độ chờ • Hầu hết loại pin chứa thấp có hiệu suất vật liệu độc hại lượng cao (60-95%) Một số hệ thống lưu trữ lượng Pin Pin axit chì (acquy axit chì) Giới thiệu, cấu tạo Pin axit chì, phát minh vào năm 1859, thiết bị điện hóa sạc lại lâu đời sử dụng rộng rãi Một pin axit chì bao gồm (ở trạng thái tích điện) điện cực kim loại chì(Pb) ơxit chì(PbO2 ) chất điện phân axit sunfuric có nồng độ khoảng 37% Ác quy axit-chì Một số hệ thống lưu trữ lượng Pin Pin axit chì (acquy axit chì) Quá trình xả Anot: Catốt: Pb + SO42- ↔ PbSO4 + 2ePbO2 + SO42- + 4H+ +2e-↔ PbSO4 + 2H2O Quá trình nạp Một số hệ thống lưu trữ lượng Pin Pin axit chì (acquy axit chì) Phân loại: acquy cần bảo dưỡng yêu cầu châm nước thường xuyên, ắc quy không cần bảo dưỡng không cần châm thêm nước, sử dụng khởi động ắc quy có van điều chế Ưu nhược điểm pin axit chì: Ưu điểm • Có chi phí đơn vị lượng thấp • Độ tin cậy hiệu cao (70-90%) • Là lựa chọn phổ biến cho số ứng dụng chất lượng điện, UPS Nhược điểm • Vịng đời ngắn (500-1000 chu kỳ sạc) • Mật độ lượng thấp (30-50 Wh/kg) Một số hệ thống lưu trữ lượng Pin Pin Lithium-ion Cấu tạo q trình nạp xả pin Li-ion • Cực âm: oxit kim loại Liti như: LiCoO2, LiMO2, LiNiO2, … • Cực dương: làm than chì có cấu trúc phân lớp • Chất điện phân: tạo thành từ muối Liti (ví dụ LiPF6) hòa tan muối hữu Một số hệ thống lưu trữ lượng Pin Pin Lithium-ion Ưu nhược điểm pin Li-ion: Ưu điểm Nhược điểm • Mật độ lượng cao (có thể • Việc sản xuất pin li-ion với quy đạt tới 1800Wh/kg) mô lớn có chi phí cao (do • Tuổi thọ chu kỳ cao mạch bảo tải bên trong) → giá thành cao • Hiệu suất pin Li-ion gần 100% Một số hệ thống lưu trữ lượng Hệ thống lưu trữ lượng bánh đà (Flywheel energy storage system) Một hệ thống bánh đà lưu trữ lượng Paris, Pháp Một số hệ thống lưu trữ lượng Hệ thống lưu trữ lượng bánh đà (FESS) ➢ Cấu tạo Động / máy phát, bánh đà, giá đỡ từ , hệ thống ngăn chứa, hệ thống đk chuyển đổi cơng suất ➢ Ngun lí hoạt động • Ở chế độ nạp nguồn điện xoay chiều qua lọc tới biến đổi AC/DC chuyển thành dòng điện chiều dẫn vào động điện Động điện quay kéo theo bánh đà quay tích trữ lượng dạng động Ở chế độ xả nguồn điện bị ngắt, bánh đà quay kéo theo rotor máy phát quay , dòng điện tạo qua biến đổi DC/AC chuyển thành dòng xoay chiều Dòng điện xoay chiều qua lọc cấp ngược lại lên lưới điện Tốc độ quay bánh đà cảm biến ghi lại truyền lên điểu khiển chuyển đổi lượng để điểu chỉnh tỉ lệ thông số biến đổi AC/DC, DC/AC cho phù hợp Hệ thống bánh đà Một số hệ thống lưu trữ lượng Hệ thống tích trữ lượng sử dụng bánh đà (FESS) ➢ Ưu nhược điểm FESS: Ưu điểm • Tuổi thọ cao, có khả hoạt động hàng trăm nghìn chu kỳ sạc-xả đầy • Hiệu suất cao (90-95%) Nhược điểm • Thời gian cung cấp lượng hệ thống ngắn • Hệ thống ln phải chịu tác động học lớn giới hạn công suất phát Một số hệ thống lưu trữ lượng Hệ thống lưu trữ lượng bánh đà ➢Ứng dụng • Chủ yếu sử dụng ứng dụng cần công suất cao/thời gian ngắn • Cung cấp khả vượt qua gián đoạn điện thời gian ngắn để làm cầu nối chuyển dịch từ nguồn điện sang nguồn điện khác • Hỗ trợ cơng suất phản kháng, dự trữ quay điều chỉnh điện áp cho tải nhạy cảm với chất lượng điện sở truyền thông trung tâm máy chủ máy tính Một số hệ thống lưu trữ lượng Tụ điện Một số hệ thống lưu trữ lượng Tụ điện ➢ Cấu tạo Gồm tụ đặt cách điện với lớp điện mơi(khơng khí, thủy tinh,…) ➢ Ngun lí hoạt động • Khi tụ kết nối với nguồn điện, electron tích tụ bên tụ, lại giải phóng eletron, tụ mang điện áp trái dấu tạo chênh lệch điện áp từ lưu trữ lượng dạng lượng điện trường Một số hệ thống lưu trữ lượng Tụ điện ➢ Ưu nhược điểm Ưu điểm • Được sạc nhanh đáng kể, tuổi thọ, hiệu suất cao so với pin thông thường Nhược điểm • Mật độ lượng thấp • Việc sử dụng tụ điện lớn không kinh tế thường cồng kềnh Các vấn đề tụ điện, thời lượng xả ngắn tiêu hao lượng cao tổn thất tự phóng điện Do đó, tương tự bánh đà, tụ điện chủ yếu sử dụng ứng dụng chất lượng điện bắc cầu, để thu hồi lượng hệ thống vận chuyển khối lượng lớn Một số hệ thống lưu trữ lượng So sánh công nghệ lưu trữ lượng Một số hệ thống lưu trữ lượng Kết Luận • Bằng cách sử dụng ESS, thách thức mà ngành điện phải đối mặt giảm thiểu đáng kể Các cơng nghệ ESS cung cấp ba chức quản lý lượng, cầu nối chuyển từ nguồn điện sang nguồn điện khác chất lượng điện, độ tin cậy • Mặc dù có nhiều hệ thống ESS khác nhau, khơng có hệ thống lưu trữ đáp ứng tất yêu cầu cho ESS lý tưởng - có tuổi thọ cao, chi phí thấp, mật độ lượng cao hiệu cao thân thiện với mơi trường • Hiệu suất chu kỳ bánh đà, tụ điện / siêu tụ điện, pin, PHS, CAES cao với hiệu suất chu kỳ 60% TES CES có hiệu suất thấp chủ yếu tổn thất lớn trình chuyển đổi từ dòng xoay chiều sang dạng lượng lưu trữ • PHS, CAES, pin coi có số tác động tiêu cực đến môi trường nhiều nguyên nhân sau: sử dụng nguyên liệu hóa thạch, từ trường mạnh, ảnh hưởng mĩ ... Một số hệ thống lưu trữ lượng Hệ thống lưu trữ lượng bánh đà (Flywheel energy storage system) Một hệ thống bánh đà lưu trữ lượng Paris, Pháp Một số hệ thống lưu trữ lượng Hệ thống lưu trữ lượng. .. dựa lượng tái tạo Một số hệ thống lưu trữ lượng Một số hệ thống lưu trữ lượng Thủy điện tích (PHS) Cấu tạo - Thủy điện tích năng( PHS) hệ thống lưu trữ lượng quy mô lớn thực rộng rãi - Một hệ thống. .. dụng ứng dụng chất lượng điện bắc cầu, để thu hồi lượng hệ thống vận chuyển khối lượng lớn Một số hệ thống lưu trữ lượng So sánh công nghệ lưu trữ lượng Một số hệ thống lưu trữ lượng Kết Luận •