Quản lý phân phối và phân tích đánh giá năng lượng điện gió nối lưới điện

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SỸ Quản lý phân phối phân tích đánh giá lượng điện gió nối lưới điện NGUYỄN THỊ TỐ TRINH Trinhnguyen1387@gmail.com Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Tuyên Khoa: Điện Ngành: Quản lý công nghiệp Hà Nội, 2023 Chữ ký GVHD ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Cơ sở: Dựa kiến thức hệ thống điện lưới ngành công nghiệp lượng tái tạo Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu phát triển phương pháp quản lý phân phối phân tích đánh giá lượng điện gió để nâng cao hiệu suất hoạt động hệ thống điện gió nối lưới điện Đồng thời, luận văn đưa giải pháp để giảm thiểu rủi ro cải thiện quản lý tài nguyên sản xuất lượng điện gió Mục đích: Luận văn cung cấp cho người đọc kiến thức quản lý phân phối phân tích đánh giá lượng điện gió ngành cơng nghiệp lượng tái tạo Luận văn nhằm tìm giải pháp để nâng cao hiệu suất hoạt động hệ thống điện gió, giảm thiểu rủi ro cải thiện quản lý tài nguyên Yêu cầu: Thực nghiên cứu phân tích hiệu suất hoạt động hệ thống điện gió nối lưới điện sử dụng phương pháp phân tích định lượng định tính Luận văn cần tìm hiểu phương pháp đánh giá lượng điện gió mơ hình dự báo phân tích thống kê để ước tính sản lượng điện gió đánh giá hiệu suất hệ thống Đồng thời, luận văn cần đưa giải pháp quản lý phân phối quản lý lượng hiệu cho hệ thống điện gió nối lưới điện Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên i Lời cảm ơn Lời đầu tiên, xin trân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện - Trường Điện- Điện tử - Đại học Bách Khoa Hà Nội, tập thể lớp Cao học ETM tạo điều kiện, đồng hành giúp đỡ tơi hồn thành luận văn cao học Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn với thầy Khoa Điện bảo cho nhiều kiến thức chuyên môn hệ thống điện để tơi có góc nhìn rõ nguồn lượng Từ định hướng đề tài luận văn nguồn lượng gió ngồi khơi, nguồn lượng bền vững tương lai Cuối Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TS Nguyễn Đức Tuyên giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình, giúp tơi định hướng đề tài, cung cấp tài liệu, giảng giải chi tiết để hồn thành luận văn cách tốt Mặc dù nỗ lực hết mình, khả năng, kiến thức có hạn nên khơng thể tránh sai sót lúc thực luận văn Kính mong q thầy giúp đỡ dẫn thêm để tơi phát triển luận văn này, đưa vào áp dụng để mang lại nhiều đóng góp thực tế ii Tóm tắt nội dung luận văn Định hướng: Trong bối cảnh xu ngày thiếu hụt nguồn cung cầu lượng nội địa diễn biến khó lường tác động môi trường nguồn nhiệt điện than, nguồn thủy điện lớn khai thác hết thập kỷ này, việc thúc đẩy phát triển dự án lượng tái tạo nói chung điện gió nói riêng xu hướng tương lai Mục tiêu: Quản lý phân phối phân tích đánh giá lượng điện gió ngồi khơi nối lưới điện thông qua thiết kế thử nghiệm nhà máy điện gió ngồi khơi La gàn – Bình Thuận Dự án Nhà máy điện gió ngồi khơi phù hợp với chiến lược phát triển Năng lượng tái tạo quốc gia, Chiến lược quốc gia tăng trưởng xanh phù hợp với Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia đến năm 2030 Phương pháp: Quản lý phân phối phân tích điện gió nối lưới qua việc thiết lập phương án xây dựng nhà máy điện gió ngồi khơi La gàn – Bình Thuận với cơng suất 100MV, tổng 12 trụ gió ngồi khơi, trụ gió cáo 138m, với tốc độ gió 9m/s, cơng suất thu 12MV, đảm bảo cung cấp 525.600 MWh/năm Hạn chế: Chưa thể đưa xác thời gian thu hồi vốn Căn tính tốn lãi vay chi phí dựa giả thiết nên có tỷ lệ sai số cao Kết luận: Luận văn áp dụng cho dự án điện gió ngồi khơi khu vực biển miền trung, với tiềm điện gió dồi Luận văn chứng minh tính khả thi nhà máy điện gió ngồi khơi, đảm bảo nguồn nămg lượng tương lai HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Nguyễn Thị Tố Trinh iii MỤC LỤC ĐỀ TÀI LUẬN VĂN i Lời cảm ơn ii Tóm tắt nội dung luận văn iii CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Lý lựa chọn đồ án 1.2 Mục đích 1.3 Đối tượng 1.4 Phạm vi 1.5 Kết luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN GIÓ TẠI VIỆT NAM 2.1 Khái niệm chung lượng gió 2.1.1 Các đặc trưng gió 2.1.2 Một số loại gió 2.1.3 Tiềm năng lượng gió ngồi khơi Việt Nam 2.1.4 Hệ thống đo gió, xác định hướng gió 2.1.5 Lựa chọn vị trí phát triển dự án điện gió 16 CHƯƠNG MƠ HÌNH TÀI CHÍNH ĐỂ PHÁT TRIỂN DỰ ÁN ĐIỆN GIÓ 19 3.1 Mơ hình tài cho dự án điện gió 19 3.1.1 Các phương pháp tài để đánh giá hiệu dự án 19 3.1.2 Phương pháp đa tiêu chí để đánh giá dự án 22 CHƯƠNG XÂY DỰNG NHÀ MÁY ĐIỆN GIĨ NGỒI KHƠI 100MW LA GÀN – BÌNH THUẬN 25 4.1 Vị trí xây dựng nhà máy điện gió ngồi khơi La Gàn – Bình Thuận 25 4.1.1 Thơng tin liệu địa hình 25 4.1.2 Thơng tin liệu gió 27 4.2 Tổng quan nhà máy điện gió ngồi khơi 27 4.2.1 Các giả thiết thông tin đầu vào 27 4.2.2 Tổng quan vị trí dự án 28 4.2.2.2 Lựa chọn công nghệ cấu hình nhà máy điện gió 35 4.2.2.2.1 Lựa chọn cơng nghệ cấu hình 35 4.2.2.2.2 Lựa chọn loại tuabin 37 4.2.2.3 Trạm biến áp khơi (offshore substation) 40 4.3 Tài dự án 66 4.3.1 Tính Tốn Tài Chính 66 4.3.1.2.2 Phương án huy động vốn 70 4.3.1.2.2.1 Vốn chủ sở hữu 70 4.3.1.2.3 Các liệu giả thiết ban đầu 72 CHƯƠNG KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN NGOÀI KHƠI VÀ LƯỚI ĐIỆN 79 5.1 Tổng quan nguồn điện gió 79 5.2 Các yếu cầu kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện 80 5.3 Các tiêu đánh giá chất lượng điện 83 iv 5.4 Dòng điện chiều 84 5.5 Bảo vệ 84 5.6 Tự động đóng lại 84 5.7 Hòa đồng 85 5.8 Nhận xét 85 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Thống kê dự án điện gió lắp đặt tính đến năm 2021 Bảng 2-2 Bộ thiết bị quan trắc số liệu gió hãng NRG 13 Bảng 4-1 Dự kiến tọa độ ranh giới khu vực khảo sát dự án 29 Bảng 4-2 Tiềm năng lượng gió lý thuyết Bình Thuận 33 Bảng 4-3 Các khu vực có tiềm phát triển điện gió địa bàn tỉnh Bình Thuận 33 Bảng 4-4 Danh mục phát triển dự án điện gió giai đoạn đến năm 2020 34 Bảng 4-5 Hạng mục dự kiến cần chế tạo dự án 46 Bảng 4-6 Tổng quan dự kiến trang trại gió – Sơ 47 Bảng 4-7 Danh mục quy chuẩn Việt Nam cơng trình xây dựng, - điện, phịng cháy chữa cháy & an toàn lao động [11] 53 Bảng 4-8 Các khoản chi phí dự án điện gió 67 Bảng 4-11 Kết phân tích kinh tế 74 Bảng 4-12 LCOE bình qn tồn cầu điện gió ngồi khơi (USD/KWh) 75 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2-1 Hình minh hoạ luồng gió trước sau tuabin Hình 2-2 Bản vẽ minh họa cột đo gió 12 Hình 2-3 Đo gió ngồi khơi 12 Hình 2-4 Hướng gió thịnh hành theo biểu đồ hoa gió độ cao khác 14 Hình 2-5 Biểu đồ biến thiên gió theo độ cao 15 Hình 2-6 Bản đồ gió theo khu vực Việt Nam [5] 16 Hình 2-7 Bản đồ gió ngồi khơi Việt Nam 17 Hình 3-1 Phương pháp phân tích đa thứ bậc 23 Hình 4-1 Vùng biển ngồi khơi Bình Thuận 26 Hình 4-2 Khu vực vùng biển dự án 26 Hình 4-3 Vị trí dự kiến dự án Nhà máy điện gió ngồi khơi La Gàn 30 Hình 4-4 Bản đồ tiềm gió tỉnh Bình Thuận (ở độ cao 65m) 32 Hình 4-5 Minh họa sơ đồ kết nối nhà máy điện gió điển hình 36 Hình 4-6 Minh họa phận tubin gió trục ngang 38 Hình 4-7 Xu hướng phát triển cơng nghệ tuabin gió 40 Hình 4-8 Minh họa móng monopiles/monopile kéo dài cho TBA 41 Hình 4-9 Minh họa móng dạng Jacket cho TBA ngồi khơi 42 Hình 4-10 Một số hình ảnh thực tế TBA ngồi khơi 42 Hình 4-11 TBA khơi 43 Hình 4-12 TBA ngồi khơi CIP Đức 43 Hình 4-13 Minh họa cáp truyền tải khơi 44 Hình 4-14 Ví dụ minh họa móng cột đơn mảnh chuyển tiếp 49 Hình 4-15 Minh họa thành phần tubin gió 50 Hình 4-16 Minh họa giao cắt cáp điện ngồi trời 52 Hình 4-17 Hình ảnh minh họa số loại móng tuabin gió ngồi khơi điển hình 57 Hình 4-18 Hình ảnh minh họa móng Monopiles 58 Hình 4-19 Hình ảnh minh họa móng Monopiles đoạn ghép nối 59 Hình 4-20 Hình ảnh minh họa Kết cấu móng trọng lực 62 Hình 4-21 Minh họa lắp đặt cáp 64 Hình 4-22 Lộ trình phát triển điển hình dự án 67 Hình 4-23 Chi phí dự án điện gió theo phương pháp LCOE 68 Hình 4-24 Sơ đồ minh họa thành phần vốn dự án 71 Hình 4-25 Thống kê lượng lao động nghành lượng phát triển từ năm 2017-2050 (Nguồn tạp chí Tài ngun mơi trường) 76 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ BCT Bộ Công Thương TBA Trạm Biến Áp CMS Conditinonal Monitoring Cơ sở O&M Cơ sở vận hành bảo dưỡng LCOE The Levelized cost of energy EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam vii CH 1: CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Lý lựa chọn đồ án Nguồn lượng tái tạo lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng địa nhiệt ngày trở thành nguồn lượng đầu tư sử dụng nhiều giới Trong lĩnh vực công nghiệp lớn như: nhiên liệu động cơ, làm mát, phát điện hệ thống điện độc lập nông thôn, nguồn lượng tái tạo thay nguồn nguyên liệu truyền thống để giúp tiết kiệm sử dụng lượng hóa thạch bảo vệ mơi trường Chính thế, lượng gió nguồn lượng tái tạo phát triển nhanh giới Điện gió trở thành lĩnh vực đầy triển vọng với đóng góp lớn việc giảm thiểu khí thải giải vấn đề lượng toàn cầu Việt Nam dẫn đầu trình chuyển đổi lượng Đông Nam Á với 20 GW lượng tái tạo lắp đặt từ 2019 đến 2021, có gần GW điện gió 16 GW điện mặt trời [1] Hình 1-1 Biểu đồ dự báo cơng suất điện gió lắp đặt Việt Nam theo Dự thảo Quy hoạch điện VIII Chính phủ Việt Nam ưu tiên khai thác, sử dụng triệt để hiệu nguồn lượng tái tạo, lượng mới, lượng Tầm nhìn đến năm 2045 đặt mục tiêu cụ thể tỷ lệ nguồn lượng tái tạo tổng cung lượng sơ cấp đạt khoảng 15 - 20% vào năm 2030; 25 - 30% vào năm 2045 Riêng điện gió, ưu tiên phát triển phù hợp với khả bảo đảm an toàn hệ thống với giá thành điện hợp lý; xây dựng sách hỗ trợ chế đột phá cho phát triển điện gió ngồi khơi gắn với triển khai thực Chiến lược biển Việt Nam Dự thảo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021 – 2030 [1], tầm nhìn đến năm 2045 (Dự thảo quy hoạch điện VIII năm 2021) ủng hộ việc ưu tiên phát triển nguồn điện sử dụng lượng tái tạo, chủ yếu điện gió đất liền, điện gió biển, điện mặt trời, Hình 4-23 Chi phí dự án điện gió theo phương pháp LCOE Life time of project: Thời gian hoàn tiền dự án Cost of capital: Tổng chi phí dự án Capital costs per year: dòng tiền theo năm11Q AZ Price of tubines: Giá thành tubines Total cost per year: Tổng chi phí theo năm Wind tubines and installation: Chi phí trụ gió lắp đặt Operatino and maintenance cost per year: Cost of energy per Kwh: chi phí lượng Kwh Rotor diameter, hud heigh anh other physical characteristics: Đường kính rơto, chiều cao thân máy đặc tính vật lý khác 10 Annual energy production: sản lượng gió hàng năm 11 Mean wind speed + site characteristics: tốc độ trung bình gió đặc điểm gió 4.3.1.1.2 Điều kiện vận hành thu nhập  Hệ số lắp đặt (dựa vào hàm phân bố Weibull sản lượng điện năm)  Số hoạt động năm  Số kWh sản xuất vòng năm vận hành  Tổng thu nhập 4.3.1.1.3 Chi phí bồi thường giải phóng mặt 68 Bao gồm chi phí bồi thường nhà cửa, vật kiến trúc, trồng đất chi phí bồi thường khác; khoản hỗ trợ khác nhà nước thu hồi đất; chi phí thực tái định cư có liên quan đến đền bù giải phóng mặt dự án; chi phí tổ chức bồi thường, hỗ trợ tái định cư; chi phí sử dụng đất thời gian xây dựng; chi phí chi trả cho phần hạ tầng kỹ thuật đầu tư 4.3.1.1.4 Chi phí quản lý dự án Bao gồm chi phí để tổ chức thực công việc quản lý dự án từ giai đoạn chuẩn bị dự án, thực dự án đến hoàn thành nghiệm thu bàn giao đưa cơng trình vào khai thác sử dụng 4.3.1.1.5 Chi phí tư vấn đầu tư xây dựng Bao gồm chi phí cho cơng việc khảo sát, lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi nghiên cứu khả thi, chi phí thiết kế, thẩm tra thiết kế, lập hồ sơ mời thầu, giám sát khảo sát, giám sát thi công xây dựng lắp đặt thiết bị, 4.3.1.1.6 Chi phí hoạt động Chi phí hoạt động dự án bao gồm chi phí bảo hiểm, bảo trì, sửa chữa thay phụ tùng, quản lý điện Theo tính tốn GIZ dự án điện gió hoạt động, chi phí vận hành hàng năm trung bình 35.000 USD/MW Theo báo cáo tiền FS dự án điện gió La Gàn Chi phí O&M 60 USD/KWh điện Về cấu chi phí hoạt động, tỷ trọng chi phí thay đổi theo thời gian vận hành Tuy nhiên, dự án điện gió Việt Nam hoạt động thời gian ngắn nên chưa có số liệu lịch sử để tính tốn chi tiết tỷ trọng chi phí suốt vịng đời dự án 4.3.1.1.7 Những điều kiện kinh tế  Phần trăm vốn cổ phần gồm cổ đông lớn (các nhà sáng lập công ty) cổ đông nhỏ (những cá nhân)  Số tiền góp vốn cổ đơng  Thời hạn toán  Lãi suất vay vốn ngân hàng  Số tiền phải trả năm 4.3.1.1.8 Xác định dòng tiền dự án (Cash – Flow) Dòng tiền dự án khoản tiền xuất thời điểm khác trình đầu tư cho dự án 4.3.1.1.9 Xác định IRR NPV, IRR suất thu hồi nội dự án 69 Suất thu hồi nội dự án suất thu hồi từ dự án tạo được, IRR cho ta biết tỷ lệ sinh lãi hay lỗ dự án NPV tổng tất dòng tiền tương lai chiết khấu trừ giá trị đầu tư ban đầu Nếu NPV > đầu tư làm tăng giá trị cho dự án (Có thể chấp nhận dự án) Nếu NPV < đầu tư làm giảm giá trị dự án (Không nên chấp nhận dự án) Nếu NPV = khơng làm thay đổi giá trị dự án (Khi nên định chấp nhận dự án dựa tiêu chí khác) 4.3.1.2 Tính tốn cụ thể 4.3.1.2.1 Xác định vốn đầu tư dự án Tổng công suất lắp đặt trang gió là: 100MW Tốc độ gió trung bình năm khảo sát khu vực là: 9.5 m/s Hệ số Weibull k = (Gần bờ biển) Chiều cao tuabin: 138m tính từ mặt nước biển Năm bắt đầu xây dựng 2023, dự án chia thành giai đoạn, hoàn thành dự án vào năm 2033 Tổng vốn đầu tư Tỷ lệ Tổng tiền (USD) Chi phí mua tubin gió 86% 283.800.000 Chi phí thi cơng móng 4% 13.200.000 Chi phí kết lưới xây dựng trạm biến áp 4.4% 14.520.000 Chí phí xây dựng đường xá 0.9% 2.970.000 Chi phí cho lập kế hoạch giám sát thi công 3% 9.900.000 Chi phí th cơng ty xây dựng, cố vấn pháp lý 1% 3.300.000 Chi phí tác động mơi trường 0.7% 330.000 Tổng vốn đầu tư 100% 330.000.000 Giá trị 1MW 3.300.000 USD/MW 4.3.1.2.2 Phương án huy động vốn 4.3.1.2.2.1 Vốn chủ sở hữu Huy động vốn chủ sở hữu việc phát hành cổ phiếu loại hình chứng khốn khác có kèm theo quyền sởhữu dự án Nhà đầu tư chọn Cổ phiếu phổ thơng (cổ phiếu 70 thường), Cổ phiếu ưu đãi (cam kết khoản lợi tức cố định cho nhà đầu tư), Cổ phiếu ưu đãi chuyển đổi (cổ phiếu ưu đãi chuyển đổi sang cổ phiếu phổ thơng) Giấy nợ chuyển đổi (khoản vay chuyển đổi sang cổ phiếu phổ thông) hình thức tương tự khác  Huy động cổ phiếu phổ thông: 20%  Huy động cổ phiếu ưu đãi: 10% 4.3.1.2.2.2 Tài Chính Doanh Nghiệp Những cơng ty lớn Tập đồn Điện lực cấp vốn cho dự án điện gió “trên bảng cân đối kế toán”qua việc cung cấp vốn chủ sở hữu chấp nhận khoản nợ phần thuộc hoạt động tài doanh nghiệp quy mơ rộng Các tập đồn thường có nguồn vốn nội thực lấy tiền từ thị trường tài thông qua phát hành trái phiếu công cụ ngân hàng dùng chung cho công ty, ăn theo vào tình hình kinh doanh phận kinh doanh khác Sử dụng vốn vay tài Tập Đoàn Điện lực Việt nam: 30% 4.3.1.2.2.3 Vốn ban đầu tự có Doanh nghiệp Loại hình tài cần thiết doanh nghiệp thành lập khoảng thời gian trước nhà đầu tư xây dựng chiến lược kinh doanh chi tiết kêu gọi góp vốn từ nguồn tài bên ngồi Nguồn vốn cần thiết để thực nghiên cứu ban đầu, phân tích kỹ thuật tiềm kinh tế dự án trước chuyển sang giai đoạn phát triển dự án Doanh nghiệp đầu tư 30% vốn tự có cho dự án điện gió Nguồn vốn Vốn chủ sỡ hữu (CP, Trái phiếu) Tài doanh nghiệp 10% 30% Vốn tự có 30% 30% Vốn vay ngân hàng Hình 4-24 Sơ đồ minh họa thành phần vốn dự án 71 4.3.1.2.2.4 Huy động vốn khởi động dự án  Dự toán yêu cầu vốn  Tổng dự án điện ngồi khơi: 50.000 - 85.000 la mỹ/ MW  Kêu gọi nhà đầu tư cho dự án từ 2-3 tuần, đàm phán điều khoản đảm bảo nguồn vốn Nộp hồ sơ kêu gọi đầu tư từ 4-6 tháng 4.3.1.2.2.5 Phân kỳ dự án a Dự kiến phân kỳ đầu tư Dự kiến phân kỳ đầu tư nhà máy điện gió ngồi khơi ước tính chia làm giai đoạn: STT Giai Đoạn Năm vận hành Giai đoạn Năm 2026 10MW 52.560 MWh Giai đoạn Năm 2028 20MW 105.120 MWh Giai đoạn Năm 2030 20MW 105.120 MWh Giai đoạn Năm 2031 25MW 131.400 MWh Giai đoạn Năm 2033 25MW 131.400 MWh 100 MW 525.600 MWh Tổng 4.3.1.2.3 Công suất (MW) Sản lượng dự kiến năm (MWh) Các liệu giả thiết ban đầu Ước tính chi phí xây dựng nhà máy điện gió ngồi khơi với quy mơ 100 MW, tốc độ gió trung bình 9.5 m/s, chiều cao tubin 138m tính từ mặt nước biển  Tổng vốn đầu tư 330,000,000 USD  Chi phí mua turbine gió 86% 283,800,000 USD  Chi phí thi cơng móng 4% 13,200,000 USD  Chi phí kết lưới xây dựng trạm biến áp 4.4% 14,520,000 USD  Chi phí xây dựng đường xá 0.9% 2,970,000 USD  Chi phí cho lập kết hoạch giám sát thi công 3% 9,900,000 USD Chi phí th cơng ty xây dựng Cố vấn pháp lý 1% 3,300,000 USD Chi phí tác động mơi trường 0.7% 2,310,000 USD 72  Tổng vốn đầu tư 100% 330,000,000 USD  Giá trị 1MW 3,300,000 USD/MW  30% vốn có sẵn chủ đầu tư: 99,000,000 USD  70% vốn vay : 231,000,000 USD  Chỉ số NPV tính theo cơng thức: 61,492,919 USD  Ước lượng chi phí sử dụng vốn dự án 7% (dựa vào lãi suất dự kiến cổ tức chi trả cho cổ đông, lãi suất ưu đãi vay dự án để huy động vốn)  Chỉ số IRR toàn 10 năm dự án: 9.08% Ước lượng dự án hoàn vốn năm thứ năm thứ 10 bắt đầu sinh lời Kết tính tốn: Thời gian vận dụng turbine gió năm: 0.3 * 8760 = 2628 (h) Sản lượng điện sản xuất hàng năm: A = 2628 x 200 = 525.600 MWh Số tiền điện thu năm = 525.600 x 1000 x 0.094 (USD) = 49.406.400 (USD) Chi phí vận hành thu nhập năm: 4%/ năm ( Bao gồm tiền lương cho nhân viên tiền bảo hành tubin năm) Trong 02 năm đầu chi phí bảo hành tubin nhà sản xuất chi trả Xác định dòng tiền dự án ( Cash – Flow ), NPR, IRR thời gian hoàn vồn Sản lượng năm vận hành: 525.600 MWh năm sản lượng giảm 0.7% tuổi thọ thiết bị hao hụt lượng hệ thống Ước tính tổn thất đường dây: 0.5% (Do hao hụt đường dây truyền tải) Với 30% vốn tài Tập đồn Điện Lực, lãi vay ưu đãi 5%/năm nên năm chi trả cho Tập đồn Với 30% vốn tài Tập đoàn Điện Lực, lãi vay ưu đãi 5%/năm nên năm tri trả cho Tập đoàn bao gồm:  Tiền gốc trả năm: (330.000.000 x 30%)/15 = 6.600.000  Tiền lãi trả năm: (330.000.000 x 30%)/15 + 330.000.000 *5% Với n = số năm vay -1  Với 40% vốn vay ngân hàng:  Tiền gốc trả năm: (330.000.000 x 10%)/15 = 8.800.000  Tiền lãi trả năm: (132.000.000 – n x 8.800.000) x 7% Với n = số năm vay -1 73  Tổng tiền gốc phải trả hàng năm: (6.600.000 + 8.800.000) = 15.400.000 Tổng tiền lãi phải trả năm: Doanh thu năm = Tổng tiền điện – chi phí vận hành, bảo trì – Tiền gốc trả năm – Tiền lãi trả năm (4-1) Chỉ số NPV: ‫ܸܨ‬ NPV = σ݊ (4-2) - PV ‫ݐ‬ൌͳሺͳ൅݅ሻ݊ Chỉ số IRR: ܸܰܲͳ  IRR = ݅ ൅ሺ݅ െ ݅ ሻ ͳ ʹ (4-3) ͳ ܸܰܲͳ൅ȁܸܰܲʹȁ Với ݅ͳ ‫ ʹ݅ݒ‬được chọn cho với ݅ͳthì NPV > ݅ʹ –Š¿ܸܰܲ൏Ͳ Kết phân tích kinh tế dự tính: Các tiêu kinh tế dự án tính sở giá bán điện đề xuất theo giá bán điện Thủ tướng phê duyệt, tốc độ gió, sản lượng điện thương phẩm điều kiện tự nhiên thuận lợi Bảng sau đưa tiêu kinh tế dự án Bảng 4-9 Kết phân tích kinh tế Các tiêu kinh tế Đơn vị Giá điện cent/kWh 9,8 Hệ số chiết khấu kinh tế % 10% Hệ số hoàn vốn nội kinh tế (IRR) % 9,08% Giá trị hố rịng (NPV) Triệu VND 61.494.919 Thời gian hồn vốn có chiết khấu năm năm STT Giá trị Với giả định nêu trên, giá bán điện đề xuất áp dụng theo chế giá điện gió ngồi khơi hành 9,8 Uscent/kWh cho thấy Dự án nhà máy điện gió ngồi khơi La Gàn – Bình Thuận có tính khả thi kinh tế tài Sau khảo sát thực tế điều kiện tự nhiên khu vực dự án, Dự án có tính tốn đề xuất cụ thể chế giá bán điện tới quan chức Các kết tính tốn nêu dựa giá trị Tổng mức đầu tư sơ thông số đầu vào giả định điều kiện chuẩn, kết đưa mang tính sơ Tổng mức đầu tư tính tốn cụ thể xác dự án vào ứng dụng, có kết khảo sát thực tế điều kiện tự nhiên khu vực Dự án đàm phán chi tiết với nhà thầu EPC nhà cho vay tiềm 74 Kết phân tích kinh tế, tài phân tích độ nhạy cho giai đoạn dự án tiếp tục làm rõ giai đoạn dự án 4.3.1.3 Tác động dự án đến môi trường xung quanh 4.3.1.3.1 Lợi ích kinh tế dự án Lợi ích kinh tế từ điện giá điện kinh tế nhân với sản lượng điện tạo Phát triển điện gió nhằm thay cho nhiệt điện than nhập nên giá kinh tế điện gió chi phí sản xuất điện than nhập Từ năm 2010 đến năm 2020, LCOE bình qn gia quyền tồn cầu điện gió ngồi khơi giảm 48%, từ 0,162USD/kWh xuống 0,084USD/kWh Năm 2020, LCOE bình quân gia quyền giảm 9% so với giá trị năm 2019 0,093 USD/kWh Từ mức đỉnh điểm vào năm 2007, LCOE bình quân gia quyền tồn cầu điện gió ngồi khơi giảm 53% Bảng 4-10 LCOE bình qn tồn cầu điện gió ngồi khơi (USD/KWh) Ngồi ra, sản xuất điện NLTT rẻ nhiều so với sản xuất điện từ nguồn lượng hóa thạch tính đầy đủ chi phí ngoại biên liên quan đến cảnh quan bị phá hủy, sức khỏe người sinh kế bị ảnh hưởng, môi trường bị ô nhiễm Hiệu chi phí cơng nghệ NLTT (trong có lượng gió) lý khiến nhiều quốc gia tập trung vào việc nghiên cứu đầu tư, thay cho hình thức cũ Trung Quốc Ấn Độ hai quốc gia dẫn đầu đầu tư cho NLTT nhiều nước phát triển khác nhanh chóng bắt kịp xu hướng 75 4.3.1.3.2 Lợi ích kinh tế từ giảm phát thải CO2 CO2 khí nhà kính tác động tiêu cực đến biến đổi khí hậu tồn cầu Lợi ích giá kinh tế CO2 nhân với khối lượng CO2 mà nhà máy tiết giảm Giá kinh tế CO2 hay chi phí xã hội carbon (social cost of carbon - SCC) đo lường thiệt hại mà kinh tế phải chịu có thêm CO2 phát thải vào khí Có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng bố SCC Theo Stern, SCC trung bình 85 USD/tấn CO2 Còn theo Chris Hope & David Newbery (2007) William Nordhaus (2011) SCC vào khoảng 12 USD/tấn CO2 Theo báo cáo phân tích hiệu kinh tế nhà máy điện gió bạc liêu có xét đến yếu tố thay đổi giá điện, giảm khí thải CO2 Phạm Văn Hịa đăng tạp chí Khoa học Cơng nghệ hệ số phát thải CO 0,615kg CO2/KWh, giá xử lý 50US Cents/tấn CO2 (Trong phạm vi đề tài sử dụng số để áp dụng tính tốn hiêu kinh tế) 4.3.1.3.3 Lợi ích việc làm nguồn lao động Quá trình thành lập dự án đầu tư, xây dựng vận hành nhà máy tạo thêm nhiều việc làm cho người lao động, kể có kỹ khơng có kỹ Số việc làm ngành lượng gió tỉnh Bình thuận sau: Hình 4-25 Thống kê lượng lao động nghành lượng phát triển từ năm 2017-2050 (Nguồn tạp chí Tài ngun mơi trường) Dựa vào ước tính Nam Phi Hi Lạp với cơng suất gần 30 MW, dự án tạo thêm từ 190 – 270 việc làm Trong đó, lao động có kỹ trả lươngphù hợp với mức 76 lương thị trường lao động Những lao động giản đơn có thêm lợi ích từ chênh lệch lương tài lương kinh tế, dự án chi trả lương cao thu nhập họ có làm nơng nghiệp để thu hút lao động chuyển sang làm việc cho dự án Theo tính tốn Lê Bảo Bình thẩm định dự án nhiệt điện Vân Phong (2013), khí độc hại, tro bụi nhà máy phát thải gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dân xung quanh khu vực dự án với tổn thất ước tính 0,15 cents/kWh Vì khơng gây nhiễm nhiệt điện than nên dự án điện gió ngồi khơi cịn giúp kinh tế tránh chi phí chăm sóc sức khỏe Ngồi ngoại tác tích cực lượng hóa trên, dự án cịn tạo nhiều ngoại tác tích cực khác chưa thể lượng hóa Cụ thể góp phần vào đảm bảo an ninh lượng quốc gia, phát triển kinh tế địa phương thông qua phát triển ngành nghề, dịch vụ phục vụ cho dự án công nhân làm việc dự án vận tải, buôn bán vật liệu xây dựng, xây dựng, cho thuê nhà, dịch vụ ăn uống Trải qua tham gia dự án, lao động có hội đào tạo, nâng cao tay nghề Đường giao thông cải tạo phục vụ vận chuyển thiết bị, vật liệu cho dự án đường giao thông nội phục vụ cho dân sinh 4.3.1.3.4 Tác động đến môi trường tự nhiên biển Mặc dù điện gió xem nguồn lượng sạch, khơng gây biến đổi khí hậu, khơng gây hiệu ứng nhà kính, khai thác điện gió ngồi khơi có tác động định đến mơi trường tự nhiên vùng biển xây dựng nhà máy điện gió a Ảnh hưởng tiếng ồn Turbin điện gió hoạt động phát sinh tiếng ồn Độ ồn xác định tình trạng turbin điện gió hoạt động đạt 95% công suất thiết kế Tùy theo công nghệ chế tạo công suất động mà độ ồn turbin điện gió khác Turbin điện gió trục ngang hai cánh có độ ồn lớn nên lắp đặt ngồi khơi Turbin điện gió ba cánh sử dụng hộp số có tiếng ồn cao turbin sử dụng nam châm vĩnh cửu Ngoài yếu tố thiết kế cơng nghệ, tiếng ồn cịn lệ thuộc vào mật độ khơng khí, tốc độ gió độ cao hệ thống cánh quạt Độ ồn thông thường tâm hệ thống cánh turbin điện gió có cơng suất 2-3MW khoảng 98-109dB(A) Turbin điện gió loại 2,3MW độ cao tâm hệ thống cánh quạt 99m gây tiếng ồn tới 105,54dB(A), khoảng cách 200m tính từ tâm hệ thống cánh quạt độ ồn cịn 49dB(A) Thơng thường, đứng cách turbin điện gió 300m tiếng ồn thấp 45dB(A) điều hồn tồn chấp nhận Các turbin điện gió đại thiết kế phù hợp với nguyên tắc khí động học nên giảm hẳn tiếng ồn Đặc biệt, loại turbin điện gió khơng dùng hộp số phát sinh tiếng ồn thấp 77 b Ảnh hưởng đến cảnh quan địa hình Cánh đồng điện gió thường xây dựng nơi xa khu dân cư, ven bờ biển khơi Tuy nhiên, cơng trình nhiều ảnh hưởng đến cảnh quan địa hình nên có quy định phải giữ khoảng cách cần thiết từ nơi đặt turbin đến vùng bảo tồn thiên nhiên, bảo vệ di tích, rừng phịng hộ khu dân cư Ngồi ra, cần phải tính ảnh hưởng hệ thống lưới điện đến cảnh quan Bên cạnh đó, để loại bỏ ảnh hưởng phản chiếu (disco effect) lớp sơn nhựa bóng bảo vệ turbin hoạt động ánh sáng mặt trời, người ta chọn cách sơn tráng nhựa mờ (matt) cho turbin điện gió Khi mặt trời chiếu sáng, turbin điện gió hoạt động gây tượng nhấp nháy, gây cảm nhận khó chịu Tuy nhiên, tác động có ảnh hưởng phạm vi nhỏ chân turbin Tại nơi đặt turbin điện gió nằm gần khu dân cư, người ta phải có biện pháp chống nhấp nháy, ví dụ lắp thêm thiết bị hạ thấp số vịng quay cánh quạt có ánh nắng mặt trời c Ảnh hưởng đến sinh thái biển Ảnh hưởng đáng kể turbin điện gió đặt ngồi khơi đến sinh thái biển độ ồn tần số rung nước biển lắp đặt chân đế đóng trụ biển ảnh hưởng đến sinh sống cá voi cá heo Việc đặt dây cáp biển để dẫn điện đất liền xáo động sinh sống sinh vật sống biển sinh thái biển, đặc biệt vùng biển cần bảo vệ Ngồi ra, turbin điện gió chướng ngại cho tàu thuyền biển việc đánh bắt hải sản cánh đồng điện gió nằm gần tuyến hàng hải ngư trường Nên xét góc độ đó, việc xây dựng nhà máy điện gió nói chung điện gió ngồi khơi nói riêng cần có sách hợp lý, có quy hoạch tầm nhìn xa cấp lãnh đạo 78 CH 5: CHƯƠNG KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN NGOÀI KHƠI VÀO LƯỚI ĐIỆN 5.1 Tổng quan nguồn điện gió Turbine gió phát điện kết hợp thành từ ba thành phần chủ yếu: phần khí động lực, phần khí, phần điện hình dưới: Hình 5.1.1 Các thành phần tuabin gió phát điện Như hình trên, máy phát điện gắn trực tiếp với tuabin gió cho tần số điện áp biến động thường xuyên theo tốc độ gió Bộ biến đổi cung cấp cho đầu nguồn điện có tần số điện áp ổn định trị số định mức gió tác động vào cánh quạt, turbine biến động động thành năng, biến đổi thành điện turbine nối với máy phát điện Điện áp tạo đầu máy phát điện tỷ lệ thuận với tốc độ từ thông máy phát Tốc đọ máy phát bị chi phối lượng gió Dịng kích từ điều khiển chỉnh lưu, chỉnh lưu thành dòng điện chiều (DC) Các đại lượng dịng điện, điện áp phía đầu DC nghịch lưu để chuyển đổi thành đầu xoay chiều (AC) ổn định, cuối đưa vào mạng truyền tải điện lưới truyền tải với trợ giúp máy biến áp tăng áp Đối với turbine gió tốc độ thay đổi, vận tốc máy phát điều khiển thiết bị điện tử cơng suất Theo đó, dao động cơng suất thay đổi tốc độ gió điều khiển cách hiệu chỉnh tốc độ làm việc rotor, khơng có điều khiển đó, dao động cơng suất gây nên hệ thống làm ảnh hưởng đến chất lượng điện lưới điện Có cách thức chủ yếu để ổn định tốc độ quay turbine gió tốc độ gió thay đổi là: x Thay đổi bề mặt hứng gió cánh quạt, chất phương pháp turbine gió quay với giới hạn tốc độ cho phép, tốc độ gió lớn tốc độ gió quy định, trục turbine gió quay nhanh hơn, cảm biến nhận tín hiệu, chuyển đến phận điều khiểu, phận điều khiển so sánh với tốc độc quay quy định Cơ cấu chấp hành xoay cánh quạt để thay đổi bề mặt hứng gió Bằng cách này, tốc độ turbine thay đổi kịp thời, để ổn định tần số máy phát Ưu điểm phương pháp dễ điều khiển cần sử dụng động điều khiển cánh quạt tốc độ gió thay đổi Tuy nhiên nhược điện phương pháp cấu điều khiển làm việc liên tục, dẫn đến tổn hao lượng lớn, thiết bị hao mịn nhanh, có nhiều cố x Khi tốc độ gió thay đổi tốc độ turbine thay đổi, có hộp số mà tốc độ mát phát tăng giảm cho gần với tốc độ đồng Nếu chế tạo hộp số mà đáp ứng 79 hầu hết thay đổi tốc độ gió phức tạp, chi phí sản xuất chi phí vận hành bảo dưỡng lớn Và ngược lại hộp số đơn giản tốc độ turbine thay đổi dạng nhảy bậc, để ổn định tốc độ quay turbine gió nhà sản xuất thường kết hợp phương pháp phía 5.2 Các yêu cầu kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện 5.2.1 Công suất đặt cực đại nhà máy phát điện gió - Khi kết nối nhà máy điện gió với lưới điện vô lớn, công suất nhà máy điện gió thay đổi tác động đến ổn định hệ thống điện Những tác động ảnh hưởng đến ổn định đường dây truyền tải Mặc dù trình vận hành cơng suất máy phát điện gió thay đổi xảy cố sụt điện áp, lan rộng gây ảnh hưởng đến số máy phát điện gió khác, điện áp giao động vượt ranh giới ổn định Trước lượng gió chưa phát triển số lượng turbine kết nối với lưới điện cịn Nếu xảy cố vị trí lưới điện gây sụt giảm điện áp ngắn hạn turbine gió tách khỏi hệ thống kết nối lại sau xử lý cố điện áp trở lại giá trị bình thường Đối với turbine gió có cơng suất nhỏ ngắt kết nối turbine gió hay trang trại điện gió từ lưới điện khơng ảnh hưởng đáng kể đến ổn định hệ thống điện - Hiện nay, phát triển nhà máy điện gió ngồi khơi phát triển số lượng công suất turbine gió, cơng suất nhà máy điện gió đóng góp phần cơng suất hệ thống điện Nếu nhà máy điện gió ngồi khơi với cơng suất lớn đột ngột bị ngắt kết nối làm việc bình thường ảnh hưởng đến chế độ làm việc hệ thống điện Trừ nhà máy điện hoạt động cịn lại có đủ lượng dự trữ để bù vào lượng điện thiếu hụt thời giản ngắn, thay đổi cống suất xảy gây cố điện diện rộng Do cần có u cầu cơng suất cực đại turbine gió Theo tiêu chuẩn kết nối yêu cầu kỹ thuật khả tải máy biến áp, cáp, dây dẫn, thiết bị chuyển mạch sử dụng để xác định mức công suất cực đại điện gió lắp đặt - Vì lý này, tiêu chuẩn kết nối lưới phát hành năm qua ln địi hỏi hệ gió (đặc biệt kết nối với lưới điện áp cao) chịu độ sụt điện áp tỷ lệ phần trăm định điện áp danh định (khoảng 0-15%) thời gian tùy thuộc theo quy định quốc gia Yêu cầu gọi khả vượt qua cố (FRT) khả phục hồi điện áp thấp (LVRT) khả mô ta điện áp so với thời gian đặc trưng hình 80 Hình 5.2.1 Khả phục hồi sau cố turbine gió - Với yêu cầu phục hồi nhanh chóng sau cố hay khả vượt qua cố tùy thuộc vào loại cơng nghệ mà turbine gió đáp ứng yêu cầu mức độ khác theo turbine chọn - Trường hợp turbine gió tốc độ khơng đổi, có tường điện áp thấp bị chi phối máy phát điện cảm ứng nối lưới trực tiếp Trong trường hợp có sụt giảm điện áp, mơ men xoắn máy phát điện giảm đáng kể dẫn đến tốc độ quay cánh quạt tăng, dẫn đến ổn định cánh quạt, trừ điện áp phục hồi nhanh chóng hay mơ men xoắn tăng nhanh chóng giảm xuống - Mặc khác, turbine gió tốc độ thay đổi, có lợi thể riêng biệt mơ men xoắn máy phát điện trực tiếp kiểm sốt tốc độ gió cánh quạt tăng khơng ảnh hưởng đến độ ổn định lưới điện - Trường hợp turbine gió loại DFIG stator máy phát điện kết nối trực tiếp với lưới điện nên trường lợp cố thời gian cố gây tính ổn định mạng lưới điện nghiêm trọng - Turbine gió tốc độ biến với chuyển đổi lượng toàn phần (FCWT) có lợi thể hệ thống chuyển đổi lượng hoàn toàn tách riêng với máy phát điện nối lưới điện Điều đó, có nhiễu loạn lưới điện khơng tác dụng trực tiếp lên máy phát điện điện áp giảm xuống thấp mơ men xoắn biến thiên thấp nhiều so với DFIG khả phục hồi nhanh 5.2.2 Cấp điện áp tần số kết nối nhà máy phát điện gió - Các nhà máy phát điện gió phải có khả làm việc liên tục phạm vi điện áp tần số biến thiên phạm vi cho phép trình làm việc bình thường hệ thống Ngồi ra, vận hành trường hợp điện áp tần số vượt qua giới hạn cho phép 81 khoảng thời gian ngắn hay trường hợp công suất turbine gió giảm Khả kết nối máy phát hay vị trí kết nối chung (PCC) Point of common coupling với lưới điện Điện áp lưới truyền tải thường coi 115kV trở lên Điện áp thấp 66kV 33kV coi điện áp truyền tải Điện áp 33kV thường sử dụng để phân phối Điện áp 230kV xem thêm điện áp cao yêu cầu thiết kế khác biệt so với thiết bị sử dụng điện áp thấp Điện áp hoạt động cấp điện áp phụ thuộc nhiều vào điều khiện địa phương khác nước khác Các giá trị thấp đạt trình làm việc khơng bình thường, thường khơng thấp 90% điện áp danh định truyền tải giảm số nước đến 70% điện áp ban đầu thời gian lên đến 10 giây, mà không ảnh hưởng tới tính ổn định cảu nhà máy điện gió ngồi khơi Điện áp vượt q giới hạn thường xảy xảy giá trị cao thường không cao 113% điện áp danh định truyền tải - Tần số thông số quan trọng tất mạng lưới điện, tần số hệ thống điện thay đổi theo quốc gia thường 50 60Hz Tất thiết bị hệ thống thiết kế để hoạt động biên độ tần số nghiêm ngặt Tiêu chuẩn kết nối lưới xác định tất nhà máy phát điện hoạt động liên tục dải tần số xung quanh tần số danh định lưới điện, thường dao động 49,5 50,5Hz, hoạt động thời gian khác thấp cao hơn, tần số xuống lên đến giới hạn tối thiểu tối đa, điển hình 47,5 52 Hz Nếu vượt giới hạn làm hỏng nhà máy phát điện thời gian ngắn, phụ tải tách khỏi lưới điện, máy phát ngừng làm việc dẫn đến sai lệch tần số lớn tượng rã lưới xảy Do phát triển điện gió ngồi khơi tùy thuộc vào quy mô kết nối với mạng cao áp, trung áp hạ áp Thơng thường phát triển điện gió ngồi khơi với quy mơ lớn kết nối với mạng cao áp Trong trường hợp kết nối với lưới cao áp, máy biến áp yêu cầu làm nhiệm vụ bảo vệ điện gió, nhà máy điện gió tiêu thụ cơng suất phản kháng, đồng thời ngăn ngừa dòng thứ tự “0” hạn chế dịng ngắn mạch 5.2.3 Kiểm sốt cơng suất phản kháng điều chỉnh điện áp - Kiểm soát công suất phản kháng quan trọng cho nhà máy điện gió, khơng phải tất cơng nghệ hệ gió có khả kiểm sốt cơng suất phản kháng, nhà máy điện gió ngồi khơi lắp đặt khu vực xa bờ điện truyền tải đường dây dài có tổn thất điện - Các u cầu kiểm sốt cơng suất phản kháng liên quan đến đặc điểm lưới điện cấp điện áp làm việc, việc bù cơng suất phản kháng nên điện áp làm việc xác định công suất ngắn mạch trở kháng PCC nhà máy điện gió ngồi khơi - Công suất ngắn mạch điểm định mạng lưới điện đặc trưng cho khả làm việc hệ thống Nếu trở kháng nhỏ (lưới điện mạnh) điện áp biến thiên nhỏ 82