(Luận văn thạc sĩ) tối ưu kết nối các tuabin và mô phỏng trong trại gió ngoài khơi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TRUNG NGHĨA TỐI ƯU KẾT NỐI CÁC TUABIN VÀ MƠ PHỎNG TRONG TRẠI GIĨ NGỒI KHƠI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 8520201 SKC008017 Tp Hồ Chí Minh, tháng 3/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TRUNG NGHĨA TỐI ƯU KẾT NỐI CÁC TUABIN VÀ MƠ PHỎNG TRONG TRẠI GIĨ NGỒI KHƠI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 8520201 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2023 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Lê Trung Nghĩa Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/3/1994 Nơi sinh: Tp HCM Quê quán: Long An Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 44/11E, Điện Biên Phủ, phường 15, quận Bình Thạnh, TP Hồ Chí Minh Điện thoại: 0986852694 Email: letrungnghia2403@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2012 đến 2015 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Điện lực - TP Hồ Chí Minh Ngành học: Cơng nghệ kỹ thuật điện, điện tử Đại học: Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học Thời gian đào tạo từ: 2015 đến 2018 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Điện – Điện tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế đường dây phân phối 22 kV, tính tốn thơng số, cài đặt & phối hợp bảovệ relay cho đường dây phân phối Kiểm tra lại kết tính tốn ngắn mạch lựa chọn relay phần mềm Etap 12.6 Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: Ths Đặng Tuấn Khanh Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2020 đến 2022 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện Tên luận văn: Tối ưu kết nối tua-bin mơ trang trại điện gió ngồi khơi Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 05/3/2023, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Kiên III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 9/2018 đến Cơng ty Cổ phần Tư vấn Xây Tổ phó Phịng thiết kế Điện 6/2022 dựng Điện i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Lê Trung Nghĩa ii [16] Đặng Đình Thống, Lê Danh Liên, Cơ sở lượng tái tạo, Hà Nội: Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà nội, 2005 [17] Lê Thành Vinh, "Đánh giá tiềm gió tối ưu hóa phân bố tuabin trang trại điện gió sử dụng phần mềm WAsP WindPRO," Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, vol 3, no 2, pp 131-139, 2019 [18] John Tran, M.K Balaji, Divina, Nidhiprabha, Aaron Daniels, Bùi Ngọc Tuấn, Boonrod Yaowapruek, "Hướng dẫn Đầu tư Điện Gió, Tài liệu Đào tạo Tài Điện Gió," Hà Nội, 2016 83 PHỤ LỤC BẢNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG/DATA CỦA KHU VỰC DỰ ÁN 84 85 86 87 PHỤ LỤC TÍNH TỐN CƠNG SUẤT Cơ sở xác định lượng lượng điện nhận hàng năm trang trại gió Trang trại gió với 84 tuabin với tuabin gắn thành 12 hàng cách lần đường kính cánh quạt rotor, khoảng cách máy phát gió hang lần đường kính cánh quạt rotor Giả thiết mật độ khơng khí tiêu chuẩn, số liệu gió phù hợp với bảng kê Raylrigh, mặt đất bẳng đạt cấp độ (class 1) với hiệu suất hệ thống điện gió đạt 30% hiệu suất sử dụng mãng 80%, công suất gió độ cao gắn cánh quạt 400W/m2 Cơng suất động gió: Động gió biến đổi phần lượng gió thành xác định hệ số sử dụng lượng gió ký hiệu ξ Bởi động gió có tiết diện F sản sinh cơng giây bằng: ρV Fξ T= [J/s] (1) Với ξ=0.593 hệ số lượng gió lý tưởng 2.Thơng thường cơng suất động tính mã lực hay kW (1 kW = 1.36 mã lực) Công suất bánh cơng tác động gió bằng: ρV Fξ P= [kW] 204 (2) Tiết diện chứa bánh công tác: πD2 F= = 0.785D2 (3) Với D đường kính bánh cơng tác gió 88 Khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ 150C áp suất 760 mmHg ρ = 1.226 Ns2/m2, ξ= 0,35 -0,38, thay gíá trị F ρ vào (2) ta được: 𝑉 𝐷2 𝜉 𝑃= 2080 Ta được: P = 7,233 x1702 x0.35 2080 (4) = 1837kW Với số lượng 84 tuabin, sản lượng điện tính tốn có là: 84x1837 = 154.308 kW 89 tỉnh Bến Tre tập trung chủ yếu khu vực TỔNG QUAN VỀ TIỀM NĂNG huyện ven biển: Bình Đại, Ba Tri Thạnh NĂNG LƯỢNG Phú, với tốc độ gió trung bình từ 6-7m/s, tăng 2.1 Tiềm gió ngồi khơi Việt nam dần từ đất liền phía biển Theo báo cáo Bộ Công thương phối hợp với Ngân hàng Thế giới, Việt Nam đánh giá nước có tiềm gió tốt khu vực Đơng Nam Á Nằm khu vực nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, với đường bờ biển dài 3000km, tiềm gió phát điện Việt Nam (tốc độ gió 6m/s) đánh giá cơng suất dự kiến Hình Bản đồ tốc độ gió trung bình lên tới 24GW Bảng Tiềm gió lý thuyết Việt Nam theo báo cáo WB 100m tồn tỉnh Bến Tre Kết trích xuất số liệu gió cho khu vực nghiên cứu tiềm gió từ nguồn số liệu nói sau: Tốc độ Diện Tỉ lệ Tiềm gió tích diện trung đất dự tích đất - Khu vực trích xuất liệu: tâm vị trí dự án (tọa độ khoảng 9.722o ,106.890o) cơng bình kiến suất - Tốc độ gió trung bình 100m: ~7,23m/s 80m phát phát dự - Mật độ lượng: ~395W/m2 (m/s) triển triển kiến (km2) (%) (MW) - Hướng gió chính: Đơng Đơng Bắc Đông 9 0,00% 10 Hình Đặc trưng trường liệu gió khu vực dự án 2.2 Tiềm gió tỉnh Bến Tre Căn vào nghiên cứu trước Bộ Cơng thương, GIZ, AWS Truepower Global Wind Atlas, tiềm điện gió 2.3 Các cơng thức tính tốn: Tính tốn hiệu suất lượng điểm thời gian Ei = Pi * ti (1) Trong Ei = hiệu suất lượng lớp gió, i = 1, 2, 3…n (Wh, wat-giờ) Ti = thời gian vận tốc gió lớp gió (giờ/năm) Pi = cơng suất lớp gió theo đường cong cơng suất tuabin (Watt, J/s) Phương trình Tính tốn hiệu suất lượng cho năm EΣ [Wh/năm, watt-giờ/năm] = EΣ = E1 + E2 + E3 + …+ En (2) Chi phí lượng gió quy dẫn (LCOE) chi phí sản xuất chia cho giá lượng giá lượng xác định mức bù đắp chi phí CAPEX, phát triển, OPEX COC 𝐿𝐶𝑂𝐸 = 𝐴𝑡 (1+𝑖)𝑡 𝑀𝑒𝑙 ∑𝑛 𝑡=1(1+𝑖)𝑡 𝐼0 +∑𝑛 𝑡+1 (3) Trong đó: LCOE: Chi phí sản xuất điện quy dẫn $/kWh (hoặc $/MWh) I0: Chi phí đầu tư: CAPEX bao gồm chi phí phát triển At: Tổng chi phí vận hành hàng năm bao gồm thuế ($) năm (t) Qel: AEP năm kWh/năm (MWh/năm) i: Lãi suất vay vốn gồm chi phí nợ vốn cổ phần (%/năm) n: đời sống kinh tế dự án (năm) t: năm đời sống kinh tế dự án (1, 2, n) MÔ PHỎNG 3.1 Các liệu đầu vào 50,50,50,50,100,100,100,100,150,150,150,15 0,200,200,200,200 3.2 Chọn cấu hình tuabin Hình Lựa chọn cấu hình tuabin 3.3 Cấu hình trang trại Hình Bố trí tuabin 3.4 Kết mô Dữ liệu cần đưa vào cần thiết bắt buộc phải có bao gồm biến phải khai báo thông tin: loc_id,city??,BT,VN,year??,lat??,lon??,9.652 9,106.8021 BenTre VietNam - offshore (Wind atlas) 3.Temperature,Pressure,Direction,Spe ed,Temperature,Pressure,Direction,Speed,Te mperature,Pressure,Direction,Speed,Temperat ure,Pressure,Direction,Speed C,atm,degrees,m/s,C,atm,degrees,m/s,C,atm,d egrees,m/s,C,atm,degrees,m/s Hình Cơng suất phát trại gió 500 MW hàng tháng 01 năm Metric Value Flip year 13 Investor IRR at 10.94 % end of project Investor NPV $18,919,226 over project life Developer IRR NaN at end of project Hình Sản lượng năm lượng hàng năm dự án vòng 25 năm Bảng Bảng tổng hợp thông số dự án thông qua phần mềm SAM Metric Net capital cost $841,689,664 Equity $301,444,224 Debt $540,245,440 Debt Percent 64.19% Value Annual (year 1) energy 1,454,868,224 kWh Capacity 516,600 kW Capacity (year 1) Developer NPV $5,505,968 over project life factor 32.1% PPA price (year 13.56 ¢/kWh 1) PPA price 1.00 %/year escalation Levelized PPA 14.41 ¢/kWh price (nominal) Bằng cách đánh giá mơ hình tua bin gió ngồi khơi phương pháp mơ từ số liệu thu thập trung tâm khí tượng thủy văn có sử dụng phần mềm SAM để mơ trang trại gió ngồi khơi các lớp gió khác nhau, tối ưu bố trí tua bin dự án, đề xuất phương án kết nối lưới điện Qua phần thực thu số kết định sau ▪ ▪ Levelized PPA 12.02 ¢/kWh price (real) Levelized (nominal) COE 14.32 ¢/kWh Levelized (real) COE 11.95 ¢/kWh Investor IRR in 11.02 % flip year KẾT LUẬN ▪ ▪ ▪ Nghiên cứu tổng quan tình hình gió phân bố lãnh thổ Việt Nam tỉnh Bến Tre Nghiên cứu loại tua bin gió kết cấu, mơ ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng Thu thập thông số thực theo ghi nhận trạm đo gió Kết đề tài xem xét ứng dụng thực tế vào công việc thực Đánh giá sơ hệ số công suất (net capacity factor) trại gió 500 MW phát triển vùng biển khơi nước ta, sử dụng tua bin gió có gam cơng suất 6.125 MW ▪ Bố trí tối ưu vị trí lắp đặt cơng suất máy phát điện gió Luận văn hồn thành nội dung nghiên cứu đề Một số hạn chế luận văn thực phần mềm, cần phải kiểm tra thêm phần mềm khác để đánh giá tính xác thực Luận văn chưa đưa thông số đầu vào kinh tế, giả định trường hợp hư hỏng thời gian bảo dưỡng định tế dự án khác để làm thông số sát với thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hoàng Liên, Phạm Mạnh Cường, "Nghiên cứu từ trường hợp Nhà máy điện gió Bình Thuận," Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, vol 2, no 30, pp 33-39, 2014 [2] Lương Văn Hải, "Điện gió Việt Nam: Hiện trạng, hội thách thức phát triển," Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2016 [3] Trần Thị Bé, "Đánh giá tiềm năng lượng gió vùng biển ven bờ Việt Nam," Luận văn thạc sĩ khoa học, ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội, 2013 [4] Nguyễn Quốc Khánh, "Thông tin lượng gió Việt Nam, dự án lượng gió GIZ MoiT," in Hướng dẫn đầu tư Điện gió, Tài liệu đào tạo Tài Điện gió, Bộ Công Thương, 2011 [5] Feng Wang, Deyou Liu, Lihua Zeng , "Modeling and Simulation of Optimal Wind Turbine Configurations in Wind Farms," College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing, China, pp 24-26, 2009 [6] Müfit Altin, Ömer Göksu, Anca D Hansen, Poul E Sørensen, "Aggregated Wind Power Plant Models Consisting of IEC Wind Turbine Models," Wind Energy Department, Technical University of Denmark, Roskilde, Denmark, 2015 [7] Alper Atamturk, Jane W Lai, Leon E Richartz, Huijie Li, Kevin Gu, "An Economic Analysis of Wind Energy Harvest," Power and Energy Engineering Conference, 2009 APPEEC 2009., 2009 [8] A I Estanqueiro, J O Tande, J A Pecas Lopes, "Assessment of Power Quality Characteristics of Wind Farms," 2007 [9] Yong Liu, Ping Zhang and Min Fang Jiangsu, "Research on Construction System of Large Scale Non-Grid-Connected Wind Power Offshore Wind Farms," Academy of Macroeconomic Research, Nanjing 210013, China, 2010 [10] Preben Maegaard, "Wind Energy Development and Application Prospects of Non-Grid Connected Wind Power," World Non-Grid-Connected Wind Power and Energy Conference, 2009 WNWEC 2009, 2009 [11] Fei Rong, Gongping Wu, Xing Li, Shoudao Huang, "ALL-DC Offshore Wind Farm with Series-Connected Wind Turbines to Overcome Unequal Wind Speeds," IEEE Transactions on Power Electronics , vol 34, no 2, pp 1370 - 1381, 2019 S K L 0