Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh ninh bình

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN TÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TẠI KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH NINH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN TÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TẠI KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH NINH BÌNH Mã ngành: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN XUÂN MINH Thái Nguyên - 2020 Trang Luận văn thạc sỹ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với phát triển mạnh ngành kinh tế, đặc lĩnh vực công nghiệp nhu cầu lượng ngày lớn, lượng phục vụ cho hầu hết lĩnh vực chủ yếu điện Trước lượng điện chủ yếu tạo nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Nhưng hệ thống phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch gặp nhiều vấn đề như: nguồn nhiên liệu hóa thạch dần bị cạn kiệt, sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây nhiều tác hại xấu đến môi trường sống tạo nhiều nguy trái đất toàn hệ sinh vật sống trái đất… Trước tình hình đó, nhiều nguồn lượng sạch, lượng tái tạo khai thác lượng mặt trời, thủy năng, thủy triều, lượng gió… Một dạng lượng tái tạo mà Việt Nam có nhiều việc khai thác cịn hạn chế gió Với dải bờ biển dài có tiềm lớn gió tỉnh Ninh Bình điều kiện để xây dựng trạm phát điện sức gió, góp phần bổ sung phần cơng suất điện vào mạng điện tỉnh, quốc gia đồng thời giảm thiếu nhiễm mơi trường giảm công suất hệ thống phát điện sử dụng nhien liệu hóa thạch Với lý trên, việc nghiên cứu để ứng dụng lượng gió bố trí khu vực bờ biển tỉnh giáp biển, có tỉnh Ninh Binh nhằm tăng nguồn lượng cho tương lai cần thiết có nhiều triển vọng Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình” Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tiềm phát triển lượng gió địa bàn tỉnh Ninh - Lựa chọn loại hệ thống phát điện sức gió triển khai khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình - Thiết kế cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió triển khai khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình - Mơ phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ Kết dự kiến - Cấu trúc thuật toán điều khiển loại hệ thống phát điện sức gió - Kết mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Tiềm năng lượng gió tỉnh Ninh Bình; - Hệ thống phát điện sức gió Cơng cụ, thiết bị nghiên cứu Máy tính phần mềm mơ Matlab/Simulink Bố cục luận văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận hướng phát triển, Tài liệu tham khảo, Phụ lục, luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan thực trạng sử dụng nguồn lượng tái tạo tỉnh Ninh Bình Chương 2: Lựa chọn hệ thống phát điện sức gió ứng dụng vào vùng ven biển tỉnh Ninh Bình Chương 3: Mơ hình máy điện không đồng nguồn kép hệ thống phát điện sức gió Chương 4: Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió theo phương pháp Passivity - Based Kế hoạch thực Toàn nội dung luận văn thực tháng kể từ ngày có định Kế hoạch thực cụ thể sau: Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang STT Luận văn thạc sỹ Thời gian Ghi thực Nghiên cứu tổng quan tiềm ngăng lượng tái tháng Nội dung nghiên cứu tạo tỉnh Ninh Bình Tìm hiểu tiềm năng lượng gió tỉnh Ninh tháng Bình Tìm hiểu hệ thống phát điện sức gió lựa tháng chọn loại hệ thống ứng dụng Xây dựng mơ hình tốn đối tượng điều khiển tháng Thiết kế điều khiển hệ thống phát điện sức gió tháng Hồn thiện luận văn tháng Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ CHƯƠNG TỔNG QUAN THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI TỈNH NINH BÌNH 1.1 Sự phát triển phụ tải, định hướng phát triển quy hoạch điện tỉnh Ninh Bình Ninh Bình biết đến tỉnh phát triển tiềm du lịch lớn, bên cạnh Ninh Bình biết đến sản phẩm công nghiệp chủ lực truyền thống (như: xi măng, clanhke, sắt thép, ), ngồi ngành cơng nghiệp truyền thống mũi nhọn, năm gần tỉnh Ninh Bình cịn tập trung xúc tiến, thu hút kêu gọi đầu tư phát triển ngành công nghiệp phụ trợ, ngành công nghệ cao, như: sản xuất linh kiện điện tử, sản xuất lắp ráp ô tô, công nghiệp phụ trợ Cùng với quy hoạch, phát triển nhanh thành phố huyện thị việc quy hoạch điện để đáp ứng nhu cầu phụ tải tỉnh quan tâm hàng đầu ( Theo báo cáo tổng kết hàng năm Điện lực Ninh Bình) Năm Sản lượng điện thương phẩm ( Triệu kWh) 2016 1.890 2017 2.004,081 2018 2.258,8 2019 2.411,539 Ghi Bảng Sản lượng điện thương phẩm tỉnh Ninh Bình từ năm 2016 -2019 Qua bảng số liệu ta thấy rõ phụ tải tỉnh Ninh Bình tăng trưởng phát triển hàng năm khoảng 6-12%/năm Về nguồn điện: Hiện địa bàn tỉnh Ninh Bình có 01 nhà máy nhiệt điện (Cơng ty cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình) Nhà máy xây dựng năm đầu thập kỷ 70, với tổ máy, tổng công suất 100 MW (Với năm 2019 sản lượng điện với công suất tối đa nhà máy sản xuất đạt: 645,304 triệu kWh, chưa tính tổn thất, theo đáp ứng khoảng 1/4 nhu phụ tải tỉnh) Nguồn điện cịn lại cung cấp cho tỉnh Ninh Bình lấy từ nhà máy Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ thủy điện lớn Việt Nam Nhà máy thủy điện Hịa Bình Nhà máy thủy điện Sơn La thông qua trạm biến áp 500kV Nho Quan trạm biến áp 110/220kV đặt địa bàn tỉnh Về số lượng trạm biến áp ( TBA) dung lượng máy biến áp ( MBA) sau: Hiện địa bàn tỉnh có 01 trạm biến áp 500kV với công suất (Với dung lượng MBA 500kV là: 1500 MVA); 01 trạm biến áp 220kV ( tổng dung lượng MBA 220kV 500MVA) 15 trạm biến áp 110kV với 27 máy biến áp 110kV ( Tổng công suất đặt trạm 110kV 812,5MVA) Về quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Ninh Bình giai đoạn 2016-2025 có xét đến 2035: Các hạng mục đường dây trạm biến áp Quy hoạch phát triển lưới điện thực theo giai đoạn cụ thể Đối với trạm biến áp, giai đoạn 2016-2020, xây dựng 01 mở rộng quy mô 01 trạm biến áp 220/110kV, xây dựng 08 nâng cấp 06 trạm biến áp 110kV Giai đoạn 2021-2025, xây 01 cải tạo, mở rộng 01 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng 04 cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 06 trạm biến áp 110kV Giai đoạn 2026-2030, cải tạo 01 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng 04 cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 11 trạm biến áp 110kV Giai đoạn 2031-2035, cải tạo mở rộng 03 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng 02 cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 15 trạm biến áp 110kV đồng thời xây dựng 1.705 trạm biến áp lưới điện trung thế, cải tạo, nâng công suất 1.534 trạm biến áp lưới điện trung Đối với phát triển lượng tái tạo xây dựng 01 nhà máy nhiệt điện tận dụng nhiệt khí thải nhà máy xi măng với tổng công suất lắp đặt 10 MW, 01 nhà máy sinh khối quy mô MW (Theo Quyết định số 1235/QĐ-BCT Bộ Công thương việc phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Ninh Bình giai đoạn 2016-2025 có xét đến 2035; Nguồn http://congthuong.ninhbinh.gov.vn) 1.2 Thực trạng nguồn lượng tái tạo sử dụng khu vực tỉnh Ninh Bình 1.2.1 Năng lượng mặt trời Tiềm năng lượng mặt trời khai thác vào xạ mặt trời Việt Nam khu vực có xạ mặt trời hàng năm tương đối lớn ổn Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ định, đặc biệt khu vực Cao nguyên miền Trung, duyên hải miền Trung miền Nam, Đồng sơng Cửu Long Tính trung bình tồn quốc lượng xạ mặt trời 4-5kWh/m2 ngày Theo đánh giá, vùng có số nắng từ 1.800 giờ/năm trở lên coi có tiềm để khai thác sử dụng Ngày 06 tháng năm 2020, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg chế hỗ trợ phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam áp dụng, theo số liệu cập nhật đến 06/2019 cho biết, có 82 nhà máy điện mặt trời hịa lưới điện Quốc gia, với tổng cơng suất khoảng 4.464 MW Theo thống kê chung số nắng nước, khu vực phía Bắc có khoảng 1.800 – 2.100 nắng năm Con số tỉnh phía Nam 2.000 – 2.600 nắng Qua ta thấy Việt Nam, tiêu chí phù hợp với nhiều vùng, tỉnh phía Nam, cịn tỉnh phía Bắc có tỉnh Ninh Bình Cường độ xạ mặt trời đạt mức cao vào mùa Hè, cịn tháng mùa Thu – Đơng - Xuân cường độ xạ mặt trời thấp, ngày khơng có nắng lượng điện sản xuất giảm Tỉnh Ninh Bình tỉnh thành phía Bắc đẩy mạnh phát triển lượng điện mặt trời áp mái nhiên có quy mơ nhỏ quy mơ hộ gia đình, chưa khả thi với dự án đầu tư quy mô lớn Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ Hình 1.1: Biểu đồ cơng suất phân bổ dự án điện mặt trời Việt Nam Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 10 Luận văn thạc sỹ Hình 1.2: Minh họa chuyển hóa lượng mặt trời thành điện 1.2.2 Thủy điện Ở Việt Nam, thủy điện lâu xem nguồn lượng sạch, chi phí sản xuất thấp Ngồi mục tiêu phát điện, nhà máy thủy điện cịn có nhiệm vụ cắt chống lũ cho hạ du mùa mưa bão, đồng thời cung cấp nước phục vụ sản xuất nhu cầu dân sinh mùa khô Tuy nhiên nhược điểm thủy điện phụ thuộc lớn vào thời tiết, dự án thủy điện thường cần có hồ chứa lớn nên chiếm nhiều diện tích đất đai Thêm nữa, số hệ thống thủy điện bộc lộ ảnh hưởng không tốt đến mơi trường co thể có khả gây nên số tượng thiên tai (chưa khẳng định) Chưa kể thực tế, tới nay, hầu hết dự án thủy điện lớn có cơng suất 100 MW dự án có vị trí thuận lợi, chi phí đầu tư thấp triển khai Trong thời gian tới, khai thác dự án thủy điện cơng suất nhỏ với chi phí đầu tư cao Về địa hình tỉnh Ninh Bình nằm vùng tiếp giáp vùng Đồng sông Hồng với dải đá trầm tích phía Tây nằm điểm mút cạnh đáy tam Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình