Mô hình lưới Điện thông minh, phân tích nguồn dự trữ từ các trạm phát ứng dụng năng lượng mặt trời

Mô hình lưới Điện thông minh, phân tích nguồn dự trữ từ các trạm phát ứng dụng năng lượng mặt trời dành cho các bạn tham khảo làm đồ án

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Tiến BanSinh viên thực hiện: Hoàng Minh Đức

HẢI PHÒNG, 12 - 2019

NHIỆM VỤĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ và tên sinh viên: Hoàng Minh Đức Số hiệu sinh viên: 153151307107Khóa: K16 Khoa/Viện: Điện – Cơ Ngành: Điện Tự động hóa1 Đầu đề thiết kế:Mô hình lưới điện thông minh, phân tích nguồn dự trữ sử dụng năng lượng mặt trời2 Các số liệu ban đầu:

7 Ngày hoàn thành đồ án:

Trưởng bộ môn

( Ký, ghi rõ họ, tên)( Ký, ghi rõ họ, tên)Cán bộ hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày… tháng … năm 2019

Người duyệt

( Ký, ghi rõ họ, tên)( Ký, ghi rõ họ, tên)Sinh viên

1 Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp. Hoàn thành đúng tiến độ làm đồ án.

2 Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trongnhiệm vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lượngcác bản vẽ )

 Đáp ứng yêu cầu về nội dung và trình bày đồ án.

 Đồ án đã trình bày về lưới điện thông minh, các phương pháp dự trữ nănglượng điện trong lưới điện và những điều đặc biệt của lưới điện hiện đại.

 Tính toán kho dự trữ sử dụng năng lượngmặt trời và các thiết bị phục vụ nối lưới.Đồ án có thể làm tài liệu tham khảo về lưới điện thông minh và các phươngpháp dự trữ trong hệ thống điện thông minh.

3 Cho điểm của cán bộ hướng dẫn:

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày tháng năm 2019

Cán bộ hướng dẫn chính

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1 Đánh giá chất lượng của đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích sốliệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượngthuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày tháng năm 2019

Người chấm phản biện

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp “Lưới điện thông minh, phân tíchnguồn dự trữ từ các trạm phát sử dụng năng lượng mặt trời” do em tự thiết kế dưới

sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tiến Ban Các số liệu và kết quả là hoàntoàn đúng với thực tế.

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danhmục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếuphát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hải Phòng, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

Hoàng Minh Đức

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH 2

1.1 LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH 2

1.1.1 Giới thiệu lưới điện thông minh 2

1.1.2 Điện lưới thông minh và các tiêu chuẩn về kỹ thuật 5

1.1.3 Một số lưới điện điển hình 6

1.2 CÁC NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN THÔNG MINH 8

1.2.1 Nhà máy nhiệt điện 8

1.2.2 Nhà máy thủy điện 11

1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử 15

1.2.4 Nhà máy điện sử dụng năng lượng tái tạo 19

1.3 CẤU TRÚC CHUNG CỦA LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH 22

1.3.1 Các mạch vòng quốc gia 23

1.3.2 Các mạch vòng vùng, miền 23

1.3.3 Khả năng phát triển của lưới điện thông minh 24

Chương 2: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÔTẬN 28

2.1 VIỆT NAM VỚI KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 28

2.2 CÁC HỆ THỐNG THU NHIỆT MẶT TRỜI SỬ DỤNG TRỰC TIẾP 29

2.2.1 Đặt vấn đề 29

2.2.2 Hệ thống đun nước nóng 29

2.2.3 Hệ thống sấy khô 36

2.2.4 Các hệ thống khác 39

Chương 3: HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 46

3.1 CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 46

3.1.1 Phân loại hệ thống năng lượng điện mặt trời 46

3.1.2 Các thiết bị có trong hệ thống điện mặt trời 46

3.2 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỘC LẬP (ngoài lưới điện) 51

3.2.1 Tổng quan về hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 51

3.2.2 Ứng dụng 52

3.2.3 Tính kinh tế của hệ thống 53

3.3 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 53

3.3.1 Tổng quan về hệ thống điện năng lượng mặt trời nối với lưới điện 53

3.3.2 Ứng dụng 54

3.3.3 Tính kinh tế của hệ thống 54

3.4 HỆ THỐNG NỐI LƯỚI ĐIỆN CÓ DỰ PHÒNG (hệ thống tương tác lưới) 55

3.4.1 Tổng quan về hệ thống điện năng lượng mặt trời nối với lưới điện có dự phòng 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 1 BẢNG GIÁ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP 65

PHỤ LỤC 2BẢNG GIÁ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒALƯỚI 68

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Nguyên lý cấu tạo nhà máy nhiệt điện đốt than 9

Hình 1.2 Sơ đồ vị trí thiết bị của một nhà máy thủy điện điển hình 13

Hình 1.3 Sơ đồ làm việc của nhà máy thủy điện 14

Hình 1.4 Mô hình nhà máy điện nguyên tử 16

Hình 1.5 Pin mặt trời 19

Hình 1.6 Tuabin gió 21

Hình 1.7 Mô hình lưới điện thông minh 23

Hình 2.1 Hình ảnh ống chân không trong bình đun nước sử dụng năng lượng mặt trời 30

Hình 2.2 Hình ảnh ống chân không có các lá nhôm và thanh đồng 31

Hình 2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống đung nước nóng 32

Hình 2.4 Nguyên lý đối lưu của nước 33

Hình 2.5 Hệ thống đun nước nóng sử dụng loại tấm phẳng 34

Hình 2.6 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động loại tấm phẳng 34

Hình 2.7 Nguyên lý cấu tạo máy sấy sử dụng hiệu ứng nhà kính 37

Hình 2.8 Cấu tạo động cơ stirling 39

Hình 2.9 Hình ảnh động cơ stirling 39

Hình 2.10 Gương cầu lõm tập trung năng lượng để nấu 41

Hình 3.1 Một số phương pháp đấu nối các tấm pin mặt trời 47

Hình 3.2 Kho năng lượng dự trữ sử dụng acquy 49

Hình 3.3 Bộ biến đổi DC/AC sử dụng IGBT 50

Hình 3.4 Hệ thống điện mặt trời độc lập 52

Hình 3.5 Hệ thống điện mặt trời nối lưới 54

Hình 3.6 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có nguồn dự trữ 56

Hình 3.7 Lưới điện thông minh của Mỹ do ABB thiết kế cho bang Chicago 59

Hình 3.8 Giá trị điện áp phách uS và đạo hàm điện áp phách theo thời gian 59

Hình 3.9 Nguyên lí tự động hòa đồng bộ theo nguyên tắc thời gian trước 61

Hình 3.10 Góc trước δB trên đặc tính quá độ 63

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1 Trình bày tóm tắt quy phạm mà một số hãng đăng kiểm quy định trong đócó đăng kiểm Việt Nam 6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay cùng với sự phát triển công nghiệp và sự hiện đại hoá thì nhu cầu nănglượng cũng rất cần thiết cho sự phát triển của đất nước Vấn đề đặt ra là phát triển nguồnnăng lượng sao cho phù hợp mà không ảnh hưởng tới môi trường và cảnh quang thiênnhiên Trong khi đó, các nguồn năng lượng như than đá, dầu mỏ, khí đốt ngày càng cạnkiệt và gây ô nhiễm môi trường và là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính Để giảmnhững vấn đề trên ta phải tìm nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch để thay thế hiệuquả, giảm nhẹ tác động của năng lượng đến tình hình kinh tế an ninh chính trị quốc gia.Nhận thấy được tầm quan trọng của vấn đề về năng lượng để phát triển Việt Nam có cácquan điểm về chính sách sử dụng năng lượng hiệu quả nguồn năng lượng tái sinh trongđó có năng lượng mặt trời.

Đề tài “Lưới điện thông minh, phân tích nguồn dự trữ từ các trạm phát sửdụng năng lượng mặt trời”, đây cũng là một đề tài mới vì vậy trong quá trình làm đồ án

em không tránh khỏi những sai sót và hạn chế kiến thức Em rất mong nhận được sự gópý và đánh giá của các thầy cô giáo trong bộ môn.

Nội dung đề tài em gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan về lưới điện thông minh.

- Chương 2: Năng lượng mặt trời nguồn năng lượng tái tạo vô tận.- Chương 3: Hệ thống điện mặt trời.

Hải Phòng, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

Hoàng Minh Đức

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

1.1 LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH1.1.1 Giới thiệu lưới điện thông minh

a Khái niệm

Hệ thống điện là một hệ năng lượng đặc biệt được cấu trúc bởi nhiều thiết bịđiện để tạo nên một mạng kín hoặc hở từ nơi cung cấp năng lượng đến các hộ tiêu thụđiện năng ở đó cho phép thực hiện các quá trình hình thành, biến đổi, truyền tải, dự trữvà tiêu thụ năng lượng điện Việc truyền dẫn và kết nối nhiều thiết bị điện với nhautrong một phạm vi nhất định tạo thành lưới điện

Về kết cấu, hệ thống điện luôn tồn tại hai phần mạch: mạch động lực và mạchđiều khiển Mạch động lực thực hiện các quá trình năng lượng nên về kỹ thuật người taluôn quan tâm đến hướng và công suất của dòng năng lượng, mạch điều khiển lại phảiquan tâm đến hướng của dòng tín hiệu Hai mạch này kết hợp sẽ tạo nên những phẩmchất cho hệ thống điện, đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế trong đầu tư, vận hànhkhai thác.

Lưới điện có nhiều cách phân loại:+ Phân loại theo mạch vòng:- Mạch điện vòng hở.

- Mạch điện vòng kín.+ Phân loại theo chức năng:- Lưới điện truyền tải.- Lưới điện phân phối.+ Phân loại theo điện áp:- Lưới siêu cao áp.- Lưới cao áp.- Lưới trung áp.- Lưới hạ áp

Lưới điện thông minh là một khái niệm khá mới nói về hệ thống lưới điện sửdụng công nghệ tiên tiến để tăng khả năng cung cấp năng lượng, chất lượng cung cấpnăng lượng, độ tin cậy và hiệu suất của hệ thống, kể từ khâu phát, khâu dẫn truyền tảitới khâu phân phối Lưới điện thông minh mang đến một cơ sở hạ tầng phân phối điệntốt hơn sơ với lưới điện thông thường.

b Cơ sở hình thành lưới điện thông minh

Ngày nay, trong thời đại công nghệ kỹ thuật hiện đại, đã có những bước tiếnvượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động với khả năng ứng dụng các ý tưởng trongtruyền thông, thông qua kết nối internet vạn vật đã làm thay đổi rất nhiều trong mọilĩnh vực công nghiệp cũng như đời sống Mặt khác, nhu cầu của xã hội về năng lượngvới mức công suất tiêu thụ cũng như chất lượng nguồn năng lượng ngày một cao hơnnên việc xây dựng một lưới điện thông minh là điều hết sức cấp bách Hiện tại, lướiđiện các quốc gia trên thế giới phát triển không đồng đều, chất lượng của mỗi nướcmỗi khác nên rất nhiều nước thật sự có nhu cầu phải hiện đại hóa lưới điện hiện nay,đó là:

+ Cần phải nâng cao khả năng về công suất năng lượng để cung cấp cho cáchộ tiêu thụ điện, nâng cao độ tin cậy của cung cấp điện, hiệu suất và độ an toàncho lưới điện.

+ Cần phải phân bố lại bản đồ lưới điện với các trung tâm, nhà máy sản xuấtđiện, lưới truyền tải, các kho dự trữ, các hộ tiêu thụ để tạo nên một diện mạo mớitrong đó có thể các hộ tiêu thụ vừa là khách hàng, lại vừa là nhà cung cấp, rút ngắnkhoảng cách từ phát điện đến tiêu thụ điện (Để thực hiện được ý tưởng này thì về mặtkỹ thuật, phải cung cấp cho các hộ tiêu dùng các công cụ tương tác để biến đổi theohai chiều, để quản lý và khai thác năng lượng một cách khoa học, an toàn và kinh tế).

+ Cần phải đa dạng hóa việc sử dụng năng lượng ở phía khách hàng, cho phépkhách hàng lựa chọn nhà cung cấp với nguồn điện đa dạng từ các nhà máy nhiệt điện,nhà máy điện nguyên tử, nhà máy thủy điện, nhà máy điện mặt trời, điện gió hay điệnsinh học

+ Hiện đại hóa lưới điện giúp tăng cường khả năng quản lý, vận hành, khai tháctối ưu hệ thống

+ Nâng cao hơn nữa an toàn cung cấp điện, đảm bảo an ninh năng lượng, khảnăng phản ứng nhanh với những sự cố, rủi ro, khôi phục cấp điện trở lại một cáchnhanh chóng trong những điều kiện bất lợi về thời tiết do thiên nhiên hoặc các lý dokhác từ xã hội.

Từ việc xây dựng được lưới điện hiện đại sẽ góp phần can thiệp đến GDP củamột quốc gia nhờ tối ưu mọi vấn đề chi phí kỹ thuật, khả năng quản lý hợp lý nănglượng, tạo ra nhiều việc làm mới liên quan đền ngành công nghiệp tái tạo năng lượng,các thiết bị điện, pin mặt trời, máy phát điện tuabin gió,…

c Các mục tiêu của lưới điện thông minh

Lưới điện thông minh có 2 mục tiêu chính:

* Mục tiêu thứ nhất: giám sát hệ thống truyền tải, bảo đảm những yêu cầu về

kỹ thuật tối ưu:

+ Giám sát theo thời gian thực các điều kiện của lưới điện.

+ Cải thiện tính năng chẩn đoán tự động các nhiễu loạn trên lưới, hỗ trợ ngườivận hành trong việc xử lý các vấn đề về kỹ thuật khi có phát sinh sự cố.

+ Tự động phản ứng với các lỗi trên lưới, cách ly các nhiễu loạn trên lưới nhằmngăn chặn các lỗi lan truyền.

+ Có khả năng kết hợp các nhà máy điện mới vào lưới theo mô hình “Plug &Play”, giảm thời gian cần thiết để nghiên cứu kết nối cũng như nâng cấp vật lý cácthiết bị trong lưới.

+ Tự động khôi phục điện lưới nhờ các cảm biến, phân tích trên máy tính và cácthiết bị trạm cao cấp Đồng thời có khả năng định tuyến lại đường truyền tải khi cần.

* Mục tiêu thứ hai: quản lý tiêu thụ năng lượng điện.

+ Lưới điện thông minh phải truyền tải được thông điệp tới người sử dụng hoặcđơn vị kinh doanh điện: điện năng rất đắt và không dễ truyền tải Điều này có thể thựchiện dễ dàng thông qua các bộ hiển thị, qua trình duyệt web hoặc qua phần mềm máytính Mục tiêu là giúp khách hàng hiểu rõ tầm quan trọng của việc tiết kiệm điện.

+ Cho phép tự động giảm mức độ sử dụng điện năng của các hộ tiêu dùng khichi phí điện tăng quá cao Có thể quản lý được vấn đề này thông qua khả năng liên kếtdữ liệu giữa các đồng hồ đo thông minh và các thiết bị gia dụng của hộ tiêu dùng

+ Lưới điện thông minh sẽ tự động phát hiện các lỗi trên đường dây tải điện,xác định chính xác thiết bị lỗi và hỗ trợ đưa ra các thiết kế tối ưu để sửa chữa, khắcphục sự cố Lưới điện thông minh còn có thể cách ly vùng bị lỗi khỏi các vùng lân cậnđể tránh gây tổn thất lớn trên hệ thống

+ Lưới điện thông minh sẽ giúp cho việc lắp đặt các hệ thống phân phối nănglượng dễ dàng hơn Lưới điện thông minh cũng cho phép đo lường toàn mạng lướicũng như quản lý kết nối của hàng triệu thiết bị trong toàn hệ thống điện.

1.1.2 Điện lưới thông minh và các tiêu chuẩn về kỹ thuật

a Độ bền

Lưới điện thông minh sẽ sử dụng các công nghệ, chẳng hạn như ước lượngtrạng thái, giúp cải thiện việc phát hiện lỗi và cho phép tự phục hồi của mạng màkhông cần sự can thiệp của kỹ thuật viên Điều này sẽ đảm bảo nguồn cung cấp đángtin cậy hơn của điện và giảm tổn thương với các thảm họa tự nhiên hoặc tấn công.

b Các chỉ tiêu chất lượng của lưới điện

Do yêu cầu cao về độ tin cậy của các thiết bị điện động lực trên hệ thống, đặcbiệt là các thiết bị điều khiển, kiểm tra, thông tin liên lạc v.v nằm trong các hệ điềukhiển nên yêu cầu về độ ổn định điện áp và tần số lưới điện phải theo tiêu chuẩn quốcgia Các chỉ tiêu của các quốc gia khác nhau có thể khác nhau một vài điểm songnhững điểm cơ bản thì thường giống nhau Theo quy định kỹ thuật của Việt nam vàmột số nước khác trong chỉ tiêu mà các hãng đăng kiểm lấy làm chỉ tiêu kỹ thuật nhưhãng đăng kiểm NK, BV, DNV điện áp và tần số ở chế độ tĩnh và chế độ động củalưới điện quy định như sau:

b.1 Chế độ tĩnh

Khi cho máy nhận từ 0 đến giá trị định mức một cách từ từ ( hoặc cắt tải từ giátrị định mức về 0 ) với hệ số cosđm ( giả thiết là tốc độ quay nằm trong giới hạn chophép ( sai số tốc độ 5% ) thì sai số điện áp  2,5 %Uđm ) Nếu hệ số cos thay đổi0.6  0.9 thì dao động điện áp nằm trong khoảng  3,5 %Uđm.Thời gian quá độ củatrạng thái nhận tải tĩnh tqđ = 1.5 s; sai số về tần số  1 %fđm Thời gian quá độ của trạngthái nhận tải tĩnh tqđ = 1.5 s

b.2 Chế độ động

Khi cho máy nhận ( cắt ) tải đột ngột từ 0 đến 50%, 100% và ngược lại, hệ sốcông suất giảm cực đoan cos 0.4 thì độ quá điều chỉnh  20 %Uđm Thời gian quá độcủa trạng thái nhận tải động tqđ = 5 s.

Bảng 1.1: Trình bày tóm tắt quy phạm mà một số hãng đăng kiểm quy định trong đó có đăng kiểm Việt Nam

Bảng 1.1 Giới hạn độ sai lệch của điện áp, tần số và thời gian tồn tại các sai

lệch đó của lưới điện theo đăng kiểm

1.1.3 Một số lưới điện điển hình

a Lưới điện thông minh Smart Grid

Smart Grid là thuật ngữ được nhắc đến thường xuyên trong những năm gần

đây trong lĩnh vực điện công nghiệp Dù đến nay vẫn chưa có một định nghĩa đượccông nhận rộng rãi nào về Smart Grid nhưng nhìn chung có một sự thống nhất rằnglưới điện thông minh thực chất là việc áp dụng các tiến bộ về khoa học kỹ thuật củacác ngành như công nghệ thông tin (CNTT), viễn thông, tự động hóa,…vào hệ thốnglưới điện hiện có (Grid) nhằm giúp việc sản xuất, truyền tải, phân phối, tiêu thụ điệnhiệu quả, tin cậy, kinh tế và bền vững hơn

Smart Grid là lưới điện mang lại cho cả công ty điện lực và người tiêu dùng

nhiều lợi ích rất to lớn:

+ Với các khách hàng, lưới điện thông minh giúp họ giám sát được sảnlượng điện năng tiêu thụ của các thiết bị và tại các thời điểm khác nhau gần nhưtheo thời gian thực, từ đó chủ động lựa chọn thiết bị và điều chỉnh hành vi sửdụng điện của mình nhằm tiết kiệm chi phí Khách hàng cũng được sử dụng cácdịch vụ mới với nhiều lựa chọn về giá (giá theo giờ thấp điểm, cao điểm) mà lướiđiện truyền thống hiện nay không cung cấp được.

+ Với các công ty điện lực, lưới điện thông minh sẽ giúp họ nâng cao độ tin cậycung cấp điện, hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm thiểu chi phí thông qua nâng caohiệu quả hoạt động và quản lý kỹ thuật, quản lý thông tin Chi phí cho vận hành khaithác cũng được giảm thiểu tối đa nhờ ứng dụng các thiết bị thông minh (công tơ điện /công tơ thông minh) và các công nghệ cho phép thu thập số liệu, giám sát, điều khiểncác thiết bị trên lưới điện từ xa thông qua mạng viễn thông (RF, di động,…).

+ Với xã hội, việc nguồn điện được cung cấp an toàn, năng lượng điện ổn định,thời gian cấp điện liên tục, khả năng dự trữ năng lượng cao, hiệu quả cấp điện tốt tấtcả những thuận lợi và chất lượng sẽ ảnh hưởng tốt đến các cơ quan, doanh nghiệp vàđông đảo người dân, tạo nên nền tảng và động lực phát triển kinh tế xã hội và an sinhxã hội Lưới điện thông minh có khả năng tích hợp với các nguồn năng lượng tái tạo,hỗ trợ các phương tiện chạy điện (Plug-in Electric Vehicle) cũng sẽ góp phần giảmphát thải gây ô nhiễm môi trường.

b Lưới điện đô thị

+ Thường sử dụng cấp điện áp trung áp là 35kV, 22kV, 10kV, 6kV.

+ Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, lưới trung áp thành phố thường có cấu trúcmạch vòng kín vận hành hở.

+ Để đảm bảo an toàn và mỹ quan đô thị, thường sử dụng cáp ngầm cho mạngtrung và hạ áp Trạm biến áp đa dạng phù hợp với kết cấu các khu dân cư, thương mại,vui chơi kiểu xây xây cố định, kiểu treo, kiểu ẩn chìm Tuy nhiên, chi phí đầu tư vàvận hành sẽ khác nhau cho mỗi loại hình cung cấp có thể chênh lệch giữa các phươngthức nhiều.

+ Để thuận lợi cho phân phối và ít ảnh hưởng đến giao thông các trạm biến ápthường chỉ cung cấp điện cho một địa bàn có kết nối liên tục (ví dụ chỉ cấp điện chomột phía của con đường và được đặt ở góc hay giữa đoạn đường).

c Lưới điện nông thôn

Nông thôn với cách phân bố dân cư theo kiểu làng xã nên mật độ khác với khuđô thị, các khu trung tâm thương mại cũng thưa, ít và không lớn như thành phố vì thếkết cấu lưới điện cũng có những điểm khác biệt với lưới điện đô thị.

+ Cấp điện áp lưới trung áp cho lưới nông thôn 22kV, 10kV, 6kV.+ Cấu trúc lưới điện nông thôn chia nhành nhỏ, kéo dài và loại mạch hở.

+ Thường sử dụng cáp trên cao cho mạng trung và hạ áp Trạm biến áp hiệnnay cũng như thành phố sử dụng đa dạng phù hợp với kết cấu các khu dân cư,thương mại, nhà trường kiểu xây xây cố định, kiểu treo Tuy nhiên, chi phí đầu tưvà vận hành giảm thấp.

+ Để thuận lợi cho phân phối các trạm biến áp thường cung cấp điện theo khuvực hành chính: làng, xóm

1.2 CÁC NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN THÔNG MINH1.2.1 Nhà máy nhiệt điện

a Khái niệm nhà máy nhiệt điện.

Nhà máy nhiệt điện là nhà máy biến đổi nhiệt năng của nhiên liệu thành cơnăng, rồi thành điện năng.

b Phân loại nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hữu cơ có thể chia làm các loại sau:- Theo nhiên liệu sử dụng:

+ Nhà máy đốt nhiện liệu rắn.+ Nhà máy đốt nhiên liệu lỏng.+ Nhà máy đốt nhiên liệu khí.

Hình 8.1 Nguyên lý cấu tạo nhà máy nhiệt điện đốt than

- Theo Tuabin quay máy phát:+ Nhà máy điện Tuabin hơi.+ Nhà máy điện Tuabin khí.+ Nhà máy điện Tuabin khí-hơi.- Theo dạng năng lượng cung cấp:

+ Nhà máy điện ngưng hơi: chỉ cung cấp điện.

+ Nhà máy nhiệt điện rút hơi: trung tâm nhiệt điện cung cấp điện và nhiệt.- Theo công nghệ:

+ Nhà máy điện khối.

+ Nhà máy điện không khối.

c Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy nhiệt điện.

c1 Than đá:

Lượng than tiêu thụ hàng năm của dự án nhà máy nhiệt điện sẽ được mua trongnước hay nhập khẩu từ nước ngoài Phương thức vận chuyển có thể bằng tàu biển vềcảng, sau đó than sẽ được vận chuyển bằng xe ôtô tải về nhà chứa than kín Than từkho sẽ được chuyển qua băng tải kín và được kiểm soát bằng thiết bị cân trọng lượng,sau đó được nghiền mịn thành bột bằng máy xay, cuối cùng bột than được sấy khô

bằng khí nóng trước khi thổi vào lò hơi để đốt Như vậy, bụi than phát sinh từ khochứa phát tán ra ngoài không khí sẽ được kiểm soát một cách hiệu quả.

c2 Dầu HFO

Dầu nặng Heavy Fuel Oil - HFO được sử dụng làm nhiên liệu đốt phát điện.Dầu nặng được mua ở thị trường trong nước hoặc nhập khẩu, sau đó được vận chuyểnđến nhà máy bằng đường ống hay xì téc Tại nhà máy, dầu nặng sẽ được lưu trữ trongcác bồn chứa.

c3 Hóa chất

Các hoá chất sử dụng cho nhà máy nhiệt điện bao gồm chất khử oxy, phụ giatẩy gỉ, amoniac, nhôm sulfat, muối sắt, axit clohydric, kiềm, … sẽ được nhập từ nướcngoài hay mua trong nước, sau đó được vận chuyển đến khu vực dự án bằng xe chuyêndụng hoặc xe tải Các loại nguyên liệu này sẽ được lưu trữ, bảo quản trong kho hoặcbồn chứa đặc biệt trong khu vực nhà máy Tất cả các nguyên liệu hoá chất trên cầnđược bảo quản, quản lý và xử lý cũng như tiêu huỷ theo đúng các quy phạm kỹ thuậtcủa Việt Nam.

d Ưu điểm và nhược điểm

d1 Ưu điểm

Việt Nam là nước có nguồn nhiên liệu khá dồi dào Nguồn nhiên liệu than ởnước ta có trữ lượng rất lớn, nhất là nguồn nhiên liệu rắn và khí Nguồn nhiên liệu đãphát hiện cũng như còn tiềm tàng là rất phong phú Có thể xây dựng gần khu côngnghiệp và nguồn cung cấp nhiên liệu nên giảm được chi phí xây dựng đường dây tảiđiện và chuyên chở nhiên liệu Thời gian xây dựng một nhà máy nhiệt điện ngắn hơnnhiều so với thời gian xây dựng nhà máy thủy điện Có thể sử dụng được các nhiênliệu rẻ tiền như: than cám, than bìa ở các khu khai thác than Dầu nặng của các nhàmáy lọc dầu, trấu của các nhà máy xay lúa…

d2 Nhược điểm

+ Khí hậu cũng ảnh hưởng rất lớn đến nhà máy nhiệt điện, ở những vùng cónhiệt độ thấp thì hiệu suất của nhà máy nhiệt điện sẽ cao hơn nhà máy nhiệt điện đặt ởnhững vùng có nhiệt độ cao Đối với nước ta là một nước nằm trong vùng nhiệt đớinhiệt độ thay đổi theo mùa vì vậy khả năng làm việc của tuabin không được tốt do đóviệc xây dựng nhà máy nhiệt điện cần phải khảo sát và tính toán để tìm được nhiệt độ

thích hợp cho việc thiết kế cũng như việc lựa chọn và đặt thiết bị hợp lí nhất Quá trìnhkhởi động chậm từ 6-8 giờ mới đạt được công suất tối đa, điều chỉnh công suất khó,khi giảm đột ngột công suất phải thải hơi nước ra ngoài vừa mất năng lượng vừa mấtnước Đốt cháy nguyên liệu trong quá trình sản xuất (dầu, than, khí từ mỏ dầu ) do đóphụ thuộc vào nguồn cung các nguyện liệu này Khói thải, khí độc, của nhà máynhiệt điện thải ra ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường tự nhiên, cũng như cuộc sốngcủa con người xung quanh nhà máy Các nguồn phát thải bụi, khí độc từ nhà máy nhiệtđiện như gồm: Khí thải lò hơi, khí thải từ các phương tiện vận chuyển, ô nhiễm khôngkhí từ quá trình bốc xếp nguyên vật liệu và từ các nguồn khác Khí thải của nhà máynhiệt điện có chứa các chất ô nhiễm có nồng độ cao Việc phát tán khí thải sẽ góp phầnlàm gia tăng mức độ ô nhiễm không khí tại khu vực dự án, đặc biệt là ảnh hưởng đếnsức khỏe con người và các hệ sinh thái Trong tình hình nguồn nguyên liệu ngày càngcạn kiệt, giá thành cao sẽ ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nhà máy (than đá, dầu mỏsắp hết trong khoảng vài chục năm nữa) vì nguyên liệu bị đốt cháy sẽ mất đi không thểtái sinh như nước của thủy điện.

+ Tiếng ồn và độ rung cũng là nguồn gây ô nhiễm không khí khá quan trọng vàcó thể gây ra các ảnh hưởng xấu đến môi trường và trước hết là đến sức khoẻ củangười lao động trực tiếp, sau đó là tới khu vực lân cận Tiếng ồn làm giảm năng suấtlao động, làm giảm thính lực, dẫn tới bệnh điếc nghề nghiệp Độ rung ảnh hưởng quantrọng tới năng lực và độ chính xác trong công tác lao động, giảm thị lực và thính lực,dễ gây ra sự cố tai nạn lao động.

1.2.2 Nhà máy thủy điện

a Khái niệm

Nhà máy thủy điện là công trình thủy công trong đó bố trí các thiết bị động lực(tuabin, máy phát điện ) và các hệ thống thiết bị phục vụ cho sự làm việc bình thườngcủa các thiết bị chính nhằm sản xuất điên năng cung cấp cho các hộ dùng điện Có thểnói đây là một xưởng sản xuất điện năng của công trình thủy điện Loại và kết cấu nhàmáy phải đảm bảo làm việc an toàn của các thiết bị thuận lợi trong vận hành.

b Phân loại

Nhà máy thủy điện được chia thành 3 loại cơ bản:

+ Nhà máy thủy điện ngang đập được xây dựng trong các sơ đồ khai thác thuỷnăng kiểu đập với cột nước không quá 35 - 40 m Bản thân nhà máy là một thành phầncông trình dâng nước, nó thay thế cho một phần đập dâng, cửa lấy nước cũng là thànhphần cấu tạo của bản thân nhà máy Do vị trí nhà máy nằm trong lòng sông nên loạinhà máy này còn được gọi là nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông.

+ Nhà máy thuỷ điện sau đập được bố trí ngay sau đập dâng nước Khi cột nước

cao hơn 30 - 45 m thì bản thân nhà máy vì lý do ổn định công trình không thể là mộtthành phần của công trình dâng nước ngay cả trong các trường hợp tổ máy công suấtlớn Nếu đập dâng nước là đập bê tông trọng lực thì cửa lấy nước và đường ống dẫnnước tuabin được bố trí trong thân đập bê tông, đôi khi đường ống dẫn nước tuabinđược bố trí trên mái hạ lưu của đập.

+ Nhà máy thuỷ điện đường dẫn trong sơ đồ khai thác thuỷ năng kiểu đường

dẫn hoặc kết hợp, nhà máy thuỷ điện đứng riêng biệt tách khỏi công trình đầu mối.Cửa lấy nước đặt cách xa nhà máy Trong trường hợp công trình dẫn nước là không ápthì cửa lấy nước nằm trong thành phần của bể áp lực; trong trường hợp công trình dẫnnước là đường hầm có áp thì cửa lấy nước bố trí ở đầu đường hầm và là một công trìnhđộc lập Đường dẫn nước vào nhà máy thường là đường ống áp lực nhưng trongtrường hợp trạm thuỷ điện đường dẫn cột nước thấp với đường dẫn là kênh dẫn thì cóthể bố trí nhà máy thuỷ điện kiểu ngang đập.

c Cấu trúc cơ bản của nhà máy thủy điện.

Hình 1.2 trình bày kết cấu cơ bản của một nhà máy thủy điện Trong đó: Tuabin, 2- Máy phát điện, 3- Van trước tuabin, 4- Máy biến áp, 5- Cáp dẫn điện máyphát, 6- Hệ thống làm mát máy phát, 7- Hệ thống đo lường và điều khiển, 8- Hệ thốngcấp nước kỹ thuật, 9- Hệ thống nén khí, 10- Hệ thống kích từ, 11 Hệ thống dầu, 12-Cầu trục, 13- Phòng điều khiển trung tâm, 14- Trạm phân phối điện, 15- Đường dâycao áp, 16- Cửa van ống hút, 17- Thùng dầu áp lực, 18- Tủ điều tốc, 19- Máy tiếp lực,20- Hệ thống thoát nước

1-Hình 1.9 Sơ đồ vị trí thiết bị của một nhà máy thủy điện điển hìnhd Nguyên lý làm việc nhà máy thủy điện.

Hình 1.3 trình bày nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện Trong các nhàmáy thủy điện, nước được tích ở hồ chứa ở thượng lưu Lợi thế dụng thế năng củanước, nước sẽ chảy qua tuabin và làm tuabin quay > làm quay Roto Cảm ứng sangphía Stato một sức điện động > tạo ra nguồn điện ba pha Lượng điện năng được sinhra một phần cấp cho điện tự dùng của nhà máy thủy điện, còn lại sẽ thông qua máybiến áp tăng áp để phát lên lưới.

Hình 1.10 Sơ đồ làm việc của nhà máy thủy điệne Ưu điểm và nhược điểm.

e1 Ưu điểm:

+ Sử dụng nước tự nhiên để phát điện nên giá thành điện năng thủy điện rẻ hơnso với nhiệt điện (10 – 20%).

+ Hiệu suất nhà máy thủy điện cao hơn nhiệt điện.+ Lượng điện tự dùng nhỏ (0,5 – 2%).

+ Thời gian mở máy nhanh (5 – 10 phút).

+ Không gây ô nhiểm môi trường do không phát thải khí.

+ Có khả năng trị thủy: Tích nước vào mùa lũ nên giảm lượng nước vùng hạ lưu.+ Phục vụ tốt cho thủy lợi, nuôi trồng thủy sản.

+ Thuận tiện cho giao thông thủy vì dòng chảy ổn định hơn.

e2 Nhược điểm

+ Thời gian xây dựng nhà máy thủy điện lâu, vốn đầu tư lớn chủ yếu vốn xâydựng phần thủy (hồ, nước, đập, cửa xả lũ, đường giao thông phục vụ cho chuyên chởthiết bị và xây dựng).

+ Chiếm diện tích để làm hồ chứa nước cho nhà máy thủy điện > phải di dân,xây dựng lại khu tái định cư, trồng lại rừng…

+ Nhà máy thường xây dựng ở nơi xa phụ tải ( thường ở các vùng đồi núi) >kèm theo các đường dây truyền tải điện cao áp.

1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử

a Khái niệm

Nhà máy điện nguyên tử là một hệ thống thiết bị điều khiển kiểm soát phản ứng hạtnhân dây chuyền ở trạng thái dừng nhằm sản sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt năng, sauđó năng lượng nhiệt này được các chất tải nhiệt trong lò (nước, nước nặng, khí, kim loạilỏng…) truyền tới thiết bị sinh điện năng như tuabin để sản xuất điện năng.

b Phân loại

+ Phân loại theo mục đích sử dụng (lò hạt nhân thí nghiệm, lò phản ứng hạtnhân thương mại).

+ Phân loại theo chất tải nhiệt (lò khí, lò nước, lò kim loại… ).

+ Phân loại theo năng lượng của neutron (lò phản ứng neutron nhiệt, lò phảnứng neutron nhanh).

+ Phân loại theo công suất.+ Phân loại theo thế hệ lò.

c Nguyên lí hoạt động.

Hình 1.11 Mô hình nhà máy điện nguyên tử

Trên hình đưa ra cho chúng ta biết nguyên tắc làm việc của nhà máy điện hạtnhân với 2 vòng tuần hoàn Năng lượng nhiệt được sinh ra ở vùng hoạt động của lòphản ứng (nơi xảy ra quá trình phân hạch Uranium-235) Nhiệt được cung cấp chochất tải điện (chất mang nhiệt), được bơm tuần hoàn trong vòng tuần hoàn một Tiếpđến chất tản nhiệt (khi đó đã mang nhiệt lượng) sẽ đi tới bộ phận trao đổi nhiệt(trong lò hơi) Ở dây sẽ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt từ chất tải nhiệt sẽ đượctruyền cho nước ở vòng tuần hoàn hai thông qua bộ phận trao đổi nhiệt Nước ở lò hơiđược đun nóng và sôi, hơi nước được tạo thành trong quá trình sôi sẽ được dẫn tớiTuabin, hơi nước làm cho Tuabin quay, dẫn đến Rotor quay và sinh ra dòng điện.

Hơi nước sau khi đi qua Tuabin sẽ tiếp tục đi vào bộ phận ngưng tụ, tại đây hơinước được làm mát, và bị ngưng tụ tạo thành nước Nước ngưng tụ được máy bơmbơm ngược lại lò hơi, và tiếp tục một chu kỳ mới

Chất tản nhiệt ở vòng tuần hoàn 1 sau khi vào bộ phận trao đổi nhiệt, mất đimột phần nhiệt lượng, lại được máy bơm bơm ngược lại lò phản ứng và tiếp tục 1 chukỳ mới.

Bộ phận bù áp suất là một bộ phận rất quan trọng và rất phức tạp, có nhiệm vụđảm bảo áp suất ổn định cho lò phản ứng Khi sự chênh lệch nhiệt độ của chất tảnnhiệt sẽ dẫn đến sự thay đổi áp suất của lò phản ứng Và bộ phận này phải có nhiệm vụ

thay đổi một cách nhịp nhàng và nhanh chóng Khi mà sự thay đổi nhiệt độ xảy ra rấtnhanh khoảng từ 10−15 s đến 10−13 s (thời gian xảy ra của một phản ứng phân hạch).Đối với chất tản nhiệt là nước, thì bộ phận bù áp có một nhiệm vụ rất quan trọng,nhằm duy trì ổn định một áp suất cao (Lò PWR là 160 atm), giúp nước ở vòng tuầnhoàn một không sôi.

Ngoài nước được sử dụng làm chất tản nhiệt, thì các chất tản nhiệt khácnhư CO2 được dùng tại Anh, nước nặng, kim loại lỏng như Natri, Chì, Thủy Ngân…cũng được sử dụng Natri được sử dụng trong lò phản ứng Neutron nhanh tại Nga vớiba vòng tuần hoàn Vòng một và vòng hai là Natri và vòng ba là nước nhẹ ( nước từ bộphân sinh hơi – tuabin – bộ phận ngưng tụ) Sử dụng các kim loại lỏng sẽ tạo điều kiệncho việc đơn giản hóa lò phản ứng, khi đó bộ phận bù áp vốn rất phức tạp sẽ khôngcòn cần thiết nữa

Số vòng tuần hoàn của lò phản ứng được thay đổi tùy theo các loại lò khác nhau( Trên hình là loại lò PWR Nước – Nước) Ngoài ra tại Nga còn phát triển loại lòRBMK Đây là loại lò một vòng tuần hoàn, nước đun sôi ngay trên thanh nhiên liệu,tọa ra hơi nước sau đó tới Tuabin Trong trường hợp không thể cung cấp một lượngnước lớn để làm lạnh hơi nước trong quá trình ngưng tụ, thì ở nhà máy điện được xâydựng hồ chứa nước và tháp ngưng tụ Tháp có nhiệm vụ làm tăng quá trình đối lưu vàquá trình ngưng tụ trong bộ phận ngưng tụ của lò Tháp ngưng tụ đã trở thành mộtphần nổi bật của mỗi nhà máy điện hạt nhân.

d Ưu điểm và nhược điểm.

d1 Ưu điểm

+ Tạo ra một số năng lượng lớn: Phản ứng hạt nhân giải phóng nhiều hơn mộttriệu lần năng lượng so với thủy điện hoặc năng lượng gió Vì vậy, một lượng điệnnăng lớn có thể được tạo ra Hiện nay, có khoảng 10-15% sản lượng điện của thế giớiđược tạo ra bằng năng lượng hạt nhân Một kg uranium-235 có thể sản xuất ra mộtlượng năng lượng điện tương đương 1.500 tấn than.

+ Không làm ô nhiễm không khí: Việc đốt nhiên liệu như than đá tạo ra carbondioxide và khói Đó là một mối đe dọa đối với môi trường cũng như đời sống con người.Sản xuất năng lượng hạt nhân không thải ra khói Vì thế, nó không gây ô nhiễm khôngkhí trực tiếp Tuy nhiên, xử lý chất thải phóng xạ là một vấn đề lớn hiện nay.

+ Nguồn năng lượng xanh: Ưu điểm lớn nhất của nguồn năng lượng này làkhông tạo ra các khí thải nhà kính (như carbon dioxide, methane, ozone,chlorofluorocarbon) trong phản ứng hạt nhân Khí thải nhà kính là một mối đe dọa lớncho môi trường sống, chúng gây ra sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu Phản ứnghạt nhân không tạo ra các khí thải, nên có rất ít ảnh hưởng đến môi trường.

d2 Nhược điểm

+ Bức xạ : Sự giải phóng ngẫu nhiên các bức xạ có hại là một trong những hạnchế lớn nhất của năng lượng hạt nhân Quá trình phân hạch giải phóng bức xạ, nhưngchúng được kiểm soát trong một lò phản ứng hạt nhân Nếu các biện pháp an toànkhông được đảm bảo, các bức xạ có thể tiếp xúc với môi trường sẽ dẫn đến những ảnhhưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và con người.

+ Không thể tái tạo.

+ Phát triển vũ khí hạt nhân: Năng lượng này có thể được sử dụng cho sản xuấtvà phổ biến vũ khí hạt nhân Vũ khí hạt nhân sử dụng phản ứng phân hạch, nhiệt hạch,hoặc kết hợp cả hai phản ứng cho các mục đích phá hủy Đó là một mối đe dọa lớn đốivới thế giới vì chúng có thể gây ra một sự tàn phá quy mô lớn Tác động của chúng cóthể ảnh hưởng tới nhiều thế hệ (ví dụ, vụ đánh bom nguyên tử ở Hiroshima vàNagasaki, Nhật Bản).

+ Chi phí xây dựng khổng lồ: tuy một lượng lớn năng lượng có thể được sảnxuất từ một nhà máy điện hạt nhân, nhưng nó đòi hỏi chi phí đầu tư lớn Cần đếnkhoảng 10 -15 năm để xây dựng xong một nhà máy điện hạt nhân Việc xây dựng mộtnhà máy điện hạt nhân có thể không khả thi.

+ Chất thải hạt nhận: Các chất thải được tạo ra sau phản ứng phân hạch chứacác nguyên tố không ổn định và phóng xạ cao Nó rất nguy hiểm đối với môi trườngcũng như sức khỏe con người và sẽ tồn tại trong một khoảng thời gian dài Nó cầnđược xử lý cẩn thận và phải cách biệt với môi trường sống Độ phóng xạ của cácnguyên tố này sẽ giảm trong một thời gian, sau đó phân hủy Do đó, người ta phảiđược tích trữ và xử lý một cách cẩn thận Việc tích trữ các nguyên tố phóng xạ trongmột thời gian dài là rất khó khăn.

1.2.4 Nhà máy điện sử dụng năng lượng tái tạo

a Nhà máy điện năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời được xem như là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai,nó là nguồn năng lượng sẵn có, sạch và miễn phí Do vậy năng lượng mặt trời ngàycàng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở các nước trên thế giới

Điện mặt trời sử dụng các tấm pin mặt trời thu nhận năng lượng từ ánh sángmặt trời biến đổi thành dòng điện một chiều

* Pin mặt trời

Hình 1.12 Pin mặt trời

Pin mặt trời còn được gọi là pin quang điện, bao gồm nhiều tế bào quang điện –là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điôtquang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Cường độ dòngđiện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánhsáng chiếu lên chúng Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặttrời hoặc ánh sáng nhân tạo Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (ví dụcảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặcđo cường độ ánh sáng.

Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện Hoạt động của pin mặttrời được chia làm ba giai đoạn:

- Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành cáccặp electron-hole trong chất bán dẫn.

- Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chấtbán dẫn khác nhau Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin mặt trời

- Pin mặt trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo nên dòng điện Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế Do giá thành cònđắt, chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao,ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quayxung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiếtbị bơm nước… Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những modul thànhphần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn,thường được đặt trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có ánh sáng nhiều nhất, và kếtnối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay đượclắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống nhưloài hoa hướng dương hướng về ánh sáng Mặt Trời.

b Nhà máy điện năng lượng gió

Năng lượng gió (phong năng) là động năng của không khí di chuyển trong bầukhí quyển của Trái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặttrời Năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng sạch đang rất được ưachuộng trên thế giới và được đánh giá là có tiềm năng lớn ở Việt Nam

Điện gió được hình thành trên sự biến đổi cơ năng thành điện năng nhờ cáctuabin gió.

* Tuabin gió

Thông thường các tuabin gió được đặt trên trụ cao cách mặt đất Hầu hết cáctuabin gió đều được sơn trắng, để tăng tầm nhìn Từ độ cao 30m trở lên, tuabin gió dễhàng thu hầu hết năng lượng gió Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhàcửa hoặc xây dựng, chúng có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện rarộng hơn.

b3 Ưu nhược điểm- Ưu điểm:

+ Nguồn năng lượng tái tạo.

+ Năng lượng sạch, ít gây ô nhiễm môi trường.

+ Nguồn năng lượng miễn phí và vô hạn.+ Hiệu suất cao.

+ Tốn ít diện tích xây dựng.

- Nhược điểm:

+ Không liên tục, phụ thuộc nhiều vào thời tiết nên phải sử dụng thêm cácnguồn năng lượng thông thường.

+ Công nghệ cao, chi phí xây dựng cao.

+ Gây ra ô nhiễm tiếng ồn với người dân sống xung quanh.

1.3 CẤU TRÚC CHUNG CỦA LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

Hình 1.5 trình bày một hệ thống điện thông minh được thiết kế bởi hãng ABBtrong đó thấy khả năng đáp ứng kỹ thuật, đáp ứng các tính năng vận hành khai thác rấtcao với cách thiết kế đa dạng và linh hoạt Điểm đặc biệt của hệ thống là nguồn phátđiện kết hợp hết sức linh hoạt, hệ thống không chỉ khai thác các nguồn phát truyềnthống mà còn tận dụng và khai thác các nguồn năng lượng tái tạo, nguồn năng lượngthiên nhiên Lưới điện được thiết kế theo các mạch vòng trong đó sử dụng đa dạng cácmức điện áp để truyền tải và sử dụng Lưới vòng lớn truyền tải khoảng cách xa sửdụng mức điện áp cao áp hoặc siêu cao áp.

Lưới nhỏ, lưới vùng miền sử dụng điện áp trung thế Ở các mắt lưới đề có đầyđủ các thành phần phát, dẫn, dự trữ, tiêu thụ…Các nguồn phát phân bố rải rác khắp nơitrong hệ thống, điều nay mang lại hiệu quả cấp điện, tính bền vững cho hệ thống, tínhtác động nhanh và tin cậy…làm nên một hệ thống dồi dào công suất, an toàn trongkhai thác, an toàn an ninh nguồn năng lượng và tránh đi nhiều những sự cố cũng nhưđộ tin cậy cấp điện rất cao.

Ngoài ra, lưới điện còn một phần hết sức quan trọng đó là phần điều khiển đikèm với mỗi thiết bị, mỗi hệ thống Với hệ thống điều khiển cho lưới quốc gia cho đếnthời điểm hiện nay, các nước tiên tiến thường thực hiện việc điều khiển sử dụng hệthống điều khiển phân tán với ứng dụng thông qua hạ tầng thông tin viễn thông với cáckỹ thuật điều khiển hiện đại hiện nay.

1.3.1 Các mạch vòng quốc gia

Mạch vòng quốc gia là mạch được tạo bởi lưới điện kín, khoảng cách xa vàrộng, năng lượng truyền dẫn thường trực với công suất lớn và rất lớn, điện áp sử dụngcao áp hoặc siêu cao áp tùy vào địa lý của mỗi nước Lưới quốc gia phổ biến là đườngdẫn trên không với độ tin cậy cao, chỉ tiêu chất lượng tuyệt đối đảm bảo.

Hình 1.14 Mô hình lưới điện thông minh

Chính những yêu cầu này mà lưới quốc gia bao giờ cũng có một vai trò đặc biệtnó không những thể hiện năng lực điện khí hóa của mỗi đất nước mà nó còn góp phầntrong ổn định kinh tế, chính trị nâng cao vị thế của quốc gia đó kể cả tham gia nângcao năng lực quốc phòng.

Lưới quốc gia của Việt nam sử dụng điện áp siêu cao áp 500KV với hai mạchchạy dọc đất nước từ Bắc vào Nam.

1.3.2 Các mạch vòng vùng, miền

Mạch vòng vùng, miền có quy mô nhỏ trong giới hạn địa lý hoặc giới hạn hànhchính cụ thể Mức điện áp có thể sử dụng trong giới hạn trung áp, các chỉ tiêu chấtlượng lưới điện vẫn phải đáp ứng yêu cầu chung Tuy nhiên, về quy mô nhỏ cũng

tương đồng với các yêu cầu về chất lượng thiết bị không đòi hỏi khắt khe như lướiquốc gia nhưng riêng các thiết bị bảo vệ để đảm bảo an toàn cho hệ thống thì vẫnkhông nằm ngoài quy định Việc xây dựng hệ thống vẫn trên cơ sở sử dụng mạch vòngvà trong mắt lưới mạch vòng dù nhỏ đó vẫn phải có đầy đủ các tính năng vận hành,khai thác và đảm bảo cấp nguồn liên tục.

1.3.3 Khả năng phát triển của lưới điện thông minh

Ở Việt Nam, việc ứng dụng lưới điện thông minh cho phép các hộ tiêu dùng,với nguồn điện năng tự sản suất được ngoài việc đáp ứng nhu cầu sử dụng nội bộ cóthể phát ngược để bán cho các công ty mua bán điện Việc này sẽ giúp hạn chế đượcđiện năng tiêu thụ lấy từ nguồn, kích thích phát triển các mô hình phát điện tư nhân vàphong phú thêm nguồn cung cấp cho hệ thống.

Việc ứng dụng lưới điện thông minh ngoài việc đem lại lợi ích thiết thực chongành điện và người dùng mà còn giúp tạo ra thị trường cạnh tranh cung cấp sản phẩmphong phú về thiết bị, công nghệ, nguồn, tạo ra nhiều cơ hội trên thị trường ngànhcông nghiệp điện và đẩy mạnh phát triển cho các công ty trong nước.

Phát triển lưới điện thông mình gồm cả bốn khâu: phát điện, truyền tải, phânphối, tiêu thụ Một thiết kế cơ bản của Smart Grid có các đặc tính chính như sau:

+ Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đốivới khách hàng.

+ Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng máy tính.+ Trợ giúp sự phát triển các nguồn điện phân tán (phát điện, dự trữ năng lượng,cắt giảm nhu cầu…).

+ Trợ giúp sự phát triển các nguồn năng lượng tái tạo.

+ Cung cấp khả năng nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.+ Tối ưu hóa vận hành hệ thống điện để giảm chi phí sản xuất, truyền tải vàphân phối kể cả giảm chi phí đầu tư mới và nâng cấp hệ thống điện.

+ Công cụ cơ bản của vận hành thị trường điện rộng rãi.

Việc thực hiện cùng lúc cả bốn khâu (phát, truyền tải, phân phối, tiêu thụ) đốivới thực trạng lưới điện ở Việt Nam hiện nay là không thể thực hiện đuợc cả về mặtcông nghệ, thiết bị và tài chính Vì vậy, cần có những giải pháp mang tính đột phá vàứng dụng công nghệ mới của các nước phát triển để đưa smart grid vào từng khâu

(phát, truyền tải, phân phối), phát triển từ từng vùng (các hộ tiêu thụ, các nhà máyhoặc một khu vực phụ tải) hoàn thiện từng bước, đánh giá hiệu quả, rút kinh nghiệmđể có nhưng điều chỉnh cho phù hợp, từ đó triển khai mở rộng dần nhằm chủ động vềmặt công nghệ và tài chính.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Chương một đã trình bày một số nội dung:

Giới thiệu lưới điện thông minh với các khái niệm, tính năng, chỉ tiêu kỹ thuật. Các loại nguồn phát trong lưới điện thông minh.

 Mô hình của lưới điện thông minh.

CHƯƠNG 2

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÔ TẬN

2.1 VIỆT NAM VỚI KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Mặt trời là một nguồn năng lượng khổng lồ Hoạt động của mặt trời thườngxuyên tạo ra các dòng bức xạ có năng lượng lớn truyền vào không gian vũ trụ Song,phần bức xạ của mặt trời truyền tới trái đất chỉ là một phần rất nhỏ nhưng cũng đủ nuôisống toàn bộ trái đất chúng ta và đươc coi là nguồn năng lượng vô tận Từ xa xưa, loàingười đã biết tận dụng nguồn năng lượng quý giá này trong nhiều hoạt động thực tiễnnhằm cải tạo thiên nhiên, chinh phục vũ trụ, cải thiện và nâng cao chất lượng cuộcsống của mình Nắng là dòng bức xạ trực tiếp của mặt trời xuống trái đất, số giờ nắngthể hiện lượng ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu xuống bề mặt trái đất Trong đo đạcbức xạ mặt trời, trực xạ là nguồn bức xạ lớn nhất được đo trực tiếp từ nắng Việt Namvới lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiềunhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, do đó là nước có tiềm năng vềnăng lượng mặt trời (NLMT) Vì vậy, sử dụng NLMT như một nguồn năng lượng tạichỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu của các vùngdân cư khu vực này là một kế sách có ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc phòng.Tuy nhiên, việc ứng dụng NLMT ở Việt Nam nói chung cho đến nay chưa phát triển,nguyên nhân là chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể tiềm năng năng lượng mặt trời cũngnhư khả năng đầu tư xây dựng những công trình thu năng lượng mặt trời

Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo sạch, tiềm năng thì vô tận và thânthiện với môi trường Việc khai thác sử dụng NLMT góp phần thay thế các nguồnnăng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, giảm phát khí thải nhà kính, chất ô nhiễmkhông khí, bảo vệ môi trường và mang lại lợi ích kinh tế cao

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về tiềm năng NLMT với số liệu đo đạc trongmột năm [10] tại đảo Cát Bà (Hải Phòng) từ tháng 4/2017-4/2018 cho thấy: Số giờnắng trung bình trong tháng là 190,03 và một năm có trung bình 2.283.6 giờ nắng Sovới toàn quốc, số giờ nắng tại đảo Cát Bà ở mức trung bình cao (toàn quốc 1400 –3000 giờ nắng/năm - khu vực Phan Thiết, Hàm Tân [11] ghi được số giờ nắng trên