Luận văn thạc sĩ Quản lý năng lượng: Giải pháp cải thiện hiệu quả vận hành điện năng lượng tái tạo tại Việt Nam

-

NGUYỄN HỮU DŨNG

GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU QUẢ

VẬN HÀNH ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Quản lý năng lượng Mã Số: 8510602

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 7 năm 2022

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS HUỲNH QUỐC VIỆT

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS HUỲNH QUANG MINH

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS DƯƠNG THANH LONG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Ngày 16 tháng 07 năm 2022

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU – Chủ tịch hội đồng 2 TS NGUYỄN PHÚC KHẢI – Thư Ký

3 TS HUỲNH QUANG MINH – Phản biện 1 4 TS DƯƠNG THANH LONG – Phản biện 2 5 TS NGUYỄN HỮU VINH - Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : NGUYỄN HỮU DŨNG MSHV : 1970686 Ngày, tháng, năm sinh : 30/04/1987 Nơi sinh : Quảng Ngãi

Chuyên ngành : Quản lý năng lượng Mã số : 8510602

TÊN ĐỀ TÀI TIẾNG VIỆT: GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU QUẢ VẬN HÀNH ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI VIỆT NAM

TÊN ĐỀ TÀI TIẾNG ANH : SOLUTIONS TO IMPROVE OPERATING FICIENCY OF RENEWABLE ENERGY IN VIETNAM

I NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

- Tìm hiểu lưới điện 110kV Tỉnh Bình Thuận.Tìm hiểu phần mềm PSS/E, tìm hiểu mô hình động điện mặt trời, điện gió, pin lưu trữ và ứng dụng mô hình dùng phần mềm PSS/E cho việc khảo sát lưới điện 110kV Tỉnh Bình Thuận.Dùng phần mềm PSS/E mô phỏng lưới điện Bình Thuận, kịch bản lắp đặt nhà máy sản xuất H2, hệ thống lưu trữ ắc quy (BESS)

- Đề xuất giải pháp cải thiện hiệu quả vận hành điện năng lượng tái tạo tại Việt Nam

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/09/2021

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 13/06/2022 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS HUỲNH QUỐC VIỆT

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TS.HUỲNH QUỐC VIỆT TS NGUYỄN NHẬT NAM

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gởi lời cảm ơn đặt biệt sâu sắc đến Thầy Huỳnh Quốc Việt đã tận tình

chỉ bảo, hướng dẫn và nhắc nhở tôi trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp Thầy đã tạo điều kiện rất tốt và đã hết lòng giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này Một lần nữa xin gởi gởi chân thành và biết ơn đến thầy

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến quí thầy cô Khoa Điện – Điện Tử, trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những kinh nghiệm quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường

Học Viên

Nguyễn Hữu Dũng

TÓM TẮT

Thời gian vừa qua, dựa vào các chính sách ưu đãi mua điện từ các nguồn điện năng lượng tái tạo của chính phủ Các nguồn điện năng lượng tái tạo được xây dựng và hoàn thành một cách nhanh chóng Tuy nhiên việc phát triển các nhà máy điện năng lượng tái tạo không đồng đều ở các địa phương, chủ yếu được phát triển ở các địa phương có tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo dẫn đến các nguồn điện năng lượng tái tạo phát triển cục bộ Hệ thống truyền tải lưới điện chưa phát triển đồng bộ với việc xây dựng các nhà máy phát điện, bên cạnh đó tình hình dich bệnh xảy ra nghiêm trọng dẫn tình hình tiêu thụ điện bị giảm đáng kể Để bảo đảm an toàn vận hành lưới điện, việc sa thải công suất nguồn điện phát xảy trong đó có các nguồn điện năng lượng tái tạo làm giảm hiệu quả đáng kể việc vận hành các nhà máy điện Dựa vào hiện trạng thực tế luận văn đi vào phân tích lưới điện điển hình tại tỉnh Bình Thuận để làm cơ sở đưa ra đề xuất cải thiện vận hành các nhà máy điện năng lượng tái tạo tại Việt Nam

ABSTRACT

Recently, Based on the government's preferential policies to buy electricity from renewable energy sources Renewable power sources were built and completed quickly However, the development of renewable power plants is uneven in the localities It was developed in localities with the potential for renewable energy The power grid transmission system has not been developed synchronously with the construction of power plants Besides, the Pandemic is serious, the result is reducing electricity demand To operation safety of the power grid, the reducing of generating capacity has been implemented, including renewable sources, therefore, reducing the efficiency of power plants' operation Based on the actual situation, the thesis analyzes the typical power grid in Binh Thuan province and suggestions to improve the operation of renewable power plants in Vietnam

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Nguyễn Hữu Dũng, tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài

« Giải pháp cải thiện hiệu quả vận hành điện năng lượng tái tạo tại Việt Nam »

là đề tài do chính bản thân tôi thực hiện, được sự hướng dẫn khoa học của Tiến Sĩ Huỳnh Quốc Việt Các số liệu và kết quả mô phỏng hoàn toàn trung thực Tôi xin

cam đoan không sao chép bất kỳ công trình khoa học của người khác, mọi sự tham khảo được trích dẫn rõ ràng

Học Viên

Nguyễn Hữu Dũng

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

ABSTRACT iv

LỜI CAM ĐOAN v

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

DANH MỤC HÌNH ẢNH xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU xv

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Tổng quan 1

1.1.1Đặt vấn đề 1

1.1.2Hướng tiếp cận đề tài 2

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài 3

1.2.1 Mục tiêu của đề tài 3

1.2.2 Nhiệm vụ đề tài 3

1.3 Phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 4

1.4 Nội dung đề tài 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VÀ HIỆN TRẠNG VẬN HÀNH NGUỒN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI VIỆT NAM, VÀ TỈNH BÌNH THUẬN 6

2.1 Tình hình phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam 6

2.2 Tình hình phát triển điện năng lượng tái tại Tỉnh Bình Thuận 10

2.3 Ưu và nhược điểm của NMNLTT (ĐMT, ĐG) 11

2.3.1Ưu điểm của NMNLTT 11

2.3.2Nhược điểm NMNLTT 12

2.4 Hiện trạng vận hành các nguồn điện NLTT ở Việt Nam 13

2.5 Hiện trạng vận hành các nguồn điện NLTT tại Tỉnh Bình Thuận 17

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP CẢI THIỆN VẬN HÀNH ĐIỆN 19

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 19

3.1 Các giải pháp lưu trữ điện năng 19

3.1.1 Tổng quan 19

3.1.2Hệ thống lưu trữ năng lượng BESS 20

3.2 Pin nhiên liệu H2 23

3.2.1 Tổng quan 23

3.2.2Các công nghệ sản xuất khí H2 23

3.2.2.1 Phương pháp hóa nhiệt: 23

3.2.2.2 Phương pháp quang điện hóa 24

3.2.2.3 Phương pháp điện hóa 25

3.2.3Tình hình sử dụng H2 trên thế giới 26

3.3 Nhà máy điện ảo 27

3.3.1Khái niệm nhà máy điện ảo 27

3.3.2Ứng dụng của VPP trong thị trường điện [22] 30

3.3.2.1 Lưới điện 30

3.3.2.2 Dịch vụ năng lượng 31

3.3.3 Cơ hội và thách thức ở Việt Nam 33

3.4 Giải pháp cải thiện vận hành điện NLTT ở Việt Nam 34

3.4.1 Tổng quan 34

3.4.2 Sản xuất H2 từ nguồn năng lượng sa thải điện NLTT 35

3.4.3 Nạp điện hệ thống BESS từ nguồn NLTT sa thải 35

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG LƯỚI ĐIỆN 110 kV TỈNH BÌNH THUẬN 37

4.1 Tổng quan lưới điện tỉnh Bình Thuận 37

4.2 Hiện trạng nguồn lưới và phụ tải điện 38

4.2.1 Hiện trạng nguồn điện 38

4.2.1.1 Nhiệt điệt 38

4 2.1.2 Thủy điện 38

4.2.1.3 Nguồn diesel tại chỗ 38

4.2.1.4 Nguồn điện năng lượng tái tạo 39

4.3 Hiện trạng lưới điện 110 kV 41

4.5.1 Nhà máy điện gió 52

4.5.2 Tổng quan về công nghệ điện gió 52

4.5.3 Cấu trúc mô hình điện gió loại 4 – WT4G2 53

4.5.4 Nhà máy điện mặt trời 56

4.5.5 Lưu trữ ắc qui (BESS) 57

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG KHI ÁP DỤNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU QUẢ VẬN HÀNH ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 63

5.1 Bài toán ổn định động, cách thức tính toán và thông tư qui định về ổn định hệ

thống tại Việt Nam 63

5.1.1 Bài toán ổn định động, cách thức tính toán 63

5.1.2 Thông tư qui định về ổn định hệ thống tại Việt Nam 64

5.2 Mô phỏng ổn định động hệ thống lưới điện 110kV Tỉnh Bình Thuận 65

5.3.2 Kết quả thực hiện mô phỏng và nhận xét 77

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 82

6.1 Kết quả tính toán, đề xuất 82

6.2 Hướng phát triển đề tài 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 1: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT LƯỚI ĐIỆN 110kV TỈNH BÌNH THUẬN TẠI THỜI ĐIỂM KHẢO SÁT (Trình bày A3) 86

PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 87

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

NLMT: Năng Lượng Mặt Trời NLG: Năng Lượng gió

NLTT: Năng Lượng Tái Tạo NMĐMT: Nhà máy Điện Mặt Trời NMĐG: Nhà máy điện gió

NMNLTT: Nhà máy điện năng lượng tái tạo TBA: Trạm Biến Áp

QĐ 11: Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg TT 16: Thông tư số 16/2017/TT-BCT QĐ 13: Quyết định 13/2020/QĐ-TTg TT 18: Thông tư số 18/2020/TT-BCT NM H2: Nhà máy sản xuất hydrogen H2: Khí Hydrogen

BESS: Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng Battery (Pin lưu trữ) Viện Năng Lượng: Viện Năng Lượng - Bộ Công Thương VN: Việt Nam

NLDC: Trung Tâm điều độ điện quốc gia A0

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Bản đồ phân bố bức xạ mặt trời tại Việt Nam [10] 7

Hình 2.2: Bản đồ phân bố tốc độ gió trung bình năm ở độ cao 100 m ở VN [11] 7

Hình 2.3: Biểu đồ công suất nguồn điện phân theo dạng năng lượng sơ cấp [1] 9

Hình 2.4: Biểu đồ phần trăm cơ cấu nguồn điện sơ cấp năm 2020 [1] 9

Hình 2.5: Biểu đồ so sánh công suất và sản lượng 2 tuần đầu tháng 09/2021 16

Hình 3.1: Năm công nghệ lưu trữ điện năng phổ biến hiện nay 20

Hình 3.2: Thành phần hệ thống pin lưu trữ BESS 22

Hình 3.3: Sơ đồ sản xuất H2 bằng phương pháp hóa nhiệt 24

Hình 3.4: Sơ đồ sản xuất H2 bằng phương pháp quang điện hóa 25

Hình 3.5 : Sơ đồ sản xuất hydrogen bằng phương pháp điện hóa 25

Hình 3.6 : Sơ đồ nhà máy điện ảo TVPP 29

Hình 3.7 : Sơ đồ nhà máy điện ảo CVPP 29

Hình 4.1:Biểu đồ công suất ngày điển hình cực đại của 12 tháng trong năm 2018 của tỉnh Bình Thuận (nguồn PC Bình Thuận) 37

Hình 4.2: Biểu đồ phụ tải điển hình mùa mưa (nguồn PC Bình Thuận) 37

Hình 4.3 Biểu đồ phụ tải và sản lượng điện tiêu thụ năm 2020 (nguồn PC Bình Thuận) 38

Hình 4.4: Sơ đồ thay thế đường dây 45

Hình 4.5: Sơ đồ thay thế đầy đủ của máy biến áp 2 cuộn dây 46

Hình 4.6: Sơ đồ thay thế máy biến áp 2 cuộn dây trong hệ tương đối 47

Hình 4.7 Sơ đồ thay thế máy biến áp 3 cuộn dây 49

Hình 4.8: Sơ đồ thay thế máy biến áp 3 cuộn dây trong hệ tương đối 49

Hình 4.9: Bốn loại công nghệ điện gió 53

Hình 4.10 : Cấu trúc tổng quát của mô hình động điện gió loại 4 – WT4G2 53

Hình 4.11: Cấu trúc khối điều khiển điện (REEC_A) 54

Hình 4.12:Cấu trúc khối mô hình hệ thống truyền động (Wtgt_a) 55

Hình 4.13: Cấu trúc khối mô hình điều khiển cấp độ nhà máy (REPC A) 55

Hình 4.14: Cấu trúc khối Mô hình bộ chuyển đổi (REGC_A) 56

Hình 4.15: Cấu trúc tổng quát của mô hình nhà máy điện mặt trời 56

Hình 4.16: Cấu trúc tổng quát của mô hình BESS 57

Hình 4.17: Cấu trúc khối mô hình điều khiển điện BESS - REEC_C 58

Hình 4.18:Mô hình máy phát GENSAL 59

Hình 4.19:Mô hình bộ điều tốc HYGOV 59

Hình 4.20: Mô hình bộ ổn đinh công suất SCRX 59

Hình 4.21:Thông tin cơ bản sau khi chạy mô phỏng phân bố công suất PSS/E 61

Hình 4.22:Trào lưu công suất lưới điện 110kV Tỉnh Bình Thuận thời điểm khảo sát 62

Hình 5.1:Kết quả dao động tần số tại các thanh cái 110 kV Hậu Sanh, Vĩnh Hải, Phan Rí, Lương Sơn, Phan Thiết, Hàm Kiệm 66

Hình 5.2:Kết quả dao động điện áp tại các thanh cái 110 kV Hậu Sanh, Vĩnh Hải, Phan Rí, Lương Sơn, Phan Thiết, Hàm Kiệm 67

Hình 5.3:Kết quả dạo động điện áp, tần số tại thanh cái 110 kV các TBA Phan Rí 2, Phan Thiết 2, Hàm Tân 2 67

Hình 5.4:Kết quả dao động công suất tại một số NMĐMT Thuận Nam 19, Vĩnh Hảo 4, Ecoseido 68

Hình 5.5:Kết quả dao động tần số tại các thanh cái 110 kV Hậu Sanh, Vĩnh Hải, Phan Rí, Lương Sơn, Phan Thiết, Hàm Kiệm 69

Hình 5.6:Kết quả dao động điện áp tại các thanh cái 110 kV Hậu Sanh, Vĩnh Hải, Phan Rí, Lương Sơn, Phan Thiết, Hàm Kiệm 69Hình 5.7:Kết quả dạo động điện áp, tần số tại thanh cái 110 KV các TBA Phan Rí 2, Phan Thiết 2, Hàm Tân 2 69Hình 5.8:Kết quả dao động công suất tại một số NMĐMT Thuận Nam 19, Vĩnh Hảo 4, Ecoseido 70Hình 5.9:Biểu đồ thay đổi bức xạ mặt trời khu vực khảo sát 72Hình 5.10:Dao động tần số tại các thanh cái 110 kV TC Hậu Sanh, Vĩnh Hải, Phan Rí, Lương Sơn, Phan Thiết, Hàm Kiệm 72Hình 5.11:Dao động điện áp tại các thanh cái 110 kV TC Hậu Sanh, Vĩnh Hải, Phan Rí, Lương Sơn, Phan Thiết, Hàm Kiệm 73Hình 5.12:Biểu đồ công suất phát các nhà máy điển hình: ĐMT Sông Lũy 1, ĐMT Vĩnh Tân 2, ĐMT Vĩnh Hảo 73Hình 5.13:Biểu đồ công suất phát các nhà máy điển hình: ĐMT Sông Lũy 1, ĐMT Vĩnh Tân 2, ĐMT Vĩnh Hảo 74Hình 5.14:Tần số hệ thống lưới điện khi cụm NM ĐMT ngừng phát 77

Hình 5.15:Điện áp các trường hợp tại TC 110kV Phan Rí 2 khi cụm NM ĐMT

Hình 5 20: Điện áp các trường hợp tại TC 110kV Hàm Tân 2 rớt phụ tải trạm 110kV 80Hình 5 21:Điện áp các trường hợp tại TC 110kV Phan Thiết 2 rớt phụ tải trạm 110kV Đức Linh 80

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1:Thống kê nguồn phát điện ở Việt Nam từ năm 2010 đến năm 2020 [1] 8

Bảng 2.2:Thống kê tốc độ tăng trưởng các cơ cấu nguồn điện Việt Nam bình quân 5 năm [1] 10

Bảng 2 3:Sản lượng điện cắt giảm Năm 2020 (Nguồn NLDC) 15

Bảng 2.4: Dự kiến công suất nguồn được huy động ngày 01/12/2021 (Nguồn NLDC) 17

Bảng 2.5:Bảng phân bổ công suất nguồn điện mặt trời năm 2021 ngày điển hình 17

Bảng 2.6:Thống kê lượng điện bị cắt giảm ĐMT Hàm Phú 2 -49MWp (Nguồn: Phòng vận hành nhà máy ĐMT Hàm Phú 2) 18

Bảng 3 1: Bảng so sánh các tính chất của các loại pin lưu trữ 21

Bảng 3 2: So sánh giữa VPP và lưới điện siêu nhỏ 30

Bảng 3 3 Một số dự án điển hình VPP [19] 31

Bảng 4 1:Thống kế các nhà máy điện NLTT kết nối lưới điện 110kV tỉnh Bình Thuận 39

Bảng 4 2: Đặc điểm kỹ thuật tuyến đường dây 110 kV tỉnh Bình Thuận 42

Bảng 4 3:Công suất nguồn và tỉ lệ % thời điểm khảo sát 60

Bảng 4 4:Phụ tải tại các trạm biến áp 110kV tại thời điểm khảo sát 60

Bảng 5 1:Qui định ổn định tần số theo thông tư 25/2016- TT BTCT 65

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan

1.1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học - kỹ thuật- công nghệ trên thế giới thì ngành năng lượng cũng liên tục tăng trưởng để đáp ứng nhu cầu của xã hội Các nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, sử dụng nguồn năng lượng tái tạo là xu hướng tất yếu của xã hội

Cùng theo xu hướng của thế giới, Việt Nam cũng đã có những hoạch định, những cơ chế chính sách để phát triển nguồn năng lượng tái tạo Chính phủ Việt Nam đã có chính sách cụ thể để phát triển từng nguồn năng lượng: Năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh khối…

+ Với năng lượng mặt trời chính phủ đã ban hành QĐ 11 ngày 11/04/2017 về

cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời, kèm hướng dẫn của bộ công thương số TT 16 có thời hạn đến 30/06/2019 cho các dự án điện mặt trời với giá bán điện của các dự án mặt đất, điện mặt trời mái nhà cố định trong vòng 20 năm là 9.35 CentUsd Sau QĐ11 chính phủ tiếp tục ban hành QĐ13, và hướng dẫn của bộ công thương TT 18 có thời hạn đến 31/12/2020 cho các dự án điện mặt trời với giá bán điện cố định trong vòng 20 năm là 8.38 CentUsd

+ Với năng lượng gió chính phủ đã ban hành quyết định 37/2011/QĐ-TTg và

quyết định 39/2018/QĐ-TTg về cơ chế khuyến khích phát triển điện gió ở Việt Nam

+ Với năng lượng sinh khối chính phủ đã ban hành quyết định 24/2014/QĐ-TTg

về cơ chế hỗ trợ các dự án điện sinh khối tại Việt Nam

Những cơ chế được chính phủ hỗ trợ, khuyến khích phát triển điện năng lượng tái tạo thời gian qua đã tạo điều kiện các nguồn năng lượng điện năng lượng tái tạo tại Việt Nam đã phát triển nhanh chóng trong giai đoạn từ năm 2019 đến nay với cơ cấu nguồn năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn của hệ thống điện Việt Nam lên đến 26% vào cuối năm 2020

Không giống như các loại hàng hóa khác, điện năng là một loại hàng hóa đặc biệt, trong quá trình sản xuất và tiêu thụ cần phải cân bằng công suất phát và nhu cầu sử dụng ở mọi thời điểm Tuy nhiên thời gian qua việc phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam nhanh chóng và cục bộ ở một số địa phương có tiềm năng lớn về bức xạ mặt trời, về vận tốc gió, mặc khác do tác động của dịch bệnh Covid -19 nên phụ tải tiêu thụ giảm đáng kể dẫn đến tình trạng thừa điện bắt buột phải cắt giảm lượng điện ở các nhà máy sản xuất điện, trong đó có các nhà máy năng lượng tái tạo

Nguồn NLTT là nguồn năng lượng vô tận, sẽ không cạn kiệt theo thời gian Tuy nhiên khi tận dụng nguồn năng lượng này để sản xuất tạo điện năng có đặc điểm là nguồn năng lượng không liên tục, bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố thời tiết: tốc độ gió thay đổi, bức xạ mặt trời thay đổi đột ngột, mây che nắng xuất hiện tức thời …

Vậy với các NMNLTT ở Việt Nam hiện nay giải pháp nào để cải thiện được các nhà máy hoạt động tối đa công suất thiết kế, lắp đặt để đêm lại hiệu quả cao nhất cho các nhà đầu tư, cho nhà nước, cho nhân dân và toàn xã hội

Với những đặc điểm nêu trên giải pháp được đưa ra là chuyển hóa năng lượng ở thời điểm dư thừa lưu trữ lại hoặc tích trữ ở dạng năng lượng khác và sẽ tạo ra nguồn điện những thời điểm hệ thống điện cần

Trên cơ sở đó nội dung đề tài sẽ phân tích về đặc điểm kỹ thuật của nguồn năng lượng tái tạo, và các công nghệ tích trữ điện năng, các giải pháp cân đối nguồn phát điện năng lượng tái tạo cho phù hợp, để tối ưu hóa vận hành nguồn điện năng lượng tái tạo

1.1.2 Hướng tiếp cận đề tài

Giải pháp cải thiện vận hành các nguồn NLTT hiện nay của Việt Nam cần nhìn nhận theo hai hướng kinh tế và kỹ thuật Hiện nay các chính sách cũng như các qui định về tích trữ năng lượng, hoạt động sản xuất H2, hoặc các mục đích khác sử dụng nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống lưới điện chưa được hoạch định cụ thể và thực hiện Do đó trong nội dung thực hiện đề tài này học viên sẽ tìm hiểu, khảo sát và đưa ra đề xuất ở góc nhìn kỹ thuật cho việc cải thiện hiệu quả vận hành điện

năng lượng tái tạo tại Việt Nam Việc khảo sát này cần tìm hiểu ở các khu vực có tính chất có lượng lớn lượng năng lượng tái tạo xâm thực vào lưới điện Bình Thuận là một tỉnh ven biển Nam Trung Bộ có bức xạ mặt trời và tốc độ gió phù hợp với phát triển năng lượng tái tạo Giai đoạn từ 2019 đến 2021 lượng lớn các nhà máy ĐMT và ĐG đã được phát triển triển và xây dựng kết nối vào lưới điện của tỉnh Bình Thuận Do đó, đề tài đề xuất sử dụng lưới điện 110 kV tỉnh Bình Thuận lưới cập nhật đến tháng 04/2021 làm đối tượng nghiên cứu cho nội dung đề tài này

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài 1.2.1 Mục tiêu của đề tài

Lưới điện 110 kV khu vực tỉnh Bình Thuận đang xem xét có sự xâm thực rất lớn nguồn của các nguồn năng lượng tái tạo Vì vậy cần khảo sát về tính tính ổn định động của hệ thống khi vận hành lưới điện này

Các nguồn điện năng lượng tái tạo có quán tính phát điện thấp, công suất phát điện phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết ĐMT phụ thuộc vào bức xạ, nhiệt độ, mây che…., ĐG phụ thuộc vào sự biến thiên của tốc độ gió nơi lắp đặt các tuabin đón gió Do đó cần khảo sát những thay đổi đột ngột về thời tiết ở thời điểm năng lượng tái tạo phát lớn nhất thì sẽ ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật của lưới điện như thế nào

Tình trạng dư thừa công suất phát ở những thời điểm phụ tải thấp, công suất phát các nguồn năng lượng tái tạo cao, hệ thống lưới không đáp ứng được cần phải sa thải công suất phát các nguồn phát điện trong đó có các nguồn điện NLTT Đề tài khảo sát các giải pháp để sử dụng được nguồn năng lượng sa thải đó đồng thời ổn định được lưới điện theo các qui định về kỹ thuật

Xây dựng lưới điện 110kV tỉnh Bình Thuận tại thời điểm khảo sát

Tìm hiểu phần mềm PSS/E của hãng PTI (Mỹ), cách sử dụng và áp dụng để mô phỏng các trạng thái xác lập, trạng thái quá độ của lưới điện đang khảo sát

Tìm hiểu các mô hình động của các nguồn phát năng lượng tái tạo: ĐMT, ĐG, BESS

Thực hiện khảo sát ổn định quá độ lưới điện khi có sự cố và sự cố được giải trừ sự cố

Thực hiện khảo sát biến thiên bức xạ mặt trời ảnh hưởng đến công suất phát các nhà máy phát điện ĐMT trong phạm vi khảo sát

Thưc hiện kết nối nhà máy sản xuất H2, lắp đặt hệ thống BESS vào lưới điện và khảo sát việc lắp đặt này ảnh hưởng đến lưới điện đang khảo sát như thế nào

1.3 Phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu

Lưới điện 110 kV tỉnh Bình Thuận khảo sát tại thời điểm 04/2021

Các nhà máy ĐG, ĐMT đã kết nối vào lưới điện 110 kV tại thời điểm khảo sát Các mô hình động của nước ngoài về việc mô hình hóa các nguồn điện NLTT, nguồn phát điện thủy điện, tải lưới điện, đường dây, … để mô phỏng khảo sát lưới điện

Phương pháp thực hiện đề tài bằng cách khảo sát các nhiệm vụ đề tài bằng phần mềm PSSE của hãng PTI (Mỹ) Sử dụng các kết quả mô phỏng để đưa ra những kết quả, các hướng đề xuất của đề tài

Vì thời gian cũng như kiến thức có hạn nên các mô hình động được sử dụng trong đề tài tham khảo các nguồn từ các nghiên cứu nước ngoài và không đi sâu phân tích chi tiết các mô hình này

1.4 Nội dung đề tài

Dựa vào các mục tiêu và nhiệm vụ đã đề ra, đề tài “Giải pháp cải thiện hiệu quả vận hành các nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam” gồm các nội dung chính như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Tổng quan và hiện trạng vận hành nguồn điện năng lượng tái tạo tại Việt Nam, và tỉnh Bình Thuận

Chương 3: Các giải pháp cải thiện vận hành nguồn điện năng lượng tái tạo Chương 4: Xây dựng lưới điện 110kV Tỉnh Bình Thuận

Chương 5: Kết quả mô phỏng khi áp dụng một số giải pháp vận hành Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VÀ HIỆN TRẠNG VẬN HÀNH NGUỒN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI VIỆT NAM, VÀ TỈNH BÌNH THUẬN 2.1 Tình hình phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam

Việt Nam là một quốc gia nhiệt đới, lượng gió và bức xạ mặt trời hàng năm lớn và được phân bố thành 3 vùng khu vực có những đặc điểm khác nhau về khí hậu: miền Bắc có khí hậu cận nhiệt đới ẩm, miền Trung mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, trong khi miền Nam nằm trong vùng nhiệt đới xavan

Việt Nam được đánh giá là quốc gia có tiềm năng lớn để phát triển các nguồn năng lượng tái tạo mới như điện gió và điện mặt trời Năng lượng mặt trời ở Việt Nam được phân bố quanh năm, và khá ổn định, số giờ nắng trong năm trung bình từ 1.700 – 2.600 giờ, đặt biệt khu vực Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ, các khu vực này có số giờ nắng hàng năm lên đến 2.000 – 2.600 giờ nắng/ năm, bức xạ khoảng 5Kwh/ngày rất thuận lợi để phát triển phát điện từ nguồn năng lượng mặt trời Tiềm năng kỹ thuật điện mặt trời theo đánh giá của Viện Năng Lượng Việt Nam lên đến 386GW gồm điện mặt trời mặt đất và điện mặt trời nổi và 48 GW điện mặt trời mái nhà [1]

Việt Nam có đường bờ biển dài 3.260 Km trải dài từ Bắc đến Nam, khí hậu nhiệt đới rất thuận lợi để phát triển điện gió gồm điện gió trên bờ, gần bờ và xa bờ Tiềm năng kỹ thuật điện gió theo đánh giá của Viện Năng Lượng lên đến 217 GW gồm gần bờ và trên bờ tập trung ở các khu vực Tây Nguyên, Nam Trung Bộ và Tây Nam Bộ, và tiềm năng gió xa bờ khoảng 160 GW tập trung ở các khu vực Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Trà Vinh, Hà Tĩnh, Quảng Ninh [1]

Hình 2.2: Bản đồ phân bố tốc độ gió trung bình năm ở độ cao 100 m ở VN [11] Hình 2.1: Bản đồ phân bố bức xạ mặt trời tại Việt Nam [10]

Chính phủ Việt Nam đã có những định hướng để phát triển các nguồn năng lượng tái tạo qua các qui hoạch quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011

đến 2020 có xét đến 2030 (qui hoạch điện VII), qui hoạch điện VII điều chỉnh, Nghị

quyết 55-NQ/TW ngày 11/2/2020 của bộ chính trị với chủ trương là tăng tỉ lệ nguồn

điện năng lượng tái tạo trong cơ cấu phát điện của Việt Nam cụ thể:

QHĐ7 điều chỉnh: dự kiến nguồn điện năng lượng tái tạo mới sẽ chiếm 21% tổng công suất nguồn điện quốc gia năm 2030

Nghị quyết 55-NQ/TW: tỷ lệ điện năng của năng lượng tái tạo trong tổng điện năng sản xuất toàn quốc là khoảng 30% năm 2030 và 40% năm 2045

Để đạt những mục tiêu trên chính phủ đã có những chính sách khuyến khích cụ thể cho các nguồn năng lượng tái tạo khác nhau để phát triển với giá ưu đãi mua điện cố định trong 20 năm

Đối với nguồn năng lượng mặt trời: QĐ11, QĐ13 áp dụng giá ưa đãi cho điện mặt trời

Đối với nguồn năng lượng điện gió: quyết định 37/2011/QĐ-TTg, quyết định 39/2018/QĐ-TTg, áp dụng giá cố định ưu đãi cho điện gió

Ngoài ra các nguồn năng lượng tái tạo khác: sinh khối, chất thải rắn, cũng được chính phủ ban hành giá ưu đãi mua điện để khuyến khích phát triển

Tuy nhiên trong bối cảnh hiện tại thì hai nguồn điện gió và mặt trời phát triển mạnh mẽ hơn cả sau khi ban hành các chính sách mua điện ưu đãi

Bảng 2.1:Thống kê nguồn phát điện ở Việt Nam từ năm 2010 đến năm 2020 [1]

Nhiệt điện khí + dầu MW 7.846 8.688 9.070 9.070

Hình 2.4: Biểu đồ phần trăm cơ cấu nguồn điện sơ cấp năm 2020 [1]

Điện mặt trời trước năm 2019, tiềm năng rất lớn nhưng hầu như không phát triển, chỉ được lắp đặt với qui mô tự dùng ở vùng xâu vùng xa, hải đảo Tuy nhiên thời gian ngắn trong 2 năm 2019 – 2020 đã có 16,7 GW ĐMT được hòa vào lưới điện

Thủy điện ( bao gồm cả thủy điện nhỏ)

Nhiệt điện than

Nhiệt điện khí + dầu

Điện gió

Điện mặt trời

Sinh khối

0500010000150002000025000

quốc gia Qui hoạch điện VII điều chỉnh đề ra mục tiêu là đến hết năm 2020 có 850MW đưa vào vận hành, nhưng thực tế đến hết năm 2020 có nguồn điện mặt trời gần 20 lần

Điện gió cũng có bước phát triển đáng kể, năm 2015 chỉ có 71 MW, nhưng đến cuối năm 2020 đã lên đến 630 MW Đến 31/10/2021 đã có 140 dự án đã ký hợp đồng mua bán điện (PPA) với điện lực Việt Nam (EVN) với công suất 8.171,475 MW, trong đó có đã vận hành thương mại trước ngày 01/11/2021 để kịp hưởng chính sách ưu đãi theo quyết định 39/2018/QĐ-TTg về giá mua điện từ EVN là 84 dự án với tổng công suất là 3.980,265 MW [12]

Bảng 2.2:Thống kê tốc độ tăng trưởng các cơ cấu nguồn điện Việt Nam bình quân 5 năm [1]

Mục Đơn vị 2015 2020

Thủy điện (bao gồm cả

2.2 Tình hình phát triển điện năng lượng tái tại Tỉnh Bình Thuận

Tỉnh Bình Thuận nằm trong vành đai nhiệt đới Bắc bán cầu, lại ở vị trí địa lý có độ cao mặt trời lớn (500l8' - 87058') và ngày dài (11 – 13 giờ), Bình Thuận được thừa hưởng chế độ bức xạ mặt trời dồi dào Theo Đề tài nghiên cứu 52C-

01- 01 thuộc chương trình tiến bộ kỹ thuật của Nhà nước về năng lượng mới được lập năm 2012, vùng Bình Thuận có cường độ bức xạ mặt trời khoảng 5,0 kWh/m2/ngày Tổng số giờ nắng trung bình năm ở Bình Thuận dao động từ 2.500 đến 3.000 giờ/ năm và giảm dần từ khu vực duyên hải lên khu vực đồi núi Các tháng 4-7 thuộc thời kỳ nắng nhất, có số giờ nắng 200 giờ/tháng ở khu vực duyên hải.Với điều kiện bức xạ và số giờ nắng trên, từ tháng 4 đến tháng 10 hàng năm đạt các tiêu chí về bức xạ và số giờ nắng sử dụng ĐMT cho hiệu quả tốt

Với điều kiện tự nhiên, khí hậu thuận lợi để phát triển nguồn năng lượng ĐMT, cùng với cả nước tỉnh Bình Thuận từ năm 2019 đến nay đã có nhiều dự ĐMT được xây dựng và đưa vào vận hành, góp phần cung cấp nguồn năng lượng sạch lên hệ thống lưới điện quốc gia Tính đến hết năm 2020 tỉnh đã có 1.011,2 MWp với 23 nhà máy điện mặt trời đã được đi vào vận hành chiếm gần 12% công suất nguồn điện mặt trời tại Việt Nam [13]

Bên cạnh đó nguồn điện mặt trời áp mái cũng phát triển không kém, tính đến 26/04/2021 là 430 khách hàng với tổng công suất lắp đặt là 298,3 MWp (Nguồn Điện Lực Bình Thuận)

Khu vực tỉnh Bình Thuận cũng có tốc độ gió cao phù hợp với phát triển điện gió, khu vực đất đai thưa dân cư, thuận lợi để xây dựng các dự án điện gió Trước tháng 06/2021 tỉnh có 04 dự án điện gió gồm: ĐG Phú Lạc, ĐG Tuy Phong Giai đoạn 1, ĐG Hồng Phong và ĐG Điện gió Đại Phong với tổng công suất lắp đăt là 134 MW Đến tháng 11/ 2021 có thêm năm dự án được đưa vào vận hàng thương mại với công suất là 204,2 MW, đưa tổng công suất lắp đặt điện gió của tỉnh lên 338,2 MW

Bên cạnh đó tỉnh Bình Thuận cũng có tiềm năng rất lớn để phát triển các dự án điện gió xa bờ Hiện nay đã có 3 dự án đang trong giai đoạn phát triển dự án, đánh giá tiềm năng triển khai gồm: Bình Thuận offshore wind (5.000 MW), La Giàn offshore wind (3.500 MW), Thăng Long offshore wind (3.400 MW) với tổng công suất 11.900 MW [21]

2.3 Ưu và nhược điểm của NMNLTT (ĐMT, ĐG) 2.3.1 Ưu điểm của NMNLTT

NM NLTTT là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, ít gây ô nhiễm môi trường, nguồn năng lượng này không bị cạn kiệt theo thời gian Hiện nay các nguồn năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt theo thời gian, năng lượng tái tạo là một hướng phù hợp để giảm dần phụ thuộc năng lượng vào các nguồn năng lượng hóa thạch

Các NMNLTT khi vận hành gần như không tạo ra khí CO2 cũng như các khí và hóa chất ảnh hưởng đến môi trường, điều đó giúp môi trường sống của chúng ta được cải thiện hơn so với sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống

Khi vận hành NMNLTT không cần chi phí nhiêu liệu đầu vào, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp, độ bền của dự án cũng khá cao

Quá trình đầu tư xây dựng một dự án NMNLTT ngắn hơn các nguồn điện truyền thống khác, ví dụ như xây dựng một NMĐMT 50MW thời gian hoàn từ 3- 6 tháng Giá thành đầu tư các dự án NMNLTT thấp hơn nhiều các năm trước nhờ vào sự phát triển của công nghệ phát điện, và giảm chi phí sản xuất, nên việc đầu tư một dự án NLTT sinh lời tốt cho các nhà đầu tư với mức giá mua điện theo các cơ chế giá cố định chính phủ đã ban hàng

Tận dụng được các vùng đất không trồng trọt được do khí hậu khắc nghiệt như một số địa phương Ninh Thuận, Bình Thuận, … để triển khai dự án, đóng góp vào ngân sách địa phương hàng năm, góp phần phát triển kinh tế xã hội cho các địa phương có dự án được xây dựng

Xây dựng các dự án NMNLTT cũng thu hút đáng kể lượng lao động địa phương, tạo việc làm cho dân địa phương cũng là đóng góp kể vào phát triển kinh tế của địa phương Bên cạnh đó một số dự án có thể phát triển thêm mô hình dịch vụ du lịch kèm theo để thêm doanh thu cho địa phương

Thực hiện xây dựng các dự án điện gió ngoài khơi, xa bờ tạo được nguồn năng lượng lớn cho quốc gia để phát triển kinh tế, bên cạnh đó cũng là một cách để khẳng định và bảo vệ chủ quyền biển đảo quốc gia

2.3.2 Nhược điểm NMNLTT

Các NMNLTT có đặt điểm thay đổi công suất phát nhanh, do phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu, không thể kiểm soát hoặc điều khiển được ĐMT sẽ thay đổi công suất phát đột ngột nếu bị mây che, bức xạ mặt trời bị thây đổi ĐG sẽ gây ra dao động đáng kể tác động lên hệ thống điện mỗi khi gió biến thiên lớn, hoặc dừng.Quán tính điện NLTT rất nhỏ, đặt biệt ĐMT có quán tính bằng không, nên khi các nguồn điện NLTT thay đổi đột ngột công suất phát do ảnh hưởng thời tiết dẫn đến gây mất ổn định hệ thống điện Do đó có tác động tiêu cực đến hệ thống lưới điện khi kết nối với NLTT, làm cho hệ thống lưới điện có độ tin cậy thấp, cần phải có nguồn dự phòng từ các nguồn năng lượng khác bù đắp vào sự biến thiên của nguồn NLTT

Tính khả dụng của điện NLTT cũng là một nhược điểm lớn của dạng năng lượng này ĐMT chỉ phát vào ban ngày và khi có nắng, và công suất phát cao nhất từ 11h đến 13h hàng ngày (điều kiện nắng tốt), ban đêm và những ngày mưa hoặc âm u không thể phát điện ĐG biến thiên theo tốc độ gió tại khu vực lắp đặt

Các nhà máy điện NLTT lớn thường được xây dựng trên các khu vực có chiếm diện tích đất đáng kể, thường ở các khu vực xa lưới điện hiện hữu dẫn đến chi phí đầu tư thêm lưới điện truyền tải, dẫn đến hiệu quả đầu tư dự án bị giảm

2.4 Hiện trạng vận hành các nguồn điện NLTT ở Việt Nam

Điện mặt trời và điện gió là hai nguồn điện năng lượng tái tạo tiềm năng phát triển ở Việt Nam Thời gian vừa qua với các chính sách ưu đãi về giá mua điện từ các quyết định của chính phủ, bên cạnh đó công nghệ sản xuất phát triển, chi phí đầu tư dự án của hai nguồn năng lượng giảm nhiều so với cách đây vài năm trước, đã tạo sự

bùng nổ về công suất lắp đặt của hai nguồn năng lượng này tại Việt Nam

Tính đến hết năm 2020 công suất nguồn phát của điện năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn của Việt Nam chiếm gần 26%, trong đó ĐMT chiếm đến 24% thông qua các cơ chế giá ưu đãi mua điện (QĐ 11, QĐ 13) với số nhà máy đã đi vào vận hành là 137 nhà máy với công suất lắp đặt là 8.507,65 MW, và điện mặt trời áp mái là 9.300 MWp (tương đương khoảng 8GW) [1]

Bên cạnh đó điện gió cũng có bước phát triển đáng kể nhờ cơ chế giá ưu đãi mua điện với các dự án đi vào vận hành trước 31/10/2021, đã có 84 dự án đưa vào khai thác thương mại với tổng công suất là 3.980,265 MW [12]

Các dự án điện NLTT thường được lắp đặt ở những khu vực có bức xạ tốt hoặc tốc độ gió tốt để có hiệu suất vận hành được cao, dẫn đến tính trạng có địa phương các nhà máy được lắp quá nhiều Ví dụ tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận, hai tỉnh này số dự án NLMT đã vận hành chiếm 40% tổng số dự án điện mặt trời đã đi vào khai thác

thương mại [13]

Các dự án điện NLTT phát triển quá nhanh, và vượt qui hoạch dẫn đến hệ thống lưới điện hiện hữu chưa đáp ứng kịp, xảy ra tình trạng quá tải cục bộ tại các đường dây trung và cao thế ở các khu vực có nhiều nhà máy điện NLTT được kết nối vào Hệ thống truyền tải đầu tư bổ sung quy hoạch chưa đồng bộ với phát triển nguồn năng lượng tái tạo đo đó dẫn đến các sự cố khi vận hành lưới điện Sự cố khi tích hợp công suất lớn các nguồn NLTT điển hình xảy ra ngày 15/05/2021 tại mạch một đường dây 500 kV Tân Định – Sông Mây, lúc này công suất tổng nguồn 31.349MW, trong đó NLTT 6.194MW (chủ yếu ở miền Nam, miền Trung) chiếm 19,7% gây ra hậy quả ngừng phát các NMĐMT Phú Mỹ 4 (182MW), MNĐMT Phú Mỹ 2.2 (464MW) và ngừng phát một số NMĐMT (tổng 276MW) và sa thải phụ tải miền Bắc (580MW)

[14]

Xuất hiện xu hướng truyền tải từ các vùng Tây Nguyên, Nam Trung Bộ, Tây Nam Bộ ra miền Bắc nếu các nhà máy điện NLTT phát công suất cao Tuy hiên do giới hạn truyền tải trên trục đường dây 500 kV Đà Nẵng – Vũng Áng – Hà Tĩnh – Nghi Sơn – Nho Quan (khoảng 1.500MW/mạch) nên tổng công suất phát của các NM ĐG và ĐMT từ Quảng Bình trở vào Nam vào khoảng 11.400 MW [14]

ĐMT và ĐG là các nguồn năng lượng có công suất phát phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, do đó không thể điều khiển được công suất phát theo nhu cầu phụ tải Với lý do bất ổn định của ĐMT và ĐG nên khi vận hành lưới điện cần phải dùng các nguồn phát điện truyền thống để duy trì công suất nền cho hệ thống nhằm: đảm bảo quán tính của hệ thống điện, đảm bảo công suất của hệ thống vào các giờ cao điểm

Do đó các nguồn điện năng lượng tái tạo phải cắt giảm khi phụ tải thấp, đảm an toàn

vận hành cho hệ thống điện

Bức tranh kinh tế - xã hội của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã bị tác động tiêu cực rất lớn từ khi đại dịch Covid -19 bùng phát (từ cuối năm 2019) Nhiều doanh nghiệp hoạt động khó khăn do đại dịch kéo dài, bị ảnh hưởng bởi các lệnh giãn cách trong quá trình thực hiện quá trình chống dịch, nhiều doanh nghiệp ngưng hoạt động hoặc giảm qui mô sản xuất, kinh doanh Điều này dẫn đến giảm nhu

cầu sử dụng điện so với dự báo trước đó về nhu cầu sử dụng điện

Với các nguyên nhân khách quan và chủ quan ở trên, hiện tại các nhà máy điện năng lượng tái tạo ở Việt Nam đang bị cắt giảm lượng lớn sản lượng điện so với khả

43.937

30.179

Sản lượng cắt giảm

10.244

28.815 Tổng cộng sản lượng

cắt giảm (MWh) năm 2020

364.135 (MWh)

Năm 2021 tình hình cắt giảm sản lượng điện NLTT càng lớn hơn năm 2020, với các biện phát siết chặt, giãn cách để chống dịch đợt dịch covid – 19 thứ 4 bùng phát

Điển hình tháng 09/2021 thời điểm đang trong giai đoạn giãn cách xã hội ở Tp Hồ Chí minh, các tỉnh phía Nam và các tỉnh có tình hình dịch bệnh căng thẳng thì tình hình tiêu thụ điện giảm rất nhiều so với cùng kỳ do đó việc huy động nguồn phát điện trong đó có nguồn năng lượng tái tạo phải cắt giảm đáng kể

+ Đối với khu vực miền Nam: trung bình ngày trong 2 tuần đầu tháng 9 thì mức công suất đỉnh của toàn miền Nam là gần 12.200 MW, sản lượng toàn hệ thống điện miền Nam là 243 triệu kWh/ngày Căn cứ với số liệu thống kê thì mức tiêu thụ điện toàn miền Nam trong 2 tuần đầu tháng 9 /2021 thấp hơn 23% so với cùng kỳ năm 2020 [15]

+ Trên quy mô toàn quốc: tính trung bình ngày trong 2 tuần đầu tháng 9 thì mức công suất đỉnh của toàn quốc là hơn 29.700 MW, sản lượng toàn hệ thống điện quốc gia là 624,3 triệu kWh/ngày Như vậy, căn cứ với số liệu thống kê thì mức tiêu thụ điện toàn quốc trong 2 tuần đầu tháng 9/2021 thấp hơn 15% so với cùng kỳ năm 2020 [15]

Triệu Kwh

Cùng kỳ năm 2020

Trung bình 2 tuần đầu tháng 09/2021

Bảng 2.4: Dự kiến công suất nguồn được huy động ngày 01/12/2021 (Nguồn NLDC)

Việc cắt giảm nguồn điện phát, trong đó nguồn điện NLTT khá lớn điển hình ngày 01/12/2021 tại khung giờ buổi trưa (Bức xạ mặt trời lớn nhất nhưng công suất tiêu thụ thấp nhất) có đến 68% công suất bị sa thải trên tổng nguồn phát khả dụng của điện năng lượng tái tạo

2.5 Hiện trạng vận hành các nguồn điện NLTT tại Tỉnh Bình Thuận

Tình hình kinh tế - xã hội chung của tỉnh Bình Thuận cũng không ngoại lệ so với tình hình chung của cả nước trong thời gian qua là ảnh hưởng của dịch bệnh đến các hoạt động sản xuất kinh doanh Do đó các nguồn điện phát của tỉnh đặt biệt là các nguồn điện NLTT cũng bị cắt giảm đáng kể

Điện Áp Mái: Tổng công suất lắp đặt của tỉnh Bình Thuận đã lắp đặt tính đến ngày 30/06/2021 là 430 khách hàng với tổng công suất lắp đặt là 298,3 MWp, hàng ngày đều phải cắt giảm 25,31 MWp ở khung giờ từ 10h30 đến 13h hàng ngày ( Nguồn Điện Lực Bình Thuận).

Bảng 2.5:Bảng phân bổ công suất nguồn điện mặt trời năm 2021 ngày điển hình

(Nguồn PC Bình Thuận)

Nhà máy ĐMT, ĐG tại tỉnh Bình Thuận tính đến ngày 30/06/2021 trên hệ thống lưới điện 110 kV có 24 nhà máy ĐMT và 04 nhà máy ĐG cũng rơi vào tình trạng cắt giảm sản lượng như điện mặt trời áp mái Tình hình cắt giảm của các nhà máy điện này xảy rà liên tục theo sự điều tiết của trung tâm điều độ điện quốc gia A0

Tình hình cắt giảm điển hình của một nhà máy điện mặt trời ở khu vụ tỉnh Bình Thuận như sau:

Bảng 2.6: Thống kê lượng điện bị cắt giảm ĐMT Hàm Phú 2 -49MWp (Nguồn: Phòng vận hành nhà máy ĐMT Hàm Phú 2)

STT Ngày Số giờ Sản lượng (kWh)

Doanh Thu (VNĐ)

Ghi chú

1 Quý 4/2020 46,28 417.496 905.632.323 2 Tháng 01/2021 102,88 1.088.586 2.361.360.751 3 Tháng 02/2021 166,10 1.559.969 3.383.884.755 4 Tháng 03/2021 78,35 603.986 1.310.166.431 5 Tháng 04/2021 45,52 182.554 395.996.137 6 Tháng 05/2021 29,92 150.616 326.716.227 7 Tháng 06/2021 62,92 227.484 493.458.293 8 Tháng 07/2021 55,30 278.668 604.486.626 9 Tháng 08/2021 75,07 172.612 374.429.950 10 Tháng 09/2021 61,85 285.702 619.744.778 11 Tháng 10/2021 100,53 634.163 1.375.626.380 12 Tháng 11/2021 42,95 247.235 536.302.162 13 Tháng 12/2021 67,27 285.792 619.940.006 14 Tháng 01/2022 28,02 96.354 209.011.097 15 Tháng 02/2022 38,23 257.805 559.230.606

TỔNG 1.001,18 6.489.022 14.075.986.522

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP CẢI THIỆN VẬN HÀNH ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

3.1 Các giải pháp lưu trữ điện năng 3.1.1 Tổng quan

Năng lượng điện được lưu trữ nhiều dạng, có nhiều phương thức khác nhau như cơ năng, hóa năng, điện năng, nhiệt năng, điện hóa

Lưu trữ dạng cơ năng: là dạng lưu trữ năng lượng lâu đời nhất, dạng lưu trữ này bao gồm lưu trữ: nước các hồ thủy điện sử dụng cơ năng mấy phát điện để tạo ra điện

khi sử dụng, bánh đà lưu trữ (flywheel), lưu trữ dạng khí nén (AirBattery)

Lưu trữ điện năng:

+ Siêu tụ điện: Là một loại tụ hóa có mật độ điện dung cực cao, nó có thể có điện dung đến 10.000 farad ở 1,2 volt Thông thường nó trữ năng lượng từ 10 đến 100 lần nhiều hơn mật độ trữ năng lượng của tụ hóa thường, và phóng nạp nhanh hơn pin sạc Loại này ứng dụng giữa tụ hóa và pin sạc khi ứng dụng cần phóng nạp nhanh, và mật độ năng lượng cao Về kích thước thì nó lớn hơn pin sạc cùng mức trữ năng cỡ 10 lần

+ Lưu trữ từ trường siêu dẫn (SMES): là một dạng lưu trữ năng lượng từ trường được tạo ra bởi dòng điện một chiều trong cuộn dây siêu dẫn đã được làm lạnh bằng phương pháp đông lạnh đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn siêu dẫn của nó Hóa năng: Dạng lưu trữ này nhiên liệu phổ biến là sử dụng khí H2 để lưu trữ, khí H2 được tách từ nước sẽ sản xuất thành pin nhiên liệu H2

Lưu trữ nhiệt năng: Nhiệt năng thu từ nguồn năng lượng mặt trời hoặc các nguồn năng lượng khác sẽ được lưu trữ lại, khi cần sử dụng năng lượng điện thì thực hiện quá trình chuyển quá nhiệt năng thành điện năng để sử dụng

Lưu trữ năng lượng điện hóa: Công nghệ này chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại, sử dụng các chất hóa học làm dung môi như Lithium, axít…

Hình 3.1: Năm công nghệ lưu trữ điện năng phổ biến hiện nay

Hiệu suất của các thiết bị lưu trữ năng lượng có thể được xác định bởi năng lượng đầu ra và mật độ năng lượng của thiết bị lưu trữ Với các ứng dụng khác nhau thì sử dụng các công nghệ khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng có thể đánh giá theo các yếu tố như thiết bị lưu trữ năng lượng theo thời gian sử dụng, công suất phát điện, thời gian đáp ứng khi chuyển từ dạng năng lượng lưu trữ sang dạng điện năng cho mục đích sử dụng…

Trong các công nghệ lưu trữ năng lượng, thì công nghệ lưu trữ điện hóa và pin nhiên liệu được ứng dụng nhiều nhất hiện nay với những ưu điểm về hiệu quả năng lượng hoặc thân thiện với môi trường Xe điện trong thời gian gần đây được đề cập sẽ thay thế cho các loại xe chạy bằng nhiên liệu truyền thống để giảm khí thải ra môi trường sống

3.1.2 Hệ thống lưu trữ năng lượng BESS

Công nghệ pin cho các thiết bị lưu trữ có thể được phân biệt dựa trên mật độ năng lượng, hiệu suất sạc xả, tuổi thọ và tính thân thiện với môi trường của các thiết bị Mật độ năng lượng được xác định là mức năng lượng có thể được lưu trữ một hệ thống đơn trên một đơn vị thể tích hoặc trên một đơn vị trọng lượng Pin lithium lưu trữ được 150-250Wh/kg và có thể tích trữ năng lượng gấp 1,5 – 2 lần so với pin Na-S, gấp 2-3 lần so với dòng pin oxi hóa – khử và nhiều hơn khoảng 5 lần so với pin điện cực chì Hiệu suất sạc – xả là thang đo hiệu suất có thể được sử dụng để đánh giá hiệu suất của pin Các dòng pin lithium có hiệu suất sạc-xả cao nhất, ở mức 95%,

trong khi đó pin điện cực chì chỉ ở mức 60-70% và dòng pin oxi hóa – khử ở khoảng 70-75% [16]

Một yếu tố hiệu suất quan trọng của các thiết bị lưu trữ năng lượng đó là tuổi thọ của chúng và là yếu tố tác động lớn nhất trong việc đánh giá hiệu quả kinh tế Một vấn đề khác được chú trọng đó là tính thân thiện với môi trường hoặc mức độ vô hại đối với môi trường và có thể tái chế

Bảng 3 1: Bảng so sánh các tính chất của các loại pin lưu trữ

Loại pin

Mật độ phân bố năng lượng

(Wh/Kg)

Hiệu suất ( %)

Tuổi thọ (Năm)

Thân thiện môi trường

Li-ion

1 125-250

1 95

1 10-15

1 Có

NaS

2 125-150

2 75-85

2 10 -15

2 Không

Flow

3 60-80

3 70-75

4 5-10

4 Không

Ni-Cd

4 40-60

4 60-80

3 10-15

3 Không

Lead acid

5 30-50

5 60-70

5 3-6

5 Không Nguồn: Korea Battery Industry Association 2017 “Energy storage system

technology and business model”

Những thay đổi công nghệ đang hướng đến mật độ năng lượng cao Các công nghệ thế hệ tiếp theo: lithium-ion, zinc-air, lithium-sulfur, lithium-air,… được mong đợi để cải thiện mật độ năng lượng của pin lithium hiện tại

Thành phần BESS gồm 3 phần chính: hệ thống pin lưu trữ, hệ thống chuyển đổi năng lượng, hệ thống quản lý năng lượng

Hệ thống pin lưu trữ: được kết nối từ nhiều tế bào pin lại với nhau tạo ra công suất và điện áp theo yêu cầu, có hệ thống quản lý pin (BMS), hệ thống quản lý nhiệt độ pin (B-TMS) BMS bảo vệ các tế bào pin khỏi các hoạt động có hại về mặt điện áp, nhiệt độ, dòng điện để hệ thống đạt được sự tin cậy và an toàn khi vận hành và cân bằng trạng thái sạc của các tế báo khác nhau trong kết nối B-TMS kiểm soát nhiệt độ của các tế bào pin, đảm bảo hệ thống hoạt động ở nhiệt độ an toàn và hiệu suất tối ưu

Hệ thống chuyển đổi năng lượng: hệ thống này bao gồm các bộ điều khiển công suất có chức năng chuyển đổi năng lượng từ pin lưu trữ đến lưới điện và chuyển đổi nguồn điện từ nguồn phát điện (ĐG, ĐMT ,…) vào pin lưu trữ và các thành phần điều khiển cần thiết khác để đảm bảo hệ thống BESS hoạt động tối ưu

Hệ thống quản lý năng lượng: Kiểm soát, giám soát toàn bộ hệ thống BESS, có thể kết nối với hệ thống SCADA chung của nhà máy phát điện để giám sát điều khiển vận hành nhà máy an toàn và hiệu quả [16]

Hình 3.2: Thành phần hệ thống pin lưu trữ BESS

3.2 Pin nhiên liệu H2 3.2.1 Tổng quan

Trong bối các các nước đang hướng đến một nền kinh tế không carbon, thực hiện quá trình chuyển dịch năng lượng từ sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống sang nguồn năng lượng xanh thân thiện với môi trường thì H2 được nhiều quốc gia quan tâm, và trở thành đích nhắm đến trong quá trình chuyển dịch năng lượng của nhiều quốc gia trên thế giới

Hiện nay có nhiều phương pháp để sản xuất khí H2, dựa vào lượng carbon phát thải ra trong quá trình sản xuất H2 thì có thể phân thành 3 nhóm như sau: Hydro “Xám”, Hydro “Lam “và Hydro “Xanh” [2]

Hydro “Xám”: Phương pháp sản xuất H2 thực hiện quá trình nhiệt quá từ các hợp chất hydrocarbon như metan từ nguồn khí thiên nhiên hoặc sau khi khí hóa nhiên liệu than, hoặc dầu Quá trình này thực hiện thì tạo ra lượng lớn CO2 thải ra môi trường Ví dụ như quá trình nhiệt quá từ các hợp chất hydro carbon như metan từ nguồn khí thiên nhiên phát thải CO2 với tỉ lệ 10kg/1kg hydro được tạo ra

Hydro “Lam “: Quá trình sản xuất như Hydro “Xám” tuy nhiên có thêm sự kết hợp công nghệ thu gom và lưu trữ CO2, do đó giá thành sản xuất hydro công nghệ này chi phí cao hơn Hydro “ Xám”

Hydro “Xanh “: Sử dụng nguồn năng lượng tái tại (ĐG, ĐMT) thực hiện quá trình tách Hydrogen từ nguyên liệu đầu vào là nước Quá trình thực hiện sản xuất Hydro công nghệ này hòa toàn không tạo ra khí CO2

3.2.2 Các công nghệ sản xuất khí H2

Hiện nay có ba công nghệ chính sản xuất H2 [17] từ NLTT sử dụng từ nguồn điện mặt trời hoặc nguồn điện được tự ra từ ĐMT, ĐG tham gia vào quá trình vận hành nhà máy tách hydro

3.2.2.1 Phương pháp hóa nhiệt:

Quá trình này thực hiện bằng cách thu nhiệt tập trung từ nguồn năng lượng mặt trời thông qua đĩa parabol, hệ thống lò và tháp năng lượng mặt trời Thực hiện

quá trình nhiệt phân nước ở nhiệt độ cao, tách H2 trực tiếp từ nước, có thể kết hợp thêm một số chất phụ trợ khác để tăng hiệu suất Hiệu suất có thể đạt gần 50% với nhiệt độ 2500 độ C

Hình 3.3: Sơ đồ sản xuất H2 bằng phương pháp hóa nhiệt

Nhược điểm của phương pháp này là thực hiện các quá trình ở nhiệt đô cao nên các thiết bị sử dụng để xây dựng thực hiện quá trình này cũng phải chịu được nhiệt độ tương ứng, đều đó là rất khó trong thực tế Có thể tạo giá thành thực hiện lên quá cao hoặc tìm vật liệu khó phù hợp

3.2.2.2 Phương pháp quang điện hóa

Quá trình này sử dụng ánh sáng mặt trời thực hiện quá trình thủy phân trực tiếp nước sử dụng hai điện cực đặt trong nước Một hoặc cả hai điện cực đều có hoạt tính quang và khi được chiếu bởi ánh sáng mặt trời có thể phân hủy nước thành H2, và O2

Điện cực được sử dụng trong quá trình quang điện hóa vật liệu bán dẫn tương tự như vật liệu được sử dụng trong quang điện Các vật liệu được sử dụng là hai vật liệu bán dẫn có pha tạp chất, một loại p và một loại n, được kết hợp với nhau tạo thành một tiếp giáp p – n Điện trường vĩnh cửu được hình thành khi các điện tích trong loại p và loại n của vật liệu tạo ra tại chỗ tiếp giáp Quá trình quang điện hóa được thực hiện khi ít nhất một điện cực hấp thụ ánh sáng

Hiệu suất tách hydrogen của phương pháp này từ 12.7% -18.2%, phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và khoảng cách hai điện cực Phương pháp thực hiện ở mức qui mô nhỏ và vừa Có thể ứng dụng để ở các trạm tiếp nhiên liệu hydrogen