Luận văn tìm hiểu về chất lượng điện năng của các nhà máy điện gió và các ảnh hưởng của chất lượng điện năng như dao động điện áp, quá độ, nhấp nháy, họa tần và khả năng vận hành khi sự
TỔNG QUAN
Giới thiệu chung
Ngày nay, do nguồn năng lượng hoá thạch đang cạn kiệt dần nên các nguồn năng lượng tái tạo như gió, mặt trời, sinh học, địa nhiệt, đã và đang được rất nhiều nhà khoa học, kỹ sư các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng quan tâm nghiên cứu và cũng đạt được nhiều thành tựu nổi bậc Trong đó, năng lượng gió đã và đang được đầu tư và kết nối lưới phát công suất vào hệ thống điện tại nhiều quốc gia
Công suất lắp đặt và công nghệ chế tạo tuabin điện gió ngày càng phát triển, bên cạnh đó sự phát triển của công nghệ bán dẫn cũng ngày cành phát triển đã tạo điều kiện cho điện gió ngày cành phát triển nhanh chóng
Tuy nhiên, năng lượng gió là dạng năng lượng không thể tích trữ được và không ổn định, phụ thuộc rất lớn vào vận tốc gió và làm thay đổi cấu trúc, sự phân bố công suất trên hệ thống cũng như các vấn đề về điều khiển, bảo vệ Do vậy, để kết nối vào hệ thống điện cần phải đảm bảo tính ổn định và liên tục cho hệ thống điện cũng như ảnh hưởng của các nguồn năng lượng này lên hệ thống điện trong trường hợp vận hành bình thường và khi có sự cố
Trên thế giới, đặc biệt là ở các nước phát triển mạng về điện gió như Đang Mạch, Hà Lan, Đức, Hoa Kỳ, Ấn Độ…đã đưa ra và bổ sung vào các tiêu chuẩn của lưới điện (Grid code for wind power) quy định các điều kiện cần để kết nối nhà máy điện gió vào hệ thống điện Tại Việt Nam, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và Hiệp hội Đồng quốc tế khu vực Đông Nam Á đã nghiên cứu và đưa ra tài liệu tham khảo “Sổ tay kỹ thuật về đấu nối nhà máy điện gió vào Hệ thống điện Việt Nam”
Các dự án điện gió đang được triển khai tại nhiều tỉnh, với công suất lắp đặt ngày càng lớn Tuy nhiên, điện gió là nguồn năng lượng không ổn định, phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết Điều này ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, gây mất ổn định hệ thống điện, dao động điện áp, nhấp nháy điện áp, sụt áp và vận hành khi ngắn mạch Do đó, việc phát triển điện gió cần đi kèm với các giải pháp kỹ thuật phù hợp để đảm bảo chất lượng điện năng và an toàn cho hệ thống điện.
Chính vì vậy, khi hệ thống có sự tham gia của nguồn điện gió thì một trong những vấn đề lớn cần phải quan tâm lớn đó là bài toán điều khiển hệ thống theo những tiêu chuẩn được quy định rõ ràng, các nhà máy điện gió phải tuân thủ những quy định nghiêm ngặt về chất lượng điện, phải vận hành theo yêu cầu của Trung tâm điều độ Tuy nhiên, để có thể đưa ra các tiêu chuẩn, quy định này chính xác thì cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện gió lên hệ thống ở hai trường hợp là vận hành bình thường và khi sự cố ngắn mạch Chính bởi lý do này nên tôi đã
HVTH: Nguyễn Trọng Huân Trang 2 chọn đề tài “Chất lượng điện năng trên hệ thống điện tích hợp các nhà máy điện gió” làm đề tài luận văn thạc sĩ.
Nhiệm vụ, phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu về ảnh hưởng của chất lượng điện áp trong lưới phân phối và ảnh hưởng của máy phát phân tán gió lên hệ thống điện
Mục đích của luận văn là nghiên cứu mô phỏng các ảnh hưởng đến chất lượng điện của các nhà máy điện gió cũng như sự tương tác giữa nhà máy điện gió và lưới điện, từ đó có thể tham vấn cho các công ty Điện lực cũng như các Công ty đầu tư vào năng lượng gió về quy mô công suất, công nghệ, thuật toán điều khiển cũng như đề xuất các quy định, điều kiện để một nhà máy điện gió có thể kết nối vào hệ thống điện
Luận văn mô phỏng và đánh giá tác động của các máy phát điện gió phân tán tích hợp vào hệ thống điện, nhưng không đề cập đến các phương thức điều khiển cụ thể dành riêng cho các nhà máy điện gió.
Phương pháp nghiên cứu
Thu thập và nghiên cứu các tài liệu liên quan từ các bài báo và tài liệu từ internet, các chủ đầu tư nhà máy điện gió, các Công ty Tư vấn thiết kế điện (PECC3, HCMPECC)
Phân tích tổng hợp bài toán và mô phỏng để kiểm tra bằng phần mềm PSCAD
Nghiên cứu về phần mềm PSCAD để mô phỏng một hệ thống điện khi có các máy phát gió phân tán tham gia vào hệ thống và phân tích tỷ lệ tham gia của điện gió vào hệ thống sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống điện.
Điểm mới của luận văn
Mô phỏng hệ thống điện thực tế của tỉnh Bình Thuận – là tỉnh đi đầu cả nước về thu hút đầu tư nhà máy điện gió
Phân tích các thông số đặc trưng cho chất lượng điện năng như hiện tượng quá độ, hoạ tần, võng điện áp, nhấp nháy điện áp, khả năng khôi phục sau sự cố bằng đồ thị trực quan, kết quả mô phỏng có độ chính xác cao Áp dụng kết quả mô phỏng vào một hệ thống điện với mức độ thâm nhập gió tăng dần để xét ảnh hưởng của hệ thống điện khi mức độ thâm nhập điện gió lớn hơn 5%.
Nội dung của luận văn
Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu
HVTH: Nguyễn Trọng Huân Trang 3
Chương 2: Giới thiệu về năng lượng gió và tuabin gió, một số công nghệ tuabin điện gió
Năng lượng từ gió và quá trình chuyển hoá năng lượng gió thành điện năng cũng như chất lượng của năng lượng điện từ gió
Tiềm năng của điện gió tại Việt Nam
Chương 3 : Ảnh hưởng của máy phát điện gió phân tán lên hệ thống điện
Trình bày các ảnh hưởng của điện gió khi tham gia kết nối vào hệ thống điện và nêu một số biện pháp thường sử dụng để điều chỉnh điện áp hệ thống
Chương 4 : Chất lượng điện năng trên lưới điện khi có các nhà máy điện gió tham gia vào hệ thống – Các điều kiện để đấu nối nhà máy điện gió vào hệ thống điện
Trình bày các thông số đặt trưng cho chất lượng điện năng và chất lượng điện năng của điện gió
Trình bày các ảnh hưởng cuả nhà máy điện gió lên hệ thống điện (xét về chất lượng điện áp)
Trình bày các tiêu chuẩn, điều kiện để nhà máy điện gió được đấu nối vào hệ thống điện
Chương 5 : Bài toán mô phỏng ảnh hưởng hệ thống điện khi có điện gió tham gia
Trình bày về phần mềm PScad và các thông số của hệ thống điện tỉnh Bình Thuận
Trình bày các kết quả mô phỏng – từ đó rút ra các nhận xét, đánh giá
Chương 6 : Kết luận, hạn chế và hướng phát triển của đề tài
Nêu các kết quả đã thu được trong luận văn, đưa ra nhận xét và hướng phát triển của đề tài
Nêu các hạn chế của đề tài.
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ TUABIN GIÓ
Gió và năng lượng từ gió
Năng lượng gió trên thế giới hiện đang trong thời kỳ phát triển mạnh nhất, đặc biệt là các Nước Cộng đồng Châu Âu và và Bắc Mỹ (Hoa kỳ, Canada), Trung Quốc Công nghệ tuabin điện gió có thể giải quyết được các vấn đề: Cạn kiệt nguồn tài nguyên hóa thạch, hiệu ứng nhà kính đặt biệt là những nước có vùng biển dài và tiềm năng gió lớn như Việt Nam
Trong ba năm trở lại đây, ngành năng lượng gió thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng không ngừng Theo số liệu thống kê đến giữa năm 2013, tổng công suất lắp đặt năng lượng gió đã đạt tới 318GW, đánh dấu một mốc son quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo sạch.
Hình 2.1: Công suất lắp đặt tuabin gió trên thế giới
(Nguồn World Wind Energy Association năm 2013, www.wwindea.org)
Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã vượt lên đứng đầu thế giới với hơn 80GW, tiếp theo là Mỹ, Đức Tây Ba Nha
Trong 3 năm gần đây, công suất lắp đặt tuanbin điện gió ngày càng tăng với tốc độ nhanh, tính đến giữa năm 2013, công suất lắt đặt đạt hơn 296,2GW
HVTH: Nguyễn Trọng Huân Trang 5 Bảng 2.1: Công suất lắp đặt tuabin gió trong 3 năm gần đây nhất của 15 nước dẫn đầu thế giới
Hình 2.2 : Tỷ lệ lắp đặt tuabin điện gió của 15 nước lớn nhất thế giới
(Nguồn World Wind Energy Association năm 2013, www.wwindea.org)
HVTH: Nguyễn Trọng Huân Trang 6 Trong hình 2.2 cho thấy trong những năm gần đây, khu vực Châu Á, mà đặt biệt là Trung Quốc đang phát triển dung lượng lắp đặt tuabin gió nhanh nhất thới giới, hiện nay Trung Quốc là nước dẫn đầu về công suất lắp đặt tuabin điện gió và dự báo sẽ tiếp tục tăng trong những năm tới
Việt Nam chúng ta cũng là quốc gia có tiềm năng về gió rất lớn, với bờ biển trên 3000km, theo khảo sát của Ngân hàng thế giới (WB), năng lượng gió của Việt Nam có tổng công suất 513.360 MW, gấp 200 lần công suất của nhà máy thủy điện Sơn La và gấp 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020
Năm 2007, EVN cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió, xác định các vùng thích hợp cho phát triển điện gió trên toàn lãnh thổ với công suất kỹ thuật 1.785 MW Trong đó miền Trung Bộ và Tây Nguyên được xem là có tiềm năng gió lớn nhất cả nước với khoảng 880 MW tập trung ở hai tỉnh Quảng Bình và Bình Định, tiếp đến vùng có tiềm năng thứ hai là miền Nam Trung Bộ với công suất khoảng 855 MW, tập trung ở hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận
Năng lượng gió rất cần thiết cho những nơi biển đảo và vùng đồi núi xa xôi
Nhất là ở các đảo như Trường Sa (Khánh Hòa), Phú Quý (Bình Thuận)…, vừa có nhiều tiềm năm về gió mà giảm bớt chi phí khi truyền tải điện từ đất liền ra
Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã tiến hành lắp đặt các cột đo gió trên khắp cả nước nhằm đánh giá tiềm năng phát triển điện gió tại Việt Nam Kết quả đo tốc độ gió ở độ cao 80m được EVN công bố vào năm 2010.
Bảng 2.2: Tiềm năng gió tại Việt Nam (nguồn EVN)
Ngân hàng Thế giới (WB) và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã thực hiện nhiều dự án lắp đặt trạm đo gió dọc miền Trung Việt Nam trong giai đoạn 2009-2010 nhằm đánh giá tiềm năng gió của Việt Nam Kết quả cho thấy tốc độ gió trung bình tại Việt Nam nằm trong khoảng 6-8 m/s, tương đối ổn định, tạo cơ sở để phát triển ngành năng lượng gió tại Việt Nam.
HVTH: Nguyễn Trọng Huân Trang 7
Bảng 2.3: Tốc độ gió tại một số tỉnh thành ở Việt Nam (nguồn EVN)
Dung lượng điện gió tính đến năm 2011 đạt khoảng 79.000KWh, có nhiều dự án điện gió đã và đang được triển khai như:
+ Tuy Phong - Bình Thuận: công suất lắp đặt nhà máy điện Tuy Phong 1 (Giai đoạn 1: 30MW đã hoàn thành và giai đoạn 2: 90MW) - Chủ đầu tư là Công ty CP năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) Ngoài ra, còn có nhiều dự án đã được quy hoạch và đang triển khai vay vốn, lập thiết kế như: Phú Lạc (50MW), Vĩnh Hảo (60MW), Thuận Nhiên Phong (50MW)
+ Phú Quý – Bình Thuận: Dự án gió kết hợp máy phát Diesel công suất lắp đặt 9MW (3 tuabin gió x 2MMW/1tuabin + 6 máy phát Diesel x 0,5MW/máy)
+ Bạc Liêu: Giai đoạn 1 công suất lắp đặt 16MW (10 tuabin x 1,6MW/1tuabin), đến giai đoạn 2 công suất đạt 120MW (2012-1014)
+ Ngoài ra còn nhiều dự án khác đã được quy hoạch và đang trong giai đoạn lập Báo cáo nghiên cứu khả thi, Dự án đầu tư, tập trung nhiều ở các tỉnh miền Trung và Tây nguyên
Gần đây, vào đầu năm 2013, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và Hiệp hội Đồng quốc tế khu vực Đông Nam Á đã nghiên cứu và đưa ra tài liệu tham khảo
“Sổ tay kỹ thuật về đấu nối nhà máy điện gió vào Hệ thống điện Việt Nam” trong đó đưa ra các thông số kỹ thuật cơ bản làm cơ sở để đánh giá, thiết kế và đấu nối các nhà máy điện gió (mức độ thâm nhập điện gió
