Đánh giá tiềm năng năng lượng gió của tỉnh quảng ninh và khả năng hòa lưới điện quốc gia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN XUÂN KHÁNH ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ TỈNH QUẢNG NINH VÀ KHẢ NĂNG HÒA LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – Năm 2014 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chương 11 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐIỆN, NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 11 1.1 Tổng quan ngành Điện Việt Nam 11 1.1.1 Tình hình sản xuất điện 11 1.1.2 Mục tiêu sản xuất điện đến năm 2020 12 1.2 Năng lượng gió tình hình ứng dụng lượng gió để phát điện giới 13 1.2.1 Tiềm trữ lượng gió giới 13 1.2.2 Khái quát tình hình sử dụng lượng gió giới 14 1.3 Tình hình phát triển, ứng dụng lượng gió Việt Nam 16 1.3.1 Tài nguyên gió Việt Nam 16 1.3.2 Hiện trạng khai thác lượng gió Việt Nam 25 1.3.3 Các dự án điện gió triển khai 26 1.3.4 Bài học kinh nghiệm từ quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Bình Thuận 27 Chương 30 ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ CỦA TỈNH QUẢNG NINH 30 2.1 Phương pháp đánh giá tiềm lượng gió 30 2.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực 35 2.2.1 Vị trí địa lý 35 2.2.2 Đặc điểm địa hình, địa chất 36 HV: Nguyễn Xuân Khánh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2.2.3 Đặc điểm khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Ninh 37 2.2.3.1 Tổng quan khí hậu Quảng Ninh 37 2.2.3.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn 38 2.3 Đánh giá vùng gió tiềm tỉnh Quảng Ninh 46 2.3.1 Đánh giá theo khảo sát World Bank (WB) 46 2.3.2 Đánh giá tiềm gió theo khảo sát Viện Khoa học Năng lượng cho huyện Vân Đồn 49 2.4 Đánh giá môi trường chiến lược hoạt động điện gió 51 2.5 Giải pháp công nghệ xây dựng nhà máy điện gió 52 2.5.1 Tổng quan phần thiết bị nhà máy điện gió 52 2.5.1.1 Rotor 52 2.5.1.2.Bộ phận truyền lực 53 2.5.2 Giải pháp công nghệ xây dựng 55 2.5.2.1 Xây dựng móng 55 2.5.2.2.Lắp đặt tháp tua-bin tua-bin gió 55 Chương 60 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PHÂN TÍCH DỰ ÁN NĂNG LƯỢNG SẠCH RETSCREEN ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ TÀI CHÍNH, KỸ THUẬT CỦA DỰ ÁN PHONG ĐIỆN HỒNG GAI - TP HẠ LONG 60 3.1 Giới thiệu phần mền phân tích dự án lượng RETScreen 60 3.1.1 Thông tin mô tả chung 60 3.1.2 Phần mềm liệu 61 3.2 Ứng dụng phần mềm phân tích Dự án Năng lượng Sạch RETScreen để phân tích tiêu kinh tế tài chính, kỹ thuật dự án phong điện Hồng Gai Thành phố Hạ Long - Tỉnh Quảng Ninh 68 3.2.1 Chỉ tiêu kỹ thuật 68 3.2.1.1 Lựa chọn tua-bin gió 69 HV: Nguyễn Xuân Khánh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 3.2.1.2 Tính toán sản lượng điện hang năm 71 3.2.2 Chỉ tiêu kinh tế tài 73 3.2.2.1 Phương pháp chung 73 3.2.3 Phân tích đánh giá tiền khả thi dự án phong điện Hồng Gai -Tp Hạ Long 74 3.2.3.1 Thông tin dự án 74 3.2.3.2 Mô hình lượng 75 3.2.3.3 Phân tích chi phí 77 3.2.3.4 Phân tích phát thải 78 3.2.3.5 Phân tích độ nhậy 83 3.2.3.6 Phân tích rủi ro 86 3.2.4 Phân vùng tiềm năng lượng gió tỉnh Quảng Ninh 88 3.2.4.1 Vùng I 89 3.2.4.2 Vùng II 90 3.2.4.3 Vùng III 91 3.2.4.4 Vùng IV 92 3.2.5 Đánh giá hiệu kinh tế xã hội dự án phong điện tỉnh Quảng Ninh 94 3.2.5.1 Đáp ứng nhu cầu tăng trưởng phụ tải 94 3.2.5.2 Đa dạng hóa nguồn cung cấp điện 95 3.2.5.3 Phát triển kinh tế vùng tạo công ăn việc làm cho người lao động 95 3.2.5.4 Đánh giá tác động môi trường 95 3.2.5.5 Các biện pháp giảm thiểu tác động 97 Chương 98 HÒA ĐIỆN GIÓ VÀO LƯỚI ĐIỆN 98 4.1 Sự cần thiết hòa điện gió vào lưới điện 98 4.2 Các loại tua bin gió thiết bị gió điện tử công suất kèm 99 4.2.1 Phân tích tua-bin gió theo dải tốc độ hoạt động 99 HV: Nguyễn Xuân Khánh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 4.2.1.1 Tua bin gió hoạt động tốc độ cố định 99 4.2.1.2 Tua-bin gió hoạt động tốc độ thay đổi 100 4.2.2 Khái niệm điều khiển công suất 101 4.2.3 Hiện trạng máy phát điện tua-bin gió đại 101 4.2.4 Thiết kế điện tử dông suất đại 103 4.2.5 Ứng dụng điện tử công suất 105 4.2.5.1 Khởi động mềm 105 4.2.5.2 Bộ tụ bù 105 4.5.2.3 Chỉnh lưu biến tần 105 4.3 Hòa điện gió vào lưới điện 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108 TÀI LIÊU THAM KHẢO 110 HV: Nguyễn Xuân Khánh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Tiềm gió Việt Nam độ cao 65m so với mặt đất 18 Bảng 2: So sánh vận tốc gió trung bình EVN đồ gió giới 20 Bảng 3: Tiềm kỹ thuật lượng gió Việt Nam 22 Bảng 4: Tóm lược tiềm năng lượng gió độ cao 80m theo atlas tài nguyên gió 23 Bảng 5: Hiện trạng khai thác lượng gió Việt nam 25 Bảng 6: Các dự án điện gió triển khai 26 Bảng 7: Trạm khí tượng số liệu thành phố Hạ Long 40 Bảng 8: Vị trí trạm khí tượng số liệu đảo Cô Tô 42 Bảng 9: Trạm khí tượng Trà cổ - Móng Cái 45 Bảng 10: Tỉ lệ dân số nông thôn nơi cung cấp tua bin gió cỡ nhỏ 46 Bảng 11: Diện tích có tiềm gió tỉnh vùng duyên hải miền Bắc 48 Bảng 12: Đặc tính kỹ thuật tua-bin WINDTEC 1.566 - 67m hãng WINDTEC 71 Bảng 13: Số liệu tốc độ gió trung bình tháng, năm dự án 72 Bảng 14: Kết đánh giá vùng gió tiềm huyện Yên Hưng 89 Bảng 15: Kết đánh giá vùng gió tiềm cho Vùng I 89 Bảng 16: Kết đánh giá vùng gió tiềm Hạ Long 90 Bảng 17: Kết đánh giá vùng gió tiềm cho Vùng II 91 Bảng 18: Kết đánh giá vùng gió tiềm Huyện Vân Đồn 91 Bảng 19: Kết đánh giá vùng gió tiềm cho Vùng III 92 Bảng 20: Kết đánh giá vùng gió tiềm Móng Cái (Trà Cổ - Vạn Ninh ) 93 Bảng 21: So sánh tác động môi trường lượng hóa thạch, thủy điện lượng tái tạo 96 Bảng 22: Ưu nhược điểm sử dụng điện tử công suất hệ thống điện gió 103 Bảng 23: Các tính công suất lớn khóa chuyển mạch 104 HV: Nguyễn Xuân Khánh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC HÌNH Hình 1: Phân loại theo loại hình sản xuất điện 12 Hình 2: Sơ đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn thực đo gió 17 Hình 3: Bản đồ tài nguyên gió Việt Nam 19 Hình 4: Địa điểm dặt trạm đo gió EVN chủ đầu tư khác 21 Hình 5: Bản đồ tài nguyên gió Việt Nam độ cao 80m 24 Hình 6: Các cấp tốc độ gió vùng duyên hải phía Bắc Việt Nam độ cao 65m 47 Hình 7: Hai vị trí đo gió đảo Cô Tô 51 Hình 8: Các phận tua - bin gió 56 Hình 9: Quy trình phân tích chuẩn bước 61 Hình 10: Thông tin ban đầu 74 Hình 11: Dữ liệu khí hậu địa điểm có nhà máy điện gió 75 Hình 12:Thông tin hệ thống đề xuất 76 Hình 13: Đường cong lượng tua-bin gió 76 Hình 14: Đánh giá sơ công suất sản lượng mô hình 77 Hình 15: Chi phí đầu tư cho dự án 77 Hình 16: Chi phí hàng năm định kỳ cho dự án 78 Hình 17: Phát thải khí nhà kính trường sản suất điện thông thường 78 Hình 18: Phát thải khí nhà kính trường hợp đề xuất 78 Hình 19: Các tham số tài dự án 79 Hình 20: Thu nhập cho dự án 80 Hình 21: Bảng tổng kết thu chi hàng năm 81 Hình 22: Kết đánh giá hiệu dự án 82 Hình 23: Dòng tiền hàng năm 82 Hình 24: Biểu đồ dòng tiền tích lũy hàng năm 83 Hình 25: Phân tích độ nhậy NPV 84 Hình 26: Phân tích độ nhậy Vốn cổ đông - IRR sau thuế 85 Hình 27: Phân tích rủi ro NPV 86 HV: Nguyễn Xuân Khánh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 28: Phân tích rủi ro Vốn cổ đông - IRR sau thuế 87 Hình 29: Minh họa khoảng cách tuabin theo quy tắc mà Lahmeyer International GmbH (Germaly ) đưa 88 Hình 30: Minh họa dự án lượng tua-bin gió đồi, núi 90 Hình 31: Minh họa dự án tua-bin điện gió khơi 92 Hình 32: Bản đồ phân vùng tiềm năng lượng gió tỉnh Quảng Ninh 94 Hình 33: Các kiểu tua-bin gió 102 Hình 34: Các tự chuyển đổicông suất cho tua-bin gió 104 Hình 35: Bộ chuyển đổi tần số loại back - to - back 105 Hình 36: Kết nối điện gió vào lưới điện 106 HV: Nguyễn Xuân Khánh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầu đủ EVN Tập đoàn điện lục Việt Nam WB World Bank (Ngân hàng giới ) VNIHM Viện Khí tượng Thủy văn Quốc gia Việt Nam NOAA Cục Quản lý Hải dương học Khí tượng Quốc gia Mỹ IE Viện lượng PECC3 Công ty cổ phần tư vấn xây dựng điện RECTERE Trung tâm Tái tạo thiết bị Nhiệt CDM Clean Development Mechanism (Cơ chế phát triển ) NPV Giá trị hoa lãi ròng FIRR Suất hoàn vốn nội tài B/C Tỷ số lợi nhuận /chi phí IRR Internal rate of return (Suất thu lợi nội ) CERs Chứng nhận giảm phát thải O&M Operation and maintenance (Vận hành bảo dưỡng ) NMĐ Nhà máy điện GIS Hệ thống thông tin địa lý MoIT Bộ công thương HV: Nguyễn Xuân Khánh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỞ ĐẦU Với tình hình dân số giới ngày tăng mạnh kèm theo nhu cầu sử dụng lượng người ngày tăng cao Do mức tiêu thụ lượng lớn tăng nhanh nên nguồn lượng có dần cạn kiệt Ở Việt Nam, với tốc độ tăng trưởng trung bình sản lượng điện 20 năm trở lại đạt mức cao, khoảng 12-13%/năm, tăng gấp đôi tấc độ tăng trưởng GDP kinh tế Theo dự báo Tập đoàn Điện lực Việt Nam, tốc độ tăng trưởng GDP trung bình tiếp tục trì mức 7,1%/ năm nhu cầu điện sản xuất Việt Nam vào năm 2020 200.000GWh, vào năm 2030 327.000GWh Trong đó, huy động tối đa nguồn điện truyền thống sản lượng điện nước đạt mức tương ứng 165.000GWh (năm 2020) Do đó, kinh tế bị thiếu hụt điện nghiêm trọng tỷ lệ thiếu hụt khoảng 20-30% năm Trước nguy dạng lượng truyền thống dầu mỏ, khí đốt, than bị người khai thác với tốc độ nhanh ngày cạn kiệt, nhiều nước giới đưa biện pháp sách đồng nhằm nghiên cứu, thúc đẩy phát triển bền vững nguồn cung cấp lượng tái tạo, góp phần đảm bảo an ninh lượng, đảm bảo phát triển bền vững quốc gia Nhận thức tầm quan trọng vấn đề an ninh lượng phát triển bền vững xu chung toàn cầu, Việt Nam khuyến khích sử dụng lượng hiệu phát triển nguồn lượng tái tạo Việc điều tra, đánh giá tiềm khả đóng góp nguồn lượng tái tạo vấn đề cấp bách cần thiết Đề tài luận văn “Đánh giá tiềm lượng gió tỉnh Quảng Ninh khả hòa lưới điện quốc gia”, nghiên cứu với mục đích góp phần vào chiến lược phát triển lượng chung tỉnh Quảng Ninh nói riêng nước nói chung Bằng việc ứng dụng phần mềm Phân tích dự án lượng RETScreen,nghiên cứu khẳng định tính khả thi cho dự án điện gió quy mô công nghiệp số vị trí có tiềm năng lượng gió tỉnh Quảng Ninh Đề HV: Nguyễn Xuân Khánh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đáng cho tác động gây tiếng ồn yên tĩnh Tác động cánh tua-bin lớn loại chim di cư việc lựa chọn địa điểm xây dựng cần tránh đường bay loài chim quý Bảng 21: So sánh tác động môi trường lượng hóa thạch, thủy điện lượng tái tạo Các tác động môi trường CO2cq (khí nhà kính) SOx (mưa axit) NOx (mưa axit) Bụi Than SP dầu x x x x x x x Rất Tác động đến rừng biến đổi khí hậu - TĐ lớn - - - - Mất rừng Mặt trời gió - - - Sinh khối Trung hòa Rất TĐN Địa nhiệt Rất - Không đáng kể - Thúc đẩy trồng rừng Rất - Loại Năng Lượng Năng lượng hóa thạch NLTT - Mặc dù tác động tích cực có phần trội dự án lượng tái tạo mặt trời, gió, địa nhiệt có số tác động tiêu cực định đến môi trường Kết đánh giá môi trường chiến lược (ĐMC) quy hoạch tổng thể phát triển nguồn lượng tái tạo Việt Nam giai đoạn đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, Viện Năng lượng thực năm 2010, xem xét dự báo đánh giá tác động xấu đến môi trường xảy việc sử dụng loại lượng tái tạo Các dự án lượng tái tạo tạo chất thải, trực tiếp trình sản xuất điện trình dự trữ lượng Các chất thải tác động khác đến môi trường Tuy nhiên, công trình phong điện có ảnh hưởng định tới môi trường giai đoạn thiết kế xây dựng.Với khối lượng đào đắp, xây dựng không HV: Nguyễn Xuân Khánh 96 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội lớn, thời gian thi công ngắn, ảnh hưởng đến môi trường không đáng kể kiểm soát Ngoài ra, giai đoạn hoạt động, tua-bin gió vào hoạt động tạo tác động ảnh hưởng đến thị giác, tầm nhìn, độ ồn thẩm mỹ người cảnh quan xung quanh công trình Một vấn đề môi trường khác nảy sinh chiếm dụng diện tích đất nông nghiệp, cạnh tranh với ngành nghề khác sử dụng đất Trên thực tế địa điểm dự kiến xây dựng trạm điện gió lựa chọn khu vực đất đất đồi chưa sử dụng, bãi cồn cát ven biển, thảm thực vật chủ yếu bụi thưa thớt, việc giải phóng mặt thuận lợi, đảm bảo quy hoạch phát triển địa phương, dự án phong điện không nằm đặc điểm 3.2.5.5 Các biện pháp giảm thiểu tác động - Trong trình thi công xây dựng, không xả nước thải trực tiếp nguồn tiếp nhận, bố trí hố thu nước xử lý cặn bùn lắng, thiết lập quy định an toàn, vệ sinh cho công nhân - Để giảm thiểu tiếng ồn hoạt động tua-bin cần phải thực lựa chọn tua-bin phù hợp, đảm bảo điều kiện vận hành bảo dưỡng thường xuyên - Giảm thiểu ảnh hưởng đến tầm nhìn: lựa chọn tua-bin tiên tiến, cấu trúc gọn, đẹp, sơn bên nhẹ nhàng, bố trí khoảng cách hợp lý - Để hạn chế tác động tiêu cực đến hoạt động không, tua-bin gió cần lắp đặt đèn tín hiệu đỉnh cột tháp, đuôi cánh quạt HV: Nguyễn Xuân Khánh 97 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Chương HÒA ĐIỆN GIÓ VÀO LƯỚI ĐIỆN 4.1 Sự cần thiết hòa điện gió vào lưới điện Thiết bị hòa mạng mang lại lợi ích: nâng cao hiệu suất thu lượng tránh tượng dư thừa lượng vô ích: ta nạp vào Accu Accu đầy, thiết bị điện có lúc dùng lúc không Những lúc việc xảy dư thừa lương vô ích Khi hòa vào lưới điện thừa lượng chia sẻ cho nơi khác hay đưa vào sản xuất, đưa vào phương tiện vận chuyển (xe điện, tàu điện ngầm ); ta cần lại có điện sử dụng Bộ hòa lưới điện: thiết bị lấy lượng gió hòa chung vào lưới điện để chia sẻ cho người hay nơi sản xuất Khi mà thời gian tạo lượng có gió lại không dùng đến Nếu ta lấy lượng gió mà dự trữ vào Accu tốn kém, hiệu không cao Nếu không hòa mạng mà tạo nguồn điện với công suất danh định, giả sử trường hợp ta vận hành máy lạnh, hay động bơm nước Ta có máy phát điện gió với công suất để vận hành 2kW động khởi động cần công suất lớn để khởi động lúc khởi động momen quay động Do khởi động phải tốn công suất gấp đến lần công suất vận hành, nên làm máy phát tắt tức thời bật tắt liên tục bảo vệ an toàn cho máy phát Nhưng hòa mạng khác, công suất máy phát điện gió thiếu nguồn quốc gia hỗ trợ làm cho động chạy; chạy ổn định không cần nguồn quốc gia mà lương dư thừa lại chia sẻ sang cho người khác sử dụng Nên không cần nhiều lượng từ nguồn quốc gia mà nguồn quốc gia giống nguồn hỗ trợ cho việc vận hành, điều hòa công suất cho nơi Giảm tổn thất đường truyền tải công suất nơi tiêu thụ giảm Vì nơi tiêu thụ điện nơi tạo điện Nếu Hạ Long có 70.000 hộ với 70.000 panel 200W Hạ Long tạo nhà máy phát điện công suất 14 triệu Wait ngày khoảng 8h gió ngày Hạ Long tạo triệu kW/ngày năm có 365 ngày HV: Nguyễn Xuân Khánh 98 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nếu không hòa mạng không dùng lượng gió phải nạp vào Accu làm chi phí tăng khổng lồ cho nguồn dự trữ Accu Mặt khác không khai thác hết công suất hiệu suất từ nguồn lượng gió (vì bạn mua Acuu lớn đến mức tích trữ hết công suất tiêu thụ) lại làm cho Accu mau hỏng nạp xả liên tục, gây hư hại Accu tăng chi phí đầu tư chi phí vận hành giảm việc thu lại vốn lợi nhuận từ việc tạo lượng gió Khi hòa mạng điện lợi ích giảm thấp thoát lượng việc truyền tải điện xa Các nhà máy điện thường xa thành phố, mà thành phố nơi tiêu thụ lượng điên khổng lồ, nên tiêu hao thấp thoát lượng lớn đường dây Hòa mạng có nguồn lượng chỗ giảm thấp thoát lượng đường dây 4.2 Các loại tua bin gió thiết bị gió điện tử công suất kèm 4.2.1 Phân tích tua-bin gió theo dải tốc độ hoạt động Có nhiều cách để phân loại tua-bin gió, người ta phân loại tua-bin chủ yếu dựa vào dải tốc độ hoạt động thiết bị điều khiển công suất tua-bin gió Theo dải tốc độ hoạt động có hai loại tua-bin gió hoạt động tốc độ cố định tuabin gió hoạt động tốc độ thay đổi liên tục 4.2.1.1 Tua bin gió hoạt động tốc độ cố định Trong năm đầu thập niên 1990 tua-bin tiêu chuẩn lắp đặt hoạt động tốc độ cố định tức không phụ thuộc vào tốc độ gió, tốc độ roto cố định, phụ thuộc vào tần số lưới tỉ số truyền động với máy phát Tua-bin trang bị máy phát điện không đồng hay gọi máy phát điện cảm ứng, nối trực tiếp với lưới điện, với khởi động mềm tụ để bù công suất phản kháng hỗ trợ khởi động Loại tua-bin thiết kế để thu hiệu suất lớn tốc độ đặc biệt để nâng cao sản lượng điện Máy phát tua-bin thường có hai cuộn dây: sủa dụng tốc độ thấp (thường có cực) để sử dụng tốc độ cao (thường có từ đến cực) HV: Nguyễn Xuân Khánh 99 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tua-bin gió hoạt động tốc độ cố định có ưu điểm đơn giản, mạnh mẽ, đáng tin cậy vận hành, chi phí đầu tư thấp Nhược điểm không điều khiển công suất kích từ, ứng suất khí lên trục rotor tua-bin điều khiển hạn chế chất lượng điện Do hoạt động tốc độ cố định biến động tốc độ gió làm thay đổi momen rotor kéo theo thay đổi công suất phát tua-bin vào lưới, tạo nên sủa dao động công suất lưới Trong trường hợp lưới yếu công suất tua-bin lớn, dẫn đến biến động điện áp lớn, kéo theo thiệt hại đáng kể tổn thất lưới 4.2.1.2 Tua-bin gió hoạt động tốc độ thay đổi Trong vài năm trở lại tua-bin gió đa tốc độ trở nên chiếm ưu số tua-bin gió Tua-bin đa tốc độ thiết kế để thu hiệu suất khí động học lớn tuabin tốc độ gió v Bằng cách này, tỉ số tốc độ đỉnh giữ không đổi giá trị tương ứng với hệ số công suất lớn Trái ngược với tua-bin tốc độ cố định, tua-bin đa tốc độ giữ momen máy phát tưng đối định thay đổi tốc độ gió thích ứng cách thay đổi tốc độ máy phát điện Hệ thống điện tubin đa tốc độ phức tạp tua-bin tốc độ cố định Nó thường trang bị máy phát cảm ứng máy phát đồng kết nối với lưới thông qua chuyển đổi công suất Bộ chuyển đổi công suất có tác dụng điều khiển tốc độ máy phát điện Khi có dao động công suất thay đổi tốc độ gió gây nên, thích ứng cách thay đổi tốc độ rotor máy phát dẫn đến thay đổi tốc độ rotor tua-bin gió Ưu điểm tua-bin đa tốc độ nâng cao sản lượng điện năng, cải thiện chất lượng điện ứng suất lên tua-bin gió Nhược điểm phát sinh tổn thất thiết bị điện tử công suất, sử dụng nhiều phận chi phí đầu tư tăng có thêm thiết bị điện tử công suất HV: Nguyễn Xuân Khánh 100 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 4.2.2 Khái niệm điều khiển công suất Có nhiều cách khác để điều khiển lực khí động rotor tua-bin gió theo cách để hạn chế công suất gió lớn để tránh thiệt hại cho tua-bin gió Có nhiều hệ thống tự động điều chỉnh tấc độ quay phổ biến là: - Hệ thống tự động có thay đổi góc đặt cánh gọi tự động biến bước cánh thường dừng cho động gió cánh Trong trường hợp cánh tự động xoay quanh trục tâm quay chúng góc nhỏ theo hướng giảm góc tần α - Hệ thống phanh khí động dùng cho động gió phát điện hai cánh Khi gió mạnh, lực ly tâm hai phanh khí động bung cản bớt tốc độ quay rotor - Hệ thống tự động đưa toàn bánh cánh khỏi hướng gió theo hai nguyên lý sau: + Sử dụng cánh phụ, thường dùng cho động gió nhiều cánh + Đặt lệch tâm trục quay bánh cánh với trục quay phần thấp động gió 4.2.3 Hiện trạng máy phát điện tua-bin gió đại Các cấu trúc tua-bin gió ứng dụng phổ biến phân chia khả điều khiển tốc độ phương thức điều khiển công suất mà chúng sử dụng Có loại tua-bin khác chiếm ưu dựa vào tiêu chuẩn điều khiển tốc độ, mô tả (hình 33) - Tua-bin gió phân loại rộng theo khía cạnh điều khiển công suất: ngắt stall, xoay pitch, ngắt chủ động active stall - Mỗi kết hợp hai tiêu chuẩn ta loại tua-bin HV: Nguyễn Xuân Khánh 101 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 33: Các kiểu tua-bin gió HV: Nguyễn Xuân Khánh 102 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 4.2.4 Thiết kế điện tử dông suất đại Tua-bin đa tốc độ đòi hỏi hệ thống điện tử công suất có khả điều chỉnh tần số điện áp phát lên lưới Trước trình bày trạng sử dụng điện tử công suất, điều quan trọng để hiểu lại hấp dẫn để sử dụng cho tua-bin gió tương lai Bảng 22: Ưu nhược điểm sử dụng điện tử công suất hệ thống điện gió Đặc tính điện Ưu điểm tử công suất Điều khiển tần số - Năng lượng hoạt động tối ưu (quan trọng - Hạn chế tải lên hộp số truyền động lái tua-bin gió) tốc độ gió thay đổi - Điều khiển tải - Có thể thay vai trò hộp số - Hạn chế tiếng ồn nơi tốc độ gió thấp Đặc điểm Nhà máy - Công suất tác dụng phản kháng điều điện (quan trọng đối khiển với lưới điện) - Thiết bị điện tử công suất sử dụng nguồn công suất phản kháng cục - Cải thiện ổn định lưới (điện áp) - Cải thiện chất lượng công suất: + Bằng phẳng + Lọc đầu sóng hài bậc thấp + Hạn chế công suất ngắn mạch Nhược điểm Phát sinh chi phí tổn thất vào thiết bị kèm Có sóng hài bậc cao Thiết bị điện tử công suất bao gồm khởi động mềm (và tụ), thiết bị chỉnh lưu biến tần Các phần tử chuyến đổi công suất điốt (các van không điều khiển được), chẳng hặn thysitor transitor Điốt dẫn dòng theo hướng chặn dòng lại theo hướng ngược lại Chuyển mạch điện tử cho phép lựa chọn thời điểm xác để điốt dẫn điện Một thysistor thông thường điều khiển cửa van HV: Nguyễn Xuân Khánh 103 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Bảng 23: Các tính công suất lớn khóa chuyển mạch Điện áp lớn nhất(V) Dòng điện lớn nhất(A) Dải tần số hoạt động (kHz) Yêu cầu chuyển động GTO 6000 4000 0,2 - Cao Dạng chuyển mạch điện tử IGCT BJT MOFET 6000 1700 1000 2000 1000 28 -3 0,5 - 5 - 100 Thấp Trung bình Thấp IGBT 6000 1200 - 20 Thấp Bộ tự chuyển đổi chuyển đổi nguồn điện áp (VSCs) hay chuyển đổi nguồn dòng (CSCs) thấy (hình 30) Nó điều khiển điện áp tần số VSCs CSCs cung cấp dạng sóng áp sóng chuyển mạch tương ứng cực máy phát điện lưới điện Đối với VSC, điện áp chiều DC giữ không đổi nhờ tụ điện lớn Đối với CSC, tương tự dòng điện chiều giữ không đổi nhờ cuộn cảm lớn Phải nhấn mạnh biến đổi nguồn dòng nguồn áp hai khái niệm khác Hình 34: Các tự chuyển đổi công suất cho tua-bin gió (a) Biến đổi nguồn dòng (b) Biến đổi nguồn áp Chúng thực nhiều cách: - Sáu bước - Điều chế biên độ xung (RAM) - Điều chế độ rộng xung (PWM) Bằng cách sử dụng kỹ thuât PWM, sóng hài bâc thấp loại bỏ tần số sóng hài bậc cao nằm khoảng tần số chuyển mạch biến tần chỉnh lưu HV: Nguyễn Xuân Khánh 104 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 4.2.5 Ứng dụng điện tử công suất Điện tử công suất công nghệ phát triển nhanh chóng Nó nâng cao chất lượng điện áp dòng điện, tổn thất công suất giảm thấp thiết bị trở nên tin cậy Bây xem xét thiết bị điện tử công suất sử dụng cho tua-bin gió 4.2.5.1 Khởi động mềm Khởi động mềm sử dụng tua-bin tốc độ cố định Chức giảm dòng khởi động Nếu dòng khởi động tăng lên đến lần dòng định mức, gây sụt áp lớn điểm kết nối Nó gồm hai thysistor thiết bị đảo mạch pha 4.2.5.2 Bộ tụ bù Nó sử dụng cho tua-bin tốc độ cố định tốc độ thay đổi hạn chế (như loại “a” “b”) Nó nguồn công suất phản kháng cung cấp cho máy phát điện, giảm lượng công suất tiêu thụ từ lưới Do điện áp lưới ổn định Vì tụ nhạy cảm với điện áp nên việc bảo vệ tụ gây tốn thêm chi phí 4.5.2.3 Chỉnh lưu biến tần Bộ chuyển đổi tần số gồm phần sau: - Một chỉnh lưu để chuyển đổi dòng xoay chiều dòng chiều - Một tụ dự trữ lượng - Một biến tần để chuyển đổi dòng xoay chiều với điện áp tần số mong muốn Bộ chuyển đổi tần số thường dùng loại back - to o back có cấu tạo hình sau: Hình 35:Bộ chuyển đổi tần số loại back - to - back HV: Nguyễn Xuân Khánh 105 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Điện áp xoay chiều đầu cực máy phát chỉnh lưu thành chiều đến biến tần Tại điện áp chiều chuyển đổi thành điện áp xoay chiều với điện áp tần số định 4.3 Hòa điện gió vào lưới điện Hình 36: Kết nối điện gió vào lưới điện Hệ thống điện gió truyền tải lưới với cấp điện áp khác nhau, tùy thuộc vào số lượng tua-bin công suất định mức Đối với cánh đồng điện gió khơi công suất tương đối lớn, để tránh tổn thất, người ta thường truyền tải đường dây chiều với điện áp siêu cao lên tới 750kV Đối với cánh đồng gió đất liền có công suất hang trăm MW thường truyền tải lên lưới 100kV Sau sơ đồ kết nối với lưới chủ yếu tua-bin gió đại với công suất định mức khoảng 2MW, phổ biến ngành công nghiệp điện gió Các tua-bin gió đại có công suất trung bình trở lên chủ yếu sử dụng thiết bị điện tử công suất để hòa với hệ thống điện lợi ưu việt Tua-bin gió hòa với lưới điện thông qua máy biến áp không hình Khi sử dụng thiết bị điện tử conga suất điều khiển tần số điện áp điểm kết nối với lưới, nhân tố quan trọng để hòa điện gió vào lưới điện Vì lượng gió không ổn định nên công suất tua-bin gió không phẳng, ảnh hưởng đến cân công suất hệ thống Sự ảnh hưởng HV: Nguyễn Xuân Khánh 106 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đáng kể cánh đồng gió có công suất tương đối lớn với hệ thống kết nối Vì sử dụng thiết bị điện tử nên tua bin gió sinh sóng hài bậc cao làm méo sóng điện từ, gây ảnh hưởng đến thiết bị rơle bảo vệ hệ thống điện HV: Nguyễn Xuân Khánh 107 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tiềm phát triển dự án phát điện lượng gió Việt Nam, phân tích lớn.Tại tỉnh duyên hải miền Bắc Việt Nam Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, Thanh Hóa đặc biệt tỉnh Quảng Ninh nơi có tiềm phát triển nhà máy phát điện lượng gió quy mô công nghiệp Việc đầu tư nhà máy điện gió Quảng Ninh cần thiết, phù hợp với sách phát triển lượng nước ta bắt kịp với xu hướng chung giới Đây bước khởi đầu quan trọng việc sử dụng phát triển nguồn lượng gió Việt Nam, tăng nguồn phát điện chỗ, góp phần đa dạng hóa nguồn cung điện thiếu hụt So với lượng hóa thạch truyền thống, lượng gió nguồn lượng sạch, không ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường Bên cạnh đó, chi phí kinh tế nguồn nhiên liệu hóa thạch tăng đáng kể vài năm qua, đặc biệt tăng mạnh giá dầu giới Điều dẫn đến việc dự án lượng tái tạo, có lượng gió trở nên hấp dẫn Nguồn lượng gió đánh giá nguồn lượng vô tận, thay đáng kể nguồn lượng hóa thạch tương lai Kiến nghị Tại Việt Nam, năm gần ngành điện lực có bước phát triển vượt bậc Nhưng nhu cầu sử dụng điện tăng cao tương lai, nên việc chọn nguồn cung cấp có tính bền vững cần tính toán theo tiêu kinh tế - kỹ thuật có xem xét đến yếu tố môi trường xã hội góp phần đảm bảo an ninh lượng Quốc gia Trong đó, điện gió phải xem ưu tiên hàng đầu Để đầu tư phát triển lượng gió Việt Nam cách mạnh mẽ bền vững, tác giả đề tài đưa số kiến nghị sau: HV: Nguyễn Xuân Khánh 108 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Một là, cần có sách lượng khung pháp chế hỗ trợ đủ mạnh nhằm khuyến khích việc khai thác sử dụng lượng tái tạo nói chung lượng gió nói riêng Hai là, phải có kế hoạch xây dựng nguồn số liệu lượng gió để hoạch định cho dự án, chương trình điện gió lớn Ba là, doanh nghiệp thương mại lớn cần cung cấp thiết bị công nghệ gió mang tính định hướng cho thị trường Bốn là, cần có nghiên cứu đầy đủ, cụ thể khả đầu tư lợi ích lâu dài lượng gió Việt Nam Năm là, phải có kế hoạch đào tạo nguồn nhân lực, phát triển phòng thí nghiệm trọng điểm lượng tái tạo hợp tác quốc tế Sáu là, nguồn tài phải phù hợp (về lãi suất, thời gian vay vốn…) cho công ty, tổ chức cá nhân đầu tư vào điện gió HV: Nguyễn Xuân Khánh 109 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Đặng Đình Thống, Lê Danh Liên (2006), Cơ sở lượng tái tạo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (2008), Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật PGS.TSKH Nguyên Phùng Quang (2007), Nghiên cứu thiết kế chế tạo phát điện sức gió có công suất 10- 30kW phù hợp với điều kiện Việt Nam, Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Thương Ngô (2006 ), Lý thuyết điều khiển tự động, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội GIZ/MOIT (2011), Hướng dẫn Quy hoạch Phát triển Điện Gió Việt Nam, Hà Nội, Việt Nam Dự án “Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2011- 2015 có xét đến năm 2020”do Viện Năng Lượng lập năm 2010 Dự án “Quy hoạch chung xây dựng thành phố Hạ Long đến năm 2030 tầm nhìn năm 2050 ”, Viện Quy hoạch Đô thị Nông thôn Quốc gia lập năm 2013 Dự án “Quy hoạch xây dựng vùng tỉnh Quảng Ninh đến năm 2030, tầm nhìn đến năn 2050 2050”, Nikken Sekkei Civil Engineering LTD lập năm 2013 Tài liệu tiếng nước Asia Sustainable and Altermative Program (2010), Vietnam expanding Opportunities for energy efficency, World Bank 10 Adam Mirecki, Xavier Roboam, Member, IEEE, and Frédéric Richardeau, Architecture Complexity and Energy Efficiency of Small Wind Turbines, IEEE 2007 HV: Nguyễn Xuân Khánh 110 ... Chương ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ CỦA TỈNH QUẢNG NINH 2.1 Phương pháp đánh giá tiềm lượng gió Một dự án lượng gió phải số liệu điều tra tiến hành nhiều năm Ở quy mô toàn cầu nên có đồ gió. .. Kết đánh giá vùng gió tiềm huyện Yên Hưng 89 Bảng 15: Kết đánh giá vùng gió tiềm cho Vùng I 89 Bảng 16: Kết đánh giá vùng gió tiềm Hạ Long 90 Bảng 17: Kết đánh giá vùng gió tiềm. .. dụng lượng hiệu phát triển nguồn lượng tái tạo Việc điều tra, đánh giá tiềm khả đóng góp nguồn lượng tái tạo vấn đề cấp bách cần thiết Đề tài luận văn Đánh giá tiềm lượng gió tỉnh Quảng Ninh khả