Nghiên cứu những vấn đề kinh tế kỹ thuật của nhàmáy điện gió phối hợp với hệ thống diesel áp dụng cho đảo phú quý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU NHỮNG VẤN ĐỀ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ PHỐI HP VỚI HỆ THỐNG DIESEL ÁP DỤNG CHO ĐẢO PHÚ QUÝ CHUYÊN NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH: 2.06.07 Người thực luận án : Đặng Thị Khánh Bình Người hướng dẫn luận án : Pgs.Ss Nguyễn Bội Khuê TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NAÊM 2004 ABSTRACT A tendency to erect ever more wind turbines can be observed in order to reduce the environmental consequences of electric power generation In previous reports, it was confirmed that the proportion of wind power would be about 12% of total electricity generated by the year 2020 It was also predicted that the annual growth rate of wind power in the period of 1998-2040 would be about 10% to 40% of which wind power capacity in Vietnam is a considerable sources The main advantages of electricity generation from renewable sources are the absence of harmful emissions and the infinite availability of the prime mover that is converted in to electricity As a result of this, in the near future,wind turbines may start to influence the behaviour of electric power systems This paper will present the techno-economic studies for a wind powered turbine farm synchronized with a diesel power plant for Phu Quy Island This paper also utilizes software program WAsP 8.0 to simulate the wind field in order to determine the location of the wind powered turbine plant for optimum power output for Phu Quy Island starting in the period 2006-2010 This is one of the first works aimed at following up the developing tendency of wind power as well as ending the frequent power failures at island – a remote area that cannot be linked to the national power grid system TÓM TẮT Có thể thấy khuynh hướng xây dựng ngày nhiều nhà máy phong điện để giảm tác động môi trường.Trong nhiều báo cáo đưa mục tiêu vào năm 2020 phong điện giới đạt 12 % lượng điện phát ra,cũng dự báo tốc độ tăng trưởng hàng năm phong điện giai đoạn 1998-2040 vào khoảng 10-40 %.Trong tiềm gió Việt Nam lớn.Các ưu điểm sản xuất điện từ nguồn tái sinh không phát thải khí độc hại tồn bất tận nguồn để chuyển thành điện năng.Kết tương lai gần nhà máy phong điện bắt đầu ảnh hưởng tính chất hệ thống điện Đề tài trình bày nghiên cứu vấn đề kinh tế kỹ thuật nhà máy phong điện phối hợp với hệ thống Diesel áp dụng cho đảo Phú Quý với chương trình WasP 8.0 mô trường gió đảo để xác định vị trí nhà máy phong điện có công suất tối ưu phát điện mang lại hiệu cho đảo Phú Quý giai đoạn 2005-2010.Đây công trình khởi đầu nhằm mục đích theo kịp xu hướng phát triển chung lượng gió giải vấn đề cung cấp điện cho vùng hải đảo,vùng xa mà việc liên kết với lưới điện quốc gia có khả thực Năng Lượng Gió Phú Q MỤC LỤC GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1:8 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯNG GIÓ 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 GIỚI THIỆU NGUỒN NĂNG LƯNG GIÓ 10 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI: 11 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯNG GIÓ TRONG THẾ KỶ 21: 14 Xu hướng chung: 14 Hieän trạng xu hướng số khu vực giới: 15 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG LƯNG GIÓ CỦA VIỆT NAM: 17 CHƯƠNG 2: NHỮNG PHƯƠNG PHÁP THÔNG DỤNG TÍNH TOÁN NĂNG LƯNG GIÓ 22 2.1 PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO NĂNG LƯNG 23 2.1.1 Xác định sơ bước đầu vùng gió tiềm năng: 23 2.1.2 Những thiết bị khảo sát lượng gió chuẩn: 25 2.1.3 Những phương pháp thống kê lượng gió thường sử dụng: 27 2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH NĂNG LƯNG GIÓ: 28 2.2.1 Tính lượng gió hàm phân bố Weibull 28 2.2.2 Phương pháp nội suy tốc độ gió độ cao khác nhau: 30 2.2.3 Mô trường gió chương trình WAsP8.0 để xác định công suất, ví trí nhà máy phong điện: 31 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG SỐ LIỆU PHỤ TẢI VÀ GIÓ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT VÀ TỈ LỆ GIỮA GIÓ VÀ DIESEL 35 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 thuø 3.1.5 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 XÂY DỰNG HỆ THỐNG SỐ LIỆU PHỤ TẢI CHO ĐẢO PHÚ Q 36 Đặc điểm tự nhiên xã hội đảo Phú Q: 36 Sự cần thiết hình thành phát triển khu kinh tế đảo Phú Quý 38 Hiện trạng kinh tế xã hội khu kinh tế đảo Phú Quý 40 Định hướng xây dựng phát triển khu kinh tế đảo Phú Quý (2010) theo mô hình kinh tế đặc 42 Hiện trạng cấp, sử dụng dự báo nhu cầu điện đảo Phú Quý 43 PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIỂN NĂNG LƯNG CHO ĐẢO PHÚ Q 45 Cân đối phát triển nguồn phụ tải 45 Các phương án chọn nguồn lượng bổ sung 45 Phương án lựa chọn nguồn lượng gió 46 XAÂY DỰNG HỆ THỐNG SỐ LIỆU GIÓ CỦA ĐẢO PHÚ Q 47 Nghiên cứu số liệu gió đảo Phú Q: 47 Xử lý số liệu gió đảo Phú Q: 48 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT VÀ TỈ LỆ HP LÝ GIỮA GIÓ & DIESEL 49 CHƯƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT VẬN HÀNH GIỮA NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG DIESEL 53 4.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY DIESEL HIỆN HỮU 54 4.1.1 Vị trí địa điểm nhà máy: 54 4.1.2 Moâ tả công nghệ nhà máy: 54 4.2 HEÄ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN 56 4.3 PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN & DIESEL 68 4.3.1 Các nguyên lý vận hành nối lưới Nhà máy phong điện áp dụng giới 68 4.3.2 Kết hợp vận hành điện gió Diesel áp dụng cho đảo Phú Quý 77 4.3.3 Phân tích kinh tế ,tài 80 CHƯƠNG 5: TỐI ƯU HÓA SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ XÂY DỰNG CÁC NGUỒN PHỤ TẢI SỬ DỤNG NĂNG LƯNG GIÓ THỪA 84 HV Đặng Thị Khánh Bình Năng Lượng Gió Phú Q MỘT SỐ HỆ THỐNG LƯU TRỮ NĂNG LƯNG THƯỜNG ĐƯC SỬ DỤNG TRONG 5.1 PHÁT ĐIỆN BẰNG TURBINE GIÓ 85 5.1.1 Hệ thống pin Ắc qui 85 5.1.2 Kỹ thuật trữ bánh đà: 85 5.1.3 Hệ thống thủy điện hoàn naêng: 85 5.1.4 Hệ thống trữ khí nén 87 5.2 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TURBINE GIÓ CÁCH BIỆT TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT KHÍ HYDRO: 87 5.2.1 Giới thieäu: 87 5.2.2 Thieát keá: 88 5.2.3 Phaân tích kỹ thuật: 89 5.2.4 Phaân tích kinh tế: 91 5.2.5 Keát luaän: 93 5.3 MOÂ HÌNH ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TURBINE GIÓ CÔ LẬP TRONG VIỆC SẢN XUẤT NƯỚC NGỌT 94 5.3.1 Giới thiệu: 94 5.3.2 Mô tả hệ thống: 94 5.3.3 Phương thức hoạt động: 95 5.3.4 Kết luận: 97 5.4 PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT CHO VIỆC TỐI ƯU HOÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẢO PHÚ QUÝ 97 5.4.1 Giai đoạn : 97 5.4.2 Giai đoạn : 97 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHUÏ LUÏC 104 HV Đặng Thị Khánh Bình GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI HV Đặng Thị Khánh Bình Giới thiệu đề tài Đặt vấn đề: Để mở đầu luận văn này,xin đưa Bức tranh lượng toàn cầu tạp chí Newsweek (tháng 1/2003) Rất nhiều chuyên gia cho 50 năm tới,năng lượng khí Hydro,năng lượng gió lượng mặt trời nguồn nhiên liệu chủ yếu để cung cấp lượng cho giới,trong nhiên liệu hóa thạch dần đóng vai trò quan trọng hơn.Tuy nhiên việc bảo tồn nhiên liệu quan trọng thời kỳ độ.(Xem hình đính kèm) Đứng trước tình nguồn lượng thủy điện có giới hạn, nguồn lượng dầu mỏ cạn dần Đồng thời vấn đề ô nhiễm môi trường việc đốt nhiên liệu gây ra, kỷ 21 nước có xu hướng tìm nguồn lượng để thay So với lượng mặt trời, lượng sinh học, lượng địa nhiệt lượng sóng,… lượng gió tối ưu mặt kỹ thuật, an toàn môi trường Trong chiến lược lượng quốc gia giới có tiềm lượng gió, nguồn lượng gió chọn nguồn lượng thay tương lai.Tuy nhiên Việt Nam,công việc mẻ Hiện tại, Việt Nam lượng gió dùng cho máy bơm máy phát điện với số lượng công suất nhỏ Ngoài có số chương trình, đề tài, dự án nghiên cứu sử dụng lượng gió tiến hành chưa mang lại hiệu rỏ nét tiềm gió Việt Nam dồi Những năm gần đây, Chính phủ, quan nghiên cứu lượng Tổng Công ty Điện lực Việt Nam quan tâm nhiều đến nguồn lượng gió Hiện nay, bán đảo Phương Mai, Bình Định bắt đầu khởi động thực nhà máy phong điện đầu tiên, lớn Việt Nam Ngoài ra, Tổng Công ty Điện Lực Việt Nam giao nhiệm vụ lập dự án nghiên cứu khả thi xây dựng nhà máy phong điện đảo Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận.Đây vị trí cách biệt đất liền,việc kết nối lưới khó khả thi,vì việc nghiên cứu lắp đặt nhà máy phong điện cho đảo phối hợp chúng với hệ thống diesel hữu đảo việc làm cấp bách Mục tiêu nhiệm vụ: Hiện đảo Phú Quý (xem hình đính kèm) có nguồn điện diesel ngành điện đầu tư, gồm có máy, công suất máy 500kW Do giá thành điện đắt (trên 5.344đ/kWh), phát điện nhiều lỗ nhánh điện Phú Quý phát điện 12 ngày, cung cấp chủ yếu cho phụ tải sinh hoạt nhân dân đảo Để làm giảm giá thành điện đảo, đồng thời đảm bảo cung cấp điện đầy đủ cho nhu cầu sinh hoạt, sản xuất nhân dân đảo khu côngnghiệp đảo tương lai, cần phải tìm nguồn lượng khác rẻ để bổ sung Đảo Phú Quý xa đất liền, cách Phan Thiết 120km, nên việc cấp điện từ lưới điện Quốc gia hoàn toàn không khả thi Trong nguồn lượng lại (khí đốt, thủy triều, địa nhiệt, sinh khối, mặt trời, gió, …) có nguồn lượng gió khả thi HV Đặng Thị Khánh Bình Giới thiệu đề tài Do tốc độ gió thay đổi, có lúc gió mạnh, có lúc lặng gió, nên công suất phát nhà máy phong điện thay đổi, không ổn định, chí có lúc không phát công suất Trong trường hợp turbine gió nối vào lưới điện quốc gia, công suất hệ thống lớn nên vấn đề không làm ảnh hưởng đến tần số, điện áp phát hệ thống Trong trường hợp xây dựng nhà máy phong điện vùng hải đảo, vùng sâu, vùng xa, lưới điện quốc gia, để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải, cần phải phối hợp với nguồn điện ổn định, điều khiển công suất phát ra, thí dụ nguồn diesel Ở trường hợp này, với nhu cầu phụ tải định, cần phải xác định tỉ lệ phong điện diesel thích hợp để hệ thống vận hành đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật Tỉ lệ phụ thuộc vào tiềm gió khu vực xây dựng nhà máy, đồ thị phụ tải vùng, hệ thống điều khiển phong điện diesel giá thành điện loại lượng Đây nhiệm vụ đề tài đặt Phạm vi nghiên cứu đề tài: Luận văn mong muốn trình bày cách có hệ thống tổng quan tình hình sử dụng lượng gió Thế giới, nghiên cứu nhằm phối hợp nhà máy phong điện với hệ thống diesel để áp dụng cho đảo Phú Quý mà từ trước tới chưa thực chưa có quan tâm mức cấp lãnh đạo Việt Nam nguồn lượng này; phạm vi bao gồm: Tổng quan tình hình sử dụng lượng gió TG Các phương pháp thông dụng tính toán lượng gió thập kỷ Xây dựng hệ thống số liệu gió phụ tải nhằm xác định công suất tỷ lệ phong điện Diesel thích hợp để hệ thống vận hành đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật Nghiên cứu mô trường gió chương trình WasP 8.0 để xác định công suất, vị trí tối ưu nhà máy phong điện Đề giải pháp tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện Điểm đề tài: Kết nghiên cứu giải vấn đề cấp điện cho vùng hải đảo,vùng sâu, vùng xa không kết nối lưới điện Quốc Gia tốn để kết nối Đến nay, số động gió nối với hệ thống điện qui mô lớn chiếm phần nhỏ tổng lượng tải hệ thống điện Phần tải lại hệ thống điện phần lớn đáp ứng nhà máy nhiệt điện, điện hạt nhân thuỷ điện truyền thống Tua bin gió khơng tham gia vào điều khiển điện tần số tượng rối xảy ra, động gió cắt nối lại trở lại hoạt động bình thường Do đó, diện tua bin gió, tần số điện trì cách điều khiển nhà máy điện lớn trường hợp khơng có tua bin gió diện Điều tham gia tua bin gió thấp Tuy nhiên, khuynh hướng tăng lượng điện sản xuất từ gió Do đó, xâm nhập phong HV Đặng Thị Khánh Bình Giới thiệu đề tài điện hệ thống điện tăng chúng bắt đầu ảnh hưởng tính chất tồn hệ thống điện, dẫn đến khơng thể vận hành hệ thống điện cách điều khiển nhà máy điện qui mô lớn truyền thống Do đó, quan trọng để nghiên cứu tính chất tua bin gió hệ thống điện tương tác chúng với thiết bị sản xuất điện khác với phụ tải Ngoài đề tài nghiên cứu sử dụng phần mềm WasP 8.0 để giải vấn đề công suất,vị trí nhà máy phong điện tối ưu mà từ trước tới chưa áp dụng Việt Nam Giá trị thực tiễn đề tài: Luận văn thực bối cảnh Tổng Công Ty Điện lực Việt Nam quan tâm đến vấn đề nóng bỏng tương lai lượng tái tạo (năng lượng sạch) chiều hướng mà Thế Giới nghiên cứu phát triển, giao nhiệm vụ cho Công Ty Tư Vấn Xây Dựng Điện 1,3,4 tiến hành nghiên cứu xây dựng quy hoạch tiềm gió cho miền đất nước Việt Nam.Đồng thời giao nhiệm vụ cho Công Ty Tư Vấn Xây Dựng Điện lập BCNCKT dự án trạm phát phong điện cho đảo Phú Quý Công TyTVXDĐ3 tiến hành lắp đặt cột đo gió độ cao 60 m, Bắc Nam đảo Phú Quý, với mục đích lấy số liệu để kiểm chứng kết tính toán số liệu cung cấp Đài khí tượng thủy văn (1980-2003) Đây công trình khởi đầu nhằm bước theo kịp xu hướng phát triển chung Thế Giới.Chính việc nghiên cứu vấn đề kinh tế kỹ thuật nhà máy phong điện phối hợp với hệ thống diesel áp dụng cho đảo Phú Quý có giá trị thực tiễn mang tính thời cao Luận án nghiên cứu vấn đề nêu nhằm tạo tiền đề giải vấn đề xúc cung cấp điện cho vùng hải đảo,vùng sâu, vùng xa mà việc liên kết với lưới điện Quốc Gia có khả khả thi Đề tài giúp cho nghành Điện định hướng vận động theo xu hướng phát triển Thế Giới,cũng phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam Nội dung đề tài: Luận văn phân thành mục sau: Giới thiệu đề tài Chương1: Tổng quan lượng gió Giới thiệu nguồn lượng gió Tình hình sử dụng lượng gió giới Tình hình sử dụng lượng gió Việt Nam Chương 2: Những phương pháp thông dụng tính toán lượng gió Phương pháp dự báo lượng Phương pháp tính lượng gió Chương 3: Xây dựng hệ thống số liệu phụ tải gió để xác định công suất tỉ lệ gió diesel HV Đặng Thị Khánh Bình Giới thiệu đề tài Xây dựng hệ thống số liệu phụ tải cho đảo Phú Quý Xây dựng hệ thống số liệu gió đảo Phú Quý Xác định công suất tỉ lệ gió & Diesel cho đảo Phú Quý Chương 4: Các vấn đề kỹ thuật vận hành nhà máy phong điện hệ thống Diesel Hệ thống điều khiển nhà máy deiesel hữu đảo Hệ thống điều khiển nhà máy phong điện Phương thức vận hành nhà máy phong điện diesel Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện sở xây ựng nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa Một số hệ thống lưu trữ lượng thường sử dụng phát điện turbine gió Ứng dụng hệ thống turbin gió cách biệt hệ thống sản xuất Khí hydro Mô hình ứng dụng hệ thống turbin gió cô lập việc sản xuất Nước Phương án đề xuất cho việc tối ưu hoá làm việc nhà máy phong điện Phú Quý Chương 6: Kết luận hướng phát triển đề tài HV Đặng Thị Khánh Bình CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯNG GIÓ HV Đặng Thị Khánh Bình Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa Khoảng thời gian phân tích = năm Bảng số liệu ảnh hưởng giá trị vận tốc gío trung bình hệ thống sản xuất khí hydro từ điện sản xuất turbine gió trữ Số liệu gía trị năm Tác động công suất định mức turbine gió: Tăng công suất định mức turbine gió lên tức tăng điện phát turbine gió Tăng điện phát turbine gió bình điện phân nhận nhiều điện sản xuất nhiều khí hydro Tuy nhiên với công suất định mức turbine gió (12.5kW, 15kW) lớn công suất định mức bình điện phân (10kW) trữ gió thổi mạnh công suất phát dư thừa turbine gió bị bỏ phí Tuy nhiên sử dụng lượng diện dư thừa vào mục đích làm nóng khí hay nước Bộ phận thêm vào tương đối đơn giản Bảng sau thống kê kết hệ thống sản xuất khí hydro từ điện sản xuất turbine gió Công suất bình điện phân 10kW công suất turbine khí 10kW, 12.5kW 15kW Công suất định mức turbine 10 12.5 15 54.89 65.86 49.59 53.59 10323 11120 80.7 82.0 4.41 11.44 gió (kW) Lượng điện sản suất 43.91 turbine gió (MWh) Lượng điện sử dụng 42.92 bình điện phân (MWh) Lượng khí Hydro sản sinh (Nm3) 8992 Thời gian hoạt động bình 78.6 điện phân (%) Lượng điện bị bỏ phí trữ (MWh) Tốc độ gió trung bình năm =8 m/s Công suất bình điện phân =10kW Khoảng thời gian phân tích = năm Bảng số liệu ảnh hưởng giá trị công suất định mức turbine gió định mức hệ thống sản xuất khí hydro từ điện sản xuất turbine gió trữ Số liệu gía trị năm Tác động trữ năng: Lắp đặt thêm trữ vào hệ thống sản xuất khí hydro từ điện sản xuất turbine gió cho phép lưu trữ lượng gió mạnh phát công suất ngược trở lại cho điện phân gió yếu hay gió Bộ trữ làm bình điện phân hoạt động công suất định mức nhiều tổng thời gian hoạt động bình điện phân cải thiện Kết HV Đặng Thị Khánh Bình 90 Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa nghiên cứu dựa lắp đặt hệ thống trữ có khả trữ 50kWh (tương đương với hoạt động công suất định mức bình điện phân) Tác động hệ thống trữ làm cho lượng sử dụng bình điện phân tăng lên 4.56MWh đạt tỉ lệ 8.5% (nếu trữ lượng phải bỏ phí) Tuy nhiên thân hệ thống trữ tiêu tốn lượng lượng Lợi nhuận thu thêm từ có hệ thống trữ đánh gía với số vốn đầu tư bỏ Bảng sau thống kê kết hệ thống sản xuất khí hydro từ điện sản xuất turbine gió Công suấtcủa hệ thống trữ 0kWh, 10kWh, 30kWh 50kWh Với công suất định mức turbine gió lớn công suất định mức bình điện phân Công suất hệ thống trữ 10 30 50 65.86 65.86 65.86 55.34 57.07 58.15 11463 11809 12028 82.2 82.9 83.3 0.42 0.85 1.13 9.28 7.16 5.83 (kWh) Lượng điện sản suất 65.86 turbine gió (MWh) Lượng điện sử dụng 53.59 bình điện phân (MWh) Lượng khí Hydro sản sinh (Nm3) 11120 Thời gian hoạt động bình 82.0 điện phân (%) Lượng điện tổn hao hệ thống trữ (MWh) Lượng điện bị bỏ phí 11.44 (MWh) Tốc độ gió trung bình năm =8 m/s Công suất định mức turbine gió =15kW Công suất bình điện phân =10kW Khoảng thời gian phân tích = năm Bảng số liệu ảnh hưởng giá trị công suất định mức hệ trữ hệ thống sản xuất khí hydro từ điện sản xuất turbine gió có công suất định mức turbine gió công suất định mức điện phân 5.2.4 Phân tích kinh tế: Tính kinh tế hệ thống sản xuất khí hydro từ điện sản xuất turbine gió cách điện phân nước phụ thuộc chủ yếu vào giá thành sản xuất điện từ turbine gió Nếu vùng có gía thành sản suất điện từ turbine gió cạnh tranh với giá thành điện địa phương nơi có tiềm lớn sử dụng hệ thống sản xuất khí hydro từ điện sản xuất turbine gió Đặc biệt có sẵn thị trường cho sản phẩm khí oxy (một sản HV Đặng Thị Khánh Bình 91 Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa phẩm trình điện phân nước) địa phương hiệu kinh tế tăng lên nhiều Dự án phân tích theo thời gian dự án 20 năm (thời gian tương đối dài cho dự án thuộc sở hữu tư nhân) Thời đoạn phân tích năm Lãi suất ngân hàng theo dự án 4% năm (theo giá trị cho ngân hàng quốc gia Đức) Thuế suất không tính vào dự án (dự án không chịu thuế) Lợi nhuận thu từ việc không thải koại khí độc hại CO2, NOx không tính đến phân tích dự án Giá thiết bị lấy giá năm 1994 Giá trị đầu tư vào hệ thống điện phân nước: Giá thành đầu tư giá thiết bị vào năm 1994 Giá giá trung bình nhiều nhà sản xuất thiết bị khác Bảng sau cho thấy giá đầu tư cho hệ thống điện phân nước có công suất từ kW, 10kW, 100kW, 1MW 20MW Bảng giá đầu tư vào hệ thống điện phân nước Giá thành đầu tư (DM/kW) 50000 40000 40000 30000 20000 9600 20000 7800 10000 Gía nă m 1994 Giá dự bá o tương lai 4500 3600 1300 2kW 10kW 100kW 1MW >20MW Cô ng suấ t định mứ c hệ thố ng điệ n phâ n Giá đầu tư hệ thống điện phân nước giảm từ 20000 DM/kW cho hệ thống điện phân nước công suất 10kW xuống 9600 DM/kW cho hệ thống điện phân nước có công suất 100kW, 1300DM/kW hệ thống điện phân nước có công suất lớn 20MW, chứng tỏ quan trọng quy mô hệ thống đến giá thành đầu tư Giá điện sản suất từ turbine gió: Với khu vực có tốc độ gió trung bình cao giá thành sản xuất điện turbine gió tương đương với giá thành sản xuất điện truyền thống (những nhà máy điện sử dụng nguồn nguyên liệu hoá thạch) Trong thống kê giá thành sản xuất điện khí hydro cho hai trường hợp turbine gió có công suất định mức 100kW 500kW, với vật tốc gió trung bình năm khác HV Đặng Thị Khánh Bình 92 Giá thành lượng (DM/kWh) Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.54 0.34 m/s Giá điệ n từ turbine gió 0.21 0.13 0.14 0.09 m/s m/s Giá sả n xuấ t hydro Vậ n tố c gió trung bình nă m Giá thành lượng (DM/kWh) Thống kê giá thành sản xuất điện từ turbine gió có công suất định mức 100 kW giá sản xuất khí hydro Hiệu suất điện phân 62.5% Giá lấy năm 1994 0.5 0.4 0.3 0.45 0.28 0.2 0.1 Giá điệ n từ turbine gió 0.1 0.16 0.06 0.1 Giá sả n xuấ t hydro m/s m/s m/s Vậ n tố c gió trung bình nă m Thống kê giá thành sản xuất điện từ turbine gió có công suất định mức 500 kW giá sản xuất khí hydro Hiệu suất điện phân 62.5% Giá lấy giá năm 1994 So sánh giá thành sản phẩm khí hydro từ lượng gió từ nguyên liệu hoá thạch Hiện nay, khí hydro sản xuất chủ yếu từ nguồn lượng hoá thạch hay trình phản ứng hoá học Công nghệ chủ yếu bẻ gãy mối liên kết khí tự nhiên Giá thành sản xuất khí hydro chủ yếu ảnh hưởng giá nhiên liệu Hiện nay, giá thành kWh_H2 trình sản xuất truyền thống vào khoảng 0.05DM/kWh_H2 so với 0.2DM/kWh_H2 với hệ thống sản xuất từ nguyên liệu gió qui mô cỡ MW rõ ràng cạnh tranh 5.2.5 Kết luận: Giá thành sản xuất khí hydro từ nguồn nguyên liệu tái sinh cạnh tranh với phương thức truyền thống Khả không cạnh tranh turbine gió nối vào hệ thống tạo nên dòng điện cho bình điện phân liên tục ổn định Chính vậy, hệ thống áp dụng HV Đặng Thị Khánh Bình 93 Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa vùng mà có giá thành nguyên liệu hoá thạch cao (những vùng đất cách biệt, đảo ) hay nhu cầu cần thiết phải có nguồn khí Hydro Oxy tinh khiết, chất lượng cao mà khí hydro từ nguồn khí tự nhiên không đáp ứng Tuy nhiên nghiên cứu ứng dụng tiếp tục hy vọng tương lai giá thành rẻ chấp nhận đựơc với hoàn cảnh cần phải bảo vệ môi trường tự nhiên 5.3 MÔ HÌNH ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TURBINE GIÓ CÔ LẬP TRONG VIỆC SẢN XUẤT NƯỚC NGỌT Qua dự án tài trợ quyền đảo Canary việc ứng dụng lượng điện phát từ turbine gió biệt lập, không nối vào hệ thống điện lưới để sản xuất nước (nước uống được) Mô hình nghiên cứu đại học Las Palmas, Tây Ban Nha [Dpto Electrónica Telemática y automática, Universidad de Las Palmas, Spain] 5.3.1 Giới thiệu: Hiện hệ thống sản xuất thông thường cần phải có hệ thống tải lượng dư thừa (trong trường hợp gió mạnh) Các nghiên cứu từ trường đại học Las Palmas đưa mô hình sử dụng lượng gió từ turbine gió cô lập sản xuất nước hiệu Những phụ tải nhà máy sản xuất nước cách khử muối cần nguồn có điện áp tần số dòng điện nguồn tương đối ổn định 5.3.2 Mô tả hệ thống: Mô hình đề nghị: HV Đặng Thị Khánh Bình 94 Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa Trạm tách muối = SG ~ SG = = = = ~ ~ = ~ = = Bộ trữ bánh đà Tải đồng (Synchronous load) SM Mô hình điện Mô tả hệ thống nguồn điện: Hệ thống nguồn gồm turbine gió làm việc song song hệ thống máy phát đồng Hệ thống máy phát đồng kết hợp với hệ thống trữ bánh đà mô hình đóng vai trò, nhiệm vụ giữ ổn định hệ thống Hệ thống máy phát đồng hệ thống bánh đà trữ gọi tải đồng (synchronous load) Tải đồng làm việc với vai trò điều khiển điện áp tần số hệ thống Theo mô hình hệ thống giới hạn tần số hoạt động hệ thống cho phép khoảng 52.5 Hz 47.5Hz Mô tả tải: Như mô tả phần nguồn không cần tải tiêu thụ lượng dư thừa Hệ thống mô tả phương pháp để loại bỏ việc sử dụng tải lượng dư cách turbine gió có cánh quạt điều chỉnh góc nghiêng trường hợp gió mạnh Trong trường hợp gió mạnh cánh turbine nghiêng giảm lượng đầu vào nên hệ thống không cần tải tiêu thụ lượng thừa (dump load) hệ thống truyền thống 5.3.3 Phương thức hoạt động: Hoạt động hệ thống điện nguồn: Turbine gió phát điện nạp lượng cho hệ thống bánh đà tích trữ lượng nạp đầy lượng Cho đến lúc này, hệ thống chưa phát điện HV Đặng Thị Khánh Bình 95 Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa cho hệ thống tách muối từ nước mặn Hệ thống thông qua máy phát đồng phát điện nâng dần tần số hệ thống từ lên 52.5Hz Khi hệ thống đạt tần số 52.5Hz turbine gió phát điện trì vòng quay cuả bánh đà trữ (1575rpm) Như hệ thống tải đồng đóng vai trò điều chỉnh điện áp tần số cung cấp lượng điện tốt cho trạm tách muối Kết nối với hệ thống tách muối: Như ta nói trên, tải tiêu hao lượng dư thừa không cần thiết để trì ổn định hệ thống thân hệ thống với cánh turbine gió điều chỉnh hệ thống tải đồng đảm nhận vai trò Trong trường hợp có gió tốt ta đưa tải vào hoạt động Tải trạm tách muối Quá trình đưa tải vào diễn từ từ trạm Hình vẽ sau mô tả hoạt động turbine gioù kW α=0 α>0 47.5 48 50 52 52.5 Hz Quá trình điều khiển cánh quạt turbine gió Khi gió mạnh thời gian dài, hệ thống bánh đà không khả trữ tận số vượt 52.5Hz cánh turbine gió nghiêng góc 300 để giảm lượng vào gió Khi tần số hệ thống giảm xuống góc nghiên cánh quạt α=00 Và tần số giảm xuống 48Hz hệ thống sa thải tải nhằm giữ ổn định tần số Khi tất tải sa thải trừ hệ thống tải đồng Khi turbine gió không phát điện (khi gió yếu) toàn hệ thống bị ngưng hoạt động Hệ thống điều khiển cần phải định việc kết nối, sa thải tải trạm tách muối tùy thuộc vào lượng turbine gió Vì thông số cần thiết phải đo lường, quản lý là: • Tốc độ gió • Tần số hệ thống • Góc cánh quạt • Công suất thực • Điện áp HV Đặng Thị Khánh Bình 96 Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa Để đảm bảo trạm tách muối không thường xuyên kết nối, tách khỏi hệ thống cần thiết phải thiết kế turbine gió hệ thống bánh đà phải thường xuyên cung cấp lượng lớn lượng tải thật 5.3.4 Kết luận: Mục đích dự án SDAWES (Sea water desalination plans connected to an autonomous wind energy system) nghiên cứu dạng trạm tách muối sử dụng lượng gió mà Phần nguồn điện với thiết kế có khả hoạt động tốt điều kiện không kết nối với hệ thống Nghiên cứu cho thấy có khả sử dụng nguồn điện từ turbine gió biệt lập ứng dụng sản xuất nước từ nước biển 5.4 Phương án đề xuất cho việc tối ưu hoá làm việc nhà máy phong điện đảo Phú Quý 5.4.1 Giai đoạn : Trong giai đoạn đảo Phú Quý lắp đặt thử nghiệm nhà máy phong điện với công suất laø : x 850 kW = 25,5 MW Trong chương trình bày cân công suất thấy giai đoạn lắp cụm nhà máy phong điện phối hợp với tổ nhà máy 500kW nhà máy Diesel hiệu hữu không xuất lượng thừa việc tính toán xây dựng nguồn điện sử dụng lượng gió thừa chưa thực 5.4.2 Giai đoạn : Trong giai đoạn sau 2006 đến 2010 theo qui hoạch duyệt Tỉnh Bình Thuận khu công nghiệp Bắc Nam đảo phát triển mạnh Khu vực cầu cảng đảo Phú Quốc cải tạo lại Vì đầu tư lắp đặt cụm nhà máy phong điện không bị khống chế bởi: khả thực tổ chức thi công, đồng thời bước qua giai đoạn thử nghiệm với nhà máy phong điện 850kW giai đoạn Lúc để đáp ứng phụ tải 2010 quy hoạch 12.566 MW ta phải lắp đặt thêm cụm x 1000 kW, cụm x 1500 kW nhà máy phong điện (Ngoài cần bố trí thêm từ ÷ tổ máy diesel để giúp ổn định lưới tháng gió yếu) Tuy nhiên gió thay đổi liên tục ngày, tháng, năm nên có nhiều thời điểm gió mạnh dẫn đến lượng gió thừa ta phải đồng thời tính toán lựa chọn phương án sử dụng lượng gió thừa hợp lý để áp dụng cho trường hợp Phương án thích hợp sử dụng cho đảo Phú Quốc : hệ thống thuỷ điện hoàn năng(xem 5.3.1) Trong qui hoạch đảo có vị trí xây dựng hồ chứa nước cho đảo Dựa theo dự án ta nghiên cứu, tính toán để đáp ứng chức dự trữ nước làm thuỷ điện nhỏ Như gió mạnh xuất lượng gió thừa điều khiển hệ thống bơm nước HV Đặng Thị Khánh Bình 97 Chương 5: Tối ưu hóa làm việc nhà máy phong điện nguồn phụ tải sử dụng lượng gió thừa lên hồ chứa.Khi gió yếu hệ thống phát điện thuỷ điện nhỏ phát vào hỗ trợ cho lưới điện, không cần phải phát thêm Diesel, bớt tiêu hao nhiên liệu dẫn đến giá thành điện giảm sử dụng Diesel hỗ trợ - Ngoài phương án sản xuất khí Hydro, trữ lượng khí nén đáng quan tâm nghiên cứu HV Đặng Thị Khánh Bình 98 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI HV Đặng Thị Khánh Bình 99 Tài liệu tham khảo 6.1 KẾT LUẬN: Trên đảo Phú Quý thời điểm 21.000 dân cư đảo phải dùng điện sử dụng cho ánh sáng sinh hoạt với giá 5.334 đ/ kWh mà có 12 giờ/ngày (Từ sáng – 11 trưa ; Từ 15 chiều – 23 đêm) Với giá điện đắt nên tiểu thủ công nghiệp phải đầu tư chạy máy phát Diesel loại nhỏ,riêng lẻ, nhằm tự cứu lấy kinh tế gia đình Điều gần kìm hãm phát triển mặt từ công nghiệp chế biến,nuôi trồng thủy sản,du lịch … quan trọng văn hóa đời sống người Ngoài ra,đảo Phú Quý đóng vai trò quan trọng an ninh quốc phòng Việt Nam,cũng tiềm to lớn ngư trường khai thác hải sản (xem phần 3.1.2) Kế hoạch xây dựng phát triển khu kinh tế đảo Phú Quý theo mô hình kinh tế đặc thù Thủ Tướng Chính Phủ phê duyệt vào năm 2002.Việc thực kế hoạch bước vào giai đoạn cấp bách,và để thực thành công kế hoạch điểm nóng bỏng cần giải giải pháp cung cấp điện cho đảo Đề tài góp phần quan trọng vào việc giải phương án lựa chọn nguồn lượng hợp lý cho đảo - Đó nguồn lượng gió.Đồng thời việc nghiên cứu đề tàivề vấn đề kinh tế kỹ thuật nhằm phối hợp nhà máy phong điện hệ thống Diesel hữu đảo, mở cho bước thực thực tế hướng Với nghiên cứu tính toán đề tài đưa ,thì với nhà máy phong điện phối hợp với hệ thống Diesel hữu đảo,lắp đặt thử nghiệm giai đoạn đem lại lợi ích không nhỏ cho đảo : - Giá thành điện 1200 đ/ kWh giá bán hộ tiêu thụ 1600 đ/ kWh hạ 70 % so với giá cũ (5.334 đ/ kWh).Thời gian hoàn vốn 10 năm,so với công trình điện lưới toàn quốc thời gian hoàn vốn chấp nhận - Nếu tăng giá bán điện lên 2400 đ/ kWh hạ 55 % so với giá cũ thời gian hoàn vốn năm Tuy nhiên với giá so với mặt giá điện Việt Nam cao Sau giai đoạn chạy thử nghiệm này, với sở tạo tiền đề cho việc sử dụng phát triển mặt đảo đưa nguồn phụ tải phát triển từ 3,5 MW lên đến 12 MW 2010 giai đoạn với trang trại gió phối hợp thủy điện tích đem lại lợi ích khả quan hơn,việc đạt giá thành điện 4,7 Uscent / kWh giới đạt hoàn toàn tầm tay HV Đặng Thị Khánh Bình 100 Tài liệu tham khảo 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài đưa cho thấy nhà máy phong điện cung cấp nguồn gió thay đổi liên tục nên có lúc đạt công suất thiết kế,có lúc không.Tuy nhiên lại có lúc lượng gió thừa nhiều.Trong tương lai với trang trại gió lớn đảo điều tránh khỏi.Để tận dụng lượng gió thừa để có điện sử dụng lúc gió yếu mà không cần tiêu hao nhiên liệu để phát hệ thống Diesel,việc nghiên cứu để đầu tư hệ thống thủy điện hoàn cần thiết Đảo Phú Quý có nhiều địa thích hợp để xem xét xây dựng hồ tích nước.Việc sử dụng lượng gió thừa để bơm nước lên hồ tích năng,và huy động nhà máy thủy điện tích vào lưới gió yếu(các nhá máy phong điện lúc không đáp ứng đủ công suất cho lưới).Giá thành điện nguồn thủy điện thường rẻ từ 3,5 – 3,75 Uscent / kWh,sẽ góp phần giảm giá thành điện cho đảo - Đây hướng phát triển đề tài giai đoạn 2006 – 2010 HV Đặng Thị Khánh Bình 101 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO 1/ Connor, B., Leithead, W.E., « Control stategies plied to variable speed stall regulated win turbines » Proc European Wind Energy Association Conf., Greece, October 1994 pp 420-425 2/ Connor, B., Leithead, W E., « The Effect of Re Characteristics on the Control of Pitch Regular Variable Speed Wind Turbines » Proc 16th B Wind Energy Assoc Conf, Stirling, June 1994 67-72 3/ Connor, B., Leithead, W.E., « Stategies for the control of variable Speed HAWTs » University of Stra Report prepared for AEA Technology, February 11th 4/ Đề án phát triển khu kinh tế đảo Phú Quý – Tỉnh Bình Thuận, tháng 03/2001 5/ Electricity of Vietnam/The World Bank - Rural Electrification Master Plan Study – Vietnam – Draft study Report No – Renewable Energy Review and Strategy – Formulation Report – October 1998 6/ E.N Hinrinchsen and P.J Nolan, “ Dynamic stability of wind turbin generator,” IEEE Trans Power Apparat Syst., vol PAS-101, pp 2640-2648, Aug 1982 7/ Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems - Siegfried Heier, Kassel University, Germany 1998 8/ M Bruntt, J Havsager, and H Knudsen, “Incorporation of wind power in the East Danish power system,” in Proc IEEE Power Tech, Budapest, Hungary, Aug./Sept 29-2, 1999, BPT99-202-5 9/ Nordex Wind Turbines [Online] Available start.htm : http://www.nordex.dk/E- 10/ Quy hoạch chung xây dựng đảo Phú Quý, huyện Phú Quý, tỉnh Bình Thuận, Xí Nghiệp Thiết Kế Quy Hoạch Xây Dựng – Cty Tư Vấn Xây Dựng Tổng Hợp – Bộ Xây Dựng lập tháng 01/2003 11/ Renewable Energy World – Review Issue 2003-2004 12/ Số liệu khí tượng thủy văn Việt Nam theo chương trình tiến khoa học kỹ thuật cấp Nhà nước lập năm 1989 13/ Trang Web http://www.windpower.org/core.htm 14/ V Akhmatov, H Khudsen, and A H Nielsen, « Advanced simulation of windmill in the elactric power supply, » Int J Elect Power & Energy Syst., vol 22 no 6, pp 421-434 Aug.2000 HV Đặng Thị Khánh Bình 102 Tài liệu tham khảo 15/ Việt Nam: Kế hoạch hành động lượng tái tạo Bộ Công Nghiệp, ngân hàng Thế giới Tổng Công ty Điện Lực Việt Nam phối hợp thực năm 2000 16/ WAsP 8.0 (Wind Atlas Analysis and Application Program) 17/ “Wind Energy Resource Atlas of Southeast Asia” prepared for the WB Asia Alternative Energy Program, prepared by TrueWind Solutions , LLC Albany, New York 18/ Wind Power Generation – EBARA Hatakeyama Memorial Fund – EBARA Corporation - Tokyo JAPAN HV Đặng Thị Khánh Bình 103 Phụ Lục PHỤ LỤC Phụ lục A: Các hình ảnh số liệu tổng hợp tình hình phát triển lượng gió giới Phụ lục B: - Bảng phương pháp phân chia tốc độ gió thang đo Beaufort - Một số kết chương trình Wasp 8.0 - Công suất, điện phát số nhà máy điện gió có1 turbine - Công suất, điện phát nhà máy điện gió có nhiều turbine gió( phía Bắc đảo) - Bản đồ hoa gió số vị trí đảo Phụ lục C: Các biểu đồ cân công suất phương án cụm nhà Máy phong điện Phụ lục D: - Các hình dạng cấu trúc số loại nhà máy phong điện - Đặc tính kỹ thuật Turbine gió hiệu Vestas-V52-850 kW - Các văn pháp lý về:Giá, giao thông,cầu cảng - Kết phân tích kinh tế tài Phụ lục E: Một số hình ảnh ứng dụng lượng gió HV Đặng Thị Khánh Bình 104 ... tính chất hệ thống điện Đề tài trình bày nghiên cứu vấn đề kinh tế kỹ thuật nhà máy phong điện phối hợp với hệ thống Diesel áp dụng cho đảo Phú Quý với chương trình WasP 8.0 mô trường gió đảo để... Giới.Chính việc nghiên cứu vấn đề kinh tế kỹ thuật nhà máy phong điện phối hợp với hệ thống diesel áp dụng cho đảo Phú Quý có giá trị thực tiễn mang tính thời cao Luận án nghiên cứu vấn đề nêu nhằm... gió diesel HV Đặng Thị Khánh Bình Giới thiệu đề tài Xây dựng hệ thống số liệu phụ tải cho đảo Phú Quý Xây dựng hệ thống số liệu gió đảo Phú Quý Xác định công suất tỉ lệ gió & Diesel cho đảo Phú