Nghiên cứu tìm năng và quy hoạch phát triển năng lượng gió ở việt nam

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HOÀNG HỮU THỜI NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG VÀ QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2006 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN BỘI KHUÊ Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2006 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hoàng Hữu Thời Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15-04-1976 Nơi sinh: Đắc Lắc Chuyên nghành: Thiết bị, Mạng Nhà máy điện MSHV: 01804514 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tiềm quy hoạch phát triển lượng gió Việt Nam II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Giới thiệu tổng quan lượng gió - Ứng dụng lý thuyết mờ (fuzzy logic) để quy hoạch phát triển lượng gió việt nam - Phương pháp đo gió & sử dụng số liệu đo gió đảo Phú Quốc để khảo sát quy luật thay đổi tốc độ gió theo độ cao tính gồ ghề mặt đất - Vận hành nhà máy điện gió hệ thống điện III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06-02-2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06-07-2006 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Bội Khuê CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS TS Nguyễn Bội Khuê Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày tháng năm 2006 TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trước hết xin chân thành cảm ơn thầy PGS TS Nguyễn Bội Kh tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn Kế đến tơi muốn gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô khoa Điện – Điện Tử Phòng Đào Tạo Sau Đại Học tạo điều kiện thuận lợi q trình học tập Và sau tơi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Công ty Điện lực 2, bạn bè, đồng nghiệp Lãnh đạo phòng Kỹ thuật sản xuất - Công ty Điện lực đặc biệt ThS Quách Lâm Hưng hỗ trợ tạo điều kiện cho tơi q trình học tập thực luận văn TP HCM, ngày 24 tháng năm 2006 Hoàng Hữu Thời Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài Chương: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 0.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Năng lượng điện thực thiếu sống đại lĩnh vực để phát triển kinh tế xã hội quốc gia Thực vậy, kỷ 21 kỷ công nghệ thông tin, cơng nghệ tự động, cơng nghiệp hóa nơng nghiệp Cùng với xu hướng tồn cầu hóa chủ trương cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước nhà nước ta đặt ngành Điện lực thành sở hạ tầng để phát triển kinh tế thước đo cho phát triển kinh tế xã hội nước nhà Để thực thắng lợi chủ trương trên, ngành điện phải trước bước để đáp ứng nhu cầu lượng cho ngành cơng nghiệp khác khơng cịn cách khác phải tập trung phát triển thật nhanh loại nguồn phát điện Các loại hình nguồn điện phát triển là: Thủy điện, Nhiệt điện, Điện hạt nhân nguồn lượng tái tạo khác Tuy nhiên, trình quy hoạch phát triển loại nhà máy có nhiều tiêu chí đặt tiêu chí nhiều quốc gia quan tâm tác động đến mơi trường sống như: nhiễm khơng khí, nhiễm nguồn nước,… Thực vậy, năm qua kinh tế nước ta có nhiều chuyển biến tích cực với tốc độ phát triển phụ tải điện bình quân 15%/năm Tuy nhiên, với quy hoạch loại nguồn điện chưa đáp ứng tăng trưởng phụ tải thực tế năm 2005 & 2006 phải nhập điện từ nước lân cận để đáp ứng phần nhu cầu phụ tải Trong thời gian qua, với tăng giá thị trường dầu mỏ giới tác động bất lợi từ điều kiện tự nhiên gây cho ngành điện khơng khó khăn việc huy động nguồn phát điện, đứng trước khó khăn địi hỏi ngành điện phải có tầm nhìn chiến lược để phát triển đa dạng hóa loại nguồn nhằm đáp ứng tăng trưởng bền vững kinh tế nước nhà Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ cơng nghệ chế tạo máy phát điện gió với ưu việt mà máy phát điện gió mang lại nguồn lượng trở thành nguồn lượng thực cạnh tranh thị trường nguồn điện cho nhà đầu tư vào lĩnh vực Nước ta nước có khí hậu nhiệt đới với vị trí địa lý tương đối đặc trưng, phía đơng bờ biển kéo dài 3000km phía tây dảy Trường Sơn với địa hình đồi núi cao Với địa lý gây khơng khó khăn cho phát triển kinh tế xã hội đất nước, nhiên bên cạnh mang lại nhiều thuận lợi để phát triển nguồn điện như: thủy điện, lượng mặt trời, lượng gió,… Với vị trí địa lý mơ tả có tiềm lớn để phát triển nguồn lượng gió Cụ thể dựa vào [9] tiềm năng lượng gió độ cao 65m cho khu vực đất liền nước ta 513.450 MW Mặt khác có nhiều thuận lợi để xây dựng cánh đồng gió khu vực dọc theo dãy Trường Sơn Trang 1/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài năm gần nhà nước đầu tư xây dựng hoàn tất tuyến đường quốc lộ dọc theo dãy Trường Sơn Với tiềm lớn Tổng Cơng Ty Điện Lực Việt Nam - EVN doanh nghiệp nhà nước hoạt động lĩnh vực kinh doanh điện phải nhanh chóng xúc tiến hướng quy hoạch phát triển lượng gió Để thực phát triển nguồn lượng có nhiều học kinh nghiệm nước trước như: cách đo gió, cơng suất tổ máy, độ cao lắp đặt, tính ổn định nối vào hệ thống lớn,… để xây dựng cánh đồng gió phù hợp với điều kiện địa lý thực tế Với yêu cầu tiềm nêu trên, luận án tập trung nghiện cứu phương pháp quy hoạch phát triển lượng gió, nghiên cứu quy luật thay đổi tốc độ gió theo độ cao độ gồ ghề mặt đất, tìm hiểu vận hành nhà máy điện gió hệ thống điện đề xuất kế hoạch phát triển nhà máy điện gió hệ thống điện Việt Nam 0.2 NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN Với hướng phát triển đề cập trên, nhiệm vụ mục tiêu luận văn đặt là: - Giới thiệu tổng quan lượng gió - Ứng dụng lý thuyết mờ (fuzzy logic) để quy hoạch phát triển lượng gió việt nam - Phương pháp đo gió & sử dụng số liệu đo gió đảo phú quốc để khảo sát quy luật thay đổi tốc độ gió theo độ cao tính gồ ghề mặt đất - Vận hành nhà máy điện gió hệ thống điện 0.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN Luận văn sâu tìm hiểu nghiên cứu vấn đề sau: - Tổng quan lịch sử phát triển lượng gió, cấu tạo máy phát điện gió, thiết bị đo gió chiến lược phát triển lượng gió giới - Giới thiệu tổng quan lý thuyết mờ ứng dụng lý thuyết mờ để mô quy hoạch lượng gió Việt Nam - Sử dụng số liệu đo gió đảo Phú Quốc để khảo sát quy luật thay đổi tốc độ gió theo độ cao độ gồ ghề mặt đất - Tìm hiểu phương thức vận hành nhà máy điện gió hệ thống điện nhỏ (hệ thống điện độc lập) hệ thống điện lớn (hệ thống điện quốc gia) 0.4 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN - Ứng dụng lý thuyết mờ (Fuzzy Logic) để quy hoạch phát triển lượng gió - Sử dụng số liệu đo gió để khảo sát quy luật thay đổi tốc độ gió theo độ cao độ gồ ghề mặt đất Trang 2/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài 0.5 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN Trong tình hình phát triển kinh tế xã hội nay, để đáp ứng nhu cầu lượng Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam bỏ nhiều tiền để đầu tư nhà máy điện Thủy điện Nhiệt điện lớn, bên cạnh khuyến khích doanh nghiệp đầu tư để phát triển thủy điện nhỏ nhằm để đáp ứng nhu cầu lượng Tuy nhiên, với thời gian xây dựng loại hình nhà máy thường kéo dài tốc độ phát triển kinh tế nước ta có dấu hiệu tăng trưởng nhanh việc nghiên cứu phát triển nguồn lượng gió cần thiết để bổ sung sản lượng điện lớn cho hệ thống điện có ưu điểm chế tạo sẵn lắp ráp nhanh Tuy nhiên để xây dựng cánh đồng điện gió vấn đề đặt lập kế hoạch phát triển cho năm tùy thuộc vào sách hỗ trợ nhà nước biến động giá thị trường Bên cạnh đặt nhiều hướng phát triển là: phát triển điện gió biển, nghiên cứu tính ổn định hệ thống điện gió đấu nối vào hệ thống điện với tỷ lớn nghiên cứu phương án tích trữ lượng điện gió phát thời gian phụ tải thấp điểm 0.6 NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN THẠC SỸ Nội dung luận văn tập trung giải vấn đề thơng qua chương sau đây: Chương 0: Giới thiệu đề tài 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 ĐẶT VẤN ĐỀ NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN - NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN - GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN THẠC SỸ - Chương 1: Tổng quan lượng gió 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ - 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ CẤU TẠO TUA BIN GIÓ - 1.2.1 Lịch sử phát triển lượng gió - 1.2.2 Cấu tạo tua bin gió - 10 1.3 CÁC THIẾT BỊ ĐO GIÓ 12 1.3.1 Cột đo gió 12 1.3.2 Thiết bị đo tốc độ gió - 12 1.3.3 Thiết bị đo hướng gió 13 1.3.4 Thiết bị đo nhiệt độ - 13 1.3.5 Thiết bị đo áp suất khơng khí 14 1.3.6 Thiết bị lưu trữ liệu - 14 1.3.7 Bin lượng mặt trời 14 1.3.8 Thiết bị thu thập số liệu từ xa - 14 1.3.9 Nguyên tắc bố trí thiết bị đo lên cột đo 15 1.4 KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ MỸ - 16 1.4.1 Tổng quan lịch sử phát triển - 16 1.4.2 Hướng phát triển lượng gió tương lai 18 1.4.3 Mục tiêu phương pháp thực 21 1.5 KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ THẾ GIỚI - 22 Trang 3/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài 1.5.1 Phương pháp luận 1.5.2 Tình trạng điện gió tồn cầu 1.5.3 Tài nguyên gió Thế giới nhu cầu điện 1.5.4 12% nguồn điện giới từ lượng gió 1.5.5 12 % Năng lượng gió trước năm 2020 Đầu tư, chi phí & việc làm -1.5.6 12% điện gió năm 2020, Những lợi ích mơi trường 1.5.7 Những khuyến cáo sách -1.6 GIỚI THIỆU TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ Ở VIỆT NAM 1.7 KẾT LUẬN - 22 26 29 30 32 35 36 41 43 Chương 2: Ứng dụng lý thuyết mờ (Fuzzy Logic) để quy hoạch phát triển lượng gió Việt Nam 2.1 GIỚI THIỆU 44 2.2 LÝ THUYẾT LƠ GÍC MỜ (FUZZY LOGIC) 44 2.2.1 Khái niệm tập mờ - 44 2.2.2 Các phép toán tập mờ - 47 2.2.3 Biểu diễn tập mờ: - 51 2.2.4 Luật hợp thành mờ 51 2.2.5 Giải mờ 60 2.2.6 Các bước thiết kế mờ 63 2.3 TIỀM NĂNG GIÓ Ở VIỆT NAM 63 2.4 ỨNG DỤNG LƠ GÍC MỜ ĐỂ QUY HOẠCH NĂNG LƯỢNG GIĨ ĐẾN NĂM 2020 64 2.4.1 Xác định số biến ngõ vào, ngõ hàm thuộc 64 2.4.2 Lưu đồ quy hoạch lượng gió 66 2.4.3 Suy luận mờ - 67 2.5 KẾT LUẬN - 68 Chương 3: Ứng dụng số liệu đo gió đảo Phú Quốc để khảo sát quy luật thay đổi tốc độ gió theo độ cao độ gồ ghề mặt đất 3.1 GIỚI THIỆU 70 3.2 MỐI LIÊN HỆ GIỮA TỐC ĐỘ GIÓ Ở NHỮNG ĐỘ CAO KHÁC NHAU THEO ĐỊA HÌNH MẶT ĐẤT - 70 3.3 PHƯƠNG PHÁP ĐO NHANH - 72 3.4 TÍNH TỐN HỆ SỐ NHÁM (α) CHO CÁC CỘT ĐO Ở PHÚ QUỐC - 74 3.5 KHẢO SÁT QUY LUẬT THAY ĐỔI CỦA TỐC ĐỘ GIÓ THEO ĐỘ CAO VÀ TÍNH GỒ GHỀ CỦA MẶT ĐẤT - 76 1.5.1 Vị trí - Mũi Dương - Nằm bắc đảo: 77 1.5.2 Vị trí – Vịnh Đầm - Nằm đông nam đảo: 83 1.5.3 Vị trí – Vườn Táo - Nằm hướng đông miền trung đảo: - 89 3.6 KẾT LUẬN - 95 Chương 4: Vận hành nhà máy điện gió hệ thống điện 4.1 GIỚI THIỆU -4.2 MÁY ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG TUA BIN GIÓ -4.2.1 Máy điện chiều -4.2.2 Máy điện đồng 4.2.3 Máy điện không đồng Trang 4/121 96 96 96 97 97 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài 4.3 CÁC SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI - 104 4.4 VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRONG HỆ THỐNG ĐỘC LẬP 105 4.4.1 Hệ thống gió độc lập 106 4.4.2 Hệ thống ghép với diesel 107 4.5 VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRONG HỆ THỐNG LỚN 111 4.6 KẾT LUẬN 118 4.6.1 Vận hành hệ thống lớn - 118 4.6.2 Khi vận hành hệ thống nhỏ 118 Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài 5.1 5.2 KẾT LUẬN 119 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 121 Trang 5/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài Chương: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NĂNG LƯỢNG GIĨ Ngành lượng tồn cầu năm qua đặt nhiều thách thức cho người làm sách thay đổi khí hậu tồn cầu, đáp ứng nhu cầu tăng sử dụng lượng đảm bảo an ninh cung cấp lượng Năng lượng gió cơng nghệ hiệu sẵn sàng cho phát triển quy mơ lớn tồn cầu nhằm giải thách thức đặt Điện gió lắp đặt nhanh so với nhà máy điện truyền thống khác Đây yếu tố quan trọng nhằm đáp ứng tốc độ phát triển nhanh nhu cầu điện kinh tế Năng lượng gió nguồn lượng có quy mơ lớn, an tồn Khơng giống nhiên liệu thơng thường, điện gió nguồn điện quy mơ lớn, ổn định có nước giới Nó giúp đảm bảo an ninh lượng, tránh nhiều chi phí mua nhiên liệu tránh rũi ro phải lệ thuộc vào nhiên liệu nhập sách nước khác Để có sở tìm hiểu nghiên cứu nguồn lượng gió, chương tập trung tìm hiểu nghiên cứu lịch sử phát triển lượng gió, cấu tạo tua bin gió, giới thiệu thiết bị đo gió quy hoạch phát triển lượng gió Mỹ Thế giới 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ CẤU TẠO TUA BIN GIÓ 1.2.1 Lịch sử phát triển lượng gió Các thơng tin kỹ thuật lịch sử phát triển lượng gió phần trình bày sau [1] 1.2.1.1 Sự khởi đầu lượng gió (từ năm 1000 trước cơng ngun đến năm 1300 sau công nguyên) Lịch sử phát triển lượng gió cho thấy tiến hóa chung từ việc sử dụng thiết bị đơn giản là: thiết bị ánh sáng điều khiển khí động học, thiết bị tời thiết bị nâng khí động học thời kỳ đại Nhưng giai đoạn này, người ta khơng hình dung lực nâng khí động học (lực mà làm máy bay bay) khái niệm đại mà khái niệm thời kỳ cổ đại Dĩ nhiên, sử dụng lượng gió biết sớm thuyền buồm cơng nghệ có tác động quan trọng đến phát triển sau cối xay gió kiểu cánh buồm (sail-type) Những thủy thủ thời xưa hiểu lực nâng sử dụng ngày, họ khơng có khái niệm vật lý để giải thích làm việc Cối xay gió phát triển để tự động hóa công việc bơm nước xay ngũ cốc thiết kế được biết sớm hệ thống trục đứng phát triển Ba Tư vào khoảng năm 500 đến năm 900 sau công nguyên Việc sử dụng lượng gió dường bơm nước, phương pháp xác vận chuyển nước khơng biết khơng có vẽ thiết kế cịn lại mà có giải Trang 6/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài - Máy nạp ắc quy điều khiển xả điện - Các máy cắt bảo vệ công tắc chuyển nguồn - Đồng hồ đo trào lưu công suất - Bộ điều khiển chế độ • Bộ điều khiển chế độ Tồn hệ thống phải thiết kế cho phạm vi vận hành rộng để điều chỉnh đặc tính máy phát điện diesel, máy phát điện gió ắc quy Khi cần thiết, chuyển đến chế độ mong muốn máy phát thực điều khiển chế độ Vì thế, điều khiển chế độ điều khiển theo dõi trung tâm hệ thống ghép Bộ điều khiển chế độ bao gồm máy tính xử lý phần mềm cho việc chọn nguồn phát, quản lý ắc quy quản lý sa thải phụ tải Bộ điều khiển chế độ thực chức sau: ™ - Điều khiển theo dõi tính sẵn sàng trạng thái hệ thống - Theo dõi điều khiển trạng thái nạp ắc quy - Khởi động máy phát diesel cần thiết cách ly không cần thiết - Sa thải phụ tải có tính ưu tiên thấp cho phù hợp với việc cài đặt thứ tự ưu tiên Nguyên lý làm việc hệ thống ghép diesel/gió Nguyên lý làm việc thời gian điện gió đủ cơng suất để cung cấp cho tải tiêu thụ máy phát diesel cách ly ly hợp ngừng máy để tiết kiệm nhiên liệu [13] Trong thời gian lưới điện cung cấp điện gió (tức nguồn điện gió chiếm 100%) động diesel không tiêu thụ nhiên liệu Động diesel dự phịng phải làm nóng trước nhằm đáp ứng cho việc khởi động nhanh cần thiết Khi tải tăng điện gió giảm xuống, máy phát diesel tự động khởi động để bổ sung công suất cho điện gió Tần số lưới trì điều khiển nhanh việc cân công suất cơng suất điện gió thay đổi, tải giả khách hàng tiêu thụ Trong thời gian diesel hoạt động tần số điều khiển điều tốc động Trong thời gian điện gió chiếm 100 % cơng suất tần số điều khiển tiêu thụ lượng gió dư tải giả động Điện áp lưới trì điều chỉnh điện áp tự động (AVR) máy phát điện đồng cung cấp công suất phản kháng cho máy phát cảm ứng tua bin gió Mơ hình sản xuất điện phụ tải: Cơng suất điện từ tua bin gió thay đổi ngày phù hợp với thay đổi tốc độ gió Trong hệ thống điện lớn, biến đổi dao động cơng suất điện gió điều chỉnh lưới điện mạnh lưới điện điều khiển tần số điện áp máy phát điện gió Trang 108/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài Ở lưới điện độc lập nhỏ việc cân cơng suất phải trì liên tục để giữ tần số điện áp lưới yếu giới hạn xác định trước Trong sơ đồ cho thấy mơ hình hàng ngày của: - Tốc độ gió - Sản xuất cơng suất tua bin gió - Tiêu thụ khách hàng - Cơng suất phát diesel Nhiên liệu Cơng suất lít/giờ kW - Cơng suất máy phát diesel: 600kW - Công suất tua bin gió: 850kW Bộ máy phát điện diesel – nhiên liệu Tua bin gió: 850kW = 150% cơng suất động 100% điện gió Năng lượng gió dư Phụ tải đỉnh: 600kW = 100% tải động Phụ tải lớn nhất: 480kW = 80% tải động Động Tiết kiệm nhiên liệu – lượng gió Tiêu thụ nhiên liệu - động Ngừng động Phụ tải nhỏ nhất: 180kW = 30% tải động Chạy không tải: 8-10kW = 0-2% tải động Tốc độ gió m/s Hình 4.15: Hệ thống ghép Diesel/Gió với chế độ làm việc động diesel Những đường cong dựa vào giá trị trung bình hàng dao động đóng cắt tải bỏ qua Tiêu thụ khách hàng: Trong đêm tiêu thụ công suất thấp Từ đến tiêu thụ tăng lên xấp xỉ 80% công suất tiêu thụ cực đại Vào thời gian ngày tiêu thụ xấp xỉ 50% công suất cực đại tiếp tục tăng đến tải đỉnh vào buổi tối khoảng 19giờ Tốc độ gió/cơng suất: Trong đêm tốc độ gió thấp cho tua bin gió hoạt động Trong buổi sáng tốc độ gió tăng lên khoảng sáng tua bin gió bắt đầu vận hành Việc sản xuất cơng suất điện gió cực đại đạt đến khoảng 14 Trong buổi chiều buổi tối tốc độ gió giảm việc sản xuất cơng suất điện gió giảm xuống Máy phát diesel: Trong đêm buổi sáng máy phát diesel cung cấp công suất cho lưới điện Trong thời gian từ 10 đến khoảng 16 động diesel ngừng hẳn có đủ cơng suất điện gió cấp cho khách hàng tiêu thụ Trong buổi chiều buổi tối máy phát diesel lại cung cấp công suất cho lưới điện Trang 109/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài ™ Việc vận hành hệ thống ghép diesel/gió tóm gọn lại sau: Trong ngày việc sản xuất điện gió tiêu thụ khách hàng thay đổi phụ thuộc lẫn Vì vậy, cân cơng suất hệ thống diesel/gió phải hiệu chỉnh Điều thực điều chỉnh tự động điện áp tần số máy phát điện diesel phụ tải giả Sự vận hành hệ thống ghép diesel/gió chia thành chế độ khoảng thời gian trình bày sơ đồ 4.16 tập trung chế độ a, b, c d: - Chế độ a: Sự tiêu thụ cơng suất hồn tồn cung cấp máy phát diesel khơng có gió Trong trường hợp điện áp điều chỉnh AVR máy phát đồng diesel tần số điều chỉnh điều tốc động diesel - Chế độ b: Sự tiêu thụ cơng suất phần cung cấp điện gió phần cung cấp máy phát diesel Sự thâm nhập điện gió tăng lên thời gian Trong trường hợp điện áp điều chỉnh AVR máy phát đồng diesel tần số điều chỉnh điều tốc động diesel - Chế độ c: Sự tiêu thụ cơng suất hồn tồn cung cấp tua bin gió động diesel cách ly khỏi máy phát điện ngừng hoạt động Điện gió dư thừa (tức công suất vượt qua công suất tiêu thụ phụ tải) tiêu thụ tải giả, trì cân cơng suất hệ thống Trong trường hợp điện áp điều chỉnh AVR máy phát đồng diesel hoạt động máy bù đồng tần số điều chỉnh tải giả thay đổi động - Chế độ d: Khi tiêu thụ công suất vượt công suất phát tua bin gió, lúc động diesel khởi động bổ sung cơng suất cho điện gió Trong trường hợp điện áp tần số điều khiển giống trường hợp b Trên sở liệu xác định tốc độ gió cơng suất tiêu thụ hàng ngày, người ta dự báo khả thâm nhập điện gió hệ thống việc tiết kiệm nhiên liệu cho động disel Trang 110/121 Công suất - kW Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài Giờ Thời gian Tiêu thụ Tua bin gió Máy phát diesel Tua bin gió dư Hình 4.16: Trình bày sơ đồ làm việc hệ thống ghép diesel/gió với phụ tải thay đổi ngày 4.5 VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRONG HỆ THỐNG LỚN Hệ thống điện gió tạo chuyển tiếp thành công từ hệ thống độc lập đến hệ thống lưới điện lớn [10] Sự kết nối Công ty điện lực mang lại vị trí tính kinh tế lượng tái tạo cách nối vào lưới điện Ở khu vực điện gió, hầu hết hệ thống kết nối vào lưới điện nhà máy điện quy mô lớn Điện áp ngõ máy phát điện gió 480 VAC, điện áp nâng lên đến mức điện áp trung gian (21kV) máy biến áp nâng áp Đường dây truyền tải điện không tạo đường dây liên kết đến trạm biến áp khu vực, mà điện áp nâng lên thêm lần để đạt đến mức điện áp truyền tải Máy tính vực sử dụng dồn kênh (multiplexer) liên kết radio từ xa để điều khiển tua bin gió ứng với điều kiện gió nhu cầu phụ tải MBA tăng áp Tốc độ máy phát ĐK xoay Tốc độ gió ĐK Nghịch lưu ĐK Công suất Tần số chuẩn Lưới Điện Chỉnh lưu Máy cắt đồng Nghịch lưu Bộ DC Điện áp chuẩn Tỷ số tốc độ chuẩn Hình 4.17: Sơ đồ điện hệ thống điện gió tốc độ thay đổi đấu nối vào lưới điện Trang 111/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài Những hệ thống lớn lắp đặt ngày có khuynh hướng thiết kế với tốc độ thay đổi Sơ đồ nguyên lý điện hệ thống trình bày hình 4.17 Ở ngõ máy phát điện tần số thay đổi trước hết chỉnh lưu thành nguồn điện chiều (DC) sau nghịch lưu trở lại thành điện AC có tần số cố định Trước nghịch lưu, sóng hài chỉnh lưu lọc khỏi nguồn DC tụ điện cuộn dây Tần số chuẩn cho nghịch lưu điện áp chuẩn cho điều chỉnh góc pha chỉnh lưu lấy từ lưới điện Giá trị chuẩn tối ưu tỷ số tốc độ lưu trữ liên tục so sánh với giá trị tính tốn từ tốc độ đo gió rơ to Tốc độ tua bin thay đổi để đảm bảo tạo cơng suất cực đại thời điểm Những yêu cầu kết nối vào hệ thống điện Hệ thống điện gió nối vào lưới điện đầu cực ngõ máy cắt đồng cuối ngõ nghịch lưu Công suất chảy theo hai hướng phụ thuộc vào điện áp hai phía đầu cực máy cắt Những yêu cầu điện áp khu vực kết nối vào lưới điện sau: - Pha biên độ điện áp phải với pha biên độ yêu cầu hướng biên độ mong muốn chiều công suất Điện áp điều khiển tỷ số vòng dây máy biến áp hoặc/và thay đổi góc kích chỉnh lưu/nghịch lưu hệ thống điều khiển kín - Tần số xác phải với tần số lưới điện, không hệ thống không làm việc Để đạt yêu cầu tần số xác, biện pháp hiệu sử dụng tần số lưới điện tần số chuẩn cho tần số đóng cắt nghịch lưu - Trong hệ thống gió, máy phát điện đồng hệ thống điện cung cấp dòng điện từ hóa cho máy phát điện khơng đồng Đồng với lưới điện Máy cắt đồng hình 4.18 có cảm biến góc pha điện áp nội để theo dõi điện áp khu vực điện áp hệ thống truyền tín hiệu sai số tức thời để đóng máy cắt Như phần mạch bảo vệ tự động, cố gắng để đóng máy cắt sai số tức thời không bị máy cắt từ chối Bốn điều kiện phải thỏa mãn trước máy cắt đồng cho phép đóng mạch sau: - Tần số phải gần với tần số lưới điện, tốt khoảng 1/5 Hz - Biên độ điện áp đầu cực phải tương ứng với điện áp đầu cực lưới điện, tốt vài phần trăm - Thứ tự pha điện áp pha đầu cực phải giống - Góc pha điện áp đầu cực phải khơng q độ Dịng điện từ hóa Sự khác biệt nhỏ điện áp khu vực điện áp lưới điện dẫn đến dịng điện từ hóa chạy lưới điện lớn lưới điện khu vực Cuối dịng điện từ hóa giảm xuống zero theo tỷ lệ hàm số mũ mà phụ thuộc vào điện kháng điện trở nội Biên độ ban đầu dòng điện xảy tức thời đóng mạch máy cắt phụ thuộc vào mức độ không tương xứng hai điện áp Điều Trang 112/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài không trầm trọng tạo công suất đồng để mang hai hệ thống khóa đồng Tuy nhiên, dịng điện tạo bước mơ men xoắn điều chỉnh dao động điện trước hai máy đạt đến đồng khóa lẫn Biên độ dịng điện từ hóa tính tốn sau: Đặt ΔV khác biệt điện áp lưới điện điện áp khu vực thời điểm đóng mạch lý Khi điện áp đột ngột đặt vào hệ thống tạo dịng điện từ hóa xác định điện kháng siêu độ máy điện X d'' Đó là: I inrush = ΔV X d'' (4.7) Dịng điện từ hóa chủ yếu thành phần cảm kháng, xác định X d'' Biên độ giữ giới hạn cho phép thêm vào dẫn đến hư hỏng nhiệt Công suất đồng tạo dịng điện từ hóa mang hệ thống điện gió lưới điện trở nên đồng sau dao động biến Khi đồng bộ, máy phát có khuynh hướng tự nhiên trì đồng với lưới điện tách khỏi đồng xảy tải, bước tải lớn lúc hệ thống cố Trong điều kiện đồng hẹp Biên độ công suất phục hồi, biết công suất đồng bộ, cao máy điện chạy không tải không chạy giới hạn ổn định trạng thái xác lập Vận hành đồng Khi đồng bộ, điện áp tần số hệ thống điện gió cần điều khiển Khi máy điện không đồng nối trực tiếp vào lưới điện, lưới điện vận hành tần số chuẩn cho tần số ngõ máy phát điện Khi mơ men quay so với đặc tính tốc độ máy phát khơng đồng có độ dốc đứng gần với độ trượt khơng (hình 4.18), tốc độ tua bin gió xấp xỉ số phạm vi vài phần trăm Mô men tải cao đáp ứng độ trượt tăng gần đến điểm chắn (Qm), vượt giới hạn mà máy phát trở nên khơng bảo hịa Nếu mơ men tải giảm đột ngột, máy phát trở lại vận hành ổn định Từ quan điểm vận hành, máy phát cảm ứng mềm hơn, đối ngược với vận hành tương đối cứng máy phát điện đồng bộ, mà làm việc vận tốc số rơi ổn định Trang 113/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài Tần số điện áp cố định Mô men quay T Vận tốc N Tốc độ Mơ men quay Hình 4.18: Độ biến đổi đặc tính tốc độ với mô men quay máy phát điện không đồng Nếu sử dụng máy phát đồng bộ, cánh đồng điện gió lắp đặt California vào năm 1980, điện áp điều khiển cách điều chỉnh dịng điện kích từ từ trường rơ to Tuy nhiên, điều khiển tần số không yêu cầu liên tục Khi đồng nối vào đường dây, máy phát đồng có khuynh hướng trì khóa đồng với lưới điện Trong thời điểm q độ cố hệ thống đồng Trong trường hợp máy phát phải đồng trở lại Trong hệ thống máy phát không đồng tốc độ thay đổi sử dụng nghịch lưu điểm kết nối vào lưới điện, tín hiệu nghịch lưu lấy từ điện áp hệ thống để đảm bảo đồng Tính ổn định nghịch lưu phụ thuộc nhiều vào thiết kế Tải độ Khi vận hành trạng thái xác lập, cơng suất ngõ hệ thống điện gió hồn tồn phần lưới điện dự phịng cho thiếu hụt cơng suất Ảnh hưởng điều nhận biết theo hai cách: - Các máy phát lưới điện giảm để tăng góc cơng suất cần thiết nhằm bổ sung lượng cơng suất bị Điều dẫn đến rơi tần số tức thời - Rơi áp nhỏ hệ thống mà đường dây mang nhiều tải Các ảnh hưởng tương tự nhận thấy tải lớn đột ngột đóng cắt khu vực lưới điện gió, việc khởi động tua bin gió giống động khơng đồng tạo dịng điện lớn Điều dẫn đến ảnh hưởng giống Như nói tải độ giảm thiểu máy phát điện lớn khởi động mềm Ở nông trại gió bao gồm số máy phát điện, máy phát riêng biệt khởi động theo thứ tự, tức máy khởi động sau máy khác Tính an tồn Tính an tồn mối quan tâm điện gió nối vào lưới điện Sự kết nối lẫn gây nguy hiểm cho đội sửa chữa lưới điện làm việc đường dây việc liên tục bơm công suất vào lưới điện lưới điện xuống cấp Trang 114/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài Máy cắt giao tiếp lưới điện khu vực cách ly đột ngột cách ngẫu nhiên hay để đáp ứng tình khẩn cấp Cắt khỏi tốc độ gió cao điều kiện bình thường cơng suất cắt để bảo vệ máy phát điện tránh khỏi tải Trong hệ thống mà tụ điện lớn nối khu vực điện gió nhằm cải thiện hệ số công suất, máy phát khu vực chế độ kích từ, nhận cơng suất kích từ từ tụ điện tạo điện áp đầu cực máy phát Khi khơng có tụ điện, giả sử điện áp đầu cực máy phát giảm xuống khơng Tuy nhiên, điện dung đường dây giữ máy phát tự kích từ Mạch bảo vệ thiết kế để tránh hai tình nguy hiểm đến đội bảo trì khu vực Khi lưới điện cách ly lý nào, máy phát xảy điều chỉnh tần số, tín hiệu đồng tần số lấy từ lưới điện bị Khi thay đổi tần số phát vượt khỏi giới hạn xác định, điều khiển tự động ngắt hệ thống, khóa nguồn kích từ Giới hạn vận hành Đường dây liên kết nối khu vực điện gió với lưới điện đưa giới hạn vận hành theo hai cách, điều chỉnh điện áp giới hạn tính ổn định Trong hầu hết trường hợp, đường dây liên kết xem đường dây truyền tải ngắn Điện dung đường dây với đất điện trở rò với đất thường không đáng kể bỏ qua Vì mạch điện tương đương đường dây điện trở R điện kháng L nối tiếp hình 4.19 Đường dây mang cơng suất từ khu vực điện gió đến lưới điện từ lưới điện đến khu vực điện gió để đáp ứng nhu cầu tải đỉnh khu vực Có hai ảnh hưởng tổng trở đường dây truyền tải, điều chỉnh điện áp ảnh hưởng lại khả truyền công suất cực đại đường dây liên kết Khu vực điện gió Máy biến áp nâng áp Đường dây liên kết Phụ tải khu vực Lưới điện Hình 4.19: Sơ đồ tương đương nhà máy điện gió đấu nối vào hệ thống điện thông qua đường dây truyền tải Điều chỉnh điện áp Sơ đồ góc pha điện áp dòng điện đầu gửi đầu nhận trình bày hình 4.20 Bởi trở kháng rẽ nhánh khơng đáng kể, dịng điện đầu gửi Is giống dòng điện đầu nhận Ir, tức Is = Ir = I Điện áp đầu nhận tổng véc tơ điện áp đầu gửi cộng với rơi áp trở kháng đường dây IZ Nghĩa là: Trang 115/121 Chương 0: Giới Thiệu Đề Tài Vs = Vr + I ( R + jX ) (4.9) Quỹ đạo Nếu δ>0, dịng cơng suất đổ đển lưới Nếu δ0, chiều cơng suất từ điện gió lưới điện, ngược lại δVr chiều công suất phản kháng từ khu vực đến lưới điện Nếu Vs