Nghiên cứu và mô phỏng máy phát điện gió kết nối với lưới điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - Tp HCM, ngày tháng năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Lâm Minh Công Ngày, tháng, năm sinh : 03 - 09 - 1980 Chuyên ngành : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Khóa : 2006 Giới tính : Nam Nơi sinh : Vĩnh Long I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: + Giới thiệu tổng quan lượng gió giới Việt Nam + Tìm hiểu xây dựng mơ hình tốn học thành phần máy phát điện gió: mơ hình gió, mơ hình rotor turbine gió,mơ hình truyền động, mơ hình máy điện, mơ hình chuyển đổi cơng suất + Xây dựng sơ đồ kết nối hệ thống máy phát điện gió với lưới điện, kiểu kết nối máy phát điện gió thành nhà máy điện + Phân tích kết mơ máy phát điện gió kết nối với lưới điện III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21-01-2008 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30-06-2008 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS VŨ PHAN TÚ, PGS.TSKH HỒ ĐẮC LỘC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS VŨ PHAN TÚ PGS TSKH HỒ ĐẮC LỘC Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chun ngành thơng qua TRƯỞNG PHỊNG ĐT - SĐH TpHCM, ngày……tháng……năm 2008 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS VŨ PHAN TÚ PGS TSKH HỒ ĐẮC LỘC Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngày tháng năm 2008 LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cám ơn q Thầy Cơ khoa Điện-Điện Tử hướng dẫn dìu dắt em thời gian học tập Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, đặc biệt thầy TS.VŨ PHAN TÚ thầy PGS.TSKH HỒ ĐẮC LỘC tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Cám ơn Cha mẹ, đồng nghiệp, bạn bè ủng hộ động viên nhiều suốt thời gian thực luận văn Lâm Minh Công NGHIÊN CỨU VÀ MƠ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN X#W GVHD: PGS_TSKH HỒ ĐẮC LỘC, TS VŨ PHAN TÚ TÓM TẮT LUẬN VĂN Thế giới phát triển với tốc độ tưởng chừng khơng thể kìm hãm Nguồn lượng có khơng đủ cung cấp cho người vịng vài mươi năm Đứng trước tình vấn đề tốn mơi trường, kỷ 21 quốc gia giới nổ lực tìm kiếm nguồn lượng để thay So với nguồn lượng khác lượng mặt trời, lượng sinh khối, lượng địa nhiệt,… nguồn lượng gió xem biện pháp khả thi cả, nguồn lượng vô tận Cùng với việc tìm kiếm khai thác nguồn lượng giới, nước ta ưu tiên, tạo điều kiện sách hợp lý vận dụng lợi vị trí địa lý cho nguồn lượng này, để đáp ứng nhu cầu điện phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt sản xuất với qui mô vừa nhỏ, góp phần giải vấn đề mơi trường cần thiết Luận văn thực nhằm mục đích góp phần nhỏ vào việc ứng dụng cho phát triển lượng gió Việt Nam tương lai Luận văn trình bày bao gồm chương với nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan tình hình lượng gió giới tình hình phát triển lượng gió nước ta tương lai Chương 2: Giới thiệu loại nhà máy điện, nhà máy điện gió, phương pháp kết nối máy phát điện gió với lưới điện số mơ hình kết nối nhà máy điện gió, điều khiển turbine gió tốc độ cố định tốc độ thay đổi, đánh giá chi phí vận hành xây dựng nhà máy điện gió Chương 3: Mơ tả tốn học cho thành phần: mơ hình gió, mơ hình rotor turbine gió, mơ hình truyền động (hộp số), mơ hình máy điện, mơ hình chuyển đổi cơng suất Chương 4: Xây dựng mơ hình mơ Matlab/simulink toolbox Wind Turbine blockset, phân tích, đánh giá kết Chương 5: Kết luận hướng phát triển tương lai HVTH: LÂM MINH CÔNG Trang NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN X#W GVHD: PGS_TSKH HỒ ĐẮC LỘC, TS VŨ PHAN TÚ Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ X#W 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY : Hiện nay, với phát triển công nghiệp toàn cầu kéo theo nhu cầu ngày tăng dẫn đến việc đáp ứng nhu cầu lượng ngày tăng Nhưng gần vào năm 1996, số liệu Cơ Quan Năng Lượng Quốc tế ( International Energy Agency – IEA ) đưa nguồn ngun liệu hóa thạch đóng vai trị chủ yếu chiếm tỉ lệ 90% nguồn cung cấp lượng, nguồn lượng không đủ đáp ứng cho nhu cầu phát triển nhân loại tương lai gần Cho nên việc tìm kiếm, khai thác sử dụng nguồn lượng vấn đề ý nhiều quốc gia Hiện nay, nguồn lượng người quan tâm đến lượng mặt trời, lượng địa nhiệt, lượng gió, lượng sóng biển, lượng thủy triều,… nguồn lượng góp phần lớn vào việc cải tạo sống môi trường sống người điểm đặc biệt chúng xem nguồn lượng vô tận Tất nguồn lượng tái sinh trừ lượng thủy triều lượng địa nhiệt kể lượng hóa thạch than đá, dầu hoả, xét cho bắt nguồn từ lượng mặt trời Theo tính tốn nhà nghiên cứu, lượng từ mặt trời đến trái đất vào khoảng 173.000 tỉ KW, cịn lượng gió vào khoảng 3.500 tỉ KW Chỉ có đến 1-2% lượng chuyển thành gió ( gấp 50 đến 100 lần toàn lượng chuyển hố từ mặt trời tồn cối tồn trái đất) Trong đó, tiềm để khai thác sản sinh điện theo phương pháp truyền thống thủy điện, nhiệt điện dần cạn kiệt Riêng Việt Nam phần nguồn lượng điện lớn khai thác từ thủy điện, nhiên theo báo cáo từ Hội thảo Khoa Học gần cho thấy, tiềm không cịn HVTH: LÂM MINH CƠNG Trang NGHIÊN CỨU VÀ MƠ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN X#W GVHD: PGS_TSKH HỒ ĐẮC LỘC, TS VŨ PHAN TÚ vịng vài mươi năm Bên cạnh đó, năm gần tốn mơi trường toàn cầu đưa vào tất ngành cơng nghiệp, phải tìm cách để hạn chế đến mức thấp yếu tố có ảnh hưởng xấu tới mơi trường cacbon oxít, oxít nitơ, oxít lưu huỳnh,… Đứng trước tình lượng gió nguồn lượng đáng xem xét So nguồn lượng gió với nguồn lượng khác lượng mặt trời, lượng sóng biển, địa nhiệt, thủy triều,…thì lượng gió có khả mặt kỹ thuật an tồn mơi trường 1.2 TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG GIĨ TRÊN THẾ GIỚI VÀ NHU CẦU PHÁT TRIỂN: Nhận thức giá trị nguồn lượng này, từ cuối thập kỷ 80 kỷ XX, số nước bắt đầu nghiên cứu chế tạo turbine gió phát điện Đầu thập kỷ 90, lượng gió bắt đầu phát triển mạnh, thị trường giới lắp đặt turbine gió phát điện phát triển nhanh chóng Trong giai đoạn 2006-2010, dự kiến ngành lượng gió giới đạt mức tăng trưởng lũy tiến trung bình hàng năm 19,1% (thấp so với mức 24,3% giai đoạn 2002-2006) Theo Hội đồng Năng lượng gió tồn cầu (Global Wind Energy Council - GWEC) “những khó khăn tạm thời dây chuyền cung cấp gây ảnh hưởng, ngành lượng tiếp tục tăng trưởng ngoạn mục” Năm 2006, công suất lắp đặt turbine gió tồn giới tăng 25% dự báo đến năm 2010 đạt 21 GW (tăng 38% so với mức 15,2 GW năm 2006) Với tỷ lệ tăng trưởng đến năm 2020, lượng từ sức gió đáp ứng 12% tổng nhu cầu điện toàn giới đến năm 2030-2040, tổng cơng suất lượng gió đạt đến số triệu MW, cung cấp tới 20% nhu cầu điện toàn giới Hiện nay, EU thị trường hàng đầu lượng gió, với cơng suất 48GW Thị trường Châu Á vượt qua dự đoán trước đây, tăng trưởng mạnh mẽ dự kiến Trung Quốc Năm 2010, tổng cơng suất lượng gió châu lục đạt 29 GW (so với 10,7 GW năm 2006) Trong giai đoạn 2007- HVTH: LÂM MINH CÔNG Trang 10 NGHIÊN CỨU VÀ MƠ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN X#W GVHD: PGS_TSKH HỒ ĐẮC LỘC, TS VŨ PHAN TÚ 2010, Ấn Độ tiếp tục dẫn đầu châu lục tốc độ phát triển lượng gió, Trung Quốc Cùng với phát triển khoa học công nghệ, ngày trạm phát điện lượng gió đa dạng, từ công suất nhỏ (vài trăm W) phục vụ nạp acquy đến công suất lớn (hàng MW) Công suất trung bình turbine gió ngày lớn nhiều so với thập niên trước Hiện nay, cơng suất trạm phát điện lượng gió đạt đến số MW, bước tiến vượt bậc khoa học công nghệ Các trạm phát điện lượng gió khơng xây dựng đất liền mà xây dựng biển, điều cho thấy lượng gió nước quan tâm nghiên cứu ứng dụng Trong phát triển mạnh mẽ công nghiệp chế tạo turbine gió phát điện, phải kể đến đóng góp quan trọng cơng ty chế tạo - sản xuất turbine gió hàng đầu giới Negmicon A/S, Vestas A/S (Đan Mạch), Nordex, Enercon (CHLB Đức), Gamesa (Tây Ban Nha) Zond systems Inc (Hoa Kỳ) Châu Mỹ: • Mỹ : năm 2002 lắp đặt 4.685MW • Canada : phần lớn Canada thuỷ điện, với nhu cầu sử dụng điện ngày gia tăng mà nguồn thủy điện lại có hạn nên việc sử dụng đến nguồn lượng gió nguồn lượng đáng kể bổ sung cho thiếu hụt • Các nước Mỹ La Tinh : nước tiềm to lớn khơng cạn kiệt lượng gió, nhiều Brazil, Argentina, Chile Nhưng trở ngại lớn thiếu sở hạ tầng lưới điện cao áp để phát triển nguồn lượng dồi Dự án hy vọng đạt 60MW trang trại gió Đơng Bắc Brazil Châu Âu: HVTH: LÂM MINH CÔNG Trang 11 NGHIÊN CỨU VÀ MƠ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN X#W GVHD: PGS_TSKH HỒ ĐẮC LỘC, TS VŨ PHAN TÚ • Đan Mạch : năm 1999 Đan Mạch quốc gia có ngành cơng nghiệp lượng gió phát triển giới Trong năm qua Chính Phủ tài trợ khai thác nguồn lượng xanh kết turbine gió quay sức gió cung cấp 11% lượng điện tiêu thụ nước • Đức : quốc gia có máy phát điện chạy sức gió dẫn đầu giới Gần phủ Đức áp dụng giá mua lượng cho nguồn lượng tái tạo Đạo luật nhằm mục đích tăng gấp đơi thành phần nguồn lượng tái tạo tổng thể nguồn lượng Đức vào năm 2010 • Tây Ban Nha : Tây Ban Nha có lượng sức gió khả quan, năm qua tốc độ phát triển lượng sức gió cao hứa hẹn tăng tương lai Với tiềm lớn tài ngun gió diện tích rộng đất nước, ngành công nghiệp khai thác lượng sức gió Tây Ban Nha có đóng góp tích cực ổn định cho ngành điện quốc gia Cho đến năm 2002 lắp đặt 4.830MW Có thể dự báo Tây Ban Nha lên vị trí dẫn đầu ngành cơng nghiệp lượng gió vịng vài năm HVTH: LÂM MINH CÔNG Trang 12 NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN X#W GVHD: PGS_TSKH HỒ ĐẮC LỘC, TS VŨ PHAN TÚ Hình 1.1 Cơng suất lắp đặt lượng gió từ năm 1990-2004 dự báo đến 2010 Châu Á : • Ấn Độ : hai nước phát triển dẫn đầu Top 10 nước công suất điện gió, đến năm 2004 Ấn Độ đứng thứ giới sau CHLB Đức, Tây Ban Nha, đứng Anh Mỹ Đến 03/2005 công suất lắp đặt đạt mức 3.595MW, năm 2004 lắp đặt 1.112MW đạt mức tăng trưởng 45% Nếu lấy năm 2000 làm mốc có 1.220MW, sau năm cơng suất điện gió tăng lên gấp lần, bên cạnh nhờ có sách ưu đãi hỗ trợ cho dự án nên Ấn Độ đạt kết • Trung Quốc : với bờ biển dài, Trung Quốc quốc gia có tiềm lượng gió Dự án điện gió thử nghiệm năm 1986, suốt 20 năm qua Bộ Năng lượng Trung Quốc định hướng phát triển điện gió thơng qua việc giảm giá thành cách phát triển dự án có quy mơ lớn, đồng thời địa phương hóa nhà máy sản xuất turbine gió Nhờ có sách đắn đó, thị trường điện gió hình thành, năm 2005 HVTH: LÂM MINH CÔNG Trang 13 NGHIÊN CỨU VÀ MƠ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN X#W GVHD: PGS_TSKH HỒ ĐẮC LỘC, TS VŨ PHAN TÚ có 450MW đưa vào vận hành Và hướng tới xa vào năm 2020 công suất điện gió tăng lên đến 20.000MW xấp xỉ 20 lần cơng suất • Philipin : Trong thập kỷ tới Philipin có triển vọng quốc gia dẫn đầu khu vực Đơng Nam Á lượng gió với mục tiêu đạt công suất tối thiểu 417MW vào 10 năm tới Dựa vào nghiên cứu phòng thí nghiệm quốc gia lượng tái tạo, Philipin quy hoạch khu vực tốt để phát triển lượng gió lên đến 10.000km2, theo tính tốn tiềm khu vực lên đến 70.000MW ≈ 195tỷ kWh/năm Các nghiên cứu triển khai cho dự án tiếp tục bước đầu đưa vào thực tế Hình 1.2 Biểu đồ cơng suất lắp đặt turbine gió giới 1.3 TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ Ở VIỆT NAM: Nước ta nằm khu vực cận nhiệt đới gió mùa, với bờ biển dài nên thuận lợi cho việc phát triển lượng gió So sánh tốc độ gió trung bình HVTH: LÂM MINH CƠNG Trang 14 NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN X#W GVHD: PGS_TSKH HỒ ĐẮC LỘC, TS VŨ PHAN TÚ Trường hợp 2: Chế độ làm việc ngắn mạch khoảng 80ms