Bài viết đề xuất giải pháp tích hợp các nguồn điện và tự động hóa lưới điện huyện đảo Phú Quý, bao gồm: Phát triển nguồn điện trên đảo, cấu trúc lại lưới điện trên đảo, xây dựng hệ thống điều khiển mini SCADA, tích hợp các nguồn điện với lưới điện, xây dựng biểu đồ công suất thu – phát đáp ứng phụ tải.
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 255 TÍCH HỢP CÁC NGUỒN ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ Nguyễn Đức Trung, Trưởng phòng Dự án & CNMT Cơng ty Tư vấn điện miền Nam Tóm tắt: Tích hợp nguồn điện tự động hóa lưới điện giải pháp để cung cấp, phát triển nguồn lượng bền vững cho huyện đảo Phú Quý Từ mơ hình tích hợp lượng nghiên cứu, ứng dụng giới thực trạng cung cấp điện huyện đảo Phú Quý, viết đề xuất giải pháp tích hợp nguồn điện tự động hóa lưới điện huyện đảo Phú Quý, bao gồm: phát triển nguồn điện đảo, cấu trúc lại lưới điện đảo, xây dựng hệ thống điều khiển mini SCADA, tích hợp nguồn điện với lưới điện, xây dựng biểu đồ công suất thu – phát đáp ứng phụ tải Từ khóa: lượng, nguồn điện, tích hợp, Phú Q Summary: The integration of power sources and automation of power grids is the solution to supply and develop sustainable energy sources for Phu Quy island district From the integrated energy models studied, applied in the world and the current situation of power supply in Phu Quy island district, the paper proposes solutions integrating electricity sources and automation of Phu Quy district island grid These include: developing island power, reconstructing the island grid, building a SCADA mini-control system, integrating the power sources with the power grid Keywords: energy, power, integrated, Phu Quy ĐẶT VẤN ĐỀ Huyện đảo Phú Quý gồm 10 đảo lớn nhỏ, đảo đảo Phú Quý, diện tích tự nhiên 17,82 km2, cách Phan Thiết khoảng 120 km hướng Đông Nam, dân số khoảng 27,5 ngàn người Đảo Phú Quý có tầm quan trọng vị trí chiến lược phát triển kinh tế, an ninh quốc phòng quốc gia Trong năm qua, với tập trung phát huy nội lực, mặt nơng thơn - thị hóa huyện đảo ngày khởi sắc, đời sống nhân dân cải thiện rõ nét Phú Quý xác định mục tiêu phát triển kinh tế với tốc độ tăng trưởng kinh tế phù hợp bền vững, chuyển dịch cấu kinh tế theo hướng ngành nông - lâm - ngư nghiệp, ngành công nghiệp - xây dựng, ngành dịch vụ Một động lực để phát triển nhanh kinh tế - xã hội, giữ vững an ninh – quốc phòng huyện đảo Phú Quý thiết lập bền vững nguồn cung cấp điện Do cách xa đất liền, điện lưới quốc gia chưa đến đảo Tích hợp nguồn điện tự động hóa lưới điện giải pháp nhằm góp phần thực mục tiêu nói huyện đảo Phú Quý 256 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG VÀ MƠ HÌNH TÍCH HỢP NGUỒN ĐIỆN ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRÊN THẾ GIỚI 2.1 Một số dạng tích hợp lượng Hiện giới, để giảm thiểu ảnh hưởng xấu (dao động tần số, điện áp) đến lưới điện tính khơng ổn định nguồn lượng tái tạo lượng gió lượng mặt trời, giải pháp phù hợp kết hợp chúng với nguồn lượng khác đủ lớn để điều tần trường hợp lượng gió, lượng mặt trời có biến động Cụ thể, việc tích hợp diesel – gió – lượng mặt trời với dạng lượng khác Các dạng lượng khác bao gồm: Thủy điện tích năng: nhà máy thủy điện kiểu bơm tích lũy, sử dụng điện nhà máy điện phát non tải hệ thống điện vào thấp điểm (ban đêm) để bơm nước từ bể nước thấp lên bể cao Vào thời điểm nhu cầu tiêu thụ điện lớn, nước xả từ hồ chứa cao xuống hồ chứa thấp thông qua tua bin để phát điện lên lưới Dump load: tải giả sử dụng để tải công suất thừa hệ thống, giúp cân lượng ổn định hệ thống; Diesel tải thấp: loại máy phát điện diesel có khả phát điện liên tục với phụ tải 30% công suất tối đa máy; Thiết bị lưu trữ điện như: ắc quy, pin sạc, flywhee (hệ thống bánh xe dự trữ lượng), flue cell (pin nhiên liệu), supper capacitor (siêu tụ) 2.2 Mơ hình tích hợp nguồn lượng Một số mơ hình tích hợp nguồn lượng vào hệ thống điện không nối lưới điện quốc gia vận hành có hiệu a) Mơ hình thực tế 1: Mơ hình triển khai đảo El Hierro, Tây Ban Nha, với thơng số sau: Gió: 11,5 MW gió; thủy điện tích năng; 11,3 MW; diesel: 10 MW Pmax: 7,56 MW (số liệu năm 2011) Hình 1: Mơ hình thực tế PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 257 b) Mơ hình thực tế 2: Mơ hình triển khai đảo Bonaire (vùng Caribbean), Hà Lan, với thơng số sau: Gió: 10,8 MW gió; diesel: 17 MW (3 MW diesel tải thấp); battery: MW Pmax: 12 MW Hình 2: Mơ hình thực tế c) Mơ hình đề xuất Danvest: Mơ hình điều khiển điển hình giới thiệu Danvest, Denmark Giải pháp kết hợp nguồn lượng tái tạo, diesel tải thấp, tải giả Hình 3: Mơ hình đề xuất Danvest 258 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Khuyến cáo NREL: Mơ hình điều khiển NREL, USA (National Renewable Energy Laboratory) cho giải pháp tích hợp lượng tái tạo khơng nối lưới điện quốc gia với độ thâm nhập công suất > 50% Hình 4: Khuyến cáo NREL VỀ HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN TRÊN HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ Trước yêu cầu phải đảm bảo cung cấp điện an toàn, ổn định phục vụ phát triển kinh tế - xã hội huyện đảo Phú Quý, góp phần giữ vững an ninh quốc phịng biển đảo, Tổng cơng ty Điện lực miền Nam triển khai thực đầu tư thí điểm cung cấp điện cho đảo Phú Quý hệ thống tích hợp nguồn điện tự động hóa lưới điện đảo Hiện trạng lưới điện, nguồn điện tình hình cung cấp điện huyện đảo Phú Quý sau: a) Nguồn điện: Hiện huyện đảo Phú Quý cấp điện qua 02 nguồn điện chính: 01 nguồn diesel 01 nguồn điện gió với cơng suất lắp đặt sau: Nhà máy điện diesel gồm 08 máy phát với công suất đặt MW Nhà máy điện gió gồm 03 turbin gió với tổng cơng suất lắp đặt MW b) Lưới điện: Chiều dài đường dây trung áp 25,2 km; Chiều dài đường dây hạ áp 37,2 km; Có 37 trạm biến áp với tổng công suất 4.342,5 kVA PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 259 c) Tình trạng vận hành: Điện thương phẩm năm 2016 đạt 12.167.718 kWh; Số khách hàng sử dụng điện 65.366 khách hàng, đạt tỉ lệ 99,59% hộ có điện; Tổn thất điện lưới điện 7,75% d) Nhận xét chung hệ thống điện đảo: Nguồn điện: không khai thác triệt để nguồn phát từ điện gió, khơng có nguồn phát điện dự phịng Lưới điện: tổn thất cao, độ tin cậy cung cấp điện thấp lưới điện chủ yếu hình tia, dây dẫn chủ yếu dây nhôm lõi thép trần, tiết diện nhỏ, chưa kết nối mạch vịng tuyến trục chính, thiết bị đóng cắt tự động lưới ít, thời gian xử lý cố tái lập sau cố lâu Với thời gian phát điện đảo 24 h/ngày giá điện giảm giá điện lưới quốc gia đất liền, năm ngành điện phải bù lỗ 100 tỉ đồng năm Theo dự báo nhu cầu phụ tải đảo Phú Quý đến năm 2030, khả đáp ứng lưới điện thấp GIẢI PHÁP TÍCH HỢP CÁC NGUỒN ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ Để giải tình trạng cung cấp điện đảo Phú Quý nhằm tăng cường khả đáp ứng nhu cầu phụ tải nâng cao độ tin cậy cung cấp điện góp phần phát triển kinh tế - xã hội đảo, việc cần thực tái cấu trúc lại lưới điện, tiến đến tự động hóa hệ thống lưới điện phân phối đảo Phú Quý, đồng thời điều khiển tích hợp nguồn điện có, nguồn lượng mới, lượng tái tạo đảo Trên đảo Phú Quý có núi Cấm (cao 108 m) lợi dụng địa để làm nhà máy thủy điện tích Tuy nhiên vị trí đảo Phú Quý nên núi có cao độ đảo Phú Quý núi Cấm, núi Cao Cát đồi Ơng Đụn vị trí chiến lược quốc phòng nên khả thực nhà máy thủy điện tích đảo Phú Q khơng thể Sau xem xét giải pháp áp dụng tính tốn đến việc tận dụng tối đa điện phát nguồn lượng tái tạo (gió lượng mặt trời), khả mở rộng lực cung cấp điện tương lai phụ tải đảo tăng, đề nghị chọn giải pháp tích thiết bị lưu trữ điện (pin lithium) để tích trữ điện Để làm điều này, cần triển khai giải pháp sau: 4.1 Phát triển nguồn điện đảo Trang bị, lắp đặt thiết bị lưu trữ điện (Pin lithium) để tích trữ điện có dung lượng 50% (3 MWh) cơng suất lắp đặt điện gió nhằm tận dụng triệt để nguồn điện gió lúc lưới điện thấp điểm phát lại lúc cao điểm 260 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Hình 5: Hệ thống lưu trữ điện (Pin lithium) hãng AES 4.2 Cấu trúc lại lưới điện đảo Hiện đại hóa hệ thống đo đếm phục vụ kinh doanh điện cách đầu tư công tơ điện tử, thay công tơ điện cho khách hàng sử dụng điện Xây dựng cải tạo lưới điện nhằm đại hố, tự động hóa lưới điện phân phối đảm bảo vận hành tối ưu hệ thống, tăng độ tin cậy cung cấp điện như: (*) Bọc hóa kín hóa lưới điện, phát triển xây dựng mạch vòng liên kết lưới điện đảo nhằm giảm suất cố điện đảm bảo vận hành hệ thống lưới điện theo tiêu chuẩn N-1; (**) Lắp đặt thiết bị phân đoạn, đóng cắt có tính điều khiển xa 4.3 Xây dựng hệ thống điều khiển mini SCADA Xây dựng hệ thống viễn thông chuyên ngành mini SCADA phục vụ giám sát, điều khiển đóng cắt từ xa thiết bị lưới nhằm tự động hóa lưới điện đảo 4.4 Tích hợp nguồn điện với lưới điện Hình 6: Mơ hình lưới điện thơng minh (smart grid) tích hợp nguồn lượng PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 261 Kết hợp với hệ thống mini SCADA để tích hợp, điều khiển nguồn điện như: Pin lithium, Diesel Turbine gió hữu có xem xét mở rộng nguồn điện Diesel, turbin gió tích trữ điện khác tương lai Tích hợp điều khiển nguồn phát điện lưới theo nhu cầu phụ tải 4.5 Xây dựng biểu đồ công suất thu - phát đáp ứng phụ tải Xây dựng biểu đồ phụ tải ngày đặc trưng theo mùa, theo quý năm Trên sở lập bảng tính tốn cân công suất thu – phát với mức độ ưu tiên tận dụng nguồn lượng gió, thiết bị lưu trữ điện (Pin lithium đầu tư) cuối nguồn Diesel phát bù công suất trường hợp thiếu hụt nguồn, từ xây dựng biểu đồ điều khiển nguồn phát điện có theo thực tế phụ tải đảo Phú Quý Biểu đồ cân cơng suất phụ tải – điện gió – diesel điển hình (chưa điều khiển tích hợp), nguồn diesel phát nhằm ổn định dao động tần số, điện áp lưới Hình 7: Đồ thị phụ tải ngày điển hình huyện đảo Phú Q (chưa tích hợp) Biểu đồ cân cơng suất: Phụ tải – Điện gió – Pin lưu trữ điện (sau điều khiển tích hợp nguồn lượng): nguồn phát chủ yếu điện gió, nguồn Pin lưu trữ điện phát lúc điện gió thiếu hụt công suất vận hành nạp xả nhằm ổn định dao động tần số, điện áp lưới Nguồn Diesel phát dự phòng 262 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Hình 8: Đồ thị phụ tải ngày điển hình huyện đảo Phú Quý (sau tích hợp) Bảng cân cơng suất điển hình theo khung sau điều khiển tích hợp nguồn lượng: KHUNG GIỜ 10 11 12 P.TẢI 1428 1302 1300 1318 1318 1346 1488 1926 2182 2013 1873 1802 GIÓ 2088 1992 1920 1908 1890 1935 2595 2050 2700 1584 2763 2487 PIN 0 0 0 0 429 0 DIESEL 0 0 0 0 0 0 KHUNG GIỜ 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 P.TẢI 1531 1757 1839 1985 1853 2166 1968 1840 1828 1645 1510 1390 GIÓ 1374 2556 1842 2919 2697 2122 2877 2715 2643 2202 2190 2040 PIN 157 0 0 44 0 0 0 0 0 0 0 0 0 DIESEL Khi nhu cầu phụ tải đảo ngày tăng, nguồn Diesel tăng cường công suất phát lên lưới nhằm ổn định nguồn phát tăng độ tin cậy cung cấp điện hệ thống PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 263 KẾT LUẬN Với mơ hình giải pháp tích hợp điều khiển nguồn điện đảo Phú Quý nêu trên, đạt hiệu quả, triển khai áp dụng cho đảo xa đất liền mà lưới điện quốc gia không đến nhằm đa dạng hóa nguồn cấp điện, giảm chi phí đầu tư xây dựng nguồn cấp điện truyền thống đường dây truyền tải điện xa, đồng thời giảm tác động đến môi trường Đặc biệt hiệu vùng sâu, vùng xa, vùng biên giới, hải đảo, nơi điện lưới quốc gia khó tiếp cận Giải pháp đề xuất đạt mục tiêu chính: (1) Tích hợp điều khiển nguồn phát điện lưới theo nhu cầu phụ tải, tận dụng triệt để nguồn điện gió lúc lưới điện thấp điểm phát lại lúc cao điểm, giảm phát điện từ nguồn Diesel; (2) Tăng khả cung cấp điện nhờ lưu trữ điện năng; (3) Tự động hóa hệ thống điện đảo, giảm suất cố lưới điện, giảm thời gian xử lý cố khắc phục nhanh nhờ tính điều khiển xa, giảm tổn thất điện lưới điện; (4) Giảm bù lỗ giá điện nhờ cắt giảm ngắt hoàn toàn diesel chạy nền; (5) Tăng độ tin cậy lưới điện đảo Phú Quý nhờ khả đáp ứng tức thời hệ thống Pin lưu trữ điện Tổng công ty Điện lực miền Nam triển khai đẩy nhanh lộ trình xây dựng lưới điện thơng minh, với mục tiêu trước mắt tự động hóa hệ thống lưới điện nhằm tăng độ ổn định cung cấp điện, giảm thời gian xử lý cố, giảm chi phí vận hành, thực sử dụng lượng điện tiết kiệm hiệu quả, đáp ứng nhu cầu cung cấp điện liên tục, ổn định chất lượng điện ngày cao Giải pháp đề xuất chúng tơi việc tích hợp nguồn điện tự động hóa lưới điện huyện đảo Phú Q góp phần cụ thể vào việc triển khai lộ trình nói TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nghị định số 102/2003/NĐ-CP ngày 03/9/2013 Chính phủ sử dụng lượng tiết kiệm hiệu [2] https://hub.globalccsinstitute.com/publications/electricity-storage-and-renewablesisland-power-guide-decision-makers/5c-bonaire [3] https://www.endesa.com/en/projects/a201611-el-hierro-renewablesustainability.html [4] http://www.danvest.com/documenten/Danvest%20Brochure%202012.pdf [5] http://www.rfa.org/vietnamese/news/ReadersOpinions/vn-re-ene-205006212017144742.html [6] http://innovation.aes.com/home/default.aspx ... điện cho đảo Phú Quý hệ thống tích hợp nguồn điện tự động hóa lưới điện đảo Hiện trạng lưới điện, nguồn điện tình hình cung cấp điện huyện đảo Phú Quý sau: a) Nguồn điện: Hiện huyện đảo Phú Quý. .. cầu phụ tải đảo Phú Quý đến năm 2030, khả đáp ứng lưới điện thấp GIẢI PHÁP TÍCH HỢP CÁC NGUỒN ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ Để giải tình trạng cung cấp điện đảo Phú Quý nhằm tăng... thiết bị lưới nhằm tự động hóa lưới điện đảo 4.4 Tích hợp nguồn điện với lưới điện Hình 6: Mơ hình lưới điện thơng minh (smart grid) tích hợp nguồn lượng PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 261 Kết hợp với