2.5.1. Độ tin cậy cung cấp điện
Độ tin cậy hệ thống phõn phối là một chỉ tiờu quan trọng trong qui hoạch và vận hành hệ thống. Với sự xuất hiện của DG trờn lưới, độ tin cậy cung cấp điện cú thể được cải thiện hoặc khụng. Điều đú phụ thuộc vào cấu trỳc của lưới điện, vị trớ
đấu nối và cụng suất lắp đặt của DG. Ảnh hưởng của DG tới độ tin cậy cú thể chỉ ra như sau:
- DG cú thể nõng cao được độ tin cậy của lưới khi tải đỉnh, và do đú làm chậm lại giai đoạn phải đầu tư vốn vào cải tạo lưới [7].
Nếu như DG được đặt gần với phụ tải thỡ DG cú thể nõng cao điện ỏp và giảm được dũng điện trờn dõy dẫn gần với trạm biến ỏp trung gian. Phụ thuộc vào cỏc rằng buộc về điện ỏp và dũng điện, DG thậm chớ cú thể tăng khả năng tải của
đường dõy lớn hơn so với cụng suất định mức của DG.
Trong thời gian tải đỉnh, vận hành DG cú thể giảm được tải biểu kiến của
Nguyễn Phỳc Huy Luận văn C79 - HTĐ
của đường dõy tự nú khụng thể nõng cao được độ tin cậy của lưới. Phần lớn cỏc nhà cung cấp đều chọn dung lượng của đường dõy dựa trờn tỡnh trạng quỏ tải định mức của thiết bị và tiờu chuẩn về sự sụt giảm điện ỏp. Nếu giới hạn này bị vượt quỏ thỡ cú thể kộo theo sự suy giảm mạnh điện ỏp trờn lưới phõn phối, nhưng vẫn cú một khoảng thời gian cho phộp để khắc phục vấn đề này để khụng phải xa thải phụ tải.
Điều này cú thể lý giải đơn giản trong trường hợp DG làm việc song song với lưới. Trờn hỡnh 2.6 khi DG làm việc song song với lưới thỡ bờn cạnh việc cung cấp điện cho cỏc phụ tải đằng sau lưới, DG cũn cấp ngược cụng suất trở về lưới nếu cụng suất của DG là đủ lớn hơn so với yờu cầu của phụ tải đú. Khi tải đỉnh, DG cú thể đỏp ứng nhu cầu và do đú sẽ giảm được tải biểu kiến trờn đường dõy từ nguồn tới vị trớ DG, tức nõng cao khả năng tải của lưới và kộo theo độ tin cậy cung cấp
điện tăng lờn.
Hỡnh 2.6 - DG làm việc song song với lưới.
- DG cú thể gúp phần vào việc cung cấp điện cho phụ tải trong những trường hợp bất thường cho tới khi khụi phục lại tỡnh trang cấp điện của lưới; từ đú làm tăng cỏc chỉ số về độ tin cậy của lưới như: Thời gian mất
điện trung bỡnh của hệ thống (SAIDI), Thời gian giỏn đoạn cung cấp điện cho phụ tải (SAIFI)... Sự xuất hiện của DG cũng nõng cao độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải trong chế độ vận hành cụ lập (Islanding). Trong trường hợp này, phụ tải phải nhỏ hơn cụng suất phỏt của DG.[7]
Nguyễn Phỳc Huy Luận văn C79 - HTĐ
Hỡnh 2.7 - Chếđộ vận hành cụ lập của DG làm tăng độ tin cậy CCĐ
Trờn hỡnh 2.7 nếu sự cố xảy ra trờn phõn đoạn lưới 2 thỡ sau khi được cụ lập, phụ tải tại điểm A sẽđược khụi phục cấp điện từ nguồn (Supply) và phụ tải tại điểm C vẫn sẽđược cấp điện từ nguồn DG. Chếđộ vận hành như vậy của DG được gọi là chếđộ vận hành cụ lập.
Khi đấu nối DG vào lưới điện sẽ kộo theo cỏc vấn đề về dũng điện ngắn mạch và thiết bị bảo vệ nờn để nõng cao độ tin cậy của lưới điện cú thể thực hiện nhiều biện phỏp khỏc nhau như cài đặt lại cỏc thụng số của cỏc thiết bị bảo vệ hoặc xỏc định cỏc vị trớ tối ưu của cỏc thiết bị bảo vệ cũng như vị trớ của DG.
Đối với lưới điện phõn phối hỡnh tia (chủ yếu) thỡ cỏc bài toỏn về lựa chọn cụng suất và vị trớ đặt của DG hoặc vị trớ đặt của thiết bị tự động đúng lặp lại (Recloser – TĐL) cũng cú những ý nghĩa quan trọng. Trong cỏc điều kiện phụ tải phõn bố đều thỡ đặt TĐL ở giữa đường dõy cú thể tăng được 25% độ tin cậy cung cấp điện của lộđường dõy đú [17]. Quy tắc ẵ hoặc 2/3 cũng nờn được xem xột khi cú 2 TĐL trờn lộđường dõy trong trường hợp này.
Trong trường hợp thực tế thỡ phụ tải khụng phải phõn bố đều nờn việc sử
dụng TĐL sẽ thực hiện theo những yờu cầu về kỹ thuật và kinh tế từ những bài toỏn cụ thể. Trong hỡnh 2.8 là mụ hỡnh đơn giản về một lộ đường dõy hỡnh tia cú 1 mỏy cắt đầu lộ và 2 TĐL được bố trớ dọc đường dõy. Khi chưa cú DG, nếu sự cố xảy a ở
Nguyễn Phỳc Huy Luận văn C79 - HTĐ
TĐL.1. Tuy nhiờn khi cú DG, phõn đoạn sự cốđú sẽ bị cụ lập bởi TĐL.1 và TĐL.2 và do vậy phần lưới phớa sau TĐL.2 vẫn được cấp điện từ DG, vận hành ở chếđộ cụ lập (inslanding).
Hỡnh 2.8 - Cỏch thức đặt TĐL cú thể làm tăng độ tin cậy của lưới điện bằng cỏch giảm số lượng khỏch hàng bị mất điện khi cú sự cố trờn lưới
2.5.2. Tớnh toỏn độ tin cậy cung cấp điện
Việc đỏnh giỏ độ tin cậy chủ yếu dựa vào hai hệ số là SAIDI (thời gian mất
điện trung bỡnh hàng năm của hệ thống) và CAIDI (thời gian mất điện trung bỡnh hàng năm của hệ thống), ENS (kWh/năm - tổng điện năng khụng được cung cấp), AENS (kWh/khỏch hàng.năm - điện năng trung bỡnh khụng được cung cấp) [27].
hàng khách số Tổng hàng của khách diện mất gian thời Tổng = SAIDI (2.26) hàng của khách diện mất lần số Tổng hàng của khách diện mất gian thời Tổng CAIDI= (2.27) ) m ă n / h ( U * ) kW ( L ENS =∑ (2.28) hàng khách số Tổng ENS AENS = (2.29)
Lưới điện phõn phối ở cỏc khu vực nụng thụn và miền nỳi (cỏc DG được kết nối tới) là lưới hỡnh tia được phõn thành cỏc phõn đoạn (section) và cỏc nhỏnh rẽ
(laterals). Mỗi nhỏnh rẽđược coi là một điểm tải, mỗi một tải nối với đường trục chớnh cũng được coi là một điểm tải. Tỉ lệ hư hỏng (λs), thời gian mất điện trung bỡnh hàng năm (Us) và thời gian mất điện trung bỡnh/thời gian sửa chữa (rs) của mỗi
điểm tải trờn lưới được tớnh toỏn như sau:
∑ = i i s λ λ (2.30) HT DG TĐL.1 MC TĐL.2
Nguyễn Phỳc Huy Luận văn C79 - HTĐ ∑ = i i i s r U λ (2.31) ∑ ∑ = = i i i i i s s s r U r λ λ λ (2.32)
Hỡnh 2.9 - Lưới hỡnh tia đơn giản khụng cú dao phõn đoạn trục chớnh
Hỡnh 2.10 - Phõn chia cỏc phõn đoạn và cỏc điểm tải trờn lưới hỡnh tia
Độ tin cậy của mỗi điểm tải được tớnh toỏn cú xột tới ảnh hưởng của mỗi phõn đoạn và điểm tải lờn điểm tải được xột. Đầu tiờn là xột ảnh hưởng của sự hư
hỏng mỗi phõn đoạn tới độ tin cậy của điểm tải xột. Nếu trờn lưới điện, dọc theo
đường trục chớnh khụng cú cỏc dao cỏch ly phõn đoạn thỡ bất cứ hư hỏng trờn phõn
đoạn nào cũng làm mất điện cho điểm tải xột. Trỏi lại, nếu dọc trờn đường trục chớnh cú cỏc dao phõn đoạn thỡ với bất kỳ sự cố hư hỏng nào trờn cỏc phõn đoạn phớa sau điểm tải xột thỡ mức độảnh hưởng sẽ giảm đi (chỉ mất điện trong thời gian cụ lập sự cố).
Tiếp theo là xột tới ảnh hưởng của mỗi hư hỏng nhỏnh rẽ tới điểm tải xột. Vỡ mỗi nhỏnh được nối trực tiếp với đường trục qua cầu chỡ nờn sự cốở bất kỳ nhỏnh rẽ nào sẽ khụng ảnh hưởng tới độ tin cậy của cỏc điểm tải khỏc. Tuy nhiờn, nếu cú sự cốở chớnh điểm tải xột thỡ sẽảnh hưởng tới độ tin cậy của nú.
Nguyễn Phỳc Huy Luận văn C79 - HTĐ Ảnh hưởng của mỗi phõn đoạn và nhỏnh rẽ, tỉ lệ hư hỏng trung bỡnh, thời gian sửa chữa trung bỡnh, và thời gian mất điện trung bỡnh của điểm tải cú thểđược tớnh toỏn nhờ cỏc cụng thức (2.30), (2.31) và (2.32).
Từđú, xỏc định được cỏc hệ sốđểđỏnh giỏ độ tin cậy:
∑ ∑ = i i i i i N N U SAIDI (2.33) ∑ ∑ = i i i i i i N N U CAIDI λ (2.34) ∑ = i i i U L ENS (2.35) ∑ ∑ = i i i i i N U L AENS (2.36) trong đú Ni và Li là số khỏch hàng và phụ tải tại điểm tải i. Kết quả tớnh toỏn được cỏc hệ số từ cỏc cụng thức từ (2.33) đến (2.36) xột trong cỏc trường hợp khỏc nhau, cú và khụng cú DG để đỏnh giỏ được ảnh hưởng của DG đến độ tin cậy của lưới điện.
Cũng từ [27] và [28] cỏc tỏc giảđó chỉ ra rằng:
- Vị trớ và cụng suất của DG đấu nối vào lưới điện sẽ cú thể cải thiện độ tin cậy cung cấp điện của lưới.
- Đối với lưới điện phõn phối hỡnh tia, vị trớ tốt nhất của DG là ở cuối
đường dõy để nõng cao độ tin cậy CCĐ. Vỡ trờn đường trục cú bố trớ cỏc dao phõn đoạn nờn khi sự cố ở một phõn đoạn bất kỳ, phõn đoạn đú sẽ được cụ lập, phõn lưới phớa trước sẽ được cấp điện từ lưới hệ thống cũn phần lưới cuối sẽ được cấp điện từ DG nếu cụng suất của DG cho phộp. Khi đú DG đúng vai trũ là nguồn dự phũng cho phần lưới cuối, và chếđộ
vận hành như vậy gọi là chếđộ vận hành cụ lập.
- Đấu nối nhiều DG cú cụng suất nhỏ phõn bố khắp lưới sẽ cú lợi hơn khi
Nguyễn Phỳc Huy Luận văn C79 - HTĐ
khi phõn bố rải rỏc nhiều DG cụng suất nhỏ thỡ tỏc dụng nõng cao độ tin cậy sẽ kộm hơn so với đặt DG cụng suất lớn ở cuối đường dõy.
- Hiệu quả nõng cao độ tin cậy cung cấp điện khi đấu nối DG vào lưới sẽ
cao hơn nếu cú sự kết hợp linh hoạt giữa cỏc thiết bịđúng cắt hoặc bảo vệ
trờn lưới.
2.6. VẤN ĐỀ VỀ KINH TẾ VÀ MễI TRƯỜNG 2.6.1. Những vấn đề về mụi trường
Những lợi ớch
Năng lượng tỏi tạo cú vai trũ quan trọng trong việc giảm khớ hiệu ứng nhà kớnh, ảnh hưởng tới sự núng lờn toàn cầu. Năng lượng tỏi tạo hầu như khụng làm phỏt thải khớ hại khi vận hành và phỏt thải rất ớt trong quỏ trỡnh sản xuất, lắp đặt, bảo dưỡng và thỏo dỡ. Chớnh sỏch năng lượng là một trong những ảnh hưởng quyết định tới nhu cầu năng lượng tỏi tạo ở nhiều nơi trờn thế giới.
Một số cụng nghệ DG cú hiệu suất toàn phần cao và phỏt thải thấp như CHP và một số tuabin nhỏ (micro-turbines). So với phỏt điện và nhiệt bằng nhiờn liệu húa thạch riờng lẻ, hệ thống CHP cú thể cú hiệu suất biến đổi năng lượng sơ cấp dao
động từ 10% đến 30%, phụ thuộc vào kớch cỡ và hiệu suất của cỏc khối đồng phỏt.
Điều này cú tỏc dụng tớch cực trong việc giảm khớ hiệu ứng nhà kớnh.
Việc mua bỏn phỏt thải khớ cỏc-bon sẽ khuyến khớch cỏc nhà vận hành DG thiết kế và vận hành lưới điện của họ nhằm giảm thiểu phỏt thải khớ hiệu ứng nhà kớnh. Cỏc khối DG thường nhỏ và phõn tỏn, ngoại trừ cỏc nụng trang giú. Điều này sẽ giảm thiểu ảnh hưởng tới mụi trường.
Những hạn chế
Bờn cạnh những lợi ớch đờm lại, cỏc cụng nghệ DG cú một sốảnh hưởng bất lợi đến mụi trường. Cỏc tuabin giú cú cỏc ảnh hưởng tới tầm nhỡn và õm thanh (tiếng ồn của cỏc động cơ mỏy phỏt, tiếng ồn của cỏnh quạt tuabin giú). Cỏc nụng trang giú và pin mặt trời cần diện tớch lớn hơn so với cỏc cụng nghệ điện truyền thống cú cựng cụng suất đặt.
Nguyễn Phỳc Huy Luận văn C79 - HTĐ
Cỏc nhà mỏy thủy điện nhỏ, điện thủy triều và súng biển cú thể ảnh hưởng tới hệ sinh thỏi và vựng đỏnh bắt hải sản. Điện sinh khối (biomass) cú thể tạo ra phỏt thải khớ độc hại trong trường hợp đốt chỏy khụng hết. Chỳng cần diện tớch lớn
đểđặt nhà mỏy cấp nhiờn liệu. Kế hoạch khụng tốt cú thể dẫn tới sự phỏt quan hoặc xung đột về sử dụng nguồn tài nguyờn đất và nước.
2.6.2. Những vấn đề về kinh tế
Những lợi ớch
í tưởng đằng sau việc kết nối DG là khai thỏc cỏc nguồn năng lượng địa phương và để nõng cao độ tin cậy cung cấp điện tới cỏc khỏch hàng, và nếu cú thể
là giảm tổn thất cụng suất trờn hệ thống truyền tải và phõn phối điện.
DG cũng cú thể phục vụ cho nhu cầu tăng cao với chất lượng điện cao hơn so với lưới điện. Mức đầu tư được giảm toàn bộ trong cỏc hệ thống truyền tải và cỏc nhà mỏy điện điều khiển tập trung cú ảnh hưởng (contributed to) tới nhiều sự cố
mất điện (blackouts) ở nhiều nơi. Do sự phỏt triển về cụng nghệ (inovation) và mức giảm chi phớ, DG ngày càng cú vai trũ quan trọng trong phỏt điện.
Trong nhiều trường hợp, vớ dự như cỏc khu vực ở xa khụng cú lưới điện địa phương, hoặc ở những thời điểm cao điểm với chi phớ tiền điện lớn, DG cú thể là giải phỏp hiệu quả về chi phớ (cost-effective solution). Phụ thuộc vào giỏ cả năng lượng đầu vào và giỏ điện, cỏc khối DG cú thể được vận hành ở tải cơ sở, chỉ trong thời đoạn tải đỉnh, hoặc trong chế độ dự phũng. Hơn nữa, nú tạo ra nhiều cơ hội việc làm hơn, đặc biệt là ở cỏc vựng nụng thụn.
Với vị trớ đặt DG hợp lý sẽ cú thể làm tăng thời gian đầu tư nõng cấp lưới và giảm vốn đầu tư xõy dựng mới lưới điện. Bờn cạnh đú nú cũn làm giảm chi phớ vận chuyển nhiờn liệu đầu vào để sản xuất điện và giảm tổn thất truyền tải và phõn phối
điện năng trờn lưới, tăng tớnh cạnh tranh trong thị trường điện, cho phộp khỏch hàng cú nhiều lựa chọn nhà cung cấp hơn.
Nguyễn Phỳc Huy Luận văn C79 - HTĐ
Mặc dự cú nhiều lợi ớch như vậy, nhưng cỏc mỏy phỏt loại nhỏ (small-scale Gen) cũng cú những nhược điểm so với cỏc mỏy phỏt truyền thống. Thứ nhất là chi phớ sản xuất đơn vị cụng suất điện của cỏc mỏy phỏt loại nhỏ lớn hơn so với cỏc nhà mỏy điện trung tõm. Thứ hai, giỏ bỏn lẻ phõn phối nhiờn liệu thường cao hơn so với giỏ bỏn buụn của phỏt điện tập trung. Cuối cựng, mức độ cạnh tranh của cỏc nguồn phỏt điện nhỏ trờn lưới so với cỏc nguồn phỏt điện truyền thống là thấp do hiệu suất biến đổi năng lượng thấp, trừ khi chớnh phủ cú cỏc chớnh sỏch hỗ trợ cỏc nguồn phỏt
điện nhỏ phỏt triển.
2.7. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA DG BẰNG HỆ SỐĐA MỤC TIấU 2.7.1 Cỏc hệ sốảnh hưởng của DG tới lưới phõn phối
Nhưđó trỡnh bày trờn đõy, cú cỏc vấn đề về kỹ thuật khỏc nhau cần phải được chỉ ra khi xột tới sự xuất hiện của cỏc nguồn phõn tỏn trong lưới điện phõn phối. Cỏc vấn đề đú được xột đến thụng qua việc tớnh toỏn một số cỏc hệ số mụ tả ảnh hưởng tới lưới phõn phối của cỏc nguồn phỏt phõn tỏn. Nhu cầu tải lớn nhất của lưới
điện sẽđược xột đến trong tất cả cỏc hệ số, bao gồm liờn quan tới điều chỉnh điện ỏp mà sẽ sử dụng nhu cầu tải nhỏ nhất để đạt được đầy đủ sự thay đổi điện ỏp giữa cả
hai kịch bản về phụ tải. Vỡ cỏc lưới điện phõn phối vốn khụng cõn bằng do đặc tớnh và cấu trỳc phụ tải, ởđú cỏc hệ số sẽ, một cỏch rừ ràng, tớnh đến cỏc pha (a,b,c) và dõy trung tớnh (n).
Với lưới điện phõn phối cấu hỡnh thứ k cú DG, cỏc hệ sốđược xột đến như sau:
A. Tổn thất cụng suất tỏc dụng và phản khỏng.