2.1.1. Mộ ốt s khái ni m v nguệ ề ồn điện phân tán
Trước đây, nguồn điện phân tán đã được xem như các nguồn phát điện với qui mô nhỏ [ ].Một cách chính xác thì nguồn phát điện với qui mô nhỏ được hiểu 2
như thế nào?Khái niệm này chưa đưa ra định nghĩa cụ thể về nguồn phân tán.
Một số nước định nghĩa về nguồn điện phân tán dựa trên cấp điện áp.Theo
cách này, nguồn điện phân tán được xem như phần tử đấu nối vào mạch điện cung cấp trực tiếp cho hộ tiêu thụ.
Một số nước khác định nghĩa nguồn điện phân tán qua một số đặc tính cơ bản như sử dụng năng lượng tái tạo, các trạm phát điện nhỏ…
Hội đồng quốc tế về hệ thống điện lớn (International Council on Large
Electricity Systems) xem nguồn điện phân tán là các máy phát điện có công suất lớn nhất 50 100MW được đấu nối vào lưới phân phối điện theo cách phân bố và không -
Theo Dondi và Bayoumi (IEEE, 2002), nguồn điện phân tán là các máy phát điện bởi các phương tiện đủ nhỏ so với các nhà máy phát điện tập trung và cho phép việc kết nối tại bất kì điểm nào trên hệ thống điện.Trên cơ sở đó, nguồn điện phân tán được xem là các nguồn nhỏ phát hoặc lưu trữ điện năng, được nối cạnh tải tiêu thụ và không được coi là một phần của hệ thống điện lớn tâp trung.Định nghĩa này bao gồm cả các thiết bị lưu trữ năng lượng và nhấn mạnh qui mô tương đối nhỏ của
các máy phát.
Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA, 2002) xem các nguồn phát điện phân tán là các thiết bị sản xuất điện năng tại chỗ khách hàng hoặc trong lưới phân phối điện địa phương và cung cấp điện năng trực tiếp vào lưới phân phối địa phương.Định nghĩa này không qui định mức công suất của máy phát như các định nghĩa bên trên.
Theo Ackermann (2001), nguồn điện phân tán được xác định qua tiêu trí đấu nối và vị trí lắp đặt hơn là theo công suất phát. Khái niệm này coi nguồn điện phân tán là các nguồn phát điện kết nối trực tiếp với lưới phân phối điện hoặc về phía khách hàng sau đồng hồ đo đếm. Khái niệm này không giới hạn về công nghệ và công suất của các ứng dụng nguồn phân tán.
Như đã trình bày, tồn tại nhiều cách hiểu về nguồn điện phân tán. Sau đây ta xem nguồn điện phân tán theo cách mô tả tại IEEE Std 1547-2003 [3]. Theo đó, nguồn điện phân tán (DR) là các nguồn điện không kết nối trực tiếp với hệ thống truyền tải điện lớn, bao gồm cả máy phát và thiết bị lưu trữ điện năng. Nguồn điện phân tán được kết nối với lưới điện khu vực (Area EPS) tại điểm đấu nối chung
Hình 2.1 Mô t k t n i ngu. ả ế ố ồn điện phân tán
2.1.2. Tri n v ng phát tri n nguể ọ ể ồn điện phân tán
Vào những thập niên cuối của thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21, sự tăng trưởng mạnh của kinh tế thế giới đã gây ra nhiều áp lực về vấn đề năng lượng và môi trường toàn cầu.Trữ lượng dầu mỏ, than đá đang dần cạn kiệt, chỉ có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng của thế giới trong vòng hơn 30 năm nữa.Việc sử dụng than đá và dầu mỏ (nguồn nhiên liệu hoá thạch) đã và đang thải một lượng lớn khí gây hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.Vì thế, việc tìm kiếm và ứng dụng các năng lượng thân thiện với môi trường là xu hướng tất yếu và cấp bách đáp ứng yêu cầu về năng lượng cho cuộc sống và môi trường bền vững.
Trên thế giới, loại hình sản xuất điên phân tán đã được đầu tư, khai thác và có nhiều bước phát triển.Ở Áo nhiều nguồn điện phân tán đã được sử dụng từ lâu. Nhà
vào lưới điện địa phương để cung cấp điện chiếu sáng cho dân cư trong khu vực. Số nguồn điện này tăng lên dần, từ 6 nguồn vào năm 1890 lên 188 nguồn vào năm 1907 và 358 nguồn vào năm 1914. Dần dần các nhà máy này phát triển đã hình thành các lưới điện một chiều sát bên nhau; sau đó chúng được cải tiến dần để hình thành nên lưới điện 3 pha như ngày nay. Tại Mỹ, khi nhu cầu sử dụng điện gia tăng, các công ty điện lực và các công ty phát điện sẽ có cơ hội tăng lợi nhuận, song, yêu cầu tăng sản lượng chuyên tải có thể khiến các hệ thống truyền tải và phân phối điện (TT&PP) gặp khó khăn rắc rối. Đây chính là đất dụng võ của nguồn điện phân
tán (distributed generation - DG). Khi cân nhắc hơn thiệt, các chuyên gia khẳng
định rằng giải pháp DG đem lại nhiều điểm lợi hơn hẳn so với các khiếm khuyết của nó. Tổng cộng trên 50.000 MW công suất nguồn điện phân tán (distributed
generation - DG) được triển khai chỉ riêng ở Mỹ. Sản xuất điện phân tán hoặc phân bố không chỉ được áp dụng ở Mỹ nhằm khắc phục những khó khăn trong ngành điện. Khắp các nước ở châu Mỹ La Tinh và vùng biển Caribê, chỉ riêng Wartsila North America đã lắp đặt và vận hành các nhà máy điện DG với tổng công suất lên tới 4000 MW.
Tập đoàn Tài chính về Năng lượng Phân bố (Distributed Energy Financial
Group - DEFG) trụ sở tại Washington khẳng định "Công nghệ năng lượng phân bố sẽ phát triển nhanh trong vài năm tới, mà động lực là nhu cầu điện năng tăng trưởng mạnh mẽ, hệ thống truyền tải ngày một già cỗi, và người sử dụng cuối cùng mong muốn độ tin cậy, kiểm soát giá thành điện năng cũng như khả năng điều chuyển nguồn điện". Một vài yếu tố khác như giá khí tự nhiên ngày càng tăng cao, sự kiểm soát chặt chẽ của chính phủ đối với vấn đề phát thải từ các nhà máy điện tập trung cũng là nguyên nhân giúp cho loại hình nguồn điện phân bố có điều kiện phát triển mạnh.
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu khai thác nguồn điện phân tán còn khá mới mẻ.Các nguồn điện phân tán ở nước ta chủ yếu là các nguồn điện tái tạo.Đây là các
và có tính khả thi nhất trong quá trình phát triển ở nước ta: Ðiện gió, thuỷ điện nhỏ và điện mặt trời dưới góc độ cung cấp điện năng và bảo vệ môi trường.
a. Nguồn điện gió
Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Ðông Nam Á, trong đó có Việt Nam. Theo tính toán của nghiên cứu này thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất, tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW.Dải bờ biển VN trên 3.000km có thể tạo ra công suất hàng tỉ kW điện bằng sức gió.Ðặt một trạm điện bằng sức gió bên cạnh các trạm bơm thủy lợi ở xa lưới điện quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây tải điện với chi phí lớn gấp nhiều lần chi phí xây dựng một trạm điện bằng sức gió. Việc bảo quản một trạm điện bằng sức gió cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường dây tải điện rất nhiều.
Tuy nhiên, gió là dạn năng lượng mang tính bất định cao, nên khi đầu tư vào g
lĩnh vực này cần có các số liệu thống kê đủ tin cậy.Nhưng chắc chắn chi phí đầu tư cho điện bằng sức gió thấp hơn so với thủy điện.Toàn bộ chi phí cho một trạm điện bằng sức gió 5 MW khoảng 3.000.000 euro. Với 500 trạm điện bằng sức gió loại 5 MW sẽ có công suất 2,5 triệu kW, lớn hơn công suất thủy điện Sơn La, tổng chi phí sẽ là 1,875 tỉ USD, chi phí này nhỏ hơn 2,4 tỉ USD là dự toán xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La.
b. Nguồn thuỷ điện nhỏ
Nước ta có tiềm năng thuỷ điện nhỏ (TÐN) phong phú. Theo đánh giá sơ bộ, trữ năng kinh tế, kỹ thuật của TÐN vào khoảng 1,6-2x106kW lắp máy, có khả năng cung cấp 6-8x106kWh mỗi năm. Nguồn TÐN đóng vai trò ngày càng lớn trong hệ thống điện phân phối, với công suất đặt ngày càng gia tăng và số điểm khai thác ngày càng nhiều. Theo đánh giá của ngành năng lượng thì tổng tiềm năng kinh tế của thuỷ điện nhỏ khoảng 2000 MW, chiếm 10% tổng tiềm năng kinh tế của nguồn thuỷ năng Việt Nam và là nguồn có tổng công suất lớn nhất trong các nguồn năng lượng tái tạo (hình 2.2). Nguồn thuỷ năng này phân bố chủ yếu ở vùng núi phía
Bắc, miền Trung, Tây Nguyên, rất thuận lợi cho quá trình Ðiện khí hoá nông thôn, đặc biệt là các khu vực xa lưới có mật độ phụ tải nhỏ.
Hình 2.2. Dự báo phát tri n các nguể ồn phân tán đến 2030
Ðối với các hồ chứa thuỷ điện nhỏ công suất đến 30 MW thì các hồ chứa thuỷ điện thu thập nước mưa để sau đó có thể sử dụng cho sinh hoạt và tưới tiêu. Nhờ việc tích trữ nước, các hồ chứa ngăn chặn việc ngập úng do xả toàn bộ khối nước và giảm khả năng ngập lụt và hạn hán. Hơn nữa, điện năng được phát từ các nhà máy thuỷ điện nhỏ có thể được đưa vào lưới nhanh hơn các nguồn năng lượng khác. Trong suốt vòng đời của trạm thuỷ điện, các trạm này sản sinh một lượng rất
nhỏ các khí gây hiệu ứng nhà kính (GHGs).
c. Nguồn điện mặt trời
Việt Nam là nước nhiệt đới, tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới, đặc biệt ở các vùng miền phía Nam có nhiều nắng (số giờ nắng khoảng 1600-
2600 giờ/năm). Vào năm 2007, mức sản xuất hệ thống biến năng lượngmặt trời (PV) thành điện năng trên toàn thế giới đạt đến mức 850 MW, tăng 39% so với năm 2004. Quốc gia có mức tăng trưởng nhanh nguồn năng lượng trên là Nhật Bản,
Không làm ô nhiễm không khí; không tạo ra hiệu ứng nhà kính; không tạo ra phế thải rắn và khí như các nguồn năng lượng do than đá, khí đốt, và năng lượng nguyên tử; các hệ thống PV này có thể thiết lập ngay tại khu đông đúc gia cư, hay ngay trên nóc các chung cư hay các toà nhà lớn.
Mặc dù hiện nay giá thành của việc thiết lập một hệ thống PV cao hơn 10 lần so với một nhà máy nhiệt điện dùng than đá, 2 lần so với nhà máy nguyên tử, 4 lần so với nhà máy dùng khí tái lập (renewable gas), nhưng hệ thống PV một khi đã được thiết lập thì chi phí điện năng sử dụng sẽ được giữ cố định trong vòng 20 năm sau đó vì hệ thống không cần đến nhu cầu nguyên liệu và các PV đã được bảo đảm vận hành suốt đời.
Nếu tính một dự án điện mặt trời cóvòng đời 20 năm, thì việc lắp đặt để cung
cấp điện và nhiệt năng có hiệu quả cao. Hơn nữa, năng lượng trên có thể được dự trữ để dùng trong thời gian trời không đủ nắng hoặc chuyển tải điện năng dư thừa
vào lưới điện.
* Kết luận:
Vệc phát triển nguồn điện phân tán đang là một xu thế lớn, thể hiện ở mức tăng trưởng cao nhất so với các nguồn truyền thống. Xem xét các yếu tố công nghệ, kinh tế và lợi ích mang lại khi khai thác nguồn điện phân tán, với những lợi thế về mặt địa lý của Việt Nam, chúng ta hoàn toàn có thể phát triển năng lượng phân tán
để đóng góp vào sự phát triển chung của nền kinh tế, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng đa dạng và đang gia tăng nhanh chóng của nước ta trong giai đoạn sắp tới.
2.2. Các công ngh t o nguệ ạ ồn điện phân tán
Công nghệ tạo ra DG có thể được phân thành 3 nhóm chính sau đây: Công nghệ sử dụng nhiên liệu hóa thạch, công nghệ sử dụng năng lượng tái sinh và kho lưu trữ năng lượng [4 ].
nhiên gây ô nhiễm môi trường, ô nhiễm không khí, tiếng ồn, và phải đối mặt với vấn đề cạn kiệt nguồn nhiên liệu. Nhóm này gồm: Động cơ đốt trong, tuabine khí,
Pin nhiên liệu, động cơ Stirling. Thông số kinh tế kỹ thuật thể hiện qua bảng sau:-
B ng 2.1. Thông s c a m t s DG s d ng nhiên li u hóa thả ố ủ ộ ố ử ụ ệ ạch
Động cơ
đốt trong v a và nh Turbines ừ ỏ Microturbines Pin nhiên liệu S n có trên th ẵ ị trường Đã có Đã có Công ngh mệ ới Đã có Công su t ấ 50 kW- 5 MW 1 MW – 50 MW 25 kW 75+ – kW 1 kW – 200+ kW Chi phí lắp đặt ($/kW) $800 – $1500 $700 – $900 $500 – $1300 $3000 Chi phí vận hành, bảo dưỡng (cents/kWh) 0,7 1,5 – 0,2 0,8 – 0,2 1,0 – 0,3 1,5 – Loại nhiên li u ệ Diesel, propane, NG, oil & biogas Propane, NG, distillate oil & biogas Propane, NG, distillate & biogas Hydrogen, biogas & propane Chế độ làm vi c ệ
điển hình Tải đáy
Tải đáy. T i trung ả gian, ph ủ đỉnh Tải đáy. Tải trung gian, ph ủ đỉnh Tải đáy
Công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo dùng nguồn năng lượng có sẵn và vô tận trong tự nhiên, không gây ô nhiễm môi trường, không phát sinh khí thải, tuy nhiên còn một số khó khăn về chi phí, kỹ thuật. Nhóm này gồm: Pin quang điện (Photovoltaics), nguồn gió (Wind Farm), năng lượng sinh khối (Biomass), thủy điện nhỏ và cực nhỏ, năng lượng địa nhiệt. Thông số kinh tế kỹ thuật tham khảo ở bảng - sau:
B ng 2.2. Thông s c a m t s DG s dả ố ủ ộ ố ử ụng năng lượng tái t o ạ
Photovoltaic Small Wind Large Wind S n có trên th ẵ ị trường Đã có Đã có Đã có Công su t ấ 0.30 kW – 2 MW 600 watts 40 – kW 40 kW – 1.5+ MW Chi phí lắp đặt ($/kW) $6,000 – $10,000 - $900 – $1,100 Chi phí vận hành, bảo dưỡng (cents/kWh) C c nh ự ỏ Thay đổi 1.0
Loại năng lượng M t tr i ặ ờ Gió Gió Chế độ làm vi c ệ
điển hình Phủ đỉ nh Thay đổi Thay đổi
Các nguồn điện phân tán sử dụng năng lương tái tạo gặp phải những khó khăn về tính liên tục và ổn định của nguồn năng lượng sơ cấp. Các kho lưu trữ năng lượng góp phần giải quyết vấn đề trên. Kho lưu trữ năng lượng có thể là pin (Batteries), dự trữ năng lượng từ tính siêu dẫn (SMES - Superconducting magnetic
energy storage), bánh đà (Flywheels)…
Sau đây ta sẽ giới thiệu thêm về một số nguồn điện phân tán phổ biến: 2.2.1. Động cơ đốt trong (động cơ sơ cấp)
Công nghệ về nguồn phân tán này đã được phát triển cách đây 1 thế kỷ và vẫn được ứng dụng rộng rãi.Các động cơ này có công suất trong khoảng 5 đến trên 5.000 kW sử dụng nhiên liệudiesel, khí thiên nhiên hoặc khí thải. Hướng phát triển: nâng cao hiệu suất, giảm mức khí thải. Loại này được sử dụng chủ yếu làm nguồn điện dự phòng, phủ đỉnh, và trạm phát điện.
Hình 2.3.Sơ đồnguyên lý động cơ đốt trong
2.2.2. Microturbines
Đây là một công nghệ mới, được cung ứng bởi số ít các nhà sản xuất.Công suất trong khoảng 25 75kW.Loại này có mức khí thải thấp tuy nhiên giá thành -
tương đối cao. Giảm giá thành, vận hành tin cậy là hướng phát triển cho các nhà sản xuất. Loại này được lắp đặt không nhiều.
2.2.3. Turbines nh ỏ
Đây là loại công nghệ đã phát triển. Loại này có chi phí vốn thấp, mức khí thải thấp, như thường cho hiệu quả thấp. Hướng phát triển là nâng cao hiệu suất và phổ biến công nghệ. Các nguồn phát loại này chủ yếu được sử dụng để phủ đỉnh hoặc trong các trạm phát điện.
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý Turbinnhor nh ỏ
2.2.4. Pin nhiên li u ệ
Công nghệ này đã xuất hiện cách đây hơn 150 năm, nó vẫn đang trong giai đoạn phát triển.Hiện tại, nó được cung cấp bởi số ít các nhà sản xuất.Công suất t khoảng 1 kW đến trên 200kW.Mức phát thải của loại này khá thấp, giá thành và vận hành tin cậy là vẫn đề chính để phát triển công nghệ.Ứng dụng ông nghệ này còn hạn chế.
2.2.5. Pin quang điện (Photovoltaics)
Thông thường nguồn này được biết đến là các tấm pin mặt trời. Loại này