Bảng 5.3: Các bộ phận bên trong của tua-bin V100 –2MW của Vestas.
1. Bộ điều khiển cánh 11. Máy biến áp 2. Xi lanh điều khiển góc nghiêng 12. Cánh quạt
3. Bệ cánh quạt 13. Vịng bi cánh
4. Trục chính 14. Hệ thống khóa Roto
5. Hệ thống làm mát bằng nƣớc 15. Bình dầu thủy lực
6. Hộp số 16. Bệ máy
7. Thắng đĩa 17. Bánh răng định hƣớng
8. Nơi móc cần nâng 18. Mối nối bằng nhựa dẻo 9. Bộ điều khiển và bộ đổi điện 19. Máy phát khơng đồng bộ 10. Bộ thu phát sóng và cảm biến 20. Hệ thống làm mát máy phát
Bảng 5.4: Thông số kỹ thuật của tua-bin Vestas V100 – 2 MW.
Công suất
Công suất thiết kế 2000 kW (50 Hz)
Tốc độ gió tua-bin bắt đầu khởi động 3 m/s Tua-bin hoạt động đạt công suất thiết kế
với tốc độ gió 20 m/s
Tốc độ gió tua-bin ngừng hoạt động 18 m/s Tốc độ gió cao nhất tua-bin có thể đứng vững 52,5 m/s
Loại cấp gió tiêu biểu IEC IIIA
Máy phát điện
Nguyên tắc Không đồng bộ rotor dây quấn, vòng trƣợt.
Phạm vi quay 9,3 rpm đến 16,6 rpm Tốc độ quay thực tế 14,9 rpm Cos 0,9 Hiệu suất >96,5% Hệ thống cánh quạt Đƣờng kính cánh quạt 100 m Diện tích quét 7.854 m2 Cánh quạt
Vật liệu Sợi thủy tinh Epoxy và sợi cacbon
Chiều dài 49 m Trọng lƣợng 70 tấn Hệ thống điện Tần số lƣới điện 50/60 Hz Hiệu thế 690 V Hệ thống làm mát Làm mát bằng nƣớc và gió
Điều chỉnh cơng suất
Hệ thống thắng phụ Bánh thắng điều khiển bằng thủy lực
Hộp số Một giai đoạn hành tinh và hai giai đoạn
xoắn ốc Thùng Nacelle Chiều cao 5,4 m Chiều dài 10,4 m Chiều rộng 3,5 m Độ ồn 105 dB(A) Trụ
Độ cao tại tâm cánh quạt 80/95 m
Hình 5.6: Đường kính cánh quạt và chiều cao của trụ tua-bin V100 – 2.
Hình 5.8: Sơ đồ bố trí tua-bin điện gió trên cánh đồng gió Phú Lạc.
5.2. Kết nối lƣới điện.
a. Điều kiện khi kết nối hệ thống điện gió với lƣới điện.
Việc kết nối lƣới điện cho cánh đồng gió cần đáp ứng đầy đủ những yêu cầu kỹ thuật nhƣ việc cung cấp nguồn điện và hạn chế đƣợc những ảnh hƣởng gây xáo dòng điện, bảo đảm giữ mạng điện chính ổn định, đáp ứng đƣợc tất cả những mã số về mạng điện cũng nhƣ yêu cầu giảm truyền dòng điện áp. Yêu cầu kỹ thuật về mạng lƣới điện trên thế giới có những điểm khác biệt nên tua-bin điện gió sản xuất phải tuân thủ những yêu cầu kỹ thuật riêng của từng và chủ yếu là:
Điều kiện kỹ thuật của mạng lƣới điện.
Ổn định điện áp khi kết nối lƣới.
Cùng tần số, tần số có thể dao động từ 49Hz đến 50,3Hz và khi tần số nằm ngoài giới hạn 47Hz đến 53Hz trong 300ms thì phải đƣợc cắt ra khỏi lƣới điện.
Đảm bảo sự ổn định của hệ thống điện: khi hệ thống lƣới thiếu hụt cơng suất thì hệ thống điện gió có thể phát cơng suất góp phần đảm bảo sự ổn định điện áp của hệ thống theo u cầu.
Dịng điện thất thốt tối đa phải đƣợc định trƣớc.
Hệ thống bảo vệ mạng điện.
Hệ thống bảo vệ tua-bin.
Hệ thống bảo vệ khi bị chạm điện.
Ảnh hƣởng của lƣới điện vào tua-bin.
Trong dự án chúng ta sử dụng tua-bin vestas V100 – 2MW nên phƣơng pháp kết nối lƣới điện là phƣơng pháp nối gián tiếp thông qua bộ đổi tần, tua-bin hoạt động với tốc độ số vòng quay khác nhau nên máy phát điện sản xuất dịng điện xoay chiều có tần số khơng ổn định, dịng điện này phải đƣợc chuyển qua điện một chiều, qua hệ thống lọc và chuyển vào hệ thống đổi tần để chuyển ngƣợc trở lại thành điện xoay chiều (AC – DC – AC) với tần số ổn định.
b. Nối dây cáp cánh đồng điện gió.
Việc nối dây cáp điện cần đƣợc thiết kế tối ƣu, việc tiến hành phải hồn chỉnh theo quy trình cơng nghệ để tránh thất thốt điện và đạt đƣợc độ an tồn cao trong sản lƣợng cũng nhƣ có chi phí thấp nhất. việc thất thốt điện xảy ra do chiều dài dây dẫn điện, cấu hình, tiết diện của dây điện. Chiều dài dây dẫn điện, vị trí tua-bin điện gió và những điểm nối cáp là một trong những yếu tố quan trọng để hạn chế sự thất thốt. Để có độ bền, độ cách điện cao, dây cáp điện cần có độ dẻo và thiết diện phù hợp, chịu đƣợc ảnh hƣởng nhiệt độ, khơng bị thẩm thấu hơi ẩm, nƣớc vì thế cáp thƣờng có nhiều lớp bảo vệ. Việc nối dây cáp điện gồm hai loại là nối dây cáp điện trên cao và dây cáp điện ngầm.
Cánh đồng gió gồm 12 tua-bin có cơng suất là 2MW, điện áp định mức một Tua-bin máy phát là 690 (V), do trong Tua-bin gió đã có sẵn máy biến áp với cấp điện áp thứ cấp theo yêu cầu khách hàng. Do đó, ta chọn cấp điện áp là Uđm = 22 (KV), Pđm = 2000 (KW), hệ số công suất mỗi máy cosφ = 0.9.
Ta có 1800 2222, 2 cos 0,9 đm P S (MVA) 2222, 2 58,38 3. 3.22 S I U (A) Tra bảng tìm các hệ số:
k1=0,96 (nhiệt độ trong môi trƣờng đất T=250C, cách điện XLPE tra bảng 5.7). k2=0,75 (cáp 3 lõi đi trong ống đơn chôn dƣới đất, số mạch đi chung là 3 tiếp xúc
tra bảng 5.8).
(không xét hệ số hiệu chỉnh cho độ sâu đặt cáp 0,8 m cho cáp chôn trong ống, hệ số hiệu chỉnh cho nhiệt trở đất 1,5 km/W đối với cáp 3 lõi đi trong ống chơn ngầm vì đều bằng 1). 1 2 58,38 81, 08 0,96.*0, 75 b I I k k (A)
Chọn cáp 3 lõi Cadivi với cách điện là XLPE, ruột dẫn bằng đồng không giáp lớp bảo vệ đi trong ống ngầm có F = 16 mm2 có dịng điện định mức IZ = 87 A. (tra bảng 5.6).
Chọn cáp điện cho cả cánh đồng điện gió Cơng suất của cả cánh đồng gió là:
2.12 24
P MW
Điện tự dùng cả nông trƣờng kể cả trung tâm điều khiển thông thƣờng bằng 0,25% tổng công suất cả cánh đồng gió. Nguồn: “The Wind Farm Layout Optimization Problem-By M.Samorani”.
0, 25% 0, 25%*24 0, 06
td
P P MW
Cơng suất cịn lại của cánh đồng gió:
24 0,06 23,94 td PPP MW 23,94 26, 6 cos 0,9 đm P S (MVA) 3 26, 6*10 698,89 3 3.22 S I U A Tra bảng tìm các hệ số:
k2 = 1 (cáp 1 lõi đi trong ống đơn chôn dƣới đất, số mạch đi chung là 1 tra bảng 5.9). (không xét hệ số hiệu chỉnh cho độ sâu đặt cáp 0,8 m cho cáp chôn trong ống, hệ số hiệu chỉnh cho nhiệt trở đất 1,5 km/W đối với cáp 1 lõi đi trong ống chơn ngầm vì đều bằng 1). 1 2 698,89 728, 01 0,96*1 b I I k k (A)
Chọn 3 cáp 1 lõi Cadivi với cách điện là XLPE, ruột dẫn bằng đồng đi trong ống xếp thành hình lá có F = 800mm2 có dịng điện định mức IZ = 735 A. (tra bảng 5.5)
Bảng 5.5: Dòng điện định mức cho cáp một lõi với cách điện là XLPE.
Bảng 5.7: Hệ số hiệu chỉnh cho nhiệt độ môi trƣờng đất.
Bảng 5.8: Hệ số hiệu chỉnh cho các nhóm cáp 3 lõi đi trong ống đơn xếp nằm ngang chôn trong đất.
Bảng 5.9: Hệ số hiệu chỉnh cho các nhóm mạch nhánh 3 pha dùng cáp một lõi đi trong ống đơn chon trong đất.
c. Vận hành hệ thống điện gió khi kết lƣới điện.
Những cánh đồng điện gió có cơng suất cao hơn 20 MW kết nối với mạng điện cao thế 110 kV hoặc 220 kV. Trong dự án cánh đồng điện gió có tồng cơng suất 18 MW nên sẽ kết nối với mạng điện trung thế. Khi hệ thống điện gió kết nối lƣới điện phải đảm bảo các điều kiện hòa đồng bộ
+ Cùng tần số: hệ thống điện gió cùng tần số với lƣới điện
+ Cùng góc lệch pha: điện áp hệ thống điện gió và điện áp lƣới điện cùng góc lệch pha
+ Cùng điện áp tại điểm đấu nối: điện áp tại điểm đấu nối hệ thống điện gió với lƣới điện phải cùng cấp điện áp.
+ Cùng thứ tự pha: tại điểm kết nối hệ thống điện gió có cùng thứ tự pha với lƣới điện
- Khi xảy ra sự có ngắn mạch lâu dài ở lƣới điện hay đầu hệ thống điện gió thì cần phải cắt hệ thống điện gió ra khỏi lƣới điện
- Khi sự thay đổi điện áp, tần số của hệ thống điện gió dƣới hoặc quá độ sụt áp, độ thay tần số ngoài sự cho phép hệ thống điện gió thì hệ thống điện gió cũng cần phải cắt ra khỏi lƣới điện.
Hình 5.9: Mơ hình cánh đồng điện gió nối lƣới. 5.3. Hƣớng phát triển: nơng trƣờng điện gió và bộ bù tĩnh. 5.3. Hƣớng phát triển: nơng trƣờng điện gió và bộ bù tĩnh.
Năng lƣợng phát ra cũng nhƣ công suất phản kháng tiêu thụ của nơng trƣờng gió phụ thuộc vào tốc độ gió, điều này gây ảnh hƣởng không nhỏ đối với lƣới điện. Việc bù công suất phản khảng cho cả nông trƣờng là yêu cầu cấp thiết để cải thiện hệ số công suất và tránh quá tải đƣờng dây. Tuy nhiên, thiết bị bù truyền thống là tụ điện với độ đáp ứng chậm và nhảy cấp (khi thêm hay bớt tụ) dung lƣợng bù không đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng các tua bin gió kịp thời. Mặc khác, việc lắp mỗi tua bin gió một thiết bị bù cũng gây tốn kém. Do đó, việc trang bị cho nơng trƣờng gió bộ bù tĩnh SVC (static VAR compensator) với độ đáp ứng nhanh và linh hoạt, góp phần ổn định hệ số công suất cả cánh đồng và tiết kiệm chi phí.
Bộ bù tĩnh là thiết bị mắc song song với hệ thống điện gió, nó có thể phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng cho cánh đồng điện gió một cách linh hoạt nhờ vào thiết bị điện tử công suất. Khi điện áp hệ thống thấp bộ bù tĩnh phát công suất phản kháng, khi điện áp cao nó tiêu thụ cơng suất phản kháng.
Hình 5.10: Sơ đồ SVC điển hình.
Bộ bù tĩnh gồm có thiết bị đo điện áp lƣới để so sánh với điện áp đặt (V đặt), sai số đƣợc đƣa vào bộ điều khiển biến đổi thành tín hiệu điều khiển máy phát xung, máy phát xung đƣa xung vào kích thyristor (SCR) cơng suất phản kháng của lƣới vào cuộn cảm L hay từ tụ điện C ra lƣới, lƣợng cơng suất phản kháng phụ thuộc vài xung kích. Nếu hệ thống thừa công suất phản kháng hay điện áp tại nút cao hơn giá trị cho phép. Khi đó, SVC sẽ tiêu thụ cơng suất phản kháng từ hệ thống và hạ thấp điện áp tại nút điều chỉnh. Ngƣợc lại, nếu hệ thống thiếu công suất phản kháng, các tụ bù ngang sẽ đƣợc tự động đóng vào. Do đó, cơng suất phản kháng đƣợc bơm thêm vào hệ thống, điện áp của nút đƣợc cải thiện.
Độ sụt áp lúc chƣa bù là:
Trong đó:
R – điện trở đƣờng dây (Ω) X – điện cảm đƣờng dây (Ω)
PL – công suất thực nông trƣờng (W)
QL – công suất phảng kháng nông trƣờng (VA) V – điện áp lƣới (V)
QSVC – dung lƣợng bộ SVC bù (VA)
Dung lƣợng bù để nâng hệ số công suất từ cosφ1 lên cosφ2 đƣợc xác định: QSVC = P(tgφ1 – tgφ2) (VA)
CHƢƠNG 6: THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN TẠI CÁC DỰ ÁN ĐIỆN GIĨ BÌNH THUẬN
6.1: Giới thiệu một số dự án điện gió tại Bình Thuận.
Ngồi cánh đồng Phú Lạc ra thì Bình Thuận cũng ứng dụng điện gió góp phần vào cơng cuộc đổi mới đất nƣớc và đặc biệt là cải thiện tình trạng thiếu hụt điện ở các huyện đảo trong tỉnh ví dụ nhƣ Đảo Phú Quý và dự án Điện Gió Tuy Phong.
6.1.1 Dự án điện gió Tuy Phong:
Chủ đầu tƣ: Công ty cổ phần năng lƣợng tái tạo Việt Nam (REVN)
Tổng Công suất: 120 MW với 80 tuabin ( chia làm nhiều giai đoạn)
Giai đoạn 1: 20 tuabin chiều cao cột 85m, đƣờng kính cánh quạt 77m, công suất 1,5MW, tổng trọng lƣợng tuabin là 89,4 tấn, cột tháp là 165 tấn
Kinh Phí: giai đoạn 1 lớn tới 816 tỷ đồng.
Lắp đặt : toàn bộ thiết bị hiện đại của nhà máy do Fuhrlaender, một hãng chế tạo thiết bị phong điện nổi tiếng thế giới của CHLB Đức cung cấp và đƣợc cán bộ, kỹ sƣ và chuyên gia của Công ty cổ phần phong điện Fuhrlaender Việt Nam lắp đặt.
6.1.2 Dự án điện gió Phú Quý:
Chủ đầu tƣ: Tổng Công Ty điện lực dầu khí Việt Nam ( PV Power RE)
Tổng Công suất: 6MW (3 x 2MW) + 3 MW (diesel ) và Đây là dự án phong điện đầu tiên của Việt Nam sử dụng mơ hình vận hành hỗn hợp Gió – Diesel
Lắp đặt: 3 tuabin chiều cao cột 85m, đƣờng kính cánh quạt 80m, công suất 2MW, tổng trọng lƣợng tuabin là 89,4 tấn, cột tháp là 165 tấn
Kinh Phí: Dự án có tổng vốn đầu tƣ là 335 tỉ đồng.
6.2.1 Thuận Lợi:
Đòn bẩy phát triển kinh tế: tận dụng đƣợc nguồn đất bị bỏ lâu hoang hóa, cọc cằn để làm dự án. “dự án Nhà máy phong điện 1, diện tích đất chiếm dụng chỉ 150ha/1.500 ha quy hoạch, trong đó chỉ 20% đất nông nghiệp nhƣng đã bỏ hoang vì khơ cằn, khơng thể trồng trọt. Dù vậy, ngƣời dân vẫn đƣợc chủ đầu tƣ hỗ trợ tiền khi làm dự án”
Tiềm năng phát triển du lịch kết hợp với các danh lam thắng cảnh tại địa Phƣơng. “Bởi thực tế, sau khi 80 trụ quạt gió của dự án phong điện 1 và hàng chục trụ của dự án phong điện 2, đƣợc xây dựng lên thì nơi đây sẽ trở thành quần thể du lịch phục vụ cho du khách, kết hợp với tắm biển, thăm quan thắng cảnh tại Tuy Phong…”
Tận dụng nguồn gió rất phong phú và dồi dào tại khu vực để sản xuất điện năng sạch: việc tận dụng sức gió để sản xuất điện đƣợc nhiều nƣớc tiên tiến trên thế giới áp dụng bởi nó khơng gây ra những ảnh hƣởng đến mơi trƣờng, con ngƣời, không phải ngẫu nhiên những nƣớc phát triển trên thế giới đều tập trung phát triển công nghệ năng lƣợng sạch.
6.2.2 Khó Khăn:
Cho đến nay Việt Nam còn một số trở ngại lớn làm chậm bƣớc việc xây dựng, phát triển sản xuất điện gió.
Chƣa có chính sách (luật) và các quy định (dƣới luật) về trợ giá cho việc mua điện từ nguồn năng lƣợng gió; chƣa đủ sức hấp dẫn các nhà đầu tƣ.
Chƣơng trình qui hoạch và chính sách của chính quyền địa phƣơng và trung ƣơng nên thật minh bạch, rõ ràng, tránh tình trạng khơng khớp nhau
Năng Lực: thiếu kiến thức và năng lực kỹ thuật để thực hiện một cơng trình điện gió hồn chỉnh, cũng nhƣ các kỹ thuật cơ bản và dịch vụ bảo quản, bảo trì, điều hành và quản lý… sau lắp đặt. Tại các trƣờng đại học, trung cấp dạy nghề chƣa có bộ mơn giảng dạy về kỹ thuật và cơng nghệ điện gió.
Cơ Sở Hạ Tầng: q trình, xây dựng các trạm đo gió (wind measuring station) để thu thập, thống kê và phân tích đầy đủ các số liệu về gió chỉ mới đang từng bƣớc thực hiện.
Kinh Phí: vẫn cịn thiếu các dịch vụ và khả năng tài chính để nhà đầu tƣ có thể vay vốn từ ngân hàng hoặc từ các tổ chức tài chính cho việc xây dựng và phát triển điện gió. Đơn cử nhƣ Dự án Nhà máy Điện gió Thuận Nhiên Phong do Công ty CP Tái tạo năng lƣợng Châu Á làm chủ đầu tƣ, có cơng suất 60MW đặt tại xã Hịa Thắng, huyện Bắc Bình khởi cơng từ năm 2011. Đến nay, dự án phải tạm dừng hoạt động vì nhiều lý do, trong đó kinh phí là ngun nhân chính.