5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
2.4 Đặc điểm vận hành các nguồn phân tán khi kết nối vào lưới điện
2.4.3 Lưu trữ năng lượng
Lưu trữ năng lượng là một thành phần quan trọng khác của SG. Năng lượng lưu trữ sẽ được đặt trên tồn bợ lưới điện. Điều này sẽ làm cho việc cung cấp điện khẩn cấp được dễ dàng hơn trong thời gian tăng nhu cầu cung cấp điện và để giải quyết quá tải cho đường dây. Điều này cũng sẽ làm giảm việc sử dụng các nhà máy dự phòng gây tốn kém mà các công ty điện lực sử dụng trong thời gian cao điểm. Lưu trữ năng lượng cũng là một yếu tố khắc phục nhược điểm cho năng lượng tái tạo, do tính chất khơng liên tục của các nguồn năng lượng tái tạo. SG sẽ có thể lưu trữ năng lượng gió và năng lượng mặt trời để sử dụng trong thời gian cao điểm. Sử dụng bộ lưu trữ năng lượng sẽ làm giảm công suất cần thiết của đường dây truyền tải. Sử dụng năng lượng lưu trữ sẽ tăng độ tin cậy và hiệu quả của lưới điện trong khi giảm tác đợng của nó đối với mơi trường. SG sẽ kết hợp tế bào nhiên liệu vào hệ thống
32
lưới điện. Tế bào nhiên liệu là mợt thiết bị có khả năng tạo ra dịng điện bằng cách chuyển năng lượng hóa học của nhiên liệu trực tiếp thành năng lượng điện.
Các tế bào nhiên liệu không chứa các vật liệu hoạt tính được yêu cầu bởi sự chuyển đổi điện hóa bên trong chúng. Những vật liệu hoạt tính này được cung cấp từ bên ngồi. Các tế bào nhiên liệu có chứa mợt lượng cacbon rất nhỏ. Tế bào nhiên liệu có thể được nạp lại một cách dễ dàng bằng cách bổ sung thêm dung dịch và chúng không bao giờ chạy như pin truyền thống. Các tế bào nhiên liệu sẽ có thể làm giảm các vấn đề tải đỉnh do mật độ và độ tin cậy cao của chúng. Kết hợp với điện phân, pin nhiên liệu sẽ có thể lưu trữ năng lượng. Điều này được thực hiện bằng cách chuyển năng lượng điện thành nhiên liệu, thường là hydro. Nhiên liệu này sau đó được sử dụng để tạo ra các tế bào nhiên liệu để tạo ra năng lượng khi cần thiết. Các tế bào nhiên liệu hydro đặc biệt hữu ích vì chúng khơng bị ảnh hưởng bởi nhiệt đợ, chúng có thể chịu được thời gian lưu trữ dài. Các tế bào nhiên liệu hydro vẫn chưa được sử dụng để lưu trữ năng lượng vì chi phí của chúng cao. Các tế bào nhiên liệu điện phân polymer (PEM) có thể cung cấp giải pháp hiệu quả về chi phí trong tương lai gần. Các tế bào nhiên liệu PEM thường được sử dụng trong ô tô nhưng đang được nghiên cứu như một giải pháp lưu trữ năng lượng cho lưới điện. Các tế bào nhiên liệu PEM sẽ sử dụng hydro, oxy và nước để sản xuất điện và tạo ra nước như một sản phẩm phụ của phản ứng. Những phát triển mới trong phương pháp điện phân PEM tạo áp suất và ngăn nhiên liệu PEM có thể đi ngược đã làm giảm chi phí của các tế bào nhiên liệu hydro. Các tế bào nhiên liệu rất hữu ích để lưu trữ năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo, ví dụ như năng lượng mặt trời và năng lượng gió, bởi vì chúng khơng tạo ra lượng điện ổn định. Các tế bào nhiên liệu hydro sẽ giúp quản lý tải cũng như cung cấp năng lượng trong thời gian cao điểm. Các tế bào nhiên liệu hydro đã được Hutchinson Telecommunications sử dụng để lưu trữ năng lượng trên đảo Sumatra của Inđônêxia. Hutchinson sử dụng các tế bào này để cung cấp dự phòng cho mạng viễn thông của họ khi lưới điện bị mất điện. Các tế bào này, do IdaTech phát triển, hoặc là nhiên liệu trực tiếp bằng hydro hoặc bằng cách
33
sử dụng nhiên liệu lỏng bao gồm methanol và nước được biến thành khí hydro để cấp nguồn cho hệ thống.
Ultracapacitors cũng sẽ được sử dụng để lưu trữ. Ultracapacitors là nguồn năng lượng DC có thể nạp và xả nhanh và có thể đáp ứng nhanh nhu cầu phụ tải lớn. Không giống như pin, máy lưu trữ siêu âm lưu trữ năng lượng điện tử. Quá trình này nhanh hơn đáng kể so với quy trình hóa học được sử dụng trong pin truyền thống. Chúng có thể được sạc lại nhiều lần nhưng chỉ có thể lưu trữ mợt lượng điện hạn chế. Máy thu siêu âm sẽ có thể lưu trữ năng lượng trong mợt khoảng thời gian ngắn. Chúng sẽ làm việc cùng với pin để duy trì mức tải dọc theo lưới điện. Chúng sẽ được sử dụng như một nguồn cung cấp điện liên tục để cung cấp điện khẩn cấp. Hai nhược điểm chính của việc sử dụng một hệ thống siêu khuếch đại để lưu trữ năng lượng ở quy mô lớn là mật độ lưu trữ năng lượng cao và mật độ năng lượng thấp. Hệ thống lưới điện trong tương lai sẽ bao gồm nhiều loại pin khác nhau để lưu trữ năng lượng. Lưu trữ pin dẫn đến sự tốn kém rất lớn, nhưng gần đây đã có những bước đợt phá mới để giảm các chi phí này. Nhiều loại pin khác nhau sẽ được sử dụng cùng nhau để cung cấp lưu trữ cho lưới điện. Những loại pin này bao gồm axít chì, lưu huỳnh natri và pin lithium ion.
Pin axit và sulphur chì là loại pin được sử dụng phổ biến nhất để lưu trữ trên lưới điện. Pin axit chì đang ngày càng trở nên lỗi thời do mật đợ năng lượng thấp và kích thước lớn của chúng. Các công nghệ pin mới, như pin chì cacbon lưu trữ năng lượng gấp 3-4 lần so với pin axit chì thường. Pin sulphuric cũng là mợt lựa chọn tốt hơn so với pin axit. Pin sulphuric lưu trữ và tạo ra năng lượng thơng qua phản ứng hóa học của natri sunfua và natri. Q trình này có thể được lặp lại hàng ngàn lần. Hạn chế của pin sulphur là các chất phản ứng phải được lưu trữ riêng ở nhiệt độ rất cao. Nếu pin được làm mát và xả chúng sẽ không hoạt động được. Pin sulphan natri hiện đang được sử dụng tại Nagoya, Nhật Bản để lưu trữ điện cho lưới. Nhà máy này có thể tạo ra khoảng 300 MW công suất lớn khi cần thiết đến 6 giờ. Pin Lithium-ion cũng đang được xem là loại lưu trữ năng lượng tiềm năng. Pin
34
Lithium-ion có mật đợ năng lượng rất cao và hiệu quả cao. Tuy nhiên, pin lithium- ion cho đến nay còn tốn kém hơn so với pin chì và axit sulphur.
Ngồi các cơng nghệ trên, SG có thể kết hợp các phương pháp sản xuất năng lượng lưu trữ mới. Mợt trong những cơng nghệ này là lưu trữ khí nén. Lưu trữ năng lượng khơng khí bằng cách bơm khơng khí vào mợt bể chứa ngầm ở đó khí được lưu trữ dưới áp suất cao. Khơng khí này sau đó được giải phóng trong thời gian có nhu cầu cao điểm. Mợt nhà máy khí nén ở Hurntorf, Đức, có khả năng sản xuất điện dự trữ lên tới 300 MW trong 3 giờ. Một công nghệ khác là lưu trữ năng lượng bằng cách bơm nước. Công nghệ này đã được sử dụng trong nhiều năm và là hệ thống lưu trữ năng lượng phổ biến nhất được sử dụng trên mạng lưới điện. Hệ thống này hoạt động bằng cách sử dụng hai hồ chứa nước, một ở độ cao cao hơn mặt nước kia. Trong giờ cao điểm, nước được bơm vào bể chứa cao hơn. Khi năng lượng là cần thiết, nước được giải phóng khỏi hồ chứa trên và chảy xuống dưới qua các tuabin tới bể chứa thấp hơn. Thủy điện bơm nước có thể được sử dụng để giảm các vấn đề tải đỉnh. Mợt cách khác để tích trữ năng lượng là dùng bánh đà. Điều khiển bánh đà bằng cách lấy năng lượng dư thừa từ máy phát cấp cho một động cơ. Động cơ làm quay các bánh đà. Khi tải tăng bánh đà sẽ cho năng lượng nạp trở lại. Bánh đà có thể dự trữ năng lượng bằng đợng năng mợt cách nhanh chóng và giải phóng nó cũng nhanh. Bánh đà cần rất ít bảo trì và khơng chứa các hóa chất đợc hại mà mợt số pin tạo ra [6].
2.4.4 Quản lý năng lượng hiệu quả
Các thuật tốn quản lý năng lượng cần phải có khả năng hoạt đợng chính xác trước sự có mặt của các thông tin không đáng tin cậy. Các thuật toán điều khiển nguồn phân tán có thể được sử dụng trong bợ điều khiển phân tán để phân bổ đúng dung lượng cần thiết của các bus. Thuật toán incremental cost consensus (ICC) có thể giải quyết vấn đề phân phối truyền thống tập trung theo cách phân tán. Tuy nhiên, sự chậm trễ thời gian truyền thơng có thể gây ra sự bất ổn của hệ thống và cần được xem xét trong q trình thiết kế. Cơng thức tốn học của thuật tốn ICC với đợ trễ
35
thời gian được ra đời. Một số nghiên cứu về trường hợp này đã hỗ trợ thuật tốn ICC để khắc phục về đợ trễ thời gian.
Không giống như hệ thống điện thông thường, SG sẽ dựa nhiều vào mạng truyền thơng và điều khiển tích hợp. Hệ thống này được gọi là hệ thống điều khiển nối mạng quy mô lớn (large-scale networked control system - LSNCS) trong đó các thành phần của hệ thống, như cảm biến, bộ điều khiển và bộ truyền động, được kết nối bởi mạng truyền thơng. Mợt SG có thể được xem như là một LSNCS. Tuy nhiên, kế hoạch kiểm sốt tập trung thơng thường có thể gặp phải những thách thức nghiêm trọng khi áp dụng LSNCS. Trung tâm kiểm sốt được u cầu phải có mợt mức kết nối cao, vì vậy gây áp lực lớn cho việc tính tốn. Đề án kiểm sốt tập trung cũng nhạy cảm hơn so với kế hoạch kiểm soát phân tán. Hệ thống điện đã được phân phối từ trước, vì vậy mợt trong những cách tiếp cận kiểm soát khả thi là áp dụng các thuật toán điều khiển phân tán cho các vấn đề về hệ thống nguồn.
Hình 2.1: Là mợt bố cục của mợt hệ thống điện trong tương lai. Các thuật toán điều khiển phân tán có hiệu quả có thể được áp dụng vào các bộ điều khiển phân tán để phân bổ đúng nguồn điện giữa các bus kết nối một cách tự chủ. Một vấn đề cơ bản trong các hệ thống điều khiển phân tán là việc tất cả các bộ điều khiển phân tán hoạt đợng mợt cách có logic [6].
36
37
2.5 Kết luận
Thế giới đang phát triễn mạnh mẽ về khoa học công nghệ. Nhu cầu tiêu thụ cũng như chất lượng điện năng ngày càng tăng. Hệ thống lưới điện hiện nay gần như không đáp ứng nỗi nhu cầu hiện tại. Việc cải tạo nâng cấp lưới điện là một vấn đề trở nên cấp bách. Đi theo đó là vấn đề ảnh hưởng đến môi trường. Để đáp ứng những nhu cầu trên. Hiện nay, trên thế giới đang có xu hướng xây dựng các nguồn phân tán DG nhằm nâng cấp cho lưới điện chính. Các nguồn này liên kết với nhau tạo thành một hệ thống lưới điện thông minh SG. Hệ thống này rất thân thiện với mơi trường. Nó được sử dụng bằng năng lượng sạch như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối, thủy điện nhỏ,… Lưới điện thông minh là một lưới điện hết sức hiện đại. Nó hổ trợ tích cực cho lưới điện chính đã có sẵn. Nó được sử dụng các thiết bị cơng nghệ cao, hổ trợ tích cực cho người vận hành cũng như các hộ tiêu thụ điện.
Tóm lại: Việc sử dụng DG cho các lưới điện thơng minh là hồn tồn phù hợp với nhu cầu tiêu thụ điện hiện nay
38
CHƯƠNG 3 BÀI TỐN XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG VÀ VỊ TRÍ TỐI ƯU CÁC DG