1.3.1. Giải pháp ổn định tần số.
Sự ổn định của tần số lưới phụ thuộc vào nhà sản xuất điện. Việc truyền tải, phân phối và sử dụng không ảnh hưởng tới tần số. Tần số lưới ổn định hay không phụ thuộc vào việc điều tốc tua-bin của máy phát điện ở nhà máy điện.
Như vậy để ổn định tần số lưới điện chúng ta cần quan tâm tới chất lượng của máy móc thiết bị của nhà sản xuất điện. Việc kiểm soát máy móc, thiết bị vận hành cũng như liên tục theo dõi, bảo trì, nâng cấp sẽ làm cho tần số luôn giữ được sự ổn định trong giới hạn quy định.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1.3.2. Giải pháp ổn định điện áp.
Sự ổn định điện áp phụ thuộc vào cả 3 yếu tố truyền tải, phân phối và sử dụng. Về phía nhà máy điện, công suất điện phát ra và việc điều chỉnh kích từ máy phát sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định điện áp phát ra lưới. Về phía truyền tải - phân phối điện, mức độ tổn thất điện áp trên đường dây tất nhiên ảnh hưởng đến chất lượng điện áp. Về phía sử dụng, nếu công suất tiêu thụ quá lớn đến mức quá tải thì sẽ gây sụt điện áp.
Để điều chỉnh ổn định điện áp ta có thể sử dụng các biện pháp sau đây: - Điều chỉnh điện áp máy phát điện thông qua bộ điều khiển dòng điện kích thích.
- Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy biến áp giảm áp thông qua điều chỉnh đầu phân ápthụ động hoặc tự đồng đối với máy biến áp có hệ thống điều áp dưới tải.
- Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy biến áp bổ trợ.
- Thiết lập các thiết bị bù ngang có điều chỉnh để thay đổi tổn thất điện áp trên đương dây, có thể dùng bộ tụ điện, máy bù đồng bộ hoặc động cơ điện đồng bộ có điều chỉnh kích từ.
- Đặt thiết bị bù dọc trên đường dây để thay đổi điện kháng đường dây nhằm thay đổi tổn thất điện áp.
Về địa điểm thực hiện điều chỉnh điện áp, có thể ở nhà máy điện, trên mạng điện khu vực và ở mạng điện địa phương hoặc đặt ngay tại thiết bị dùng điện.
1.3.3. Giải pháp tăng độ tin cậy của lưới điện.
Giải pháp tổ chức – kỹ thuật: Bao gồm các giải pháp[3]. - Dự trữ thiết bị và vật liệu.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Xây dựng chế độ làm việc hợp lý, thiết lập quy trình vận hành thiết bị. - Tổ chức hợp lý việc tìm kiếm và loại trừ sự cố.
- Tổ chức hợp lý việc đại tu sửa chữa định kỳ.
-Tổ chức sửa chữa dưới điện áp (sửa chữa khi có điện) đảm bảo về kỹ thuật và an toàn.
Đây là phương pháp không cần sử dụng nhiều vốn đầu tư, thiết bị nên thường mang lại hiệu quả cao nên cần duy trì và thực hiện đầy đủ.
Giải pháp kỹ thuật:Các giải pháp thường được áp dụng rộng rãi là:
- Hoàn thiện bảo vệ rơle, sử dụng các loại rơle và phương thực bảo vệ tiên tiến nhất.
- Hoàn thiện cơ cấu tự động đóng lắp lại. - Giảm bán kính lưới phân phối.
- Dự phòng đường dây. - Dự phòng công suất. - Phân đoạn đường dây.
- Nâng cao độ tin cậy của các phần tử riêng.
Các phương pháp trên đòi hỏi trang thiết bị và vốn đầu tư, mỗi phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế khác nhau. Trong đó giải pháp nâng cao chất lượng điện năng bằng cách Dự phòng công suất mà cụ thể là sử dụng các nguồn điện dự phòng nối lưới hiện nay đang rất được quan tâm nghiên cứu và phát triển.
Giải pháp này là sử dụng các nguồn điện dự phòng (Các nguồn tích trữ năng lượng như siêu pin, siêu tụ…) được lấy từ các nguồn năng lượng phân tán, nguồn năng lượng mới, tái tạo kết nối với lưới điện thông qua các bộ biến đổi công suất, với mục đích:
+ Cung cấp khả năng nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện như: Lọc các sóng nhiễu (sóng hài bậc cao...). Bù toàn phần, cấp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
điện ngay lập tức cho các phụ tại quan trọng khi bị mất điện hoặc xảy ra sự cố về điện.
+ Có thể Bù công suất phản kháng để cải thiện chất lượng điện áp tại điểm kết nối.
+ Trợ giúp sự phát triển các nguồn điện phân tán (phát điện, dự trữ năng lượng, cắt giảm nhu cầu…). Trợ giúp sự phát triển các nguồn năng lượng tái tạo. + Tối ưu hóa vận hành Hệ thống điện để giảm chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối kể cả giảm chi phí đầu tư mới và nâng cấp hệ thống điện.
1.4. Kết luận chương 1.
Để đáp ứng nhu cầu về cung cấp năng lượng và chất lượng điện năng được cung cấp, việc sử dụng các công nghệ tiên tiến để tăng hiệu suất của lưới điện truyền tải, phân phối là một trong những giải pháp quan trọng và cần được quan tâm.
Một trong những biện pháp đang được quan tâm nhất hiện nay là sử dụng các dạng năng lượng mới, tái tạo nhằm đáp ứng trực tiếp cho các phụ tải hay giúp phân bố lại công suất truyền tải trong lưới phân phối. Qua đó, giảm việc xây mới các nhà máy điện quy mô lớn, tăng hiệu quả vận hành cho toàn hệ thống điện.
Các dạng nguồn năng lượng tái tạo hiện nay có thể kể đến là năng lượng mặt trời, năng lượng gió, tuy nhiên các dạng năng lượng này có đặc điểm chung là công suất không lớn, lượng công suất phát ra được phụ thuộc vào năng lượng sơ cấp (bức xạ mặt trời, gió…) thay đổi trong ngày, vị trí đặt của các nguồn này (địa hình, có phụ tải sử dụng trực tiếp, có kết nối lưới điện hay không?…). Vì vậy để khai thác hiệu quả và lâu dài các nguồn năng lượng này ta có thể sử dụng các kho tích trữ năng lượng như Pin, ác quy, tụ..., khoa học phát triển hiện nay đã chế tạo ra các siêu pin, siêu tụ có thể tích trữ được lượng năng lượng lớn để sử dụng lâu dài, hiệu quả.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Ngày nay khoa học công nghệ phát triển hết sức manh mẽ, nhu cầu của con người ngày càng cao, đòi hỏi các thiết bị sử dụng điện ngày càng hiện đại kể cả thiết bị công nghiệp cũng như các thiết bị gia dụng. Có thể nói, mọi thiết bị đều có điều khiển, chính vì thế chất lượng điện năng cung cấp phải đạt chuẩn. Đó là mục tiêu đặt ra cho đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển Dead – Beat để nâng chất lượng điện năng cho nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo có kết nối lưới.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Chương2
BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤTVÀ CHỨC NĂNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
2.1. Tổng quan về năng lượng tái tạo.
Năng lượng tái tạo (NLTT) hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái tạo là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường tự nhiên và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật cho một mục đích nào đó của con người. Các quy trình này luôn tuân theo quy luật được thúc đẩy từ Mặt trời. Vô hạn có hai nghĩa: hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể cạn kiệt (ví dụ như năng lượng Mặt trời) hoặc là NLTT sẽ tự tái tạo theo quy luật của tự nhiên trong thời gian (vòng đời) ngắn và liên tục (ví dụ như năng lượng sinh khối, phong năng, thủy điện nhỏ từ sóng biển, thủy triều hay các dòng suối…) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái đất.
Trong khi các nguồn năng lượng hóa thạch đã được khai thác và sử dụng từ rất lâu và đang ở giai đoạn cuối của sự cạn kiệt. Mặt khác, sự tăng trưởng về kinh tế, nhu cầu về năng lượng cho sản xuất và đời sống ngày càng gia tăng do đó việc tìm kiếm các công nghệ sử dụng NLTT có ý nghĩa sống còn đối với nhân loại và được sự quan tâm rộng rãi trên quy mô toàn thế giới.
Trong những năm gần đây, Thế giới trong giai đoạn khủng hoảng năng lượng, cho nên công tác nghiên cứu, thăm dò, khai thác và sử dụng NLTT được nhiều quốc gia chú ý và đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Đặc điểm chung của các nguồn NLTT là mặc dù chúng có mặt khắp nơi trên Trái đất dưới dạng nước, gió, ánh sáng Mặt trời, rác thải… nhưng chúng đều có chung một đặc điểm là phân tán, và không liên tục. Việc khai thác trên quy mô công nghiệp đòi hỏi công nghệ cao và vốn đầu tư lớn. Trước mắt, khai thác trên quy mô nhỏ, cục bộ cũng là rất thiết thực và đem lại hiệu quả to lớn. Tiếp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
theo là hình thành mạng phân tán kết nối lưới – Đó là mô hình tất yếu của một tương lai gần.
Cho đến nay với sự nỗ lực vượt bậc của các Nhà khoa học trên toàn Thế giới và sự phát triển đồng bộ của các lĩnh vực khoa học, các nghiên cứu về tự nhiên môi trường…, rất nhiều dạng năng lượng mới và tái tạo đã được đưa vào khai thác sử dụng một cách khá hiệu quả. Ví dụ như: năng lượng gió, năng lượng Mặt trời, thủy điện nhỏ, năng lượng từ đại dương, dầu thực vật phế thải dùng để chạy xe, năng lượng từ tuyết, nguồn năng lượng địa nhiệt, khí Mêtan hydrate, năng lượng từ sự lên men sinh học. Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay với đặc điểm và điều kiện tự nhiên chúng ta chỉ quan tâm đến các dạng năng lượng chính là điện Mặt trời, phong điện, thủy điện nhỏ, địa nhiệt và năng thủy triều sóng biển...
2.1.1. Năng lượng Mặt trời.
Năng lượng Mặt trời thu được trên Trái đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt trời đến Trái đất. Mặt trời là quả cầu lửa khổng lồ, trong lòng nó diễn ra phản ứng nhiệt hạch với nhiệt độ rất cao lên tới hàng triệu 0C. Trái đất sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt trời cạn kiệt, ước chừng của các Nhà khoa học là khoảng 5 tỷ năm nữa. Như vậy năng lượng Mặt trời được coi là như vô tận so với chuẩn mực của đời sống con người. Mặt trời liên tục bức xạ ra không gian xung quanh với mật độ công suất rất lớn, khoảng 1353 W/m2trước khi vào tầng khí quyển trái đất, đó chính là là nguồn gốc của mọi sự sống trên Trái đất. Khi xuyên qua khí quyển của Trái đất một phần năng lượng Mặt trời bị hấp thụ. Kết quả tính toán cho thấy năng lượng Mặt trời phân bố trên bề mặt Trái đất với mật độ năng lượng cực đại 1000W/m2
, tương tương 1,5 thùng dầu cho mỗi m2cho mỗi năm.
Các nghiên cứu của con người đem lại có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng của bức xạ Mặt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
trời (BXMT) thành điện năng, như pin Mặt trời. Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, ứng dụng cho bình đun nước Mặt trời, các nhà máy nhiệt điện Mặt trời, các hệ thống máy điều hòa Mặt trời, V.V... Trường hợp khác, năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa, V.V... Phát triển ngành công nghiệp sản xuất năng lượng từ PV sẽ góp phần thay thế một phần các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế dần những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt. Việc khai thác sử dụng PV như một nguồn điện tại chỗ và tiến đến kết nối lưới có ý nghĩa rất lớn về khoa học và thực tiễn, góp phần đảm bảo cho cân bằng năng lượng bền vững.
2.1.2. Năng lượng gió.
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển của Trái đất. Bức xạ Mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái đất (mặt ban đêm), bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn ở các cực. Do đó hình thành sự chênh lệch về nhiệt độ và áp suất dẫn đến sự dịch chuyển của các khối không khí tạo thành gió. Mặt khác, Trái đất tự quay tròn theo một trục nghiêng 230
5’ so với mặt phẳng quỹ đạo Trái đất quay xung quanh Mặt trời. Điều này là nguyên nhân hình thành các quy luật thay đổi về thời tiết, khí hậu theo mùa. Ngoài ra, gió còn chịu ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương, do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Năng lượng gió được nghiên cứu và triển khai với tốc độ rất nhanh trong khoảng 10 năm gần đây. Các turbine gió hiện đại bắt đầu được sản xuất từ năm 1979 ở Đan Mạch với công suất từ 200-300 kW. Từ năm 2000 đến 2006 công suất các turbine gió tăng nhiều lần, thông dụng là các turbine từ 1 đến 2MW, lớn có thể đến 5MW. Ngày nay, tổng công suất turbine gió trên Thế giới ước tính đạt 93.849 MW.
Máy phát điện sức gió: Máy phát làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Có nhiều thiết kế hệ thống máy phát điện chạy bằng sức gió đã được ứng dụng phổ biến như: Máy phát điện một chiều, máy phát điện xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu, máy phát điện dị bộ nguồn kép...
2.1.3. Thủy điện nhỏ.
Thủy điện nhỏ được hiểu một cách không thống nhất. Đa số các nước phân loại thủy điện nhỏ có công suất dưới 10 MW, tuy nhiên Canađa phân loại thủy điện nhỏ có công suất dưới 20 MW, Hoa Kỳ dưới 30 MW. Trong loại thủy điện nhỏ, thủy điện mini có công suất dưới 500 kW, micro dưới 100 kW, trạm pico có công suất dưới 5 kW.
Thủy điện nhỏ là nguồn năng lượng có hiệu quả kinh tế rất cao, được chú ý rộng rãi trên toàn thế giới, đóng góp quan trọng cho cân bằng năng lượng của mỗi quốc gia và đặc biệt có ý nghĩa cho bảo vệ môi trường.
Ở Việt Nam, với đặc điểm địa lý của đất nước có nhiều đồi núi, cao nguyên và sông hồ, lại có mưa nhiều. Hàng năm mạng lưới sông suối vận chuyển ra biển hơn 870 tỷ m3
nước, tương ứng với lưu lượng trung bình khoảng 37.500 m3/giây. Đó là tiềm năng lớn cho việc phát triển các nhà máy thủy điện nói chung và thủy điện nhỏ nói riêng.
Các trạm thủy điện nhỏ không có yêu cầu cao về công trình thủy công như đập chắn, hồ chứa, bể xả, khả năng điều tiết mức nước. Nước từ thượng lưu qua kênh dẫn hoặc đường ống tới hệ thống turbine-máy phát điện, biến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
đổi thủy năng thành điện năng. Nhiều trạm thủy điện công suất nhỏ (loại