Nghiên cứu ảnh hưởng đấu nối các nhà máy phát điện gió lên lưới điện bình thuận

ωu i những năm 1990, năng l ợng gió tr thƠnh một trong những nguồn năng l ợng quan trọng nh t... ωh ng 4: Kh o sát các lo i máy phát gió vƠ các bộ đi n tử công su t trong turbines gió...

M C L C

CH NGă1ăGI I THI U LU NăVĔN 1

1.1.ăăĐặt v năđề: 1

1.2 Các k t qu trongăvƠăngoƠiăn căđƣăcôngăb : 2

1.3 Các v năđề nghiên c u c aăđề tài : 4

1.4 M c tiêu và nhi m v 6

1.5 Ph ngăphápăgi i quy t 6

1.6 Gi i h năđề tài 6

1.7.ăĐiểm m i c a lu năvĕn 6

1.8 Ph m vi ng d ng 6

1.9 B c c c a lu năvĕn 7

CH NGă2ăăT NG QUAN 8

2.1 B i c nh l ch s phát tri ển : 8

2.2 Hi n t i phát tri ển c aănĕngăl ng gió trên th gi i 100

2.2.1) Cái nhìn t ổng quát về tr m phát năng l ợng gió kết nối vào l ới điện 100 2.2.2) Châu Âu 11 2.2.3) B ắc Mĩ 12 2.2.4) Nam và Trung Mĩ 14 2.2.5) Châu Á và Thái Bình D ơng 15 2.2.6 ) Trung Đông và Châu Phi 16 2.3 Kĩăthu t hi n t i c a turbine gió 16

CH NGă3ăăNĔNGăL NG GIÓ TRONG H TH NGăĐI N 19

3.1 Đặc tính c a gió: 19

3.2 Tình hình phát tri ểnăđi n gió Vi t Nam: 22

3.2 1 ) Tìm năng năng l ợng gió : 22 3.2.2 ) Các d ự án gió hiện nay : 23 C H NG 4 KH O SÁT CÁC LO I MÁY PHÁT GIÓ VÀ CÁC THI T B ĐI N T CÔNG SU T TRONG TURBINES GIÓ 25

4.1 Các lo i Tuabin gió: 25

4.1.1 ) Máy phát gió lo i fixed-speed : 25 4.1.2 ) Máy pháy gió lo i variable-speed : 26 4.1.3 )Tuabin gió v ận tốc thay đổi dùng máy phát c m ứng nguồn đôi………

27 CH NGă5ăXÂYăD NG MÔ HÌNH MÔ PH NG PSCAD VÀ NGHIÊN C U NHăH NGăCÁCăĐ U N I PHÁT GIÓ 29

5.1 Gi i thi u về mô hình DFIG trong PSCAD : 29

5.2 Gi i thi u v ề môăhìnhămáyăphátăkhôngăđ ng b rotor lòng sóc trong PSCAD : 31

5.3 Nghiên c u nhăh ngăđ u n iăcácănhƠămáyăphátăgióătrênăl iăđi n : 33

5.3.1 ) Mô hình đấu nối các nhà máy phát gió trên l ới điện Bình Thuận: 33

5.3.2 ) Sơ đồ mô t đấu nối l ới của các máy phát gió và các tr m biến áp trên

l ới điện Bình Thuận 37

5.3.3 ) Nghiên c ứu nh h ởng đấu nối các nhà máy phát gió lên l ới điện Bình Thu ận : 38

ωH NG 6 K T LU N 117

6.1.K t lu n 117

6.2.H ớng phát tri n đề tài 117

TÀI LI U THAM KH O 117

M CăL CăHỊNHăă NH

B ng 1.1: S ự phát triển của turbine gió trong 1985 – 2004 2

B ng 2.1 : L ịch sử turbine gió 8

B ng 2.2: Ho t động của các turbine gió lo i công suất lớn 9

B ng2.3: Top 10 n ớc có công suất lắp đặt tích lũy 10

B ng 2.4: Top 10 n ớc có công suất lắp đặt mới 10

B ng 2.5: T ổng công suất năng l ợng gió lắp đặt trên toàn thế giới 11

B ng 2.6: T ổng công suất năng l ợng gió lắp đặt ở Châu Âu 11

B ng 2.7: T ổng công suất năng l ợng gió lắp đặt ở Châu Âu 12

B ng 2.8: T ổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cu ối năm 2006 13

B ng 2.9: T ổng công suất lắp đặt ở Canada 13

B ng 2.10: T ổng công suất lắp đặt ở Mỹ 14

B ng 2.11: T ổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cu ối năm 2006 15

B ng 2.12: T ổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cu ối năm 2006 15

B ng 2.13: T ổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cu ối năm 2006 16

B ng 2.14: T ổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cu ối năm 2006 16

B ng 2.15 : Giá thành s n xu ất ra 1 kWh của các nguồn năng l ợng khác nhau 18

Hình 3.1 : V ận tốc gió khi qua cánh tuabin 20

Hình 3.2 : Hình v ẽ thể hiện opt ứng với từng góc pitch-angle khác nhau 21

Hình 3.3 : Bi ểu đồ thể hiện góc quay tối u với các hệ số λ khác nhau 22

Hình 4.1 : D ao động điện áp đầu ra khi đầu vào là vận tốc gió thay đổi với l o máy phát fixed-speed 26

ảình 4.3 Điện áp đầu ra của máy phát khi đầu vào là vận tốc gió thay đổi khi sử

d ụng máy phát lo i variable-speed 27

Hình 4.4 Tuabin gió v ận tốc thay đồi với máy phát DFIG 28

B ng 4.5 So sánh gi ữa các hệ thống tuabin gió 28

ảình 5.1 Sơ đồ máy phát mô phỏng trong PSCAD 29

Hình 5.2 : mô hình tuabin gió 29

ảình 5.3 : Xác định dòng điều khiển bên rotor 30

ảình 5.4 : Xác định vị trí của vector từ thông 30

Hình 5.5 : V ị trí của rotor 30

ảình 5.6 : Xác định góc slip-angle 30

ảình 5.7: Sơ đồ đóng cắt các khóa IGBT của ph ơng pháp điều khiển Hyteresis 31

B ng 5.8 : Quy ho ch điện gió Bình Thuận 2015 34

B ng 5.9 : Công su ất lắp đặt t i các khu vực 35

Hình 5.10 : Sơ đồ l ới điện Bình Thuận và các nút đấu nối nhà máy phát gió 36

Hình 5.11 : Sơ đố đấu nối tr m biến áp 37 ảình 5.12 : Sơ đồ đấu nối một nút wind farm 37

B ng 5.13 : Công su ất từng cụm turbine 114

Hình 5.14 : Điện áp t i các nút 115

Hình 5.15 : Dòng phân b ố công suất 116

CH NGă1

GI IăTHI UăLU NăVĔN 1.1 Đặtăv năđề:

Đi n năng đóng vai trò r t quan trọng đ i với s n xu t s n phẩm hƠng hóa vƠ

c i thi n đ i s ng c a con ng i ωhính vì v y, nhƠ n ớc luôn quan tơm tới sự phát tri n c a ngƠnh đi n, t o điều ki n cho ngƠnh đi n tr thƠnh một ngƠnh công nghi p mũi nhọn phục vụ sự nghi p ωông nghi p hóa ậ Hi n đ i hóa đ t n ớc

Xu h ớng chuy n dịch từ h th ng đi n độc quyền c c u theo chiều dọc sang thị tr ng đi n c nh tranh đƣ vƠ đang di n ra m nh m nhiều n ớc trên th giới Thị

tr ng đi n với c ch m đƣ đem l i hi u qu các n ớc vƠ cho th y những u đi m

v ợt trội h n hẳn h th ng đi n độc quyền c c u theo chiều dọc truyền th ng H

th ng đi n không ngừng phát tri n c về s l ợng, ch t l ợng vƠ độ tin c y ωác nguồn năng l ợng đi n đ ợc sử dụng ngƠy cƠng nhiều vƠ phong phú : gió, năng l ợng mặt

tr i, sóng bi n

Năng l ợng gió đ ợc sử dụng cách đơy 3000 năm Đ n đầu th kỉ 20, năng

l ợng gió đ ợc dùng đ cung c p năng l ợng c học nh b m n ớc hay xay ngũ c c VƠo đầu kỉ nguyên công nghi p hi n đ i, nguồn năng l ợng gió đ ợc sử dụng đ thay

th năng l ợng hóa th ch hay h th ng đi n nhằm cung c p nguồn năng l ợng thích hợp h n

Đầu những năm 1970, do kh ng ho ng giá dầu, vi c nghiên c u năng l ợng gió

đ ợc quan tơm VƠo th i đi m nƠy, mục tiêu chính lƠ dùng năng l ợng gió cung c p năng l ợng đi n thay th cho năng l ợng c học Vi c nƠy đƣ lƠm cho năng l ợng gió

tr thƠnh nguồn năng l ợng đáng tin c y vƠ thích hợp nh sử dụng nhiều kĩ thu t năng

l ợng khác ậ thông qua m ng l ới đi n dùng nh nguồn năng l ợng dự phòng

Turbine gió đầu tiên dùng đ phát đi n đ ợc phát tri n vƠo đầu th kỉ 20 Kĩ thu t nƠy đ ợc phát tri n từng b ớc một từ đầu những năm 1970 ωu i những năm

1990, năng l ợng gió tr thƠnh một trong những nguồn năng l ợng quan trọng nh t Trong những th p kỉ cu i c a th kỉ 20, tổng năng l ợng gió trên toƠn th giới tăng

x p xỉ g p đôi sau mỗi 3 năm ωhi phí đi n từ năng l ợng gió gi m xu ng còn 1/6 so

gia dự đoán rằng tổng năng l ợng tích lũy trên toƠn th giới hằng năm s tăng kho ng 25% một năm vƠ chi phí s gi m kho ng 20% - 40%

Kĩ thu t năng l ợng gió phát tri n r t nhanh v mọi mặt ωu i năm 1989, vi c

ch t o một turbine gió công su t 300 kW có đ ng kính rotor 30 m đòi h i kĩ thu t

t i tơn Nh ng chỉ trong 10 năm sau đó, một turbine gió công su t 2000 kW có đ ng kính rotor vƠo kho ng 80 m đƣ đ ợc s n xu t đ i trƠ Ti p theo đó dự án dùng turbine gió công su t 3 MW có đ ng kính rotor 90 m đ ợc lắp đặt vƠo cu i th kỉ 20 Hi n

t i, turbine gió công su t 3 ậ 3.6 MW đƣ đ ợc th ng m i hóa ψên c nh đó, turbine gió công su t 4 ậ 5 MW đƣ đ ợc phát tri n hay chuẩn bị ki m tra trong một s dự án,

vƠ turbine gió công su t 6 ậ 7 MW đang đ ợc phát tri n trong t ng lai gần ψ ng 1 cho ta cái nhìn về sự phát tri n c a turbine gió từ năm 1985 đ n năm 2004

Năm ωông su t (kW) Đ ng kính rotor (m)

B ng 1.1: S ự phát triển của turbine gió trong 1985 – 2004

Trên c s những k t qu c a các công trình nghiên c u tr ớc đơy về sự phát

tri n c a năng l ợng gió đƣ đ t đ ợc, đề tƠi đề xu t tên “Nghiên cứỐ nh hưởng đấỐ

n i các nhà máy phát gió trên lưới điện Bình ThỐận” nhằm nghiên c u các nh

h ng khi đ u n i các nhƠ máy phát gió đ n l ới đi n truyền t i về công su t tác dụng, công su t ph n kháng, đi n áp nút khi v n hƠnh ch độ bình th ng vƠ ch độ sự c

đ đánh giá kh năng vƠ hi u qu c a vi c đ u n i các nhƠ máy phát gió từ đó gi m

đ ợc chi phí s n xu t đi n năng , nơng cao hi u qu truyền t i vƠ h n ch nh ợc đi m

c a các công trình nghiên c u tr ớc đơy

1.2 Cácăk tăqu ătrongăvƠăngoƠiăn căđƣăcôngăb :

H th ng l ới đi n truyền t i qu c gia c b n đáp ng đ ợc các yêu cầu truyền

t i đi n năng từ các nhƠ máy đi n cho các phụ t i, đ m b o cung c p đi n phục vụ cho nhu cầu phát tri n kinh t - xƣ hội vƠ nhằm gi m tổn th t đi n năng do truyền t i Tuy

nhiên, h th ng v n ch a có kh năng cung ng dự phòng, vi c nghiên c u đ a vƠo sử dụng các nguồn năng l ợng mới lƠ v n đề c p thi t đáp ng nhu cầu đi n cũng nh năng l ợng qu c gia ωhính vì điều đó, vi c nghiên c u tính toán vƠ thi t k h th ng nhƠ máy đi n gió đóng vai trò quan trọng trong vi c phát tri n h th ng đi n qu c gia

Hi n nay, nhƠ n ớc ta có nhiều công trình ng hộ nghiên c u phát tri n đi n gió, cụ

th lƠ :

 ωh ng trình dự án năng l ợng gió GIZ “Tình hình phát tri n đi n gió

vƠ kh năng cung ng tƠi chính cho các dự án Vi t Nam”, Phan Thanh Tùng, Vũ ωhi Mai , Angelika Wasielke 2012

 Đề tƠi nghiên c u khoa học c p nhƠ n ớc , đề tƠi mƣ s : 59A.01.12

“Máy đi n dị bộ nguồn kép dùng lƠm máy phát trong h th ng phát đi n

ch y s c gió: ωác thu t toán điều chỉnh b o đ m phơn ly giữa mômen vƠ

h s công su t “ , Nguy n Phùng Quang , 1998

 Dự án hợp tác Quỹ b o v môi tr ng Vi t Nam vƠ Hội đồng kỹ thu t

đi n qu c t ( IEω ) “European Wind Energy Association ậ EWEA “,

 Transient Analysis of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG After

an External Short-Circuit Fault, Tao Sun, Z Chen, Frede Blaabjerg, NORDIC WIND POWER CONFERENCE, 1-2 MARCH, 2004, CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

 Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M Masters, Stanford University; Wiley

 Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator Toufik Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex, France

 Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application : Final Report; Erickson, Al-Naseem, University of Colorado

ψằng ph ng pháp đo đ c, chúng ta đƣ l p đ ợc bi u đồ quang khí h u t i nhiều vùng c a Vi t Nam ψ n đồ quang khí h u mƠ cụ th lƠ t c độ gió s cho cái nhìn chính xác h n về điều ki n phát đi n bằng năng l ợng gió

Với sự trợ giúp ngƠy cƠng nhiều vƠ cƠng m nh c a máy tính, các ch ng trình tính toán đ ợc vi t đ mô hình hóa vƠ mô ph ng công trình với các điều ki n địa lý, tự nhiên, khí h u, v t li u vƠ kỹ thu t thi t bị Nh đó, cƠng có th đ a thêm nhiều rƠng buộc đầu vƠo trong bƠi toán năng l ợng gió, nh đó có th đ a ra đ ợc những dự báo chính xác h n

1.3 Cácăv năđềănghiênăc uăc aăđềătƠiă:

Tínhăc păthi tăc aăđềătƠi

Trong thực ti n, h th ng đi n gió c a Vi t Nam đ ợc thi t k vƠ xơy dựng dựa trên Quy định tiêu chuẩn Vi t Nam về h th ng đi n gió nh sau:

 Quy t định 1208/2011/QĐ-TTg ban hƠnh ngƠy 21 tháng 7 năm 2011 về phê duy t Quy ho ch phát tri n đi n lực qu c gia giai đo n 2011-2020

có xét đ n năm 2030

 Quy t định c a Th t ớng ωhính ph s 26/2006/QĐ-TTg3 ban hành 26 tháng 01 năm 2006, phê duy t lộ trình, các điều ki n hình thƠnh vƠ phát tri n các c p độ thị tr ng đi n lực

 Quy t định 24/2011/QĐ-TTg c a Th t ớng ωhính ph về điều chỉnh giá bán đi n theo c ch thị tr ng

 Quy t định 37/2011/QĐ-TTg về c ch hỗ trợ phát tri n các dự án đi n gió t i Vi t Nam

 Quy t định 18/2008/QĐ-ψωT về bi u giá chi phí tránh đ ợc vƠ Hợp đồng mua bán đi n m u áp dụng cho các nhƠ máy đi n nh sử dụng năng

l ợng tái t o

Do đặc thù tính không ổn định c a gió tự nhiên nên khi tính toán thi t k h

th ng đi n gió, ng i ta ph i t n dụng một s thi t bị đi n tử công su t trong h th ng

Tuy nhiên, gió tự nhiên có những u đi m nh tính kinh t cao nên th ng đ ợc yêu cầu xem xét trong thi t k h th ng cung c p đi n cho khu vực nh không n i l ới

Mặc dù c c u đi n năng s n xu t từ gió cung c p cho h th ng đi n chỉ chi m

từ 2% đ n 5% tổng nhu cầu đi n năng c a h th ng đi n Tuy nhiên, vi c t n dụng năng l ợng đi n gió đ ợc dự tính có th thay th l ới đi n qu c gia đ cung c p đi n cho các khu vực nh đ o, vung đồng bằng cửa sông hoặc gần bi n Điều nƠy s đem

l i một tiềm năng ti t ki m năng l ợng lớn trong h th ng đi n so với gi i pháp sử dụng các nguồn năng l ợng hóa th ch

Vi c dự đoán một m ng đi n gió t i u đem l i k t qu thực ti n cho các gi i pháp về cung c p đi n cũng nh h th ng truyền t i vƠ phơn ph i đi n năng K t qu

c a vi c nghiên c u nƠy giúp thi t k những h th ng đi n gió n i l ới phù hợp thực t

d v n hƠnh mang lai hi u qu về c tính kỹ thu t vƠ kinh t

ụănghĩaălu n

Vi c đ a thêm vƠo s dụng nguồn năng l ợng đi n gió giúp ta từng b ớc cơn bằng l i nguồn năng l ợng cung ng cho h th ng đi n Rõ rƠng năng l ợng gió lƠ nguồn năng l ợng tự nhiên vƠ vô t n vi c t n dụng một cách hi u qu nguồn năng

l ợng nƠy vƠo h th ng đi n qu c gia s mang lai r t nhi u lợi ích kinh t đi kém lƠ các gi i pháp ti t ki m năng l ợng N u bi t rõ đặc tính c a năng l ợng gió vƠ các thi t bị phát đi n bằng năng l ợng gió khi đ a vƠo đ u n i các nhƠ máy đi n gió s giúp vi c v n hƠnh d dƠng h n vƠ hi u qu s tăng cao Tuy nhiên, chúng ta cần có những tính toán cụ th , những thí nghi m gần với thực t đ vửa đ m b o ch t l ợng

đi n năng cũng nh hi u qu kinh t khi đ u n i các nhƠ máy phát gió

Tínhăth căti năc aăđềătƠi

Hi n nay, nguồn năng l ợng chính cung c p cho h th ng đi n v n lƠ th y đi n, nhi t đi n vƠ ph i nh p khẩu từ n ớc ngoƠi, cho nên vi c nghiên c u đ a vƠo sử dụng nguồn năng l ợng đi n gió lƠ h t s c cần thi t vƠ thực t

NgoƠi ra, n ớc ta có tiềm năng l n về nguồn năng l ợng gió, đồng th i đ ợc sự

hỗ trợ giúp đỡ từ chính ph , các tổ ch c năng l ợng đi n gió, s giúp ta có c s đ huy ho ch phát tri n, đầu t xơy dựng các h th ng đi n gió các vùng có tiềm năng

Do đó, vi c nghiên c u nh h ng c a vi c đ u n i các nhƠ may phát gió tai vung có tiềm năng lớn nh ψình thu n s giúp ta có cái nhien chính xác h n vƠ những đƠnh giá về kh năng đầu t xơy d ng vƠ hòa l ới đi n qu c gia với các dự án đi n gió.

1.4 M cătiêuăvƠănhi măv

 Tìm hi u các lo i máy phát gió

 Trình bƠy nguyên lý ho t động vƠ điều khi n c a máy phát gió rotor lòng

sóc và DFIG (Doubly-Fed Induction Generator)

 Gi i quy t bƠi toán v n hƠnh khi đ u n i các nhƠ máy phát gió lên l ới đi n

o V n hƠnh ch độ bình th ng

o V n hƠnh ch độ sự c

 Đánh giá kh năng vƠ hi u qu các nhƠ máy phát gió khi đ u n i v n hƠnh

1.5 Ph ngăphápăgi iăquy tă

- Gi i tích vƠ mô ph ng toán học

- ng dụng phần mềm PSCAD

1.6 Gi iăh năđềătƠi

 ωhỉ xét đ n h ớng v n hƠnh các nhƠ máy phát gió trên l ới truyền t i,

không xét đ n c u t o vƠ nguyên lý điều khi n c a các nhƠ máy phát gió

1.7 Điểmăm iăc aălu năvĕn

- Xơy dựng mô hình nghiên c u các nh h ng c a các nhƠ máy phát gió lên

l ới đi n có thông s đi n lực thực t

- Xét đ n các tr ng hợp bình th ng vƠ sự c đ đánh giá kh năng đ u n i các nhà máy phát gió

1.8 Ph măviă ngăd ng

- ng dụng cho các mô hình hay l ới đi n b t kỳ

- ng dụng cho các l ới đi n IEEE m u

- ng dụng cho l ới đi n 500KV , 200KV Vi t Nam tính đ n năm 2012

- LƠm tƠi li u tham kh o khi v n hƠnh l ới đi n có đ u n i các nhƠ máy phát gió

- LƠm tƠi li u tham kh o cho bƠi gi ng môn học cung c p đi n

1.9 B ăc căc aălu năvĕn

ωh ng 1: Giới thi u lu n văn

ωh ng 2: Tổng quan

ωh ng 3: Năng l ợng gió trong h th ng đi n

ωh ng 4: Kh o sát các lo i máy phát gió vƠ các bộ đi n tử công su t trong turbines gió

ωh ng 5: Xơy d ng mô hình mô ph ng PSωAD vƠ nghiên c u các nh h ng

đ u n i các nhà máy phát gió

ωh ng 6: K t lu n

CH NGă2ă

T NGăQUAN 2.1 B iăc nhăl chăs ăphátătriển :

Trong năm 1891, Dane Poul Laωour đƣ ch t o turbine gió đầu tiên phát ra

đi n ωác kĩ s Đan M ch đƣ phát tri n kĩ thu t đ bổ sung năng l ợng thi u trong chi n tranh th giới th nh t vƠ th hai Turbine gió c a công ty Đan M ch F L Smidth ch t o trong năm 1941 ậ 1942 có th đ ợc xem lƠ nguyên m u đầu tiên c a turbine gió phát đi n ngƠy nay Turbine gió Smidth đầu tiên sử dụng cánh máy bay dựa trên kĩ thu t tiên ti n c a ngƠnh máy bay cùng th i VƠo cùng th i đi m đó, một

ng i Mĩ Palmer Putnam đƣ ch t o turbine gió khổng lồ cho công ty Mĩ Morgan Smith ωo., có đ ng kính 53 m Turbine gió nƠy không chỉ khác kích th ớc to lớn

mƠ kĩ thu t ch t o cũng khác bi t Kĩ thu t c a ng i Đan M ch c b n dựa trên cánh

qu t theo chiều gió đang thổi với sự điều khi n ngừng quay, ho t động t c độ ch m

Kĩ thu t c a Putnam c b n dựa trên cánh qu t theo h ớng gió thổi với bộ điều chỉnh

t c độ Tuy nhiên turbine gió c a Putnam v n ch a thƠnh công Nó đ ợc dỡ b vƠo năm 1945 ψ ng 2 s cho ta cái nhìn tổng quát về lịch sử c a turbine gió

Turbine và

n ớc s n xu t Đ ng kính

(m)

Di n tich quét (m2) Công su t

(kW)

Công

su t riêng (kW/m2)

S cánh

qu t

ωhiều cao tháp (m)

M ch 24 452 200 0.44 3 25 1957 Hutter, Đ c 34 908 100 0.11 2 22 1958

B ng 2.1 : L ịch sử turbine gió

Sau chi n tranh th giới th hai, Đan M ch Johannes Juul c i ti n kĩ thu t thi t k c a ng i Đan M ch Turbine gió c a anh ta, đ ợc đặt Gedser ậ Đan M ch,

phát 2.2 tri u kWh từ năm 1956 vƠ 1967 VƠo cùng th i đi m đó, gia đình German Hutter đƣ phát tri n một kĩ thu t thi t k mới Turbine gió gồm 2 cánh m ng bằng nhựa đón theo h ớng gió thổi c a tháp trên trục quay Turbine gió nƠy nổi ti ng về

hi u su t cao

Trái l i sự thƠnh công c a turbine gió Juul vƠ Huuter, vi c nghiên c u turbine gió công su t lớn bị ng ng sau chi n tranh th giới th hai ωhỉ có lo i turbine gió công su t nh cho h th ng công su t vùng sơu vùng xa hay s c pin lƠ còn đ ợc quan tơm Vi c kh ng ho ng giá dầu đầu những năm 1970, năng l ợng gió mới đ ợc quan tơm tr l i K t qu lƠ tƠi chính hỗ trợ cho nghiên c u vƠ phát tri n năng l ợng gió đƣ đ ợc đầu t ωác n ớc nh Đ c, Mĩ vƠ Thụy Đi n đƣ nghiên c u phiên b n turbine gió công su t lớn (vƠo kho ng megawatt) Tuy nhiên, nhiều phiên b n nƠy (xem b ng 1.3) đƣ không đáp ng đ ợc mong đợi vì nhiều v n đề kĩ thu t

Turbine vƠ n ớc

s n xu t Đ ng kính

(m)

Di n tich quét (m2) Công su t

(MW)

Gi

ho t động

ωông su t

đƣ phát (GWh)

Th i gian

ho t động Mod ậ 1, USA 60 2827 2 ¾ ¾ 1979 ậ 83 Growian, Đ c 100 7854 3 420 ¾ 1981 ậ 87 Smith ậ Putnam,

USA

53 2236 1.25 695 0.2 1941 ậ 45 WTS ậ 4, USA 78 4778 4 7200 16 1982 ậ 94 Nibe A, Đan M ch 40 1257 0.63 8414 2 1979 ậ 93 WEG LS ậ 1, GB 60 2827 3 8441 6 1987 ậ 82 Mod ậ 2, USA 91 6504 2.5 8658 15 1982 ậ 88 Nasudden I, Thụy

Đi n 75 4418 2 11400 13 1983 ậ 88 Mod ậ OA, USA 38 1141 0.2 13045 1 1977 ậ 82 Tjæreborg, Đan

M ch 61 2922 2 14175 10 1988 ậ 93 École, Canada 64 4000 3.6 19000 12 1987 ậ 93 Mod ậ 5B, USA 98 7466 3.2 20561 27 1987 ậ 92 Maglarp WTS ậ 3,

Thụy Đi n 78 4778 3 26159 34 1982 ậ 92 Nibe ψ, Đan M ch 40 1257 0.63 29400 8 1980 ậ 93 Tvind, Đan M ch 54 2290 2 50000 14 1978 ậ 93

B ng 2.2: Ho t động của các turbine gió lo i công suất lớn

2.2 Th c t i phát tri ển c aănĕngăl ng gió trên th gi i

Mục ti p theo s giới thi u cái nhìn tổng quát về hi n t i phát tri n c a năng

l ợng gió trên toƠn th giới vƠo cu i th kỉ 20 Xa h n chúng ta s tìm hi u những mô hình hỗ trợ năng l ợng gió ωái nhìn tổng quát đ ợc chia thƠnh hai phần:

 Máy phát năng l ợng gió k t n i vƠo l ới đi n

 H th ng độc l p

2.2.1) Cái nhìn t ổng quát về tr m phát năng l ợng gió kết nối vào l ới điện

Năng l ợng gió lƠ nguồn năng l ợng có kĩ thu t phát tri n nhanh nh t vƠo những năm 1990 khi xét về tỉ l phần trăm sự phát tri n công su t lắp đặt so với nguồn

kĩ thu t Tuy nhiên, sự phát tri n c a nguồn năng l ợng gió không phơn ph i đều trên toƠn th giới (dựa theo b ng đ th y rõ sự chênh l ch)

B ng2.3 : Top 10 n ớc có công suất lắp đặt tích lũy

B ng 2.4: Top 10 n ớc có công suất lắp đặt mới.

B ng 2.5: T ổng công suất năng l ợng gió lắp đặt trên toàn thế giới

B ng 2.6: Tổng công suất năng l ợng gió lắp đặt ở Châu Âu.

B ng 2.7: T ổng công suất năng l ợng gió lắp đặt ở Châu Âu

những n ớc có tổng công su t gió lớn, y u t chính trong sự phát tri n cùa năng l ợng gió đ ợc gọi lƠ thu nuôi c định cho năng l ợng gió Lo i thu nuôi c định nh v y đ ợc định nghĩa b i chính ph nh lƠ giá mua năng l ợng mƠ sự phơn

ph i địa ph ng hay công ty truyền t i ph i tr cho sự s n sinh năng l ợng tái t o

đ ợc đ a vƠo h th ng m ng Thu nuôi c định điều chỉnh gơy nguy hi m tƠi chính cho nhƠ đầu t năng l ợng gió khi giá mua năng l ợng lƠ một giá c b n c định trong kho ng t i thi u 10 đ n 15 năm

Ví dụ, Đ c, c quan năng l ợng mới (EEG ậ Renewable Energy Sources Act) xác định giá mua (thu nuôi c định) cho năng l ợng gió lắp đặt trong năm 2004 nh sau: 8.8 eurocents cho 1 kWh trong 5 năm đầu tiên vƠ 5.9 eurocents cho 1 kWh trong những năm ti p theo Hi n t i chính ph Đ c đang lƠm vi c đ thay đổi EEG vƠ giá mua năng l ợng

2.2.3) B ắc Mĩ

Năm 1998 b ớc ngoặt th hai đ ợc bắt đầu Mĩ Th i đi m nƠy, các nhƠ phát tri n dự án gió đƣ lắp đặt các dự án truớc khi Quỹ thu s n phẩm liên bang (PTω ậ Production Tax ωredit) h t hi u lực trong ngƠy 30 ậ 5 ậ 1999 PTω đƣ thêm 0.016 -

nhƠ máy năng l ợng gió Trong kho ng giữa năm 1998 vƠ ngƠy 30 ậ 5 ậ 1990, thêm

h n 800 MW nhƠ máy năng l ợng gió mới đ ợc lắp đặt Mĩ Điều nƠy bao gồm kho ng 120 cho đ n 250 MW c a sự phát tri n năng l ợng tái t o vƠi nông tr i gió ωalifornia Một sự phát tri n t ng tự x y ra vƠo cu i năm 2001, đó lƠ thêm 1600 MW vƠo kho ng giữa năm 2001 vƠ tháng 11 ậ 2001 cũng nh vƠo cu i năm 2003, với vi c thêm 1600 MW Đầu năm 2004, PTω đƣ giữ l i lần nữa vƠ sự phát tri n c a năng

l ợng gió Mĩ gi m xu ng Tuy nhiên, 9 ậ 2004 PTω đƣ hồi phục l i cho đ n cu i năm 2006 NgoƠi ωalifornia vƠ Texas, còn có những dự án lớn các bang Iowa, Minnesota, Oregon, Washington, Wyoming và Kansas Nông tr i gió cỡ lớn đầu tiên cũng vừa mới lắp đặt ωanada

B ng 2.8: Tổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006

– cuối năm 2006

B ng 2.9: T ổng công suất lắp đặt ở Canada

B ng 2.10: Tổng công suất lắp đặt ở Mĩ

ωông su t đặc tr ng c a turbine gió ψắc Mĩ vƠo cu i những năm 1990 vƠo kho ng 500 đ n 1000 kW Năm 1999, turbine megawatt đầu tiên đ ợc dựng lên vƠ từ năm 2001, nhiều dự án đƣ sử dụng turbine megawatt Tuy nhiên khi so sánh với ωhơu

Âu, nói chung kích th ớc c a nông tr i gió th ng lớn h n Thông th ng, ψắc Mĩ, nông tr i gió th ng lớn h n 50 MW, trong đó cũng có một vƠi dự án lên tới 200 MW ωhơu Âu, các dự án th ng vƠo kho ng 20 đ n 50 MW Nguyên nhơn lƠ m t độ dơn

s cao Trung tơm Âu vƠ k ti p lƠ di n tích giới h n Những h n ch nƠy đƣ d n đ n

sự phát tri n năng l ợng gió ngoƠi kh i Mĩ, các dự án ngo i kh i v n ch a đ ợc quan tâm

2.2.4) Nam và Trung Mĩ

Trái với nguồn tƠi nguyên gió dồi dƠo nhiều vùng Nam vƠ Trung Mĩ, sự phát tri n năng l ợng gió đơy r t ch m, b i vì thi u những chính sách năng l ợng gió phù hợp cũng nh giá đi n th p Nhiều dự án gió Nam Mĩ có nguồn tƠi chính hỗ trợ b i các ch ng trình trợ giúp qu c t Tuy nhiên, Argentina đƣ giới thi u chính sách mới vƠo cu i năm 1998 qua đó cung c p tƠi chính hỗ trợ nhƠ máy năng l ợng gió, nh ng thƠnh công r t ít ψrazil, thực ti n chính quyền một vƠi vùng đƣ bắt đầu cung c p thu nuôi u đƣi cho năng l ợng gió ωông su t đặc tr ng c a turbine gió vùng nƠy vƠo kho ng 300 kW Kích th ớc gió lớn h n r t khó lắp đặt do h n ch c a c s h tầng cho những thi t bị lớn (ví dụ nh cần trục) Năng l ợng gió ngoƠi kh i ch a có k

ho ch, nh ng xa h n nữa dự án nh vƠ trung bình (≤ 100 MW) đang đ ợc phát tri n trong b , đặc bi t ψrazil

B ng 2.11: T ổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối

năm 2006

2.2.5) Châu Á và Thái Bình D ơng

n Độ đƣ đ t đ ợc sự tăng tr ng n t ợng trong vi c lắp đặt turbine gió vƠo giữa những năm 1990, t o nên “Sự ki n n Độ” Năm 1992/93, chính ph n Độ đƣ bắt đầu cung c p những sự khuy n khích đặc bi t cho đầu t năng l ợng tái t o (ví dụ

nh định m c mua t i thi u đ ợc đ m b o, vƠ 100% gi m thu đ ợc phép trong năm đầu tiên c a dự án)

Trung Qu c, sự phát tri n năng l ợng gió đ ợc h ớng trội h n b i các

ch ng trình hỗ trợ qu c t , mặc dù một vƠi ch ng trình chính ph xúc ti n năng

l ợng gió (ví dụ nh ch ng trình c ỡi trên gió c a y ban k ho ch) Nh t, sự phát tri n nổi trội b i các dự án minh ch ng ki m tra với nhiều kĩ thu t turbine gió khác nhau VƠo cu i những năm 1990 dự án năng l ợng gió th ng m i đầu tiên bắt đơu

ho t động trên hòn đ o Hokkaido vƠ Okinawa, Nghiên c u năng l ợng gió liên tục phát tri n Nh t ωũng vƠo cu i những năm 1990, dự án năng l ợng gió đầu tiên đ ợc tri n khai New Zealand vƠ Úc H ớng hỗ trợ chính cho sự phát tri n năng l ợng gió

Úc lƠ mô hình ch ng nh n xanh

Trung Qu c vƠ n Độ, công su t đặc tr ng c a turbine gió vƠo kho ng 300

ậ 600 kw; tuy nhiên, vƠi turbine megawatt cũng đ ợc lắp đặt Úc, Nh t vƠ New Zealand, ch y u dùng lo i 1 ậ 1.5 MW

B ng 2.12: Tổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 –

cuối năm 2006

B ng 2.13: T ổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối

năm 2006

2.2.6 ) Trung Đông và Châu Phi

Sự phát tri n năng l ợng gió ωhơu Phi r t ch m Hầu h t các dự án yêu cầu

hỗ trợ tƠi chính từ Qu c t vƠ các tổ ch c, vƠ có giới h n vùng hỗ trợ Dự án đ ợc lên

k ho ch Ai ω p, n i c quan nhƠ n ớc cho năng l ợng mới vƠ tái t o (NREA ậ New and Renewable Energy Authority) mu n xơy dựng dự án 600 kW gần thƠnh ph Zafarana Một dự án cũng đang đ ợc lên k ho ch Morocco cũng nh Jordan (25 MW) ωông su t đặc tr ng c a turbine gió dùng trong những vùng nƠy vƠo kho ng

300 kW, nh ng cũng có k ho ch dùng turbine 500 ậ 600 kW cho những dự án t ng lai

B ng 2.14: Tổng công suất lắp đặt (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006

– cuối năm 2006

2.3 Kĩăthu t hi n t i c a turbine gió

H th ng chuy n đổi năng l ợng gió có th chia thƠnh lo i phụ thuộc vào kéo động lực vƠ lo i nơng động lực Vùng Persian (hay Trung Qu c) sớm sử dụng cánh

qu t trục đ ng theo quy tắc kéo Tuy nhiên, thi t bị lo i kéo có h s công su t r t

th p, với giá trị max đ t kho ng 0.16

Turbine gió hi n đ i dựa trên u th c a quy tắc nơng Thi t bị lo i nơng dùng cánh máy bay (cánh) t ng tác với h ớng gió đang tới Lực lƠ k t qu từ thơn máy bay

t ng tác với dòng không khí l u chuy n bao gồm không chỉ có thƠnh phần lực kéo theo h ớng trực ti p dòng l u chuy n mƠ còn có thƠnh phần lực vuông góc với h ớng kéo: lực nơng Lực nơng lƠ một bội s c a lực kéo vƠ do đó liên quan đ n năng l ợng

chắn b i cánh rotor vƠ thông qua lực đòn bẩy c a rotor, nó lƠ nguyên nhân gây momen quay cần thi t

Turbine gió theo nguyên tắc nơng động lực có th chia dựa theo h ớng c a trục quay thƠnh lo i turbine trục ngang vƠ trục đ ng Turbine trục đ ng nổi ti ng lƠ turbine Darrieus sau khi kĩ s ng i Pháp phát minh ra chúng trong những năm 1920, sử dụng trục đ ng thông th ng h i cong, cánh máy bay đ i x ng Turbine Darrieus có u

đi m lƠ chúng có th ho t động độc l p h ớng gió, hộp s vƠ c c u máy phát có th đặt d ới đ t Moment quay lớn với c i ti n, không có kh năng tự v n hƠnh t t nh thƠnh phần h n ch cho bộ đìều t c khi s c gió lớn, đơy lƠ nh ợc đi m lớn Turbine trục đ ng đ ợc phát tri n vƠ th ng m i s n xu t trong những năm 1970 cho đ n cu i những năm 1980, Turbine gió trục đ ng lớn nh t đ ợc lắp đặt ωanada ậ Ecole C có công su t 4200 kW Tuy nhiên, k cu i những năm 1980 vi c nghiên c u vƠ phát tri n turbine gió trục đ ng hầu nh ng ng trên toƠn th giới

Trục ngang, hay lo i chơn vịt, hi n t i chi m u th trong ng dụng turbine gió Một turbine gió trục ngang gồm tháp vƠ bộ máy đ ợc đặt trên tháp ψộ máy ch a máy phát, hộp s vƠ rotor Sự khác bi t về kĩ thu t lƠ bộ máy h ớng theo gió hay chuy n bộ máy ra kh i h ớng gió khi s c gió lớn turbine nh , rotor vƠ bộ máy đ ợc h ớng vƠo trong gió với đuôi chong chóng turbine lớn, rotor vƠ bộ máy tự động tr ch

h ớng vƠo trong hay ngoƠi h ớng gió, đ đáp ng tín hi u từ đuôi chóng chóng gió

Đặc tr ng turbine gió trục ngang dùng s cánh qu t khác bi t, phụ thuộc vƠo mục đích sử dụng vƠo turbine Lo i hai cánh hay ba cánh đ ợc sử dụng nhiều nh t trong máy phát đi n Turbine có 20 hay nhiều h n sử dụng đ b m n ớc S l ợng cánh rotor nh h ng gián ti p tỉ s t c độ l, lƠ tỉ s giữa t c độ cánh vƠ t c độ gió:

V R





Trong đó w: tần s quay(rad/s)

R: bán kính c a rotor(m) V: v n t c gió(m/s) Turbine gió có s cánh nhiều thì có tỉ s t c độ th p nh ng moment quay kh i động lớn Turbine gió có chỉ hai hay ba cánh có tỉ s t c độ cao nh ng moment quay

kh i động nh Những turbine nƠy có th cần đ ợc kh i động n u t c độ gió đ t trong

tầm ho t động Tuy nhiên, tỉ s t c độ cao cho phép bộ hộp s nh h n nên nhẹ h n đ

đ t t c độ cao t i trục c a máy phát

Hi n t i, turbine gió ba cánh đ ợc dùng phổ bi n trên thị tr ng cho ghép n i

l ới Lo i nƠy có u đi m lƠ moment quán tính rotor d ki m soát h n so với turbine gió lo i hai cánh H n nữa, lo i turbine ba cánh có tính th m mĩ t t h n vƠ m c độ ồn

ít h n so với lo i hai cánh Những v n đề nƠy r t quan trọng khi xem xét ng dụng turbine gió trong những vùng dơn c đông đúc

Lo i turbine gió hai cánh có u đi m trên tháp s có trọng l ợng nh h n vƠ do

đó c u trúc hỗ trợ có th xơy nhẹ h n vƠ do đó giá thƠnh liên quan s th p h n Tính thẩm mĩ vƠ m c độ ồn không quan trọng khi xét ngoƠi kh i, giá thƠnh th p lƠ điều thu hút, vì th turbine gió lo i 2 cánh đ ợc phát tri n cho thị tr ng ngoƠi kh i

Đơy lƠ b ng tổng hợp về giá thƠnh đ s n xu t ra 1 kWh đi n c a các nguồn năng l ợng khác nhau, s li u đ ợc tổng hợp vƠo năm 2006

B ng 2.15 : Giá thành s n xuất ra 1 kWh của các nguồn năng l ợng khác

nhau

CH NGă3 NĔNGăL NGăGIịăTRONGăH ăTH NGăĐI N 3.1 Đặc tính c a gió:

ωông su t c a một kh i không khí di chuy n với v n t c V qua một di n tích A

ωông su t trong gió thì tỉ l với m t độ không khí , di n tích chắn A( di n tích

c a roto tua bin gió) vƠ v n t c V l p ph ng M t độ không khí lƠ một hƠm c a áp

su t không khí vƠ nhi t độ không khí , với áp su t không khí vƠ nhi t độ không khí đều lƠ hƠm c a độ cao trên mặt n ớc bi n

 ( )z : m t độ không khí theo độ cao trên mặt n ớc bi n(kg.m-3)

 P0 : m t độ không khí tiêu chuẩn t i mặt n ớc bi n (1.225kgm-3

ωông su t trong gió lƠ tổng năng l ợng có sẵn trên một đ n vị th i gian ωông

su t trong gió đ ợc chuy n thƠnh năng l ợng quay c c a rotor tua bin gió, điều nƠy

s lƠm gi m v n t c c a kh i không khí ωông su t trong gió không th đ ợc h p thụ hoƠn toƠn bằng tua bin gió vì nh th kh i l ợng không khí s dừng l i hoƠn toƠn trong vùng chắn c a roto Điều nƠy s d n đ n sự tắt ngh n cho các kh i không khí phía sau

Định lý t i u cho vi c sử dụng công su t trong gió bằng cách gi m v n t c c a

nó đ ợc phát hi n ra đẩu tiên b i ψetz, vƠo năm 1926 Theo ψetz, công su t t i đa có

Do v y, th m chí sự h p thụ công su t không có một chút tổn hao nƠo nh ng chỉ có 59% công su t c a gió có th đ ợc sử dụng b i tuabin gió

H s chuy n đổi c a năng l ợng gió ωP : ( Định lu t ψezt)

- ωho mô hình nh sau :

Hình 3.1 : vận tốc gió khi qua cánh tuabin

v Khi đó (*) s lƠ :

Với : ½ ρAv3 lƠ năng l ợng c a kh i không khí di chuy n với v n t c lƠ v ,

Và : Cp= ½ (1+λ)(1-λ2) xem nh lƠ h s chuy n đổi c a tuabin gió( Rotor efficiency)

V y theo định lu t c a ψezt thì h s chuy n đổi t i đa c a tuabin gió lƠ ωp = 0.593 khi v d

v = 1/3

ψi u đồ c a ωPtheo λ:

Hình 3.2 : Hình v ẽ thể hiện tr ờng hợp hệ số chuyển đổi là maximun khi v d

v = 1/3

T i u hóa λ trong Wind Energy :

Gi ng nh solar energy có bộ t i u hóa công su t MPPT, thì Wind Energy cũng có điều khi n t c độ rotor sao cho công su t lƠ t i u nh t

ωông su t chuy n đổi c a năng l ợng gió :

Pb = ½ ρAv3 Cp

Nh ta đƣ bi t h s ωp phụ thuộc vƠo tip speed ratio λ, ngoƠi ra nó còn ohụ thuộc vƠo góc pitch angle θ ωông vi c điều khi n tuabin lƠ ng với từng góc θ khác nhau ta ph i điều khi n v n t c c a Rotor sao cho λ lƠ t i u (optimatiom) nh t, theo

Hình 3.5 : Hình v ẽ thể hiện opt ứng với từng góc pitch-angle khác nhau

Hình 3.3 : Bi ểu đồ thể hiện góc quay tối u với các hệ số λ khác nhau

3.2 Tình hình phát tri ểnăđi n gió Vi t Nam:

3.2 1 ) Tìm năng năng l ợng gió :

Một s nghiên c u đánh giá cho th y Vi t Nam có tiềm năng gió đ phát tri n các dự án đi n gió với quy mô lớn lƠ r t kh thi

ψ n đồ tiềm năng gió c a Ngơn hƠng Th giới8 (Worldbank, 2001) đ ợc xơy dựng cho b n n ớc trong khu vực Đông Nam Ễ (gồm: Vi t Nam, ωam-pu-chia, Lào,

vƠ Thái Lan) dựa trên ph ng pháp mô ph ng bằng mô hình s trị khí quy n Theo k t

qu từ b n đồ năng l ợng gió nƠy, tiềm năng năng l ợng gió độ cao 65 m c a Vi t Nam lƠ lớn nh t so với các n ớc khác trong khu vực, với tiềm năng năng l ợng gió lý thuy t lên đ n 513.360 MW Những khu vực đ ợc h a hẹn có tiềm năng lớn trên toƠn lƣnh thổ lƠ khu vực ven bi n vƠ cao nguyên miền nam Trung ψộ vƠ Nam ψộ Tuy

nhiên, các k t qu mô ph ng nƠy đ ợc đánh giá lƠ khá khác bi t so với k t qu tính toán dựa trên s li u quan trắc c a EVN, sự khác bi t nƠy có th lƠ do sai s tính toán

mô ph ng

Năm 2007, EVN cũng đƣ ti n hƠnh nghiên c u đánh giá tiềm năng gió, xác định các vùng thích hợp cho phát tri n đi n gió trên toƠn lƣnh thổ với công su t kỹ thu t 1.785 MW9 Trong đó miền Trung ψộ đ ợc xem lƠ có tiềm năng gió lớn nh t c

n ớc với kho ng 880 MW t p trung hai tỉnh Qu ng ψình vƠ ψình Định, ti p đ n vùng có tiềm năng th hai lƠ miền Nam Trung ψộ với công su t kho ng 855 MW, t p trung hai tỉnh Ninh Thu n vƠ ψình Thu n

NgoƠi ra, ψộ ωông th ng vƠ Ngơn hƠng Th giới (2010)11 đƣ ti n hƠnh c p

nh t thêm s li u quan trắc (đo gió 3 đi m) vƠo b n đồ tiềm năng gió độ cao 80 m cho Vi t Nam K t qu cho th y tiềm năng năng l ợng gió độ cao 80 m so với bề mặt đ t lƠ trên 2.400 MW (t c độ gió trung bình năm trên 7 m/s)

ωho đ n nay ch a có một nghiên c u đánh giá tiềm năng gió cho riêng Vi t Nam một cách sơu rộng do thi u s li u quan trắc phục vụ phát tri n đi n gió Gần đơy, trong khuôn khổ hợp tác giữa ψộ ωông th ng (MoIT) vƠ Dự án Năng l ợng Gió GIZ (Hợp tác Phát tri n Đ c GIZ) (gọi tắt, Dự án Năng l ợng Gió GIZ/MoIT), một

ch ng trình đo gió t i 10 đi m trên độ cao 80m đang đ ợc ti n hƠnh t i các tỉnh cao nguyên vƠ duyên h i Trung ψộ (đo 3 độ cao 80, 60, vƠ 40 m so với bề mặt đ t) Ễp dụng các tiêu chuẩn IEω 61400-12 trong su t quá trình đo gió, Dự án nƠy đ ợc mong đợi s cung c p dữ li u gió có tính đ i di n cho các vùng có tiềm năng gió c a Vi t Nam đ phục vụ cho phát tri n đi n gió trong th i gian tới NgoƠi ra, các báo cáo về quy trình vƠ tiêu chuẩn lắp đặt cột đo gió cũng đang đ ợc hoƠn thi n vƠ s lƠ tƠi li u tham kh o hữu ích cho các nhƠ phát tri n đi n gió nói chung

3.2.2 ) Các d ự án gió hiện nay :

ωho đ n nay, có kho ng 48 dự án đi n gió đƣ đăng ký trên toƠn bộ lƣnh thổ Vi t Nam t p trung ch y u các tỉnh miền Trung vƠ Nam bộ, với tổng công su t đăng ký gần 5.000 MW, quy mô công su t c a các dự án từ 6 MW đ n 250 MW Tuy nhiên,

hi n nay do su t đầu t c a dự án đi n gió v n còn khá cao, trong khi giá mua đi n gió

lƠ khá th p 1.614 đồng/ kWh (t ng đ ng kho ng 7,8 UScents/ kWh) theo Quy t định s 37/2011/QĐ-TTg12, cao h n 310 đồng/ kWh so với m c giá đi n bình quơn

hi n nay lƠ 1.304 đồng/ kWh, đ ợc xem lƠ ch a h p d n các nhƠ đầu t đi n gió trong

vƠ ngoƠi n ớc Do v y, cho đ n nay mới chỉ duy nh t một dự án đi n gió Xƣ ψình

Th nh, huy n Tuy Phong, tỉnh ψình Thu n lƠ hoƠn thi n giai đo n 1 (dự ki n nơng tổng công su t lên 120 MW trong giai đo n 2 từ 2011 đ n 2015), với công su t lắp đặt

30 MW (20 tuabin gió x 1,5 MW mỗi tua bin) ωh đầu t dự án lƠ ωông ty ωổ phần

Năng l ợng Tái t o Vi t Nam (Vietnam Renewable Energy Joint Stock Company - REVN)13 Tổng m c đầu t c a dự án lên đ n 1.500 tỷ đồng (t ng đ ng kho ng 75 tri u USD), các thi t bị tuabin gió sử dụng c a ωông ty Fuhrlaender Đ c Dự án chính

th c đ ợc n i lên l ới đi n qu c gia vƠo tháng 3 năm 2011 Theo nguồn tin nội bộ,

s n l ợng đi n gió năm 2011 đ t kho ng 79.000 MWh

Trên đ o Phú Quý, tỉnh ψình Thu n, dự án đi n gió lai t o với máy phát đi n diesel (diesel generator) (off-grid connection), c a Tổng ωông ty Đi n lực Dầu khí, thuộc T p đoƠn Dầu khí Vi t Nam (Petro Vietnam), có tổng công su t lƠ 9 MW (gồm

3 tuabin gió x 2 MW mỗi tuabin + 6 máy phát diesel x 0,5 MW mỗi máy phát) đƣ lắp đặt xong vƠ đang trong giai đo n n i l ới ωác tuabin gió sử dụng c a hƣng Vestas, Đan M ch Giá bán đi n đang đề xu t thông qua hợp đồng mua bán đi n với giá 13 US cents/ kWh GIá mua đi n nƠy đ ợc đánh giá lƠ h p d n do đặc thù dự án ngoƠi đ o

T ng tự, một dự án đi n gió ωôn Đ o, tỉnh ψƠ Rịa ậ Vũng TƠu do ωông ty EAψ ωHLψ Đ c lƠm ch đầu t , giá bán đi n tho thu n lƠ 25 UScents/ kWh Dự án đang chuẩn bị ti n hƠnh xơy dựng

T i tỉnh ψ c Liêu, vùng đồng bằng Sông ωửu Long một dự án đi n gió khác thuộc công ty TNHH Th ng m i vƠ Dịch vụ ωông Lý cũng đang trong giai đo n lắp đặt các tuabin gió (1 tuabin gió đƣ đ ợc lắp đặt) với công su t 16 MW trong giai đo n đầu (10 tuabin gió x 1.6 MW mỗi tuabin c a hƣng GE Mỹ) Dự ki n trong giai đo n 2

c a dự án công su t s nơng lên 120 MW (từ năm 2012 đ n đầu năm 2014)

NgoƠi ra, các dự án khác đang trong các giai đo n ti n độ khác nhau c a dự án

vƠ danh sách các dự án đi n gió đang v n hƠnh vƠ đăng ký Vi t Nam

C H NG 4

KH O SÁT CÁC LO I MÁY PHÁT GIÓ VÀ CÁC THI T B ĐI N T CÔNG

SU T TRONG TURBINES GIÓ

Turbine gió có 2 lo i :

 fixed-speed ( t c độ c định)

 variable speed ( t c độ thay đổi)

4.1.1 ) Máy phát gió lo i fixed-speed :

Lo i nƠy xu t hi n vƠo những năm đầu th p kỉ 90, turbines có đặc tính lƠ b t

ch p v n t c gió lƠ bao nhiêu thì v n t c quay c a roto v n không đổi vƠ v n t c đ ợc

ớc l ợng b i tần s cung c p cho l ới đi n, bộ gear vƠ thi t k c a máy phát

Lo i nƠy th ng sử dụng máy phát lo i c m ng(induction generator : lồng sóc(sqirrel cage) hoặc (wound rotor ) n i trực ti p với l ới đi n thông qua soft-starter

vƠ capacitor bank ( bù công su t ph n kháng(reactive power))

Đ tăng h s sử dụng ng i ta thi t k tuabin lo i nƠy ho t động 2 ch độ :

 ng với v n t c gió th p ( máy phát có 8 poles)

 ng với v n t c gió lớn ( 4-6 poles)

 Không th điều khi n đ ợc bù công su t ph n kháng(reactive power)

 Khi có một bi n động về v n t c gió ( bƣo) nó s nh h ng lên h

th ng c c a tuabin sau đó nh h ng lên l ới đi n gơy nên tình tr ng không ổn định c a l ới(với weak grid)

Ví dụ sau đơy minh họa điều đó khi t c độ gió có sự bi n đổi lớn vƠ đột ngột,

nó s gơy nên sự bi n đổi đi n áp đầu ra c a máy phát, nên ch t l ợng đi n áp cung

c p cho l ới th p, gơy nên sự m t ổn định c a l ới đi n

Hình 4.1 : D ao động điện áp đầu ra khi đầu vào là vận tốc gió thay đổi với l o máy

H th ng đi n với tuabin lo i variable-speed ph c t p h n nhiều Thông th ng với máy phát c m ng(induction) hay máy phát đồng bộ, thì h th ng nƠy k t n i với l ới đi n thông qua bộ bi n đổi công su t(power converter) ψộ nƠy có tác dụng điều khi n t c độ máy phát sao cho phù hợp với tần s c a l ới đi n khi t c

độ gió thay đổi

Hình 4 3 Điện áp đầu ra của máy phát khi đầu vào là vận tốc gió thay đổi khi sử dụng

máy phát lo i variable-speed

u điểm :

 Tăng hi u su t chuy n đổi năng l ợng gió thƠnh năng l ợng đi n

 Nơng cao ch t l ợng đi n năng.(t c độ gió thay đổi nh ng không gây ra

sự m t ổn định cho l ới: thay đổi tần s đầu ra c a máy phát)

 Gi m các tác động c lên tuabin(mechanical stress)

ωó vƠi lý do đ sử dụng ch độ v n hƠnh v n t c thay đổi c a tuabin gió Đó

lƠ có th gi m thi u sự m i c a c u trúc c khí, ti ng ồn vƠ điều khi n đ ợc công su t tác dụng vƠ công su t ph n kháng Hầu h t các hƣng s n xu t chính đang phát tri n tuabin gió lớn h n với công su t 3-5MW Những tuabin gió v n hƠnh v n t c thay đổi với điều khi n góc nghiêng sử dụng máy phát đồng bộ truyền động trực ti p (không dùng hộp s ) hoặc máy phát c m ng nguồn đôi (DFIG) Ngày nay, máy phát

c m ng nguồn đôi th ng đ ợc sử dụng trong ngƠnh công nghi p tuabin gió cho công su t lớn

ω u trúc c a máy phát c a nguồn đôi đặc bi t chỗ stator đ ợc n i trực ti p vƠo l ới trong khi dơy qu n rotor đ ợc n i qua vòng tr ợt vƠo bộ bi n đổi công su t

Hình 4.4 Tuabin gió v ận tốc thay đồi với máy phát DFIG

H th ng nƠy hi n nay r t phổ bi n lo i tuabin gió v n t c thay đổi Đó lƠ do

bộ bi n đổi công su t chỉ v n chuy n 20-30% công su t toƠn phần Vì v y tổn th t qua

bộ bi n đổi đ ợc gi m thi u so với khi toƠn bộ công su t v n chuy n qua bộ bi n đổi

vƠ gi m đ ợc song hƠi b c cao phát lên l ới NgoƠi ra giá thƠnh c a bộ bi n đổi cũng

th p h n

ψộ bi n đổi đ c gọi lƠ back-to-back converter gồm 2 bộ: bộ bi n đổi phía máy phát vƠ bộ bi n đổi phía l ới giữa chúng đặt một tụ đi n 1 chiều (dc-link capacitor)

nh một bộ tích đi n đ giữ ổn định đ n áp 1 chiều Với bộ bi n đổi phía máy phát có

th điều khi n công su t thực vƠ công su t ph n kháng phát lên l ới, trong khi nhi m

vụ chính c a bộ bi n đổi phía l ới lƠ giữ đi n áp trên tụ Dω-link lƠ 1 hằng s , ngoƠi ra

nó còn có tác dụng điều khi n công su t ph n kháng giữa l ới vƠ bộ bi n đổi công

Rẻ ti n H ăs ăcôngăsu tăgióăcao H s công su t gió cao

B ăbi năđ iăcôngăsu tă

CH NG 5 XÂYăD NGăMÔăHỊNHăMÔăPH NGăPSCADăVÀăNGHIÊNăC Uă NHăH NGă

CÁCăĐ UăN IăPHÁTăGIị

5.1 Gi i thi u v ề mô hình DFIG trong PSCAD :

S đồ kh i c a máy phát DFIG trong PSωAD

Hình 5.1 Sơ đồ máy phát mô phỏng trong PSCAD

Trong mô hình nƠy ta chọn ωp = 0.28(h s chuy n đổi công su t giữa gió và tuabin gió) , h th ng tuabin với đầu vƠo lƠ v n t c gió , đầu ra lƠ momen c TM, momen nƠy dùng đ quay máy phát DFIG, mô hình công su t c a wind turbine :

Hình 5.2 : mô hình tuabin gió

Máy đi n DFIG ho t động dựa vƠo giá trị c a momen c TM :

+ TM > 0 ho t động ch độ máy phát

+ TM < 0 ho t động ch độ động c

Máy phát với 3 ngõ vƠo , s , TM

s lƠ giá trị dùng đ xác định ch độ(mode) điều khi n c a máy phát :

+ s = 0 máy phát ho t động ch độ điều khi n v n t c, khi đó v n t c c a rotor s đ ợc giữu bằng với tín hi u

+ s = 1 máy phát ho t động ch độ điều khi n momen, khi đó momen rotor s giữu bằng với tín hi u TM

Hình 5.3 : Xác định dòng điều khiển bên rotor

- Xác định vị trí c a vector từ thông stator(góc „phis‟):

Hình 5.4 : Xác định vị trí của vector từ thông

- Xác định góc pha c a đi n áp phía rotor :

Sau khi chuy n sang h trục abc, ta có 3 dòng cần điều khi n ira_ref, irb_ref, irc_ref,

ta dùng ph ng pháp Hyteresis đ đóng cắt các khóa IGψT :

Hình 5.7: S ơ đồ đóng cắt các khóa IGBT của ph ơng pháp điều khiển Hyteresis

Mô Hình điều khi n công su t thực vƠ công su t ph n kháng trong h quy chi u dq, nh đƣ nói trên thì công su t P có th tính b i công th c :

P opt K opt.r3 với ax 3

L

v i L

 (39)

5.2 Gi i thi u v ề môăhìnhămáyăphátăkhôngăđ ng b rotor lòng sóc trong PSCAD :

S đồ kh i c a máy phát không đồng bộ rotor lòng sóc trong mô ph ng PSCAD Trong mô hình nƠy,h th ng turbine với đầu vƠo lƠ v n t c gió, đầu ra la moment c TM , moment này dùng đ quay máy phát không đồng bộ rotor lòng sóc

Mô hình tổ hợp các máy phát gió không đồng bộ rotor lòng sóc khi đ u n i vƠo

l ới đi n với đầu vƠo lƠ moment c TM

Khi h s tr ợt s ơm thì công su t c Pc có giá trị ơm , nghĩa lƠ máy l y công

su t c vƠo NgoƠi ra ta có tg < 0 nên góc pha giữa s c đi n động E2 vƠ dòng đi n I2

nằm trong kho ng 900 < <1800 , do đó công su t đi n Pđ < 0 nên máy phát phát công

su t đi n vƠo l ới

Tuy nghiên, công su t ph n kháng Q1 >0 nên máy phát v n nh n công su t

ph n kháng từ l ới vƠo nh tr ng hợp động c Do đó, khi mô ph ng PSωAd ta cần tinh toán dung l ợng bù t i đầu cực máy phát nhằm lƠm gi m công su t ph n kháng

Đ ti t ki m đi n dung th ng ng i ta s đ u tam giác, đi n dung mắc vƠo

ph i lớn h n một giá trị giới h n, khi ta tăng ω thì đi n áp đ u cực s tăng lên

Trị s đi n dung ba pha cần thi t kích từ cho máy đ t đ n đi n áp định m c lúc không t i có th tính theo công th c :

Trong đó : lƠ dòng đi n từ hóa, có th coi nh dòng đi n không t i

Khi có t i thì do đi n kháng c a t i vƠ do đi n kháng t n từ stato nên ph i tăng thêm đi n dung đ đ m b o giữ đi n áp không đổi đi n dung cần thi t bù vƠo đia65n kháng t n từ c a dơy qu n stato vƠo kho ng 25%ω0 Đi n dung bù vƠo đi n kháng c a

t i có th tình theo công th c sau :

, trong đó Q lƠ công su t ph n kháng c a t i

5.3 Nghiên c u nhăh ngăđ u n iăcácănhƠămáyăphátăgióătrênăl iăđi n :

5.3.1 ) Mô hình đấu nối các nhà máy phát gió trên l ới điện Bình Thuận:

Đƣ l p mô hình tính toán trên PSωAD với s đồ h th ng đi n EVN SPω c p

đi n áp, 220 kV va 110 kV, 22kV t i tỉnh ψình Thu n Hình 5.14 các nguồn dơy trong

hình mô t l ới đi n c p đi n áp 220 kV và 110 kV, 22kV Hình 5.15 mô t các

tr m bi n áp 220/110 kV vƠ l ới đi n 110 kV đi n hình Hình 5.16 mô t nút có các

nhƠ máy phát gió dự ki n s đ u n i vƠo

Trong mô hình mô ph ng PSωAD l ới đi n ψình Thu n ta chỉ xét các c p

đi n áp 220kV, 110kV , 22kV ψao gồm các khu vực đi n gió theo quy ho ch đ n năm

2015 nh b ng bên d ới Trong đó, ta chỉ nghiên c u nh h ng c a các nhƠ máy đi n gió đ n l ới đi n: Kh o sát h th ng đi n gió khi v n hƠnh ch độ bình th ng :

Biểu đồ công suất, dòng điện, điện áp; nh h ởng của sự thay đổi tốc độ gió; Sự nhấp nháy điện áp, Bù công suất ph n kháng , Kh o sát h th ng đi n gió khi v n hƠnh

ch độ sự c : Kh o sát nh h ởng của nhà máy gió đến độ ổn định hệ thống khi xẩy

ra sự cố ngắn m ch trên l ới

STT Tênăd ̣ăan

Công suơt

Sôăl ̣ngă Đi ̣nhăm c TổngăMvarăbu TổngăMW