Ứng dụng hiệu quả năng lượng tái tạo

Tích hợp điện gió vào lưới điện Hiện tại điện gió vẫn chiếm một tỷ trọng nhỏ về nguồn phát, nên tác động của nó lên sự vận hành của lưới điện là nhỏ  Nhưng khi điện gió phát triển tron

408004 Năng lượng tái tạo

Giảng viên: TS Nguyễn Quang Nam

2013 – 2014, HK1

http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php

Ch 6: Ứng dụng hiệu quả NLTT

6.3 Một số vấn đề kỹ thuật về điện gió

 Tích hợp điện gió vào lưới điện

Tích hợp điện gió vào lưới điện

 Hiện tại điện gió vẫn chiếm một tỷ trọng nhỏ về nguồn phát, nên tác động của nó lên sự vận hành của lưới

điện là nhỏ

 Nhưng khi điện gió phát triển (trong tương lai không

xa), nó sẽ có ảnh hưởng lớn hơn, thậm chí chiếm ưu thế đối với sự vận hành của lưới điện

 Điện gió gây ảnh hưởng đến sự vận hành của lưới điện

từ tính ổn định quá độ đến dòng công suất trong trạng thái xác lập

Tích hợp điện gió vào lưới điện

 Một vấn đề cơ bản liên quan đến các hệ thống dùng “nhiên liệu miễn phí” như gió là việc vận hành với một mức dự trữ đòi hỏi phải để lại một phần năng lượng miễn phí.

– Một vấn đề tương tự đã tồn tại với năng lượng hạt nhân, với nhiên liệu hóa thạch thường đóng vai trò dự trữ

 Vì ngõ ra của tuabin gió có thể thay đổi theo lũy thừa ba của vận tốc gió, dưới các điều kiện nhất định thì một sự sụt giảm tốc độ vừa phải có thể gây ra một tổn thất lớn về công suất phát ra.

– Sự thiếu hụt dự trữ hóa thạch có thể làm vấn đề trầm trọng hơn

Điện gió và dòng công suất

 Công cụ phân tích hệ thống điện phổ biến nhất là phân

bố công suất (còn gọi là phân bố tải)

– phân bố công suất xác định công suất truyền như thế nào

trong lưới điện

– cũng dùng để xác định tất cả điện áp và dòng điện

– vì các mô hình công suất hằng, phân bố công suất là một kỹ thuật phân tích phi tuyến

– phân bố công suất là công cụ phân tích xác lập

– cũng có thể được dùng để lập kế hoạch cho các nguồn phát

Ví dụ phân bố công suất 5 bus

400 MVA

15 kV

400 MVA 15/345 kV

T1

T2

800 MVA 345/15 kV

Single-line diagram

Thay đổi nguồn phát và slack bus

 Phân bố công suất là công cụ phân tích xác lập, do đó giả thiết là tổng công suất tải và tổn thất luôn bằng với tổng công suất phát

• Sự khác biệt về nguồn phát xảy ra ở slack bus

 Khi nghiên cứu thay đổi nguồn phát dựa vào phân bố công suất cần luôn luôn hiểu rõ nơi đặt nguồn phát

• Các phương án phổ biến là slack bus của hệ thống,

phân bố trên các máy phát dựa vào hệ số thâm nhập hay kinh tế

Công nghệ mới trong điện gió

– Công nghệ tốc độ thay đổi – tăng hiệu suất 5% – Dễ điều khiển phân bố công suất tác dụng và phản kháng

– Rôto đóng vai trò bánh đà (trữ năng lượng)

– Không có vấn đề chập chờn điện áp

– Chi phí cao hơn (phần điện tử công suất chiếm 7% giá thành)

Máy phát KĐB nguồn kép (DFIG)

http://www.windsimulators.co.uk/images/DFIG.gif

Tuabin vận tốc thay đổi với DFIG

 Bộ biến đổi cấp nguồn cho dây quấn rôto

 Dây quấn stato nối trực tiếp vào lưới

 Bộ biến

đổi nhỏ

 Giá

thành thấp

Turbin tốc độ bán biến thiên đơn giản hóa

 Điện trở của rô to của máy phát không đồng bộ lồng sóc

được thay đổi tức thời nhờ mạch điện tử công suất tốc độ cao

Tốc độ biến thiên bằng bộ biến đổi đủ công suất

 Cách ly khỏi lưới điện Truyền năng lượng

Điều khiển công suất tác dụng và phản kháng, điều khiển méo dạng họa tần toàn phần

Mạch kích điều khiển mômen máy phát, dùng giải thuật điều khiển vectơ

Bộ chỉnh lưu và băm xung

Băm xung tăng áp được dùng để biến đổi điện áp chỉnh lưu phù hợp

Các tiêu chuẩn kết nối lưới cho trang trại gió

Khả năng lướt qua sự cố điện áp của tuabin gió

a Tuabin nên nối lưới thường trực và đóng góp cho lưới

trong trường hợp có nhiễu loạn như sụt điện áp.

b Trang trại gió nên phát điện giống như các nhà máy

điện truyền thống, cung cấp công suất tác dụng và phản kháng để phục hồi tần số và điện áp, ngay sau khi xuất hiện sự cố.

Các yêu cầu

Các yêu cầu CLĐN cho các tuabin gió hòa lưới

 Chập chờn điện áp + liên họa tần liên họa tần

 Dự thảo tiêu chuẩn IEC-61400-21 đối với

“Các yêu cầu về chất lượng điện năng cho các tuabin gió hòa lưới”

Tiêu chuẩn IEC-61400-21

1 Phân tích chập chờn điện áp

2 Vận hành chuyển mạch Quá độ điện áp và

dòng điện.

3 Phân tích họa tần (FFT) – cửa sổ hình chữ

nhật 8 chu kỳ tần số cơ bản THD đến họa tần bậc 50.

3 Để có được biên độ đúng của các thành phần tần số,

xác định chiều rộng cửa sổ theo IEC 61000-4-7

4 Tần số chuyển mạch của bộ nghịch lưu không phải là

hằng số

5 Có thể không phải là bội số của 50 Hz

Các công nghệ truyền dẫn tương lai

 Lắp đặt ngoài khơi.

Truyền tải AC cao áp (HVAC)

Truyền tải DC cao áp (HVDC)

Kinh tế hơn khi >100 km và công suất 200-900 MW

1) Tần số ở hai đầu độc lập nhau

2) Khoảng cách truyền bằng dc không bị ảnh hưởng bởi dòng điện điện dung của cáp

3) Vị trí lắp đặt ngoài khơi được cách ly đối với nhiễu

loạn trên đất liền

4) Phân bố công suất hoàn toàn xác định và điều khiển được

5) Tổn thất công suất trên cáp là thấp

HVDC dựa trên SVC

HVDC Light – HVDC Plus

Một số ưu điểm – điều khiển công suất linh hoạt,

Các sơ đồ biến đổi trung thế công suất lớn

• Bộ biến đổi đa bậc

1) Cấu hình đa bậc có diode kẹp

2) Cấu hình đa bậc với kết nối khóa hai chiều

3) Cấu hình đa bậc với tụ điện thả nổi

4) Cấu hình đa bậc với nhiều bộ nghịch lưu ba pha5) Cấu hình đa bậc với các cầu H 1 pha nối tầng

Bộ biến đổi đa bậc back-to-back kết lưới trực tiếp

Máy phát NCVC tốc độ thấp

power-electronic building block (PEBB)

Công nghệ truyền động trực tiếp tuabin gió

 Giảm kích thước

 Chi phí lắp đặt và bảo trì thấp hơn

 Phương pháp điều khiển linh hoạt

 Đáp ứng nhanh với dao động của gió và phụ tải

 Các máy dùng từ

thông hướng trục

Công nghệ trữ năng tương lai cho trang trại gió

Ắc-quy kẽm brôm

 Suất năng lượng cao so với

ắc-quy chì axit

• Tuổi thọ cao, > 2000 chu kỳ

• Không giới hạn th/gian bảo quản

• Dải dung lượng rộng từ 10kWh

đến trên 500kWh

• Khả năng tích năng lượng từ bất

kỳ nguồn phát điện nào

Công nghệ trữ năng tương lai cho trang trại gió

Ắc-quy kẽm brôm