Phân tích ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến chất lượng điện năng trong hệ thống điện

CSTD CSPK Công suất phản kháng Công suất tác dụng NT Năng lượng sinh khối Nhà máy thuỷ điện nhỏ Nậm Tục TBA TG Trạm biến áp trung gian TĐN Thủy điện nhỏ... Định nghĩa nguồn điện phân tán

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện

Hà Nội – 2011

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt

Hà Nội – 2011

luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác

Hà Nội, tháng 9 năm 2011 Tác giả luận văn

Vũ Hoàng Đạo

nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô, các bạn bè và đồng nghiệp

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt, người đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn Tác giả cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình dạy bảo cho tôi có được như ngày hôm nay

Do kiến thức còn hạn chế nên bản luận văn khó có thể tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện và những người quan tâm

Xin chân thành cám ơn!

Tác giả

Vũ Hoàng Đạo

Bảng 3.1 Các loại phụ tải điển hình

Bảng 3.2 Công suất định mức các phụ tải điện

Bảng 3.3 Trị số điện áp tại các nút trong chế độ lưới điện vận hành điển hình, phụ tải

Bảng 3.7 Trị số điện áp các nút sau khi cắt đường dây 377

Bảng 3.8 Trị số các hố điện áp khi cắt hệ thống đột ngột không có sa thải phụ tải

Bảng 3.9 Chênh lệch công suất kịch bản 2.1 - phụ tải dân cư

Bảng 3.10 Chênh lệch công suất kịch bản 2.1 - phụ tải công nghiệp

Bảng 3.11 Các hố điện áp khi tách đảo không có sa thải phụ tải và mức độ chênh lệch công suất nhỏ hơn 30%

Bảng 3.12 Chênh lệch công suất kịch bản 2.2 - phụ tải dân cư

Bảng 3.13 Chênh lệch công suất kịch bản 2.2 - phụ tải công nghiệp

Bảng 3.14 Chênh lệch công suất kịch bản 2.3 - phụ tải dân cư

Bảng 3.15 Chênh lệch công suất kịch bản 2.3 - phụ tải công nghiệp

Bảng 3.16 Lựa chọn thời gian trễ của thuật toán điều khiển

Bảng 3.17 Thứ tự ưu tiên các phụ tải trong chế độ khởi động đen

Bảng 3.18 Trị số cụm phụ tải đã chia nhỏ

Hình 1.2 Máy phát điện diesel

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của Tua-bin khí

Hình 1.4 Pin nhiên liệu

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống quang điện

Hình 1.6 Cấu tạo tua-bin gió

Hình 1.7 Mô hình thủy diện nhỏ

Hình 1.8 Công nghệ xây đập giữ nước

Hình 1.9 Hệ thống máy phát tua-bin thủy triều

Hình 1.10 Chu trình năng lượng năng lượng sinh khối

Hình 2.1 Sét đánh gây ra quá độ xung trong hệ thống

Hình 2.2 Quá độ dao động do đóng tụ điện vào hệ thống

Hình 2.3 Quá độ dao động tần số thấp khi đóng tụ điện vào hệ thống Hình 2.4 Quá độ dao động tần số thấp khi đóng máy biến áp không tải Hình 2.5 Các dạng biến đổi thời gian ngắn theo thời gian tồn tại Hình 2.6 Ngắt điện khi sự cố và có sự tự đóng lại

Hình 2.7 Sụt áp khi xảy ra sự cố chạm đất 1 pha

Hình 2.8 Sụt áp sinh ra khi khởi động động cơ

Hình 2.9 Tăng áp do sự cố ngắn mạch 1 pha

Hình 2.10 Dạng sóng quá điện áp

Hình 2.11 Hình ảnh về mất cân bằng điện áp

Hình 2.12 Dạng dòng điện và phổ hài cấp của bộ điều tốc

Hình 2.13 Phụ hài sinh ra do hoạt động của các bộ biến đổi

Hình 2.14 Dao động điện áp sinh ra do lò hồ quang điện

Hình 2.15 Các phương thức kết nối DG với lưới điện

Hình 2.18 Tổn thất công suất tác dụng với mức thâm nhập khác nhau của DG Hình 2.19 Sụt điện áp với mức thâm nhập khác nhau của DG

Hình 2.20 Biểu đồ điện áp khi xảy ra sự cố ngắn mạch

Hình 2.21 Mô hình máy phát tuabin gió nối lưới và biểu đồ pha điện áp

Hình 2.22 Sự dao động của các đại lượng máy phát điện gió

Hình 2.23 Công suất tác dụng phát ra theo công suất phản kháng hấp thụ

Hình 2.24 Đặc tính chập chờn điện áp theo tiêu chuẩn IEC 60868

Hình 2.25 Đường công suất thực nghiệm trong chế độ vận hành bình thường Hình 2.26 Đặc tính P và Q của tuabin gió công suất 600kW

Hình 2.27 Điện áp của tuabin gió lúc khởi động

Hình 2.28 Đặc tính điều chỉnh tần số

Hinh 2.29 Đặc tính điều chỉnh điện áp

Hình 3.1 Sơ đồ lưới điện phân phối phía 35kV sau trạm 110kV Nghĩa Lộ E12.2 Hình 3.2 Giao diện chương trình PSCAD/EMTDC

Hình 3.3 Mô hình lưới hệ thống

Hình 3.4 Mô hình nguồn thuỷ điện nhỏ

Hình 3.5 Mô hình máy biến áp

Hình 3.6 Mô hình dây dẫn

Hình 3.7 Mô hình phụ tải điện

Hình 3.8 Mô hình máy cắt điện

Hình 3.9 Mô hình bộ kích từ

Hình 3.10 Mô hình bộ điều tốc

Hình 3.11 Sơ đồ mô phỏng lưới điện trên giao diện PSCAD/EMTDC

Hình 3.12 Sơ đồ khối điều khiển vận hành lưới

Hình 3.13 Phản ứng của lưới địa phương khi ngắn mạch trên đường dây 377

Hình 3.16 Phản ứng của lưới địa phương khi tách đảo có mức chênh lệch công suất nhỏ - đặc tính tải khu dân cư

Hình 3.17 Phản ứng của lưới địa phương khi tách đảo có mức chênh lệch công suất nhỏ - đặc tính tải khu công nghiệp

Hình 3.18 Phản ứng của lưới địa phương khi tách đảo có mức chênh lệch công suất trung bình - đặc tính tải khu dân cư

Hình 3.19 Phản ứng của lưới địa phương khi tách đảo có mức chênh lệch công suất trung bình - đặc tính tải khu công nghiệp

Hình 3.20 Phản ứng của lưới địa phương khi tách đảo có mức chênh lệch công suất lớn - đặc tính tải khu dân cư

Hình 3.21 Phản ứng của lưới địa phương khi tách đảo có mức chênh lệch công suất lớn - đặc tính tải khu công nghiệp

Hình 3.22 Sơ đồ thuật toán sa thải phụ tải

Hình 3.23 Đồ thị điện áp và tần số của lưới điện khi thời gian trễ lớn (t=10s)

Hình 3.24 Đồ thị điện áp và tần số của lưới điện khi thời gian trễ nhỏ (t=0.1s)

Hình 3.25 Phản ứng của lưới địa phương với thời gian trễ cho trong bảng 3.16

Hình 3.26 Khởi động đen khi đóng cụm phụ tải 10% sau mỗi 30 giây

Hình 3.27 Khởi động đen khi đóng cụm phụ tải 10% sau mỗi 60 giây

Hình 3.28 Khởi động đen khi đóng cụm phụ tải 5% sau mỗi 30 giây

CSTD

CSPK

Công suất phản kháng Công suất tác dụng

NT Năng lượng sinh khối Nhà máy thuỷ điện nhỏ Nậm Tục

TBA TG Trạm biến áp trung gian

TĐN Thủy điện nhỏ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 3 

1.1.  Nguồn điện phân tán (DG) 3 

1.1.1   Định nghĩa nguồn điện phân tán 3  

1.1.2   Ảnh hưởng tích cực của nguồn phân tán 3  

1.1.3   Hạn chế của nguồn phân tán 4  

1.1.4   Phân loại nguồn phân tán 4  

1.1.5   Kết luận 18  

1.2.  Tiềm năng các nguồn năng lượng phân tán 18 

1.2.1   Tiềm năng năng lượng gió 18  

1.2.2   Tiềm năng năng lượng mặt trời 21  

1.2.3   Tiềm năng năng lượng thủy điện nhỏ 23  

1.2.4   Tiềm năng năng lượng sinh khối 26  

1.2.5   Kết luận 28  

1.3.  Kết luận chương 28 

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 29 

2.1.  Chất lượng điện năng (CLĐN) 29 

2.1.1   Tổng quan về CLĐN 29  

2.1.2   Định nghĩa chất lượng điện năng 30  

2.1.3   Phân loại các hiện tượng chất lượng điện năng 32  

2.1.4   Mô tả các hiện tượng chất lượng điện năng 34  

2.1.5   Kết luận 51  

2.2.  Ảnh hưởng của nguồn phân tán lên CLĐN 51 

2.2.1   Ảnh hưởng chung của DG khi đấu nối vào hệ thống điện 51  

2.2.2   Thay đổi điện áp các nút trên tuyến đường dây 53  

2.2.3   Thay đổi tổn thất công suất 55  

2.2.4   Suy giảm điện áp khi có sự cố ngắn mạch gần đầu cực máy phát 57  

2.2.5   Dao động điện áp và hiện tượng chập chờn điện áp 58  

2.2.6   Các vấn đề về tách đảo 65  

2.2.7   Kết luận 70  

2.3.  Kết luận chương 71 

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN NHỎ NẬM ĐÔNG VÀ NẬM TỤC ĐẾN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC 72 

3.1.  Giới thiệu về lưới điện khảo sát 72 

3.1.1   Sơ đồ lưới điện 72  

3.1.2   Các thông số chính trong lưới điện 72  

3.2.  Mô phỏng lưới điện 73 

3.2.1   Phần mềm PSCAD/EMTDC 73  

3.2.2   Các giả thiết khi mô phỏng 74  

3.2.3   Mô phỏng các phần tử 75  

3.2.4   Sơ đồ mô phỏng lưới điện 79  

3.3.  Phân tích ảnh hưởng của thuỷ điện nhỏ Nậm Đông và Nậm Tục đến lưới điện địa phương 83 

3.3.1   Chế độ vận hành lưới điện khu vực được kết nối với hệ thống 83  

3.3.2   Chế độ tách đảo (islanding) 91  

3.3.3   Chế độ khởi động đen lưới điện khu vực (black start) 105  

3.3.4   Kết luận 111  

3.4.  Kết luận chương 112 

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113 

4.1.  Kết luận, hướng phát triển của đề tài 113 

4.2.  Kiến nghị 114 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

1.1 Nguồn điện phân tán (DG)

1.1.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nhiều công nghệ mới,

nhiều loại nguồn điện phân tán đã được ứng dụng thành công Nhu cầu về năng

lượng tăng cao, các vấn đề bất cập từ việc phát triển nguồn năng lượng truyền

thống, cũng như những ưu điểm của nguồn điện phân tán, đang là động lực thúc đẩy

sự phát triển mạnh mẽ của các DG

Trong các tài liệu khác nhau, nhiều thuật ngữ và tên gọi khác nhau được sử

dụng để định nghĩa nguồn phân tán Các tên gọi thường được sử dụng là: “nguồn

phát nhúng vào - Embedded Generation”, “nguồn phát phân tán - Distributed

Generation (hay Dispersed Generation)”, “nguồn phi tập trung - Decentralized

Generation” Tuy nhiên, nói chung, nguồn phân tán có thể được hiểu như là một

nguồn phát điện với quy mô nhỏ, đấu nối vào hệ thống lưới điện phân phối

Trong luận văn này định nghĩa nguồn phân tán như định nghĩa trong tiêu

chuẩn IEEE 1547: “Nguồn phân tán là loại nguồn kết nối trực tiếp tới hệ thống phân

phối Nguồn phân tán bao gồm máy phát điện và các công nghệ dự trữ năng lượng –

Distributed Resource: sources of electric power that are not directly connected to a

bulk power transmisstion system Distributed Resource includes both generators

and energy storage technologies”

1.1.2 Ảnh hưởng tích cực của nguồn phân tán

Hiện nay, các nguồn điện phân tán ngày càng được phát triển mạnh mẽ do rất

nhiều ảnh hưởng tích cực của nó Trong tài liệu [3], [4] đã nêu ra một số các lợi ích

của nguồn phân tán khi tham gia vào lưới điện Bên cạnh đó, DG còn có nhiều ưu

điểm khác như:

phân phối khi có sự tăng trưởng của phụ tải

• Có thể tham gia phủ đỉnh, làm giảm yêu cầu công suất đỉnh từ hệ thống,

tăng hiệu quả sử dụng năng lượng

truyền tải, nâng cao chất lượng điện áp và tăng lợi ích về kinh tế

sâu vùng xa, miền núi, hải đảo

ứng nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường trong sạch hơn

1.1.3 Hạn chế của nguồn phân tán

Bên cạnh những ảnh hưởng tích cực, việc phát triển nguồn điện phân tán

cũng có nhiều những hạn chế điển hình như được trình bày trong [4] Ngoài ra, sự

tham gia của DG vào lưới cũng gây ra các ảnh hưởng khác như:

thể làm cho các điện áp bị hạ thấp dẫn tới ảnh hưởng đến các phụ tải nhạy

cảm và trục trặc của rơle bảo vệ

lưới điện phân phối hiện có

muốn

1.1.4 Phân loại nguồn phân tán

Nguồn phân tán (DG) có thể được xem xét và phân loại dưới nhiều góc độ

khác nhau, như: cấp điện áp kết nối, công suất, và công nghệ phát điện Kỹ thuật tạo

ra DG có thể được phân thành các loại chính là máy phát điện diesel (diesel

generators), máy phát tua-bin khí (gas turbine), pin nhiên liệu (fuel cells), pin quang

điện (photovoltaics), nguồn gió (wind Farm), tổ hợp nhiệt–điện CHP (combined

heat and power ), năng lượng sinh khối (Biomass); thủy điện nhỏ; năng lượng thủy

triều; động cơ stirling;

Hình 1.1 Nguồn phát điện hiện tại và trong tương lai

1.1.4.1 Máy phát điện Diesel (diesel generators)

Một máy phát điện - động cơ nổ là tổ hợp một máy phát điện và một động cơ

nổ kéo nó thành một khối thiết bị Tổ hợp này có khi được gọi là bộ máy phát điện -

động cơ (engine-generator set) hoặc bộ máy phát (gen-set) Trong nhiều ngữ cảnh

khác nhau, người ta có thể quên đi cái động cơ nổ, mà chỉ gọi đơn thuần cả tổ hợp

là máy phát điện (generator) Thành phần cấu tạo chính của máy phát điện diesel

bao gồm cửa không khí (air intake), buồng nén (compressor), buồng đốt

(combustor), tua-bin (turbine), (recuperator), cửa xả (exhaust outlet), và phần phát

điện (generator)

Hình 1.2 Máy phát điện diesel Máy phát điện diesel thông thường sử dụng động cơ đốt trong 4 thì và hoạt

động trong 4 chu kỳ khép kín, chạy bằng nhiên liệu là dầu diesel hoặc khí ga tự

nhiên Động cơ chuyển năng lượng từ nhiên liệu đầu vào thành động năng, quay ro

to, cấp năng lượng cơ cho máy phát, máy phát nhận công suất cơ chuyển thành

công suất điện và phát điện

Hiện nay, loại máy phát điện này được sử dụng rất rộng rãi với công suất

nằm trong khoảng từ 3-1500kVA

* Ưu điểm của máy phát điện diesel:

- Chi phí chế tạo thấp và bảo dưỡng đơn giản

- Các máy công suất nhỏ và trung bình có độ lưu động cao

* Nhược điểm của máy phát điện diesel:

- Gây ô nhiễm môi trường, ồn ào và rung động

như PNL và tua-bin nhỏ

1.1.4.2 Tua-bin khí (gas turbine)

Công nghệ tua-bin khí là những tua-bin nhỏ có động cơ sử dụng nhiên liệu

khí sinh học, khí ga tự nhiên, khí đốt và dầu lửa

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của Tua-bin khí Tua-bin khí là một động cơ nhiệt, biến đổi nhiệt năng thành cơ năng Không

khí được hút vào và nén lên áp suất cao nhờ một máy nén Nhiên liệu cùng với

không khí này sẽ được đưa vào buồng đốt để đốt cháy Khí cháy sau khi ra khỏi

buồng đốt sẽ được đưa vào quay tua-bin Năng lượng cơ học của tua-bin một phần

sẽ được đưa về quay máy nén, một phần khác đưa ra quay tải ngoài, như cách quạt,

máy phát điện Khi đầu phía tua-bin được nối với máy phát điện trực tiếp hoặc qua

bộ giảm tốc, ta sẽ có máy phát điện tua-bin khí

Có các loại tua-bin nhỏ khác nhau hoạt động như tua-bin khí và tua-bin đốt

Tua-bin khí luôn được sử dụng trên 1MW nhưng ngày nay chúng ta có thể sử dụng

module nhỏ hơn với công suất từ 20kW đến 500kW

* Ưu điểm của tua-bin khí:

- Chi phí đầu tư thấp và giá thành thấp so với một số công nghệ nguồn

phân tán khác

* Nhược điểm của tua-bin khí:

1.1.4.3 Pin nhiên liệu (fuel cells)

Hình 1.4 Pin nhiên liệu PNL là một thiết bị điện hoá mà trong đó biến đổi hoá năng thành điện năng

dụng của chất xúc tác, thường là các màng platin nguyên chất hoặc hỗn hợp platin,

hoặc các chất điện phân như kiềm, muối cacbonat, oxit rắn

Các hệ thống PNL được phân loại theo nhiều cách Có thể phân loại theo

nhiệt độ hoạt động; theo loại các chất tham gia phản ứng; theo điện cực Ngày nay,

thông dụng nhất là phân loại theo các chất điện phân Theo cách này, PNL có 6 loại

chính: AFC (Alkaline Fuel Cell - tế bào nhiên liệu kiềm); PEMFC (Proton

Exchange Membrane Fuel Cell - trao đổi hạt nhân qua mạng lọc); PAFC

(Phosphoric Acid Fuel Cell - tế bào nhiên liệu axit phosphoric); MCFC (Molten

Carbonate Fuel Cell - tế bào nhiên liệu carbonat nóng chảy); SOFC (Solid Oxide

Fuel Cell - tế bào nhiên liệu oxit rắn); DMFC (Direct Methanol Fuel Cell - tế bào

nhiên liệu methanol trực tiếp)

* Ưu điểm của PNL:

- Hiệu suất cao hơn so với các nguồn phát thông thường (hiệu suất vào

khoảng từ 40% đến 70%)

- Không gây ồn ào và không gây ô nhiễm môi trường

* Nhược điểm của PNL:

- Cần dòng điện tử trên bề mặt để điều chỉnh điện áp ra

1.1.4.4 Quang điện (photovoltaic systems)

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống quang điện Quang điện là cục pin hình vuông hoặc hình tròn, được làm bằng chất lỏng

tinh thể silicone Những cục pin này được kết nối với nhau thành module hoặc

panel và các module này được kết nối thành một hàng để tạo ra năng lượng cần

thiết Những cục pin này hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời, ở đấy lượng tử

ánh sáng tác động đến dòng electron biến đổi thành điện năng Thông thường một

dẫy pin cung cấp khoảng 12V, công suất 20W-100kW

* Ưu điểm của quang điện:

- Không mất tiền mua nhiên liệu và bảo dưỡng

- Không gây ô nhiễm

- Độ bền cao và đáng tin cậy

* Nhược điểm quang điện:

- Hiệu quả thấp (trong phòng thí nghiệm đạt 24% và trong thực tế đạt 10%)

- Chí phí ban đầu cao

- Đòi hỏi phải có nơi lưu trữ và chuyển đổi thiết bị

- Công suất thấp

- Phụ thuộc vào thời tiết và điều kiện địa lý

1.1.4.5 Tua-bin gió (wind turbine)

Gió là một dạng năng lượng tái tạo có tiềm năng rất lớn trên thế giới Năng

lượng gió thay đổi tuỳ thuộc vào địa hình trái đất, luồng nước, cây cối, Con người

sử dụng năng lượng gió cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó có mục đích phát

điện thông qua các tua-bin gió

Hình 1.6 Cấu tạo tua-bin gió Cấu tạo của tua-bin gió bao gồm: Bộ đo lường (anemometer) - đo tốc độ gió

và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển; Cánh quạt (blades) - gió thổi qua các

cánh quạt làm cho các cánh quạt quay; Bộ hãm (brake) - dùng để dừng rotor trong

tình trạng khẩn cấp; Bộ điều khiển (controller) - khởi động động hoặc tắt động cơ

ứng với các vận tốc gió khác nhau nhằm tránh phát nóng động cơ; Hộp số (gear

box) - là một phần của bộ động cơ và tua-bin gió; Máy phát (generator) - phát ra

điện; Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao (high speed shaft); Trục quay tốc

độ thấp (low speed shaft); Vỏ (nacelle) - Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ

được dặt trên đỉnh trụ; Bước răng (pitch); Trục quay (rotor); Tháp (tower) - được

làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép; Van gió (wind vane) - để xử lý

hướng gió và liên lạc với "yaw drive" để định hướng tua-bin gió; Truyền động lệch

(yaw drive) - Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự

thay đổi hướng gió; Mô-tơ lệch (yaw motor) - Động cơ cung cấp cho "yaw drive"

định được hướng gió

Công suất tua-bin gió 5kW đến vài MW, để có những tua-bin lớn hơn thì tập

hợp thành một nhóm các tua-bin gió với nhau trong một trại gió và nó sẽ cung cấp

năng lượng lớn hơn cho lưới điện

Loại máy phát điện phổ dụng nhất được áp dụng cho tổ tua-bin – máy phát

điện gió là máy phát không đồng bộ Trong trường hợp máy phát được nối trực tiếp

với tua-bin thì cần trang bị một bộ khởi động mềm để giảm thiểu dòng khởi động

của máy phát Tuy vậy, nối trực tiếp máy phát có thể làm cho mức độ dao động điện

tăng lên do sự biến đổi của dòng công suất tác dụng

Gần đây, công nghệ nghịch lưu hiện đại đã được áp dụng trong các hệ thống

điều chỉnh tốc độ và công suất đầu ra có thể được giữ gần như không đổi so với sự

thay đổi tốc độ gió

Công suất cơ lấy ra từ tua-bin gió phụ thuộc vào diện tích quét của cánh quạt

và tỉ lệ bậc ba với tốc độ gió, theo công thức sau:

3

2

1

V A C

* Ưu điểm của tua-bin gió:

- Không cần nạp nhiên liệu

- Không gây ô nhiễm môi trường

- Phù hợp lắp đặt cho các khu vực vùng sâu, vùng xa

* Nhược điểm của tua-bin gió:

- Phụ thuộc vào thời tiết và điều kiện địa lý

1.1.4.6 Thủy điện nhỏ (small hydro turbines)

Hình 1.7 Mô hình thủy diện nhỏ TĐN chủ yếu là loại thủy điện lợi dụng trực tiếp dòng chảy, không tạo thành

hồ chứa hoặc hồ chứa dung tích rất nhỏ Loại thủy điện này thường bao gồm các

đập nhỏ và hầu như không gây ảnh hưởng đến môi trường TĐN thường được thiết

kế với cột nước thấp, nằm trên những dòng sông nhỏ với độ dốc không lớn lắm, có

thể sử dụng toàn bộ hoặc một phần lưu lượng của dòng sông Như trên hình 1.7,

nước được lấy vào qua cửa lấy nước (intake), đi qua ống dẫn nước (penstock) vào

làm quay tua-bin (turbine) rồi chảy xuống hạ lưu song (river) Tại nhà máy điện

(powerhouse), khi tua-bin quay, máy phát (generator) phát ra điện và điện được

truyền dẫn lên lưới qua hệ thống đường dây (power lines)

Đặc điểm của TĐN là công suất ở mỗi thời điểm phụ thuộc vào lưu lượng

nước thiên nhiên, hầu như không đổi trong phạm vi một ngày đêm Vì vậy công

suất cả trạm TĐN trong phạm vi một ngày đêm có thể xem là cố định và luôn làm

việc ở phần gốc của đồ thị phụ tải Do không có khả năng điều tiết nên công suất

thiết kế và công suất đảm bảo của TĐN cố định trong ngày đêm, nhưng trong những

ngày khác nhau thì khác nhau theo điều kiện thủy văn

Công suất của trạm TĐN xác định theo biểu thức:

(kW) 81

,

H là chiều cao cột nước (m)

Do tính đa dạng của TĐN và đáp ứng nhu cầu sử dụng TĐN của nhiều loại

đối tượng khác nhau, và tùy thuộc vào qui mô công suất, TĐN cũng được phân

thành 3 loại: thủy điện nhỏ (small hydropower), thủy điện mini (mini hydropower,

thủy điện cực nhỏ (micro hydropower)

Ở Việt Nam, TĐN tập trung chủ yếu ở các vùng núi phía Bắc, miền Trung và

Tây Nguyên, rất thuận lợi cho quá trình Điện khí hóa nông thôn, đặc biệt là các khu

vực xa lưới điện có mật độ phụ tải nhỏ

* Ưu điểm của TĐN:

- Chi phí nhân công thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hóa cao và có

ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường

- Nhà máy thủy điện có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện

- Lợi ích lớn nhất của thủy điện là hạn chế giá thành nhiên liệu Các nhà máy

thủy điện không phải chịu tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí tự

nhiên hay than đá và không cần phải nhập nhiên liệu

* Nhược điểm của TĐN:

- Ảnh hưởng đến cân bằng sinh thái

- Sự phát điện của nhà máy điện cũng có thể ảnh hưởng đến môi trường của

dòng sông bên dưới

- Ảnh hưởng đến việc tái định cư dân chúng sống trong vùng hồ chứa

1.1.4.7 Năng lượng thủy triều (tidal energy)

Công nghệ sản xuất điện từ năng lượng thủy triều được chia thành 2 dạng

chính: xây đập thủy triều (barrage systems) và sử dụng máy phát tua-bin (tidal

stream generators)

Công nghệ xây đập thủy triều được phát triển nhiều thập kỷ trước ở các nước

như Pháp và Canada Với công nghệ này, điện thủy triều hoạt động giống như TĐN,

nhưng có một điểm khác biệt là thủy triều có 2 dòng nước lên và nước xuống

Trong hình 1.8 mô tả hoạt động của đập thuỷ triều Khi triều lên (tide coming in) thì

mực nước biển (sea) cao hơn mực nước hồ chứa, cửa sông (estuary) Còn khi triều

xuống (tide going out) thì ngược lại, mực nước biển lại thấp hơn mực nước hồ chứa

Trong cả hai trường hợp, sự chênh mực nước sẽ làm quay tua-bin và chạy máy phát

(turbine & generator)

Hình 1.8 Công nghệ xây đập giữ nước

Công nghệ hiện nay sử dụng máy phát tua-bin, trong đó các chuyển động lên,

xuống của các con sóng được tận dụng để chạy máy phát điện Trên thực tế, các

tua-bin thuỷ triều có hình dạng rất giống với các tua-bin của máy phát điện chạy

bằng sức gió Chỉ khác là, thay vì bằng sức gió, tua-bin thuỷ triều sẽ hoạt động dựa

vào sự lên xuống của các con nước trong ngày

Hình 1.9 Hệ thống máy phát tua-bin thủy triều Trong hệ thống máy phát tua-bin (hình 1.9), sử dụng các tua-bin thuỷ triều

nổi, được neo vào đáy biển bằng xích Mỗi máy phát tua-bin có hai tua-bin kép, tạo

ra một chiếc "cối xay" dưới nước Những chiếc ''cối xay'' này sẽ được định hướng

theo hướng tốt nhất để lấy năng lượng từ thủy triều Năng lượng thủy triều làm quay

các cánh quạt, quay tua-bin, từ đó phát ra điện

* Ưu điểm của điện thủy triều:

+ Công nghệ xây đập giữ nước:

- Giúp cải thiện giao thông (nếu áp dụng công nghệ xây đập chắn, các đập

chắn có thể làm cầu nối qua cửa sông)

- Không gây phát thải khí nhà kính

+ Công nghệ sử dụng máy phát tua-bin:

- Không làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, cảnh quan

- Không gây phát thải khí nhà kính

* Nhược điểm của điện thủy triều:

+ Công nghệ xây đập giữ nước:

- Làm thay đổi mức thuỷ triều, tác động tới quá trình lắng đọng trầm tích và

độ đục của nước tại lưu vực cửa sông

+ Công nghệ sử dụng máy phát tua-bin:

- Đòi hỏi công nghệ cao, chống chọi được với triều cường và gió bão ngoài

biển

1.1.4.8 Năng lượng sinh khối (biomass energy)

Sinh khối (biomass) bao gồm các loài thực vật sinh trưởng và phát triển trên

cạn cũng như dưới nước, các phế thải hữu cơ (như rơm rạ, vỏ trấu, bã mía, vỏ cà

phê, ), các loại phế thải động vật (như phân người, gia súc, gia cầm )

Trong tài liệu [2] đã nêu cụ thể về phân loại cũng như công nghệ của năng

lượng sinh khối Theo đó, sinh khối được phân thành 2 nhóm, trên cạn và dưới

nước Đồng thời, công nghệ để làm biến đổi sinh khối ra năng lượng cũng bao gồm

2 loại đó là nhiệt hóa và sinh hóa Mỗi loại có những tính chất khác nhau, đồng thời

cũng mang những ưu, nhược điểm riêng của mình

Hình 1.10 Chu trình năng lượng năng lượng sinh khối Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí được đốt để phóng thích

năng lượng Sinh khối, đặc biệt là gỗ, than gỗ (charcoal) cung cấp phần năng lượng

đáng kể trên thế giới Hiện nay, gỗ vẫn được sử dụng làm nhiên liệu phổ biến ở các

nước đang phát triển

Sinh khối cũng có thể chuyển thành dạng nhiên liệu lỏng như mêtanol, êtanol

dùng trong các động cơ đốt trong; hay thành dạng khí sinh học (biogas) ứng dụng

cho nhu cầu năng lượng ở quy mô gia đình

* Ưu điểm của NLSK:

- Phát triển nông thôn là một trong những lợi ích chính của việc phát triển

NLSK, tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động (sản xuất, thu hoạch )

- Thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các

thiết bị chuyển hóa năng lượng.v.v

- Giảm sự phụ thuộc vào dầu, than, đa dạng hóa nguồn cung cấp nhiên liệu

- NLSK tận dụng chất thải làm nhiên liệu Do đó nó vừa làm giảm lượng rác

vừa biến chất thải thành sản phẩm hữu ích

- Phát triển NLSK làm giảm sự thay đổi khí hậu bất lợi, giảm hiện tượng

mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp v.v

- Sinh khối có điểm chớp cháy cao, đốt cháy hoàn toàn, an toàn trong tồn

chứa và sử dụng

* Nhược điểm của NLSK:

- NLSK có một số tác động môi trường Khi đốt, các nguồn sinh khối phát

thải vào không khí bụi và khí sulfurơ (SO2) Mức độ phát thải tùy thuộc vào nguyên

liệu sinh khối, công nghệ và biện pháp kiểm soát ô nhiễm

- Việc phát triển quy mô lớn các cây năng lượng để sản xuất nhiên liệu sinh

học (biofuel) có thể dẫn tới gia tăng sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón, gây tác hại

đối với động vật hoang dã và môi trường sống

- Sản xuất năng lượng từ gỗ có thể gây thêm áp lực cho rừng [5]

1.1.5 Kết luận

Nguồn phân tán ngày càng được phát triển rộng rãi Việc đấu nối DG vào

lưới điện có thể mang lại nhiều lợi ích, nhưng bên cạnh đó, vẫn có những tồn tại

đáng kể Do vậy việc phát triển nguồn điện phân tán cần được xem xét một cách kỹ

càng, tận dụng được hết các lợi ích nguồn phân tán mang lại, đồng thời tránh được

những hạn chế khi phát triển nguồn phân tán

DG có nhiều loại tùy theo công nghệ khác nhau Mỗi loại có ưu điểm và

nhược điểm nhất định Đó là một trong những căn cứ chính cần xem xét khi phát

triển DG cho phù hợp với nhu cầu và lợi ích mà nó đem lại

1.2 Tiềm năng các nguồn năng lượng phân tán

1.2.1 Tiềm năng năng lượng gió

1.2.1.1 Năng lượng gió trên thế giới

Từ năm 1960 các tua-bin gió phát điện đã được nghiên cứu, ứng dụng với

qui mô công suất lớn dần Các nước đi đầu trong việc phát triển ứng dụng tua-bin

gió phát điện như: Cộng hoà liên bang Đức, Mỹ, Đan Mạch, Anh, Pháp, Ấn độ,

[1], [6] Cụ thể như sau:

Chính phủ Đức đã tài trợ một số kế hoạch nghiên cứu từ những năm 80 thế

kỷ 20 Đến cuối năm 2003, tổng công suất lắp đặt điện gió của nước Đức đã đạt đến

14.600MW, chiếm hơn 1/3 công suất lắp đặt điện gió của toàn thế giới, chiếm hơn

một nửa của toàn Châu Âu Năm 2004, tổng lượng điện gió chiếm 5,3% tổng lượng

điện toàn quốc Nước Đức đã có quy hoạch dài hạn mới về phát triển điện gió, mục

tiêu là đến năm 2025 sẽ đưa tỷ lệ trên lên ít nhất 25%, đến năm 2050 là 50%

Nước Mỹ cũng là một trong những thị trường lớn nhất về điện gió Đến cuối

năm 2003 tổng công suất lắp đặt điện gió đã đạt 6.370MW Tổng công suất lắp đặt

nguồn điện gió của bang Texas đã vượt quá 1.000MW Tại miền Tây nước Mỹ đã

lắp đặt 450 máy phát điện gió cỡ lớn có tổng công suất là 300MW, là trang trại điện

gió lớn nhất thế giới hiện nay Tại bờ biển bang California nhiều máy phát điện gió

có bán kính cánh quạt là 50m được xây dựng với công suất điện của mỗi máy là

5.000 KW

Từ năm 1976 đến 1995, Đan Mạch đã đầu tư 100 triệu USD vào công việc

nghiên cứu và phát triển năng lượng gió Năm 2000 và 2003 mỗi năm xây dựng 1

trang trại điện gió ở gần bờ biển Bắc Theo kế hoạch đến năm 2030, điện gió sẽ đáp

ứng một nửa yêu cầu về điện

Tại Anh, nhà máy phát điện gió đầu tiên được xây dựng năm 1991 Đến năm

2003 tổng công suất lắp đặt điện gió đã đạt 649MW, đáp ứng yêu cầu dùng điện

của 441.000 gia đình Tháng 7/2003 Bộ Thương mại và Công nghiệp Anh tuyên bố

kế hoạch quy mô lớn về sự nghiệp điện gió gần biển, theo đó sẽ lắp đặt 3.000 tổ

máy điện gió cỡ lớn tại bờ biển phía đông và phía tây, chuẩn bị sử dụng năng lượng

gió trên quy mô lớn, nhằm mục tiêu đến trước năm 2010 có thể cung cấp điện gió

cho 1/6 tổng số hộ gia đình Dự tính, sau khi các máy phát điện gió nói trên đưa vào

vận hành, điện gió sẽ chiếm 15% tổng lượng điện phát ra của toàn nước Anh

Pháp đã hoạch định một kế hoạch trung kỳ phát triển điện gió Theo kế

hoạch đó, năm 2007 sẽ lắp thêm 1000MW - 3000MW thiết bị điện gió, đến năm

2010 sẽ có 3000MW đến 5000MW điện gió đưa vào vận hành Điện gió hiện nay

đang có tốc độ tăng trưởng mỗi năm hơn 60%

Ấn Độ là một nước đi tiên phong về điện gió trong các nước đang phát triển

Năm 2002 đưa ra kế hoạch miễn thuế, quy định 10 năm đầu thu nhập của các trang

trại phát điện gió được miễn thuế 100% Luật điện lực Ấn Độ còn quy định, việc

phát điện bằng các nguồn năng lượng mới ít nhất phải đạt 10%, đồng thời thực hiện

giá ữu đãi

Năm 2002 Nhật Bản đã lắp đặt 486MW điện gió, năm 2003 đã có 730MW,

năm 2004 đã có 936MW Dự kiến đến năm 2010 tổng công suất lắp đặt điện gió sẽ

đạt 3.000MW Nhật Bản đặt mục tiêu đến năm 2030 điện gió sẽ có công suất lắp

đặt là 11.800MW

Theo thống kê đến năm 2002, máy phát điện gió cỡ nhỏ trong toàn quốc ở

Trung Quốc đã có 250.000 chiếc Từ năm 2004 Tung Quốc bước vào giai đoạn phát

triển mạnh mẽ điện gió Theo quy hoạch phát triển trung dài hạn về điện gió toàn

quốc, đến cuối năm 2005 tổng công suất lắp đặt là 1.000MW, năm 2010 là

4.000MW, năm 2015 là 10.000MW, và năm 2020 là 20.000MW

1.2.1.2 Năng lượng gió trong nước

Động cơ gió phát điện đã được nghiên cứu, ứng dụng từ đầu năm 80, nằm

trong chương trình Quốc gia về nghiên cứu ứng dụng các dạng năng lượng mới và

tái tạo Các cơ quan tham gia nghiên cứu và lắp đặt thử nghiệm về lĩnh vực này là:

Viện Năng lượng, Bộ Giao thông vận tải, Viện Cơ giới Bộ quốc phòng, Các trung

tâm nghiên cứu năng lượng mới của trường đại học bách khoa Hà nội và thành phố

Hồ Chí Minh Hầu hết các cơ quan này đều nghiên cứu, thử nghiệm loại turbin gió

cỡ công suất nhỏ từ 150 W đến 5 kW

Theo điều tra trong [6] thì tính đến cuối năm 1999 đã có khoảng 1000 máy

phát điện gió phát điện cỡ gia đình (Công suất từ 150W đến 200W) đã được lắp đặt

sử dụng, chủ yếu ở vùng ven biển từ Đà Nẵng trở vào Và nhiều dự án gió phát điện

với công suất lớn đang được triển khai như:

- Dự án Điện gió tại huyện đảo Thanh niên Bạch Long Vĩ: Công suất là

800kW

- Dự án điện gió đảo Phú Quý (tỉnh Bình Thuận) với công suất 6MW, bao

gồm 3 trụ tua bin 2MW, điện lượng sản xuất bình quân hàng năm khoảng 25,4 triệu

kw/h

- Dự án điện gió tại Huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận với công suất 625

kW

- Dự án phát điện gió tại đảo Lý Sơn, Tỉnh Quảng ngãi đã hoàn thành Báo

cáo NCKT, hiện đang tìm đối tác liên doanh đầu tư

Trong tài liệu [6] đã đưa ra một số đánh giá cụ thể phân vùng gió ở Việt

Nam Đồng thời, theo nghiên cứu gần đây của Cty Tư Vấn XD Điện 3, trong “Quy

hoạch tiềm năng năng lượng gió để phát điện vùng duyên hải miền Nam”, tiềm

năng gió rất lớn tại khu vực miền Nam đã được đưa ra tương đối cụ thể, chi tiết đặc

biệt là thông số đo ở độ cao 65m Đó chính là các cơ sở tiền đề phát triển năng

lượng gió trong nước hiện tại và trong tương lai Việc khai thác có hiệu quả nguồn

năng lượng gió phụ thuộc rất lớn vào công tác khảo sát chọn vị trí lắp đặt cụ thể

1.2.2 Tiềm năng năng lượng mặt trời

1.2.2.1 Phân vùng tiềm năng năng lượng mặt trời

Tổ chức năng lượng tái tạo của các nước ASEAN đã phân loại tiềm năng

năng lượng mặt trời thành 4 mức như sau:

1.2.2.2 Pin mặt trời trên thế giới

Pin mặt trời đã được nhiều nước trên thế giới đưa vào sử dụng ở rất nhiều

các lĩnh vực như: Khoa học vũ trụ, thông tin liên lạc, bảo đảm hàng hải, cung cấp

điện năng cho các hoạt động sản xuất, nghiên cứu khoa học và các thiết bị phục vụ

sinh hoạt cho cuộc sống con người ở những vùng xa lưới điện

Tổng công suất lắp đặt ứng dụng pin mặt trời trên Thế giới đến cuối năm

2003 là 1.611MW, trong đó 6 nước ứng dụng nhiều nhất là: Nhật Bản: 665MW;

Đức: 412 MW; Mỹ: 285 MW; Ấn độ: 156 MW; Hà lan: 40 MW; Italy: 37 MW

Tổng sản lượng sản xuất pin mặt trời năm 2004 của cả Thế giới khoảng 980

MW, trong đó Đức là 360MW, Nhật bản là 300MW, Mỹ là 80 MW, các nước châu

Âu là 50MW, các nước còn lại là 270 MW

1.2.2.3 Pin mặt trời trong nước

Theo số liệu thống kê của Tổng cục khí tượng thuỷ văn về số giờ nắng (số

liệu bình quân trong 20 năm) nước ta có thể chia làm 3 vùng như sau:

đối cao: từ 1897 h/năm đến 2102 h/năm

đến Quảng Bình Số giờ nắng trung bình năm từ 1400h/năm đến 1700h/năm

từ 1900h/năm đến 2700 h/năm

Đánh giá tiềm năng khả thực của nguồn năng lượng mặt trời cho một vùng

thì số giờ nắng bình quân năm phải đạt từ 1800h/năm trở lên (Dựa theo nhận xét

của Tạp chí Năng lượng thế giới – Wordl Energy tháng 3 năm 2001) Đối với điều

kiện của Việt Nam, chỉ tiêu trên là phù hợp

Pin mặt trời được nghiên cứu và triển khai ứng dụng ở Việt Nam muộn, vào

đầu năm 1990 Đến năm 1994 triển khai ứng dụng các thiết bị này phát triển khá

mạnh mẽ Các con số được thống kê cụ thể trong [6] như sau:

Khu vực phía nam: Các trạm có công suất từ 500-1000 Wp lắp đặt ở các

trung tâm xã Các dàn pin công suất từ 250-500 Wp phục vụ các bệnh viện, trạm xá

và các cụm văn hoá xã Đến nay có khoảng 800 dàn pin mặt trời đã được lắp đặt và

sử dụng cho các hộ gia đình với công suất 22,5 - 50 Wp

Khu vực miền Trung: có 2 dự án lai ghép của pin mặt trời có công suất lớn

nhất Việt Nam:

- Dự án phát điện ghép giữa pin mặt trời và thuỷ điện nhỏ với công suất 125

kW

- Dự án phát điện ghép giữa pin mặt trời và động cơ gió phát điện công suất

9 kW

Khu vực phía Bắc: Công suất của các dàn dùng cho hộ gia đình từ 40-75Wp,

các trạm biên phòng và bộ đội nơi hải đảo có công suất từ 165-300 Wp, trạm xá và

các cụm văn hoá thôn, xã là 165-525 Wp Tính đến tháng 12 năm 2004 khối lượng

lắp đặt ứng dụng khu vực phía Bắc đã có 450 dàn dùng cho các hộ gia đình; 94 dàn

dùng cho các Trạm biên phòng và bộ đội ở hải đảo; 42 dàn dùng cho Trạm xá,

Trường học, T.T văn hoá xã

Ngoài ra còn có các dự án như: Quảng Ninh có 2 dự án do vốn của Chính phủ

Việt Nam cấp với công suất 35kW; Dự án lắp đặt tại xã Sĩ hai, huyện Quảng Hà,

tỉnh Cao Bằng có công suất 6120Wp; Dự án tại xã Ái Quốc, huyện Lộc Bình, tỉnh

Lạng Sơn đã hoàn thành vào tháng 11 năm 2002 Tổng công suất dự án là 3.000

Wp

Tính đến tháng 12 năm 2004, tổng công suất pin mặt trời đã được lắp đặt ứng

dụng ở Việt Nam là 1.152 kWp

Tiềm năng năng lượng mặt trời ở nước ta là rất lớn Việc đầu tư phát triển

năng lượng mặt trời có thể là một trong những chiến lược phát triển năng lượng

Tuy nhiên, hiệu quả đầu tư phụ thuộc rất nhiều vào những nghiên cứu phân vùng

tiềm năng năng lượng cụ thể

1.2.3 Tiềm năng năng lượng thủy điện nhỏ

1.2.3.1 Thủy điện nhỏ trên thế giới

Tiềm năng kinh tế của các nhà máy thủy điện toàn thế giới vào khoảng 7300

TWh/năm Trong số này, 32% là đã khai thác, trong đó có sự đóng góp của Thuỷ

điện nhỏ Ở các nước phát triển, tổng công suất của các Nhà máy thuỷ điện nhỏ

trong mỗi nước đã vượt quá 1 triệu kW (Mỹ, Canađa, Thụy Điển, Tây Ban Nha,

Pháp, Italia)

Hiện nay, Trung Quốc là nước đi đầu trong việc phát triển Thuỷ điện nhỏ,

với tổng công suất các Nhà máy thuỷ điện nhỏ đã đạt hơn 13 triệu kW Từ cuối

những năm 90 của thế kỷ XX, Trung Quốc đã có 89.000 trạm thuỷ điện nhỏ và cực

nhỏ với tổng công suất lắp máy đạt 8.300 MW và điện năng đạt 11 tỷ kWh/năm

Sau những năm 90, Trung Quốc đặt kế hoạch 5 năm xây dựng khoảng 3.000 MW

thuỷ điện nhỏ

Tại Tây Ban Nha năm 1981 đã đưa vào vận hành 118 trạm thuỷ điện nhỏ với

tổng công suất 110 MW và điện lượng trung bình năm là 355 triệu kWh Ngoài

chương trình xây dựng các trạm mới, Tây Ban Nha còn cải tạo, nâng cấp và tự động

hoá vận hành nhiều trạm thuỷ điện nhỏ, số giờ làm việc của thuỷ điện nhỏ trung

bình đạt 5.400 giờ Theo các số liệu được công bố vào ngày 31/12/1999, ở Tây Ban

Nha đã có 662 Nhà máy thuỷ điện nhỏ với tổng công suất vào khoảng 1,3 GW

Nước Nga có hơn 2,5 triệu các sông suối nhỏ với tổng lưu lượng nước vào

khoảng 1000 km3 Theo đánh giá của các chuyên gia với điều kiện tự nhiên như

vậy có thể nhận được lượng điện từ thuỷ điện nhỏ đến 500 tỷ kWh trong một năm

Tại Đức việc phát huy hiệu quả của thuỷ điện nhỏ cũng được chú ý rất lớn

Tính đến năm 1990, cả nước có khoảng 20.000 trạm thuỷ điện nhỏ với sản lượng

điện năng sản xuất chiếm 5% tổng lượng điện năng toàn hệ thống điện

Đối với Ấn Độ, tổng trữ năng thủy điện được đánh giá khoảng 150.000 MW,

trong đó thuỷ điện nhỏ có khoảng 15.000 MW Tính đến năm 1990 Ấn Độ đã xây

dựng được 120 trạm thuỷ điện nhỏ với tổng công suất lắp máy đạt 220 MW, chiếm

2% công suất thuỷ điên của cả nước

Từ năm 1980 đến 1984 ở Nhật Bản đã tiến hành đánh giá lại tiềm năng thuỷ

điện, trong đó khẳng định quan điểm phát triển TĐN với mục đích giảm tiêu thụ

nhiên liệu dầu trong tương lai

1.2.3.2 Thủy điện nhỏ ở Việt Nam

Việt Nam là đất nước dồi dào nguồn TĐN Theo ước tính của Viện Năng

lượng, hệ thống sông ngòi Việt Nam có tiềm năng khoảng 300 tỷ kW/h

Tính riêng nhóm dự án TĐN đăng ký ở Bộ Công Thương, năm 2007 có cả

thảy 26 nhà máy thuộc loại này đi vào vận hành với tổng công suất 450MW Năm

2008, có thêm 24 nhà máy đi vào hoạt động với tổng công suất 343MW Trong khi

126 dự án thủy điện ở Lào Cai được thực hiện dần dần hơn 10 năm nữa

Tính đến nay, theo thống kê của Bộ Công Thương, toàn quốc có 216 dự án

thủy điện vừa và nhỏ đăng ký đầu tư xây dựng với tổng công suất gần 4.100 MW,

gấp hai lần công suất nhà máy thủy điện Hòa Bình

Theo đó, quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét

triển vọng đến năm 2025 (quy hoạch điện 4), đã được Thủ tướng phê duyệt, đề ra

yêu cầu nâng tổng công suất các nguồn TĐN năng lượng tái tạo thêm khoảng 1.200

MW giai đoạn 2006 - 2010 và 1.250MW giai đoạn 2011 - 2015

Tỉnh Đăk Nông ra hẳn chính sách khuyến khích và nhanh chóng xây dựng

được hơn 60 dự án với tổng công suất hơn 200MW và vốn đầu tư hơn 4.000 tỷ

đồng Tỉnh Kon Tum láng giềng cũng kịp quy hoạch 54 dự án với tổng công suất

138MW

Cho tới nay, tại 36 tỉnh, thành phố trong cả nước, đã có tới 1.021 dự án thủy

điện với tổng công suất 24.246MW đã được phê duyệt Quy hoạch Trong đó có 138

dự án quy mô lớn với công suất 18.366MW thuộc Quy hoạch bậc thang thủy điện

trên dòng chính các sông lớn được Bộ Công Thương phê duyệt, hầu hết đã và đang

được triển khai đầu tư xây dựng theo chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ

Một làn sóng đầu tư vào TĐN đã bùng nổ ở nhiều tỉnh thời gian qua Chỉ

riêng tại 9 địa phương được kiểm tra lần này gồm Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình

Định, Phú Yên, Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông và Lâm Đồng đã có tới 472

dự án, vị trí tiềm năng, với công suất hơn 7.500MW được quy hoạch làm thủy điện

Nhưng ngoài một số ít các dự án đã hoàn tất đầu tư và đi vào hoạt động, hiện có tới

226 dự án và vị trí tiềm năng với công suất 2.275MW đang được các nhà đầu tư

quan tâm ở mức lập dự án và được cấp phép Còn lại 120 dự án, vị trí chưa có nhà

đầu tư quan tâm với quy mô công suất 220MW

Tuy nguồn lợi mà TĐN đem lại là rất lớn, nhưng việc tiếp tục cho phép triển

khai xây dựng các nhà máy thủy điện cũng cần xem xét một cách toàn diện, tránh

tình trạng cấp phép xây dựng ồ ạt, ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường, gây thiệt

hại và cạn kiệt tài nguyên Đồng thời, cần tiến hành khảo sát kỹ lưỡng, phân vùng

cụ thể để thu được nguồn lợi TĐN một cách tối đa

1.2.4 Tiềm năng năng lượng sinh khối

Hiện tại, NLSK hầu như được khai thác & sử dụng bằng cách gom nhặt hoặc

có sẵn tại chỗ, ít có sự trao đổi buôn bán Do tính chất phi thương mại, nên việc

khai thác NLSK cho sản xuất năng lượng, một mặt vẫn chưa được các nhà kế hoạch

năng lượng quan tâm thích đáng Mặt khác NLSK thường là sản phẩm phụ của cây

trồng Các cơ quan có liên quan đến việc quy hoạch phát triển nông - lâm nghiệp

thường chưa có thói quen quy hoạch sử dụng các sản phẩm phụ – phế thải để làm

nhiên liệu đốt Do vậy, đối với các cơ sở, xí nghiệp nhà máy chế biến nông lâm sản

có nguồn phế thải lớn, NLSK thường ít được sử dụng hoặc bỏ đi gây ảnh hưởng đến

môi trường sinh thái

1.2.4.1 Năng lượng sinh khối trên thế giới

Hiện nay trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư,

chiếm tới 14-15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới Ở các nước đang phát

triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn nhất, trung bình đóng góp khoảng

35% trong tổng cung cấp năng lượng [5] Ước tính tới năm 2020, sản lượng điện

sinh học của thế giới là hơn 30.000 MW

Mỹ là nước sản xuất điện biomass lớn nhất thế giới, có hơn 350 nhà máy điện

sinh học, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm, đủ để cung cấp cho hàng triệu hộ

gia đình, đồng thời tạo ra 66.000 việc làm Những nhà máy này sử dụng chất thải từ

nhà máy giấy, nhà máy cưa, sản phẩm phụ nông nghiệp, cành lá từ các vườn cây ăn

quả Năng lượng biomass chiếm 4% tổng năng lượng được tiêu thụ và 45% năng

lượng tái sinh ở Mỹ [10]

NLSK ở Đức hiện đang phát triển với tốc độ nhanh nhất trong tất cả các

nguồn năng lượng tái tạo, và lần đầu tiên vượt qua thủy năng trong việc cung cấp

nguồn điện năng Năm 2008, NLSK cung cấp khoảng 3,7% lượng tiêu thụ điện ở

Đức, tăng so với 3,1% năm 2007

1.2.4.2 Năng lượng sinh khối ở Việt Nam

Trong tài liệu [5] đã nêu ra tiềm năng to lớn của nguồn năng lượng sinh khối

tại Việt Nam, cụ thể như hằng năm, nguồn phụ phẩm – phế thải cung cấp trên 50

triệu tấn sinh khối Tiềm năng sinh khối gỗ và phụ phẩm nông nghiệp của Việt Nam

tương đương tương ứng với 8,78 triệu Toe dầu mỏ và 12 triệu Toe, với gần 7,3 triệu

Toe là từ nguồn rơm rạ Tuy nhiên, trong đó chủ yếu làm chất đốt cho đun nấu ở

các hộ gia đình

Cũng theo [5] thì tại tất cả gần 50 nhà máy đường trong nước đã được trang

bị thiết bị phát nhiệt điện từ nguồn bã mía được tận dụng Các dự án sản xuất điện

từ bã mía thường bao gồm trong các dự án chế biến mía đường lớn, trong đó công

suất các lò hơi hiện hữu đa phần chưa được sử dụng hết, nhờ đó có thể bổ sung một

máy phát - tua bin hơi cho sản suất thêm điện năng từ nguồn bã mía thừa Đây là

một bước tiến mới trong khai thác sử dụng nguồn năng lượng sinh khối trong nước

Nó góp phần giảm nguy cơ thiếu điện cho quốc gia, đồng thời tiết kiệm nhiều tiền

của cho cả doanh nghiệp và nhà nước

Trong tài liệu [6] cũng đã nêu ra rằng, hiện tại chúng ta có thể sản xuất điện

năng và nhiệt năng từ khoảng 1,5 triệu tấn trấu và 2,6 triệu tấn bã mía Ngoải ra, có

thể xem xét thêm các phế thải sau chế biến gỗ tại các nhà máy xí nghiệp chế biến

lâm sản lớn nhằm khai thác phục vụ sản xuất năng lượng

1.2.5 Kết luận

Trên thế giới, tiềm năng của các nguồn năng lượng phân tán là rất lớn Việc

khai thác nguồn năng lượng tái tạo đã và đang được tiến hành với những ưu điểm

vượt trội của nó so với nguồn năng lượng truyền thống

Ở nước ta, do đặc điểm về vị trí địa lý, địa hình, cũng như khí hậu, nước ta

cũng có nguồn năng lượng tái tạo rất dồi dào Hiện nay, chúng ta đã bắt đầu nghiên

cứu và khai thác, tuy nhiên vẫn còn có nhiều hạn chế, chưa xứng đáng với tiềm

năng hiện có Để việc khai thác các nguồn năng lượng này được triệt để và đem lại

hiệu quả cao, cần có nghiên cứu kỹ càng, những chính sách cụ thể, sự đầu tư cần

thiết, cũng như sự quan tâm đúng mực của nhà nước và các ban ngành liên quan

1.3 Kết luận chương

Nguồn điện phân tán đã và đang cho thấy những ưu điểm và những lợi ích

thiết thực Trong đó, năng lượng tái tạo được đặc biệt chú trọng do có tiềm năng to

lớn và thân thiện với môi trường

Trên thế giới, nguồn năng lượng phân tán đang được phát triển mạnh mẽ với

sự quan tâm sâu sắc và những chính sách phù hợp Đặc biệt, các nước cộng đồng

Châu Âu đều có mục tiêu rõ ràng về năng lượng tái tạo của Quốc Gia nhằm khuyến

khích sự phát triển của dạng năng lượng này

Tiềm năng về nguồn năng lượng tái tạo của nước ta rất dồi dào Nếu được ưu

tiên, chú trọng phát triển, sẽ đem lại nguồn lợi to lớn, khắc phục tình trạng thiếu

điện, và giảm ô nhiễm môi trường

Tuy nhiên việc phát triển nguồn điện phân tán sẽ gặp rất nhiều các khó khăn

về kỹ thuật, đặc biệt là việc ảnh hưởng tới chất lượng điện năng của hệ thống hiện

có Vì vậy cần phải phân tích, đánh giá cụ thể để đưa ra những quy hoạch tối ưu cho

việc phát triển này Trong chương 2 sẽ trình bày những ảnh hưởng của nguồn điện

phân tán đến chất lượng điện năng trong hệ thống điện

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

2.1 Chất lượng điện năng (CLĐN)

2.1.1 Tổng quan về CLĐN

Hiện nay, do nhu cầu sử dụng điện trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói

riêng tăng mạnh, dẫn đến yêu cầu về CLĐN cũng là một vấn đề lớn cần được xem

xét CLĐN có những ảnh hưởng lớn về kinh tế lên những nhà bán điện, các hộ tiêu

thụ điện, cũng như các nhà cung cấp thiết bị

Khi CLĐN không đảm bảo, nếu dẫn đến cắt điện, sẽ gây giảm sản lượng

điện, giảm doanh thu cho các công ty bán điện, gây thiệt hại trực tiếp về tài chính

Bên cạnh đó khi CLĐN thấp, người tiêu dùng khiếu kiện nhà cung cấp điện, nhà

cung cấp điện phải chi một khoản tiền không nhỏ để thuê luật sư, tư vấn, để giải

quyết các vấn đề đó Do vậy, vấn đề CLĐN ngày càng có ý nghĩa quan trọng đối

với những nhà cung cấp điện

CLĐN có thể có ảnh hưởng kinh tế trực tiếp lên rất nhiều hộ tiêu thụ điện công

nghiệp Gần đây, nền công nghiệp phục hồi được chú trọng phát triển với nhiều dây

truyền tự động và các thiết bị hiện đại Các thiết bị điều khiển bằng điện tử, thiết bị

tiết kiệm năng lượng được sử dụng nhiều sẽ nhạy cảm hơn với biến động điện áp

nguồn cấp so với những thiết bị cơ khí trước đó Nếu CLĐN không đảm bảo, sẽ dẫn

tới sản phẩm không đảm bảo, dây truyền không hoạt động, hoặc thậm chí là sự cố,

hỏng hóc cá thiết bị Do đó, các vấn đề về CLĐN ngày càng đóng vai trò quan

trọng

Trong “Hội nghị về Quản lý Chất lượng Điện năng – Nâng cao hiệu quả sản

xuất” do Công ty Điện lực TP.HCM phối hợp với hiệp hội Đồng Quốc tế khu vực

Đông Nam Á (ICA SEA) tổ chức đã nêu bật lên vai trò của CLĐN Theo đó, CLĐN

là một vấn đề hết sức quan trọng và ngày càng nhận được sự quan tâm đúng mực từ

nhiều ngành khác nhau CLĐN kém đã gây thiệt hại cho châu Âu (EU 25) khoảng

150 tỉ EUR mỗi năm Con số này hơn gấp 1,5 lần so với mục tiêu tiết giảm năng

lượng điện của EU-25 Một nghiên cứu tương tự tại Mỹ cho thấy con số thiệt hại

này là 100 tỉ USD Các thiệt hại đó chủ yếu do hư hại thiết bị và rác thải do vận

hành, nguyên nhân là thiếu sự liên tục trong cung cấp điện Sự thiếu liên tục trong

cung cấp điện chủ yếu do sụt điện áp, gián đoạn cấp điện thời gian ngắn, gián đoạn

cấp điện thời gian dài, sóng hài, chớp điện …

Tại Việt Nam, vấn đề CLĐN thấp, cũng làm ảnh hưởng trực tiếp to lớn đến

các hộ dùng điện Một ví dụ điển hình đó là việc cắt điện của các công ty truyền tải

điện vào mùa nắng nóng Nó không những gây ra thiệt hại về kinh tế do thiếu điện,

cắt điện đột ngột, mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe, làm xáo trộn đời sống của người

dân Trong năm 2010, việc cắt điện cả luân phiên và đột ngột đã nhận sự phản đối

mãnh liệt trong nhân dân

Tại một số khu vực nông thôn, vùng sâu vùng xa, do có vị trí phía cuối

nguồn điện, điện áp sử dụng là rất thấp, nên điện năng ở đây gần như không thể sử

dụng được Vào giờ cao điểm, bóng điện có thể không sáng được, cơm nấu không

thể chin,… Một số nơi, bảo vệ quá tải của máy biến áp phân phối có thể làm việc

vài lần trong ngày vào những giờ cao điểm

Từ đó, có thể thấy CLĐN là một vấn đề hết sức quan trọng, cần có sự quan

tâm và nhận thức đúng đắn của toàn xã hội, đặc biệt là các cơ quan hữu quan để

CLĐN ngày càng được đảm bảo và nâng cao

2.1.2 Định nghĩa chất lượng điện năng

Hiện nay, có nhiều khái niệm về CLĐN, tùy theo quan điểm, và tài liệu tham

khảo của mỗi người Tuy nhiên, hầu hết các tài liệu đều không đưa ra định nghĩa cụ

thể về CLĐN, mà sẽ xem xét CLĐN theo những hiện tượng CLĐN xảy ra

Tiêu chuẩn CLĐN có thể được coi như một phần trong tiêu chuẩn chất lượng

phục vụ Chất lượng phục vụ tốt bao gồm CLĐN và độ tin cậy Các yêu cầu CLĐN

được định lượng cụ thể và có tính chất pháp định mà hệ thống điện phải thỏa mãn,

còn độ tin cậy cung cấp điện có tính thỏa hiệp giữa cơ quan quản lý hệ thống điện

và người dùng điện [7] Theo tài liệu này, CLĐN của hệ thống điện gồm có chất

lượng tần số và chất lượng điện áp Chất lượng tần số được đánh giá thông qua độ

lệch tần số só với tần số định mức và độ dao động tần số Chất lượng điện áp bao

gồm các chỉ tiêu như: Độ lệch điện áp so với điện áp định mức của lưới điện; độ

dao động điện áp; độ không đối xứng; độ không sin

CLĐN cũng được định nghĩa là: “Bất kỳ vấn đề về công suất nào được biểu

hiện dưới độ lệch về điện áp, dòng điện hay tần số tạo ra sự cố hoặc hoạt động sai

lệch của thiết bị khách hàng là vấn đề về CLĐN” Khi đó, CLĐN về cơ bản là vấn

đề ảnh hưởng tới các hộ dùng điện, và trong số đó, cần đặc biệt chú ý tới “người sử

dụng cuối cùng” [12]

Trong [13] thì CLĐN lại được định nghĩa là: “Cốt lõi của chất lượng điện

năng nằm trong những thuật ngữ như dạng sóng điện áp của nó, dạng sóng dòng

điện của nó, tần số của nó, sự điều chỉnh điện áp của nó cũng như các xung ảnh

hưởng, nhiễu và mức độ ngừng phục vụ.”

Theo tài liệu [14] trong phần định nghĩa về CLĐN, chỉ đưa ra một khái niệm

tương đối rộng: “Chất lượng điện năng, theo nghĩa rộng, là nghiên cứu về các hệ

thống điện tử truyền dẫn và nối đất nhằm duy trì tính ổn định của công suất cấp tới

hệ thống” Để minh chứng cho các hiện tượng CLĐN thấp, [14] đưa ra các ví dụ

điển hình như các hiện tượng: sụt áp; tăng áp; quá độ xung; quá độ sóng; ngắt điện

đột ngột; phụ hài; dao động điện áp; và mất cân bằng điện áp

Tiêu chuẩn CLĐN có thể được xem xét thông qua các hiện tượng CLĐN như

trong [15] Trong đó, các hiện tượng điển hình như: quá điện áp; dưới điện áp; tăng

áp; sụt áp; quá độ; biến đổi thời gian ngắn, được đem ra xem xét, thông qua đó, mà

đánh giá CLĐN

Các tài liệu hầu hết quan tâm đến các hiện tượng về CLĐN (chủ yếu là các

hiện tượng về chất lượng điện áp) qua đó, gián tiếp định nghĩa về CLĐN Như vậy,

tùy theo các hiện tượng mà ta quan tâm, tùy theo mức độ mà ta yêu cầu đối với các