Nghiên cứu đặc tính vận hành của các DG và LĐPPTA mô hình hóa đặc tính vận hành của DG và LĐPP,tính toán đánh giá ảnh hưởng của các DG khi đấu nối với LĐPPTA 2019

Lý do chọn đề tài DG là nguồn điện được kết nối trực tiếp với LĐPP hoặc cung cấp trực tiếp cho khách hàng sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo với công nghệ mới như điện mặt trời, điện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, các nội dung nghiên cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trước đây

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 8

I Lý do chọn đề tài 8

II Mục đích nghiên cứu 9

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

VI Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 9

CHƯƠNG 1 LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 10

1.1 Tổng quan về lưới điện trung áp 10

1.1.1Định nghĩa lưới điện trung áp 10

1.1.2Phân loại lưới điện trung áp 10

1.1.3Vai trò của lưới điện trung áp 10

1.1.4Các phần tử chính của lưới điện trung áp 11

1.1.5Cấu trúc của lưới điện trung áp 12

1.1.6Đặc điểm của lưới điện trung áp 16

1.2 Nguồn điện phân tán 17

1.2.1Định nghĩa nguồn điện phân tán 17

1.2.2Phân loại nguồn điện phân tán 17

1.2.3Công nghệ nguồn điện phân tán 19

1.2.3.1 Máy phát điện Diesel (Diesel Generators) 19

1.2.3.2 Máy phát điện tua-bin khí (Gas turbine Generator) 20

1.2.3.3 Pin nhiên liệu (Fuel Cells) 21

1.2.3.4 Nguồn điện mặt trời (Solar Power) 22

1.2.3.5 Máy phát điện tua-bin gió (Wind Turbine Generator) 24

1.2.3.6 Thủy điện nhỏ (Small Hydro Turbines) 27

1.2.3.7 Năng lượng điện thủy triều (Tidal Energy) 29

1.2.3.8 Năng lượng sinh khối (Biomass Energy) 31

1.2.3.9 Năng lượng địa nhiệt (Geothermal Energy) 32

1.3 Hiện trạng lưới điện trung áp và nguồn phân tán tại Việt Nam 34

1.3.1Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta 34

Tình hình phát triển phụ tải điện 34

1.3.3Hiện trạng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam 35

1.3.4Tiềm năng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam 35

1.3.4.1 Năng lượng gió 35

1.3.4.2 Năng lượng mặt trời 36

1.3.4.3 Thủy điện nhỏ 37

1.3.4.4 Năng lượng sinh khối 38

1.3.4.5 Kế hoạch phát triển nguồn phân tán ở nước ta 39

1.3.5Nhận xét 40

1.4 Kết luận chương 1 40

CHƯƠNG 2 ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA LĐTA 42

2.1 Đặt vấn đề 42

2.2 Ảnh hưởng tới tổn thất công suất 43

2.3 Ảnh hưởng tới chất lượng điện áp 45

2.3.1Chỉ tiêu chất lượng điện áp 45

2.3.2Ảnh hưởng của DG tới chất lượng điện áp 47

2.3.2.1 Gia tăng điện áp 47

2.3.2.2 Suy giảm nhanh điện áp 47

2.3.2.3 Dao động điện áp 47

2.4 Ảnh hưởng do gây ra sóng hài 48

2.5 Ảnh hưởng đến dòng ngắn mạch và làm việc của thiết bị bảo vệ 48

2.5.1Dòng điện tăng cao trong các trường hợp sự cố 49

2.5.2Ảnh hưởng của DG đến sự phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ 49

2.5.3Ảnh hưởng của DG đến sự làm việc của thiết bị tự động đóng lại 50

2.5.4Biện pháp hạn chế ảnh hưởng của DG trong chế độ sự cố lưới điện 51 2.6 Ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện 51

2.6.1Độ tin cậy cung cấp điện 51

2.6.2Các hệ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện 52

2.7 Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế 54

2.7.1Những lợi ích về kinh tế 54

2.7.2Những hạn chế 55

2.8 Ảnh hưởng đến vấn đề ô nhiễm môi trường 55

2.8.1Những lợi ích về môi trường 55

2.8.2Những hạn chế 56

2.9 Đánh giá ảnh hưởng của DG bằng hệ số đa mục tiêu 56

2.9.2Tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng 56

2.9.3Chất lượng điện áp của lưới điện 57

2.9.4Khả năng tải của dây dẫn 58

2.9.5Ngắn mạch 58

2.9.6Đánh giá bằng hệ số đa mục tiêu 59

2.10Kết luận chương 2 60

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA DG TỚI CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP BÌNH GIA 61

3.1 Đặt vấn đề 61

3.2 Phương pháp và công cụ tính toán 61

3.2.1Phương pháp tính toán 61

3.2.1.1 Ma trận tổng dẫn nút 62

3.2.1.2 Các loại nút của lưới điện 62

3.2.1.3 Phương trình cân bằng công suất nút khi có kết nối DG 63

3.2.1.4 Phương pháp Newton-Raphson (NR) 64

3.2.2Giới thiệu về phần mềm mô phỏng LĐPP PSS/Adept 66

3.2.2.1 Chức năng của PSS/Adept 66

3.2.2.2 Các bước thực hiện 66

3.3 Ảnh hưởng của DG đến chất lượng điện áp và tổn thất công suất của LĐTA Bình Gia 70

3.3.1Nguồn cung cấp 70

3.3.2Sơ đồ và thông số của lưới điện 70

3.3.3Thông số của DG trong khu vực 77

3.3.4Kết quả mô phỏng 78

3.3.4.1 Chế độ tính toán 78

3.3.4.2 Đánh giá chất lượng điện áp 79

3.3.4.3 Đánh giá tổn thất công suất 85

3.3.5Kết luận 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

KẾT LUẬN: 87

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: 87

KIẾN NGHỊ: 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DG: Nguồn điện phân tán

ĐD: Đường dây

FCL: Thiết bị hạn chế dòng sự cố

LĐPP: LĐPP

LĐTA: Lưới điện trung áp

LI: Hệ số giảm tổn thất công suất

TĐL: Thiết bị tự động đóng lặp lại đường dây tải điện

VP: Hệ số cải thiện chất lượng điện áp của lưới điện

VI: Đại lượng đặc trưng cho chất lượng điện áp của xuất tuyến

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Dải công suất tương ứng của các công nghệ DG 18

Bảng 1.2: Kế hoạch phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030 40

Bảng 3.1: Thông số phụ tải của lưới điện 71

Bảng 3.2: Thông số đường dây 74

Bảng 3.3: Kết quả tính toán tổn thất công suất 86

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ lưới phân phối hình tia 14

Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn 14

Hình 1.3: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp 14

Hình 1.4: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập 15

Hình 1.5: Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục 15

Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung 15

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện 16

Hình 1.8: Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC) 18

Hình 1.9: Máy phát điện Diesel 19

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý máy phát điện tua-bin khí 20

Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu 22

Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời 22

Hình 1.13: Hệ thống điện mặt trời tại Việt Nam 23

Hình 1.14: Hình ảnh nhà máy điện gió 24

Hình 1.15: Nguyên lý cấu tạo của tổ hợp tua-bin – máy phát điện gió 25

Hình 1.16: Công trình xây dựng nhà máy thủy điện nhỏ 28

Hình 1.17: Nhà máy điện thủy triều kiểu đập ở cửa sông Rance (Pháp) 29

Hình 1.18: Hệ thống máy phát tua-bin thủy triều 30

Hình 1.19: Mô hình phát điện sử dụng khí Biogass 31

Hình 1.20: Nhà máy điện sử dụng các dạng năng lượng sinh khối 31

Hình 1.21: Nguyên lý sản xuất điện từ năng lượng địa nhiệt 32

Hình 1.22: Nhà máy địa nhiệt điện 33

Hình 1.23: Dự báo công suất các nguồn phân tán tại Việt Nam đến năm 2030 39

Hình 2.1: Phân bố hợp lý các DG trên lưới để giảm tổn thất 44

Hình 3.1: Sơ đồ các bước thực hiện tính toán bằng PSS/Adept 67

Hình 3.2: Giao diện xác định thư viện dây dẫn 67

Hình 3.3: Giao diện xác định các thuộc tính của lưới điện 68

Hình 3.4: Giao diện thiết lập thông số từng phần tử của lưới điện 68

Hình 3.5: Giao diện hộp tùy chọn chương trình tính toán 68

Hình 3.6: Hiển thị kết quả tính toán trên sơ đồ 69

Hình 3.7: Hiển thị kết quả tính toán trên của số progress view 69

Hình 3.8: Hiển thị kết quả tính toán trên cửa sổ report 70

Hình 3.9: Sơ đồ lưới điện huyện Bình Gia 73

Hình 3.10: Đồ thị phụ tải ngày điển hình 76

Hình 3.11: Đặc tính công suất phát của TĐN 78

Hình 3.12: Kết quả tính toán điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa hè (TH1- không có TĐN) 80

Hình 3.13: Kết quả tính toán điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa hè (TH2- có TĐN) 81

Hình 3.14: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa hè 82 Hình 3.15: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực tiểu - 3h mùa hè 82 Hình 3.16: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa đông 83

Hình 3.17: Điện áp nút trong chế độ phụ tải cực tiểu - 1h mùa đông 84

MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

DG là nguồn điện được kết nối trực tiếp với LĐPP hoặc cung cấp trực tiếp cho khách hàng sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo với công nghệ mới như điện mặt trời, điện gió, điện địa nhiệt, tuabin khí, pin nhiên liệu hay nhà máy điện-nhiệt kết hợp hoặc máy phát diesel và thủy điện nhỏ [3] [27][30] Nguồn này được lắp đặt gần nơi tiêu thụ nên loại trừ được những chi phí đầu tư lưới điện, chi phí truyền tải và phân phối, tăng cường linh hoạt và độ tin cậy của LĐPP, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng, cải thiện độ lệch điện áp nút

và giảm ô nhiễm môi trường

Những năm gần đây, công nghệ DG phát triển rất nhanh với chỉ tiêu kinh tế

kỹ thuật ngày càng nâng cao đồng thời vấn đề ô nhiễm môi trường cũng được quan tâm Do đó, DG sử dụng nguồn năng lượng tái tạo đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và từng bước được ứng dụng thành công tại nhiều nước trên thế giới Trong thập kỷ qua, tổng nguồn năng lượng tái tạo trên toàn thế giới đã tăng

từ 1226.8GW năm 2010 tới 2536.8GW vào năm 2019, tốc độ tăng trưởng đạt tốc

độ tăng 10.7% mỗi năm [5][20][24][25][26] Ngoài ra, thủy điện nhỏ và các DG

sử dụng năng lượng hóa thạch như máy phát tuabin khí, máy phát diesel, pin nhiên liệu cũng được nghiên cứu và phát triển rất mạnh mẽ [3][10][23][30]

DG nói chung và DG sử dụng các nguồn tái tạo nói riêng cũng được sử dụng và có vai trò ngày càng quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam Hiện nay, nhiều dự án sử dụng DG đang được triển khai trong phạm vi cả nước [14] Nước ta có nguồn năng lượng tái tạo khá phong phú, năm 2010 có công suất là 8814MW đã tăng tới 24519MW năm 2019, tốc độ tăng trưởng đạt 17.8% mỗi năm Trong đó, các DG sử dụng năng lượng tái tạo mới chiếm phần rất nhỏ, năm

2010 tổng công suất của các nguồn này đạt 3,5% và dự báo đến năm 2020 đạt 4,5% tương ứng 3375,0MW [14] Trong những năm trước đây, phần lớn DG là nguồn thủy điện nhỏ còn năng lượng mặt trời với công nghệ pin mặt trời đã tăng trưởng vượt bậc trong vài năm gần đây, năm 2017 mới đạt công suất là 106MW nhưng tới năm 2019 đã lắp đặt được tới 5695MW, chiếm tỷ trọng lớn trong các nguồn năng lượng tái tạo [25][26]

Tuy nhiên, sự xuất hiện của DG trong hệ thống điện hiện tại cũng đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật cần được quan tâm nghiên cứu, nhất là trong LĐTA Nguyên nhân chính của các vấn đề này là việc LĐTA hiện tại vốn không được thiết kế tích hợp các DG với công suất phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trường

Do đó, khi DG tham gia vào LĐTA hiện tại có thể làm nảy sinh các vấn đề kỹ

thuật liên quan đến chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, hiệu quả truyền tải điện cũng như ảnh hưởng tới chế độ làm việc của các hệ thống bảo vệ Với những phân tích trên, đề tài được lựa chọn cho luận văn nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu những ảnh hưởng của DG khi đấu nối vào LĐTA hiện có nói chung và tính toán, đánh giá ảnh hưởng của DG đến chất lượng điện áp và tổn thất công suất trong LĐTA khu vực Bình Gia thuộc Công ty Điện lực Lạng Sơn Từ đó, giúp cho cơ quan quản lý xây dựng được kế hoạch vận hành lưới điện này đảm bảo chất lượng điện năng, an toàn, tin cậy và có hiệu quả cao

II Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc tính vận hành của các DG và LĐPPTA Trên cơ sở đó, mô hình hóa đặc tính vận hành của DG và LĐPP, lựa chọn công cụ tính toán để đánh giá ảnh hưởng của các DG khi đấu nối với LĐPPTA

- Ứng dụng vào thực tế, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của thủy điện nhỏ tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của LĐPPTA Bình Gia Từ đó, lựa chọn được phương thức vận hành tối ưu cho LĐPPTA Bình Gia

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: LĐPPTA nói chung và LĐPPTA khu vực huyện Bình Gia, tỉnh Lạng Sơn

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các phương pháp mô hình hóa đặc tính vận hành của DG và LĐPPTA, các phương pháp và công cụ tính toán thông số chế

độ của LĐPPTA Đánh giá hiện trạng và đề xuất phương thức vận hành tối ưu cho LĐPPTA Bình Gia

VI Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu lựa chọn các phương pháp mô hình hóa đặc tính vận hành của các DG và LĐPPTA Từ đó, lựa chọn được giải pháp phù hợp cho mỗi loại nguồn DG và LĐPPTA

- Ý nghĩa thực tiễn: Tính toán áp dụng cho LĐPPTA thực tiễn nhằm lựa chọn được phương thức vận hành tối ưu cho LĐPPTA với thủy điện nhỏ của LĐPP khu vực Bình Gia

CHƯƠNG 1 LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN

TÁN

1 Chương 1, Equation Chapter 1 Section 1

1.1 Tổng quan về lưới điện trung áp

1.1.1 Định nghĩa lưới điện trung áp

Lưới điện trung áp (LĐTA) là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải LĐTA là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng [1] Tính đến nay lưới điện trung áp đã trải khắp các

xã trên đất nước, tuy nhiên còn một số thôn, bản vẫn chưa được dùng điện lưới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel

1.1.2 Phân loại lưới điện trung áp

Lưới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp trung áp [1][11][13]

Phân loại LĐTA trung áp theo 3 dạng:

- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ, có 3 loại:

+ Lưới phân phối thành phố;

+ Lưới phân phối nông thôn;

+ Lưới phân phối xí nghiệp

- Theo thiết bị dẫn điện:

+ Lưới phân phối trên không;

+ Lưới phân phối cáp ngầm

- Theo cấu trúc hình dáng:

+ Lưới hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn

+ Lưới kín vận hành hở;

+ Sơ đồ hình lưới;

1.1.3 Vai trò của lưới điện trung áp

LĐTA làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện

LĐTA được xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện

Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép

LĐTA trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện:

- Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải

- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lưới phân phối Mỗi sự cố trên LĐTA trung áp đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội

- Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải)

- Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng xảy ra trên LĐTA Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này

- LĐTA gần với người dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng là rất quan trọng

1.1.4 Các phần tử chính của lưới điện trung áp

Các phần tử chủ yếu trong LĐTA bao gồm [11][19]:

- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối

- Thiết bị dẫn điện: Đường dây tải điện

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van,

áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch

- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao

- Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường

- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù

- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,

- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện,

Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt ) được chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật

Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù ) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thông số chế

độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế độ làm việc của LĐTA

Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc Một

số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc

Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải) như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải Một số khác có thể thay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định Máy biến áp và đường dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải

Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây tải điện được chia thành nhiều phần tử của hệ thống điện

Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác Ví dụ tụ

bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử của lưới không làm việc để LĐTA vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất

1.1.5 Cấu trúc của lưới điện trung áp

Cấu trúc của LĐTA bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành [11][19]

- Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới

đầy đủ Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần

tử, thừa về khả năng lập sơ đồ Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa Trong một chế độ vận hành

nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu,

đa phần đó là cấu trúc vận hành

- Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một hay

một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lưới điện

Cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành do người vận hành lựa chọn Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế nhất (tổn thất nhỏ nhất) Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết Cấu trúc vận hành sự

cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thường Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi

Ngoài ra, cấu trúc LĐTA còn có thể có các dạng như:

- Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐTA không thể thay đổi sơ đồ vận hành

Khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần LĐTA phải ngừng cung cấp điện Cấu trúc dạng này chính là LĐTA hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt

- Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này, LĐTA có thể thay

đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là khi đó LĐTA được cắt điện để thao tác Đó là lưới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở

- Cấu trúc động hoàn toàn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐTA có thể thay

đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lưới đang trong trạng thái làm việc Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế LĐTA, trong

đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực LĐTA trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn để thao tác sơ đồ

Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐTA:

- Lưới hình tia (Hình 1.1): Lưới này có ưu điểm là rẻ tiền nhưng độ tin cậy

Hình 1.1: Sơ đồ lưới phân phối hình tia

- Lưới hình tia phân đoạn (Hình 1.2): Độ tin cậy cao hơn Phân đoạn lưới

phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn lưới phía sau, vì nó ảnh hưởng ít đến các phân đoạn trước

Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn

- Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin cậy cao

hơn nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía Lưới điện này có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ

có hướng nên đắt tiền Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thao tác khi sự cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa

Hình 1.3: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp

- Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (hình 1.4): Lưới điện

này phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lưới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch

ĐD Nguồn

Hình 1.4: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập

- Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.5): Cấp điện cho một trạm cắt hay một

trạm biến áp, từ đó có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải Trên các đường dây cấp điện không có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao Thường dùng để cấp điện cho các xí nghiệp hay các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn

Hình 1.5: Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục

- Lưới điện có đường dây dự phòng chung (Hình 1.6): Có nhiều đường dây

phân phối được dự phòng chung bởi một đường dây dự phòng Lưới điện này có độ tin cậy cao và rẻ hơn kiểu một đường dây dự phòng cho một đường dây như ở trên (Hình 1.5) Loại này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm

Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung

Nguồn 1 ĐD TBPĐ ĐD

ĐD TBPĐ ĐD

TBPĐ Nguồn 2

Lưới điện trong thực tế là tổ hợp của 6 loại lưới điện trên Áp dụng cụ thể cho lưới điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống điện có kiểu sơ đồ riêng

Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể được điều khiển bằng tay Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối

- Sơ đồ hình lưới (Hình 1.7): Đây là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo nhất

của lưới phân phối trung áp Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều đường dây tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn Lưới điện bắt buộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA Hiện đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện

Trong sơ đồ, các vị trí cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ nhất cho chế độ bình thường, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo điều kiện

an toàn cao nhất khi sự cố

1.1.6 Đặc điểm của lưới điện trung áp

LĐTA được phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có tổn thất lớn Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhất trên LĐTA vào khoảng 4% [11][19]

Vấn đề tổn thất trên LĐTA liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành Do đó, trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của LĐTA

Trong những năm gần đây, LĐTA của nước ta phát triển mạnh, các Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh mẽ về quản lý Vì vậy, chất lượng vận hành của

LĐTA được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh song vẫn còn rất khiêm tốn

1.2 Nguồn điện phân tán

Những năm gần đây, nhiều công nghệ nguồn điện phân tán đã được ứng dụng thành công trong hệ thống điện Khi tham gia trong hệ thống, nguồn điện phân tán

sẽ làm thay đổi trào lưu công suất, thay đổi lộ trình và thông số nâng cấp của đường dây, trạm biến áp nguồn Tuy nhiên, nguồn điện phân tán thường có vốn đầu tư lớn, công suất phát có thể không ổn định phụ thuộc vào nguồn năng lượng sơ cấp Thông số của LĐTA như tổn thất công suất, tổn thất điện năng và chất lượng điện

áp sẽ thay đổi dưới tác động của nguồn điện phân tán Do đó, cần nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn này tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của LĐTA

1.2.1 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 nguồn điện phân tán

Trong nhiều tài liệu khác nhau, nhiều thuật ngữ và tên gọi khác nhau được sử dụng để định nghĩa nguồn điện phân tán Các tên gọi thường được sử dụng là:

“nguồn phát nhúng vào – Embedded Generation”, “nguồn phát phân tán – Distributed Genneration (DG) hay Dispersed Generation”, “nguồn phi tập trung – Decentralized Generation” [21][30] Nói chung, nguồn phân tán có thể được hiểu như là một nguồn phát điện với quy mô nhỏ được đấu nối vào hệ thống lưới phân phối

Trong luận văn này, tác giả sử dụng 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

1.2.2 Phân loại nguồn điện phân tán

Nguồn phân tán có thể chia ra làm hai nhóm chính theo công nghệ chế tạo [3][28][30]:

- Nhóm nguồn năng lượng tái tạo: Điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điện sinh khối, địa nhiệt điện, điện thủy triều

- Nhóm nguồn năng lượng không tái tạo: Động cơ đốt trong (Diesel), pin nhiện liệu, tua bin hơi

Trong đó các DG tái tạo đang được ưu tiên thúc đẩy phát triển nhanh chóng do các tác động tích cực của chúng đến môi trường Các công nghệ DG và dải công suất thông thường được chỉ ra trong Bảng 1.1

Bảng 1.1: Dải công suất tương ứng của các công nghệ DG

Thủy điện nhỏ 1 - 100MW Điện sinh khối 100kW - 20MW Thủy điện rất nhỏ 25kW - 30MW Pin nhiên liệu 1kW - 5MW

Pin quang điện 20W - 100kW Năng lượng biển 100kW - 1MW Điện mặt trời 1 - 80MW

Hình 1.8: Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC) Với sự đa dạng về các DG như vậy, trong tương lai mạng điện sẽ giống như một mạng Internet trong đó các DG được kết nối ở khắp nơi giống như máy vi tính

Hệ thống điện lúc này là sự kết hợp của các DG và các nguồn phát điện trung tâm Các nguồn phát điện trung tâm được kết nối vào lưới điện áp cao (thường từ 110kV trở lên) cung cấp điện cho các trung tâm, vùng miền tiêu thụ công suất lớn, trong

Đo đếm

Hệ thống bảo vệ kết nối

Dao cách ly Máy cắt Lưới

Điểm kết nối (CP) Đường dây kết nối DG

khi đó các DG được kết nối vào lưới điện từ 35kV trở xuống cung cấp điện cho các nơi xa lưới điện trung tâm, các cụm phụ tải vừa và nhỏ, … Bên cạnh đó, một số nguồn phân tán nhỏ như: máy phát Diesel, điện mặt trời, pin nhiên liệu… được nối trực tiếp vào lưới hạ thế 0,4kV cung cấp điện cho các khách hàng nhỏ như hộ gia đình hoặc tòa nhà chung cư,

DG được kết nối với lưới phân phối thông qua điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC) Cách thức đấu nối DG vào lưới phân phối được thể hiện trong Hình 1.8

1.2.3 Công nghệ nguồn điện phân tán

1.2.3.1 Máy phát điện Diesel (Diesel Generators)

Máy phát điện Diesel là một tổ hợp khối thiết bị gồm một máy phát điện và một động cơ nổ kéo máy phát, thông thường sử dụng động cơ đốt trong 4 thì, nhiên liệu được sử dụng để vận hành máy là dầu diesel hoặc khí gas tự nhiên Động cơ chuyển năng lượng từ nhiên liệu đầu vào thành động năng làm quay rôto cấp năng lượng cho máy phát, máy phát nhận công suất cơ chuyển thành công suất điện và phát ra điện [30][21]

Hình 1.9: Máy phát điện Diesel Hiện nay loại máy phát điện này được sử dụng rất rộng rãi với công suất trong khoảng từ (3 ÷ 1500) kVA

Ưu điểm của máy phát Diesel:

+ Chi phí sản xuất thấp, bảo dưỡng đơn giản

+ Thời gian khởi động nhanh

+ Những máy có công suất nhỏ và trung bình có độ lưu động cao

Nhược điểm của máy:

+ Gây tiếng ồn, rung động lớn và ô nhiễm môi trường

+ Chất lượng điện năng không cao như một số công nghệ chuyển đổi như pin nhiên liệu và tua-bin nhỏ

1.2.3.2 Máy phát điện tua-bin khí (Gas turbine Generator)

Công nghệ tua-bin khí là những tua-bin nhỏ có động cơ sử dụng nhiên liệu là khí sinh học, khí ga tự nhiên, khí đốt, dầu lửa [28]

Tua-bin khí là một động cơ nhiệt, biến đổi nhiệt năng thành cơ năng Không khí được hút vào và nén tới áp suất cao nhờ một máy nén Nhiên liệu cùng với không khí được đưa vào buồng đốt để đốt cháy, khí cháy sau khi ra khỏi buồng đốt

sẽ được đưa vào để làm 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 cánh quạt làm mát, 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

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý máy phát điện tua-bin khí

Máy phát điện tua-bin khí thường được sử dụng với công suất trên 1MW, tuy nhiên ngày nay có thể sử dụng các module nhỏ hơn với công suất từ 20kW đến 500kW

Ưu điểm của máy phát tua-bin khí:

+ Chi phí đầu tư thấp và giá thành thấp hơn một số công nghệ nguồn phân tán khác

+ Độ bền cao, ít phải bảo dưỡng

+ Thuận tiện trong lắp đặt cũng như bảo dưỡng

Nhược điểm của máy:

+ Gây tiếng ồn lớn, đòi hỏi về cách âm cao

+ Hiệu suất năng lượng thấp so với một số loại DG khác

1.2.3.3 Pin nhiên liệu (Fuel Cells)

Pin nhiên liệu là một thiết bị điện hóa mà trong đó biến đổi hóa năng thành điện năng nhờ quá trình oxy hóa nhiên liệu, nhiên liệu thường dùng ở đây là khí H2

và khí O2 hoặc không khí Quá trình biến đổi năng lượng trong pin nhiên liệu là trực tiếp từ hóa năng sang điện năng theo phản ứng hóa học: H2 + O2 = H2O + Dòng điện, có nhờ các chất xúc tác, thường là các màng platin nguyên chất hoặc hỗn hợp platin, hoặc các chất điện phân như kiềm, muối cacbonat, oxi rắn, …[28]

Các loại pin nhiên liệu đều cùng chung một nguyên tắc được mô tả dựa vào tế bào nhiên liệu PME (Proton exchange membrane – tế bào nhiên liệu màng trao đổi bằng proton) Các hệ thống pin nhiên liệu được phân loại bằng nhiều cách khác nhau, thông thường chúng được phân loại theo chất điện phân Theo cách này, pin nhiên liệu 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), công suất đạt khoảng 3kW đến 250kW; PAFC (phosphoric Acid Fuel Cell – tế bào nhiên liệu axit phosphoric), công suất đạt khoảng 100kW đến 200kW; MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell – tế bào nhiên liệu carbonat nóng chảy), công suất đạt khoảng 250kW đến 10MW; SOFC (Solid Oxide Fuel Cell – tế bào nhiên liệu oxit rắn), công suất đạt khoảng 1kW đến 10MW; DMFC (Dierect Methanol Fuel Cell –

tế bào nhiên liệu methanol trực tiếp), công suất đạt khoảng 300kW đến 2,8MW

Ưu điểm của pin nhiên liệu:

+ Hiệu suất cao hơn các nguồn phát thông thường, đạt từ (40 ÷ 70)% + Không gây tiếng ồn

+ Không phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm môi trường Nhược điểm:

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

+ Chất đốt Hidro khó bảo quản và vận chuyển

+ Các pin nhiên liệu cần có tuổi thọ tối thiểu 40.000h với các ứng dụng trong các công trình về trạm phát điện Đây là một ngưỡng khó vượt qua với công nghệ hiện hành

+ Pin nhiên liệu có thể tích cồng kềnh, giá thành cao

Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu

1.2.3.4 Nguồn điện mặt trời (Solar Power)

Kỹ thuật điện mặt trời đơn giản là cách chuyển quang năng thành điện năng trực tiếp nhờ các tấm pin mặt trời ghép lại với nhau thành mô đun hay panel Tấm pin được đặt dưới một lớp gương nhằm ngăn những tác động từ môi trường Để có lượng điện lớn hơn một mảnh pin riêng lẻ có thể tạo ra, người ta gắn kết nhiều mảnh lại thành một tấm lớn là gọi pin mặt trời Những cục pin hấp thụ năng lượng

từ ánh sáng mặt trời, tại đó lượng tử ánh sáng tác động đến các electron làm năng lượng của electron tăng lên và di chuyển tạo thành dòng điện

Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời

Điện năng do pin mặt trời sản xuất ra không dùng hết có thể được tích trữ bằng ắcqui Đặc điểm chung của nguồn điện này là công suất đặt của một tổ hợp các tấm pin mặt trời thường khá nhỏ, thường chỉ cấp điện cho các phụ tải quy mô nhỏ

và hoạt động độc lập hoặc chỉ kết nối vào lưới hạ áp Dòng điện ngắn mạch ngoài thay đổi nếu cường độ bức xạ mặt trời thay đổi dẫn đến có thể làm thay đổi điện áp

ra ảnh hưởng đến chất lượng điện năng Để khắc phục điều này có thể kết nối giữa nguồn cấp và phụ tải thông qua trạm sạc ắc-qui hay bộ biến đổi công suất

Chế độ phát điện của điện mặt trời phụ thuộc nhiều vào cường độ bức xạ của mặt trời Số giờ có nắng trong ngày thường chỉ từ 8h sáng đến 16h chiều (tức là 9h trong ngày), trong đó cường độ bức xạ cực đại đạt được vào khoảng thời gian từ 11h-13h và cực tiểu vào lúc 8h và 16h Dựa vào cường độ bức xạ của mặt trời có thể xác định được công suất phát của điện mặt trời [3]:



1000

i bucxa dat i

ĐMT i

P P

Pi-dat: Công suất đặt của dàn Pin mặt trời, kWp;

: Hiệu suất nhà máy, %

Hình 1.13: Hệ thống điện mặt trời tại Việt Nam

Ưu điểm của nguồn điện mặt trời:

+ Không mất chi phí mua nhiên liệu đầu vào

+ Là nguồn năng lượng sạch, tái tạo và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường

+ Không phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm môi trường + Độ bền, độ tin cậy cao, chi phí bảo dưỡng và vận hành giảm

+ Đòi hỏi phải có thiết bị chuyển đổi và lưu trữ năng lượng

1.2.3.5 Máy phát điện tua-bin gió (Wind Turbine Generator)

Gió là một dạng năng lượng tái tạo có tiềm năng rất lớn trên thế giới, Việt Nam là nước giàu về gió nhất Đông Nam Á Năng lượng gió thay đổi tùy 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 1.14: Hình ảnh nhà máy điện gió

Đối với tuabin gió, động năng dòng không khí được biến đổi thành điện năng Công suất của các tuabin gió ngày càng tăng lên trong vòng 2 thập kỉ qua với công suất lớn nhất của một tổ tua-bin gió – máy phát đã lên tới 4MW Đối với các

tổ máy có công suất nhỏ hơn, cấu hình thường gặp là loại tuabin “đứng” (stall regulated turbin – không quay) có tốc độ cố định Các tuabin lớn hơn 1MW được trang bị hệ thống điều chỉnh tốc độ để đáp ứng được ứng lực cơ khí tăng lên Các tua-bin đơn lẻ thường được kết nối vào lưới hạ áp, lưới phân phối trung áp Riêng đối với các nhà máy điện gió lớn (tổ hợp kết nối của nhiều tuabin gió), nếu cần thiết

có thể nối lên lưới truyền tải

Cấu tạo của tua-bin gió (Hình 1.15) bao gồm: 1 Cánh quạt ( Blades) – gió thổi qua các cánh quạt làm cánh quạt quay; 2 Rôto (Rotor) – bao gồm các cánh quạt và trục; 3 Bước răng (Pitch) - Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện; 4 Bộ hãm (Brake) - dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ; 5 Trục quay tốc độ thấp (Low – speed shaft); 6 Hộp số (Gear box) - là một phần của bộ động cơ và tua-bin gió, có tác dụng làm tăng tốc độ quay của tua-bin; 7 Máy phát điện (Generato) – phát ra điện; 8 Bộ điều khiển (Cantroller) – khởi động hoặc tắt động cơ ứng với các vận tốc khác nhau để tránh phát nóng động cơ; 9

Bộ đo lường (anemometer) – đo tốc độ gió và truyền dữ liệu về tốc độ gió đến bộ điều khiển; 10 Van gió (wind vane) – để xử lý hướng gió và liên lạc với “yaw drive” để định hướng tua-bin; 11 Vỏ (Nacelle) – bao gồm rô to và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được đặt trên đỉnh trụ; 12 Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao (High speed shaft); 13 Truyền động lệch (Yaw drive) – giữ cho rô to luôn hướng về hướng gió chính khi có sự thay đổi hướng gió; 14 Mô-tơ lệch (Yaw motor) – động

cơ cung cấp cho “yaw drive” định được hướng gió; 15 Trụ đỡ “nacelle” (Tower) – được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh giằng bằng thép

Hình 1.15: Nguyên lý cấu tạo của tổ hợp tua-bin – máy phát điện gió

Loại máy phát điện thông dụng nhất được dùng cho tổ tua-bin – máy phát điện gió là máy phát điện không đồng bộ

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 3 với tốc độ gió, theo công thức sau [3][18]:

3

2

1

v A C

P p  (1.2) Trong đó:

: Mật độ không khí, kg/m3

; A: Diện tích quét gió của cánh quạt, m2

; v: Tốc độ gió, m/s;

Cp: Hệ số công suất cơ của tua-bin gió (Cp = 0,20,5)

Tốc độ gió thường không ổn định và thay đổi theo không gian và thời gian nên công suất của máy phát gió cũng không ổn định, điều này gây khó khăn trong vận hành HTĐ Công suất của máy phát điện gió có thể tính toán theo mô hình tuyến tính được đề xuất trong [22] với các hệ số được giả thiết là các hằng số không phụ thuộc tốc độ gió nên độ tin cậy không cao Gần đây, mô hình phi tuyến bậc 2 được ứng dụng rộng rãi trong tính toán công suất phát của tuabin gió như biểu thức (1.3)

min 2

m ax ax

Pv: Công suất phát của tuabin gió phụ thuộc tốc độ gió;

PR: Công suất định mức của tuabin gió;

V: Tốc độ gió qua tuabin;

vmin: Tốc độ gió nhỏ nhất mà tuabin không thể làm việc, thường khoảng (3÷5)m/s;

vR: Tốc độ gió định mức của tuabin, thường khoảng (11÷15)m/s;

vmax: Tốc độ gió giới hạn của tuabin để đảm bảo an toàn về độ bền cơ, thường khoảng (18÷25)m/s;

a0, a1 và a2: Các hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió giới hạn hay đặc tính của tuabin gió được xác định theo biểu thức (1.4)

Tuy nhiên, tốc độ gió phân bố theo hàm xác suất nên việc tính toán qui hoạch

hệ thống điện nói chung và LĐTA nói riêng có máy phát điện gió tham gia còn gặp nhiều khó khăn

Ưu điểm của máy phát điện tua-bin gió:

+ Không cần nạp nhiên liệu

+ Là nguồn năng lượng sạch, tái tạo và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường

+ Không phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm môi trường + Phù hợp với các vùng sâu, vùng xa, biển, hải đảo

Nhược điểm:

+ Vốn đầu tư ban đầu lớn

+ Không ổn định, phụ thuộc vào thời tiết và điều kiện địa lý

+ Cần có khoảng không gian lớn

1.2.3.6 Thủy điện nhỏ (Small Hydro Turbines)

Thủy điện nhỏ (TĐN) là thủy điện có công suất ≤ 30MW Thủy điện nhỏ ở nước ta chủ yếu là loại hình lợi dụng trực tiếp dòng chảy, không tạo thành hồ chứa hoặc hồ chứa dung tích nhỏ Loại thủy điện này thường bao gồm các đập nhỏ và hầu như không gây ảnh hưởng đến môi trường Những nhà máy thủy điện kiểu này được thiết kế với cột nước thấp, nằm trên những dòng sông nhỏ với độ dốc không lớn lắm và có thể sử dụng toàn bộ lưu lượng dòng sông hoặc một phần lưu lượng Việc xây dựng một trạm TĐN không ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống của dân cư xung quanh, đến môi trường, quy hoạch lãnh thổ, ô nhiễm đất đai

Hình 1.16: Công trình xây dựng nhà máy thủy điện nhỏ

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 của cả trạm TĐN trong một ngày đêm có thể coi 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 là cố định trong ngày đêm, trong những ngày khác nhau thì công suất khác nhau tùy theo điều kiện thủy văn

Công suất của trạm TĐN được xác định theo biểu thức sau [3][23]:

P = 9,81..Q.H (1.5) Trong đó:

P: Công suất trạm thủy điện, kW;

: Hiệu suất biến đổi năng lượng, %;

Ở nước ta, nguồn thủy năng này phân bố chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, miền Trung, Tây Nguyên, rất thuận lợi cho quá trình Điện khí hóa nông thôn, đặc biệt là các khu vực xa lưới có mật độ phụ tải nhỏ

Ưu điểm của thủy điện nhỏ:

+ Chi phí nhân công thấp vì các nhà máy điện này thường được tự động hóa cao, công nhân làm việc tại chỗ lúc vận hành bình thường ít

+ Tuổi thọ của nhà máy lớn hơn các nhà máy nhiệt điện

+ Lợi ích lớn nhất mà TĐN đem lại là hạn chế giá thành nhiên liệu, tận dụng tối đa nguồn tài nguyên sẵn có

+ Có sức cạnh tranh về giá so với các nguồn năng lượng khác

Nhược điểm:

+ Phải vận hành theo mùa và phụ thuộc vào thiên nhiên

+ Có thể làm ảnh hưởng đến môi trường dòng sông dưới hạ lưu

+ Ảnh hưởng đến cân bằng sinh thái

1.2.3.7 Năng lượng điện 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 loại sử dụng máy phát tua-bin (tidal stream gennerators)

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, điểm khác biệt là thủy triều có hai dòng nước lên và nước xuống Khi thủy triều lên thì mực nước biển cao hơn mực nước cửa sông (hay hồ chứa), còn khi thủy triều xuống thì ngược lại, mực nước biển lại thấp hơn mực nước cửa sông (hay hồ chứa) Trong cả hai trường hợp, sự chênh lệch mực nước tạo thành dòng nước làm quay tua-bin và chạy máy phát để phát ra điện [3]

Hình 1.17: Nhà máy điện thủy triều kiểu đập ở cửa sông Rance (Pháp)

Công nghệ hiện nay chủ yếu sử dụng máy phát tua-bin, trong đó các chuyển động lên xuống của thủy triều tạo ra dòng chảy làm quay cánh tua-bin để chạy máy phát Các tua-bin thủy triều có hình dạng rất giống với các tua-bin của máy phát

Biển

Tua-bin & Máy phát

điện chạy bằng sức gió, chỉ khác về nguồn năng lượng sơ cấp làm quay cánh bin

tua-Hệ thống máy phát - tua-bin (Hình 1.18) được cố định xuống đáy biển, mỗi hệ thống thường có hai tua-bin kép, nhìn giống như một chiếc “cối xay” dưới nước Những chiếc “cối xay” này sẽ được định hướng nhằm tận dụng được nhiều nhất năng lượng từ dòng chảy thủy triều

Hình 1.18: Hệ thống máy phát tua-bin thủy triều

Ưu điểm của năng lượng thủy triều:

- Công nghệ điện thủy triều kiểu đập:

+ Cải thiện giao thông: Tận dụng đập làm cầu giao thông qua sông + Nguồn năng lượng vô tận, không phát thải khí nhà kính

- Công nghệ sử dụng máy phát tua-bin:

+ Không làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, cảnh quan môi trường

+ Không phát thải khí nhà kính

Nhược điểm:

- Công nghệ điện thủy triều kiểu đập: Làm thay đổi mức thủy triều, tác động đến 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

+ Ảnh hưởng đến giao thông đường biển

+ Vốn đầu tư lớn

1.2.3.8 Năng lượng sinh khối (Biomass Energy)

Sinh khối bao gồm cây cối tự nhiên, cây trồng công nghiệp, tảo và các loài thực vật khác, hoặc là những bã nông nghiệp và lâm nghiệp Sinh khối cũng bao gồm cả những vật chất được xem như chất thải từ quá trình sản xuất thức ăn nước uống, bùn/nước cống, phân bón, sản phẩm phụ gia (hữu cơ) công nghiệp và các thành phần hữu cơ của chất thải sinh hoạt [3]

Công nghệ sinh khối được chia làm hai nhóm, trên cạn và dưới nước Đồng thời, công nghệ để làm biến đổi sinh khối thành năng lượng cũng bao gồm hai loại

là nhiệt hóa và sinh hóa Mỗi loại có những tính chất khác nhau, ưu nhược điểm khác nhau

Hình 1.19: Mô hình phát điện sử dụng khí Biogass

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 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 dạng khí sinh học (biogas) ứng dụng cho nhu cầu năng lượng ở quy mô gia đình

Hình 1.20: Nhà máy điện sử dụng các dạng năng lượng sinh khối

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

+ Thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết bị chuyển hóa năng lượng,

+ Là dạng năng lượng tái tạo có trữ lượng lớn, giúp giảm sự phụ thuộc vào các dạng năng lượng hóa thạch truyền thống đang cạn kiệt + Vừa giảm lượng giác thải, vừa biến chúng thành sản phẩm hữu ích + Phát triển NLSK làm giảm biến đổi khí hậu, sức ép cho các bãi rác,

… + NLSK có điểm chớp cháy cao, đốt cháy hoàn toàn, an toàn trong tồn chứa và sử dụng

Nhược điểm của NLSK:

+ NLSK tác động đến môi trường Khí đốt các nguồn sinh khối phát thải vào không khí bụi và khí sulfurơ (SO2) Mức độ phát thải phụ thuộc vào nguyên liệu, công nghệ và biện pháp kiểm soát ô nhiễm + Sản xuất năng lượng từ gỗ sẽ gây thêm áp lực cho rừng

1.2.3.9 Năng lượng địa nhiệt (Geothermal Energy)

Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng trái đất Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại

bề mặt trái đất Chúng đã được sử dụng để nung và tắm kể từ thời La Mã cổ đại, nhưng ngày nay nó được dùng để phát điện

Hình 1.21: Nguyên lý sản xuất điện từ năng lượng địa nhiệt

Hiện nay có ba loại nhà máy địa nhiệt điện: hơi nước, nước nóng, và chu trình [3].Nhà máy địa nhiệt điện hơi nước sử dụng hơi nước được khai thác trực tiếp từ các nguồn nhiệt dưới lòng đất Hơi nước được dẫn qua các đường ống dẫn trực tiếp

từ các giếng ngầm đến các nhà máy điện, tại đó nó được dẫn đến làm quay tua-bin

để chạy máy phát điện

Nhà máy địa nhiệt điện sử dụng nước nóng là phổ biến nhất Người ta sử dụng nguồn nước nóng được khoan từ dưới đất với nhiệt độ hơn 182 0

C Lượng nước rất nóng này phun từ dưới đất lên qua các giếng trên mặt đất dưới áp lực của chính nó Khi dòng nước nóng lên đến mặt đất, áp suất giảm và một lượng nước sôi sau đó bốc thành hơi Sau đó hơi nước được tách ra khỏi nước và được sử dụng để quay tua-bin máy phát điện Lượng nước còn sót lại và hơi nước ngưng tụ được bơm trở lại vào lòng đất để có thể tiếp tục sử dụng một cách hiệu quả

Hình 1.22: Nhà máy địa nhiệt điện

Đối với các nhà máy địa nhiệt điện chu trình, sử dụng nước có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ từ 107 0C đến 182 0C Các nhà máy này dùng lượng nhiệt từ nước nóng để đun sôi một chất lỏng dẫn động, thường là một hợp chất hữu cơ có điểm sôi thấp Chất lỏng dẫn động bay hơi trong một bình trao đổi nhiệt và lượng hơi đó được sử dụng để quay tua-bin Nước sau đó được bơm vào mặt đất để làm nóng trở lại

Nước và chất lỏng dẫn động được bảo quản và tách ra trong toàn bộ quá trình hoạt động của nhà máy, do đó quy trình sản xuất điện này không có khí thải

Ưu điểm của năng lượng địa nhiệt:

+ Năng lượng địa nhiệt không phụ thuộc vào giá cả nhiên liệu

+ Khai thác năng lượng địa nhiệt có hiệu quả về kinh tế, có khả năng thực hiện và thân thiện với môi trường

+ Công nghệ này có khả năng giúp giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu nếu

nó được triển khai rộng rãi

+ Điện địa nhiệt được xem là bền vững vì sự tách nhiệt chỉ là một phần nhỏ so với lượng nhiệt của Trái Đất

Nhược điểm của năng lượng địa nhiệt:

+ Việc xây dựng các nhà máy phát điện có thể ảnh hượng ngược lại đến

sự ổn định nền đất của khu vực xung quanh

+ Chi phí ban đầu cao do phải khoan thăm dò tìm nguồn nhiệt

1.3 Hiện trạng lưới điện trung áp và nguồn phân tán tại Việt Nam

1.3.1 Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta

Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay hệ thống LĐTA của Việt Nam bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nông thôn Nhằm nâng cao độ tin cậy trong việc cung cấp điện, đơn giản trong quản lý vận hành, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng của khách hàng và giảm tổn thất điện năng của toàn hệ thống dưới 10% vào năm 2020, Tập đoàn Điện lực Việt Nam thường xuyên đầu tư mở rộng, nâng cấp và cải tạo LĐTA trên phạm vi cả nước Theo kế hoạch phát triển đến năm 2020, LĐTA của tập đoàn đã được xây dựng thêm 282.714 km đường dây trung áp, hạ áp và 19.010 MVA công suất máy biến áp phân phối [13][14]

Cùng với sự đổi mới và phát triển kinh tế, quá trình phát triển và điện khí hoá của nước ta đã có những thay đổi quan trọng, góp phần thúc đẩy sự phát triển của các ngành kinh tế, cải thiện mức sống về vật chất và tinh thần cho nhân dân, đặc biệt là nông dân Hiện nay 100% số huyện trong cả nước đã có điện lưới quốc gia

và hầu hết các xã đã có điện

1.3.2 Tình hình phát triển phụ tải điện

Theo kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN – 0907, “Dự báo nhu cầu phụ tải trong giai đoạn 2000 – 2020” do Viện Chiến lược phát triển, Bộ Kế hoạch và Đầu

tư xây dựng với 2 phương án: phương án cao và phương án cơ sở Trong đó lấy nhịp độ phát triển dân số trong 25 năm (1996 - 2020) được dự báo bình quân là 1,72%/năm

Nhu cầu điện năng theo phương án cao được dự báo theo phương án phát triển kinh tế cao Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng trưởng trung bình điện năng sẽ là 10,2%/năm và 8,9%/năm tương ứng với từng giai đoạn là

2000 - 2010 và 2010 - 2020 Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 204 tỷ kWh Tốc

độ tăng trưởng điện năng của cả giai đoạn 1996 - 2020 là 11%/năm

Nhu cầu điện năng phương án cơ sở được dự báo theo phương án phát triển kinh tế cơ sở Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng trưởng trung bình điện năng sẽ là 10,5%/năm và 8,2%/năm tương ứng với từng giai đoạn Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 173 tỷ kWh Tốc độ tăng trưởng điện năng của giai đoạn 2000 - 2020 là 10,4%/năm

Với dự báo này thì ngành điện nói chung và LĐTA địa phương nói riêng trong thời gian tới đòi hỏi phải có sự phát triển, cải tạo và mở rộng rất lớn Đây là một thực tế cần phải được quan tâm

1.3.3 Hiện trạng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam

Trong những năm gần đây, mối quan tâm về DG tại Việt Nam ngày càng nhiều khi mà nhu cầu về các nguồn phát điện tại chỗ đang gia tăng Những nguồn điện phân tán như: điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điện sinh khối, … đang được chú ý quan tâm hơn cả Tính tới năm 2019, tổng công suất của DG sử dụng năng lượng tái tạo đã được lắp đặt và đưa vào vận hành khoảng 5695MW, trong đó nguồn thủy điện nhỏ, điện gió và đặc biệt nguồn năng lượng mặt trời sử dụng công nghệ pin mặt trời chiếm tỉ trọng lớn nhất [3][14][26]

Trong một vài năm tới, các nguồn DG khác như: điện gió (Phương Mai – 50,4MW, Phước Ninh – 20MW, Phú Quý – 1000MW, …); điện mặt trời ở khu vực Tây Nguyên khi đi vào vận hành sẽ đóng vai trò quan trọng đáng kể đảm bảo nhu cầu điện năng cho các phụ tải địa phương, góp phần giảm tải cho các hệ thống điện khu vực

Các dự án thủy điện nhỏ đấu nối vào lưới phân phối chủ yếu tập trung tại khu vực Tây Bắc, Bắc Trung Bộ,Trung Trung Bộ và khu vực Tây Nguyên Đây cũng chính là khu vực có tiềm năng để phát triển nguồn phân tán trong tương lai

Như vậy, lưới phân phối của Việt Nam trong tương lai không xa sẽ có những thay đổi đáng kể về cấu hình và các vấn đề kỹ thuật liên quan khác tới khai thác, kết nối và vận hành mạng điện

1.3.4 Tiềm năng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam

1.3.4.1 Năng lượng gió

Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới

đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam Theo tính toán của nghiên cứu này thì Việt Nam có tiềm năng về gió lớn nhất, tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360MW [5][20]

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 gồm: 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 tua-bin gió công suất nhỏ từ 150W đến 5kW

Theo điều tra [14], 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 ven biển Đà Nẵng trở vào Đến năm 2021 sẽ có 24 dự án với tổng công suất lắp đặt là 2300MW với nhiều dự án gió phát điện với công suất lớn như: Dự án điện gió KOSY Bạc Liêu 400MW, Bình Đại 310MW, Bạc Liêu 241MW và Quốc Vinh Sóc Trăng 129MW [33]

1.3.4.2 Năng lượng mặt trời

Việt Nam là nước nhiệt đới, tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới, đặc biệt các vùng miền phía Nam có nhiều nắng Theo thống kê của Tổng cục khí tượng thủy văn về số giờ nắng (bình quân trong 20 năm) ở nước ta có thể chia lam 3 vùng:

- Vùng 1: Các tỉnh vùng Tây Bắc (Sơn La, Lai Châu) có số giờ nắng tương đối cao, từ 1897h/năm đến 2102h/năm

- Vùng 2: Gồm các tỉnh còn lại của miền Bắc và một số tỉnh từ Thanh Hóa đến Quảng Bình, số giờ nắng trung bình từ 1400h/năm đến 1700h/năm

- Vùng 3: Gồm các tỉnh từ Huế trở vào, có số giờ nắng cao nhất cả nước, từ 1900h/năm đến 2700h/năm

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

số giờ nắng bình quân phải đạt từ 1800h/năm trở lên (theo nhận xét của Tạp chí Năng lượng thế giới – World Energy tháng 3 năm 2001) Đối với điều kiện ở Việt Nam thì chỉ tiêu trên là phù hợp

Pin mặt trời được nghiên cứu và triển khai ứng dụng ở Việt Nam tương đối muộn, vào đầu năm 1990 Đến năm 1994 triển khai ứng dụng các thiết bị này phát triển khá mạnh mẽ và đến năm 2019 đã lắp đặt tới 5695,0MW và hơn 10000MW đã được phê duyệt triển khai Trong đó, đã vận hành được 2600,0MW tập trung chủ yếu ở Miền Trung khoảng 2000MW gồm các dự án [14][15][17][33]:

- Khu vực phía Nam: Nhà máy điện mặt trời Cà Mau có công suất lắp máy

50 MWp Nhà máy điện mặt trời An Hòa 1 và 2 có công suất lắp máy 119 MWp Nhà máy điện mặt trời Sao Mai 1 và 2 có công suất lắp máy 154 MWp Cuối năm 2019 đã có 8.299 khách hàng lắp đặt điện mặt trời áp mái, đạt 148.0MWp trong đó các đơn vị trực thuộc ngành điện đã lắp đặt trên 7.4 MWp…

- Khu vực miền Trung: Nhà máy điện mặt trời Đa Mi, công suất 47.5MWp

vận hành năm 2018 Nhà máy điện mặt trời BP Solar - 50 MWp, Nhà máy điện mặt trời Phước Hữu - 65 MWp Nhà máy điện mặt trời Phước Thái 1 công suất 50 MWp Nhà máy điện mặt trời Gio Thành 1 và 2, công suất

100 MWp Nhà máy điện mặt trời Trung Nam - Thuận Nam, công suất

450 MWp…

- Khu vực phia Bắc: Khối lượng lắp đặt ứng dụng cho các hộ gia đình, trạm

biên phòng và bộ đội ở hải đảo, cho Trạm xá, trường học, Trung tâm văn hóa rất lớn Hơn nữa, nhiều dự án có công suất lớn như Nhà máy điện năng lượng mặt trời nổi trên mặt nước tại hồ Thác Bà với 2 giai đoạn: giai đoạn 1 thời gian thực hiện từ năm 2020 - 2022 với công suất dự kiến 560MW, giai đoạn 2 từ 2022 - 2026, công suất 800MW

Tính đến năm 2019, tổng công suất Pin Mặt trời đã được lắp đặt, ứng dụng tại Việt Nam là 5695.0MWp

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

1.3.4.3 Thủy điện nhỏ

Việt Nam là nước có tiềm năng TĐN rất phong phú Theo ước tính của Viện Năng lượng, hệ thống sông ngòi của nước ta có tiềm năng khoảng 300 tỷ kWh [3][14]

Tính riêng nhóm dự án TĐN đã đăng ký ở Bộ Công thương, năm 2007 có tất

cả 26 nhà máy 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 có 126 dự

án thủy điện ở Lào Cai được dần thực hiện trong 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 4.100MW, gấp hai lần công suất của 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 1.200MW giai đoạn 2006 – 2010 và 1.250MW giai đoạn 2011 – 2015

Tại 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 cũng kịp quy hoạch 54 dự án với tổng công suất 138MW Đến 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 với quy mô lớn, công suất 18.366MW thuộc Quy hoạch bậc thanh 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 trong thời gian qua Chỉ riêng tại 9 địa phương được kiểm tra 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 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, đánh giá một cách toàn diện, tránh tình trạng cấp phép xây dựng ồ ạt, làm ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường, gây thiệt hại và cạn kiện tài nguyên Bên cạnh đó, các cơ quan chức năng cũng cần thường xuyên giám sát chất lượng cũng như tiến độ các công trình, nhằm đảm bảo chất lượng công trình, tiết kiệm chi phí và sớm đưa vào vận hành sử dụng

1.3.4.4 Năng lượng sinh khối

Trong tài liệu [14] đã nêu ra tiềm năng to lớn của nguồn năng lượng sinh khối tại Việt Nam, cụ thể hàng năm, nguồn phụ phẩm, phế thải cung cấp trên 50 triệu tấn sinh khối Tiềm năng sinh khối gỗ, phụ phẩm nông nghiệp, chất thải sinh hoạt xã hội của Việt Nam tương đương tương ứng với 8,78 triệu Toe dầu mỏ, với 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 [14] 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 xuất thêm điện năng từ nguồn bã mía thừa Đây là một bước tiến mới trong khai thác và 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 [14] cũng nêu, hiện nay 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 Ngoài 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

Nhiều dự án điện sinh khối đã được triển khai với công nghệ chủ yếu là đốt cháy phế thải của các nhà máy đường như Nhà máy điện An Khê (Gia Lai) công suất 110 MW, Nhà máy điện Phú Yên công suất 30 MW, Nhà máy điện Tuyên Quang công suất 25 MW…

1.3.4.5 Kế hoạch phát triển nguồn phân tán ở nước ta

Dự báo công suất của các nguồn phân tán có tiềm năng ở nước ta tính đến năm

2030 (Hình 1.23)[5][14]

Hình 1.23: Dự báo công suất các nguồn phân tán tại Việt Nam đến năm 2030 Theo những nghiên cứu trong Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030 [14], nguồn phân tán bao gồm chủ yếu là nguồn thủy điện nhỏ và các dạng năng lượng tái tạo khác chiếm từ (3 – 5)% tổng điện năng sản xuất của toàn hệ thống điện tương lai trong giai đoạn này Trong đó, TĐN và điện gió sẽ chiếm phần lớn trong tỷ trọng những nguồn năng lượng phân tán sử dụng năng lượng tái tạo Chi tiết kế hoạch phát triển nguồn phân tán được liệt

kê trong Bảng 1.2

Bảng 1.2: Kế hoạch phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo giai đoạn

2011 – 2020 có xét đến năm 2030

TT

Loại năng lượng và tiềm năng Giai đoạn khai thác trong quy hoạch

(MW) Loại năng

lượng

Tổng tiềm năng kinh tế

- kỹ thuật (MW)

Tổng tiềm năng kinh tế

- kỹ thuật khai thác (2011-2030) (%)

1.3.5 Nhận xét

Nguồn điện phân tán đã và đang cho thấy những ưu điểm và những lợi ích thiết thực Trong đó, những nguồn 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 ứng dụng rộng rãi 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 mạnh mẽ của loại 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

1.4 Kết luận chương 1

Chương này đã giới thiệu tổng quan một số vấn đề cơ bản về LĐTA, bao gồm định nghĩa, cấu trúc, đặc điểm và vai trò của LĐTA, đồng thời giới thiệu về tình hình phát triển LĐTA ở nước ta và sự phát triển của phụ tải điện đến năm 2020 Từ