CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lý do chọn đề tài và tính cấp thiết của đề tài. Hiện nay, các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ, khí đốt đã và đang đáp ứng phần lớn nhu cầu năng lượng của con người, tuy nhiên năng lượng hóa thạch là nguồn nguyên liệu không bền vững. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch là một trong các nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu và thậm chí làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người.
Hơn nữa, các nguồn nhiên liệu nói trên đang dần cạn kiệt, vì vậy việc nghiên cứu và sử dụng các nguồn năng lượng mới có khả năng tái tạo như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời. Về năng lượng mặt trời, tính từ vĩ tuyến 17 trở vào phía Nam, bức xạ mặt trời nhiều và ổn định trong suốt thời gian của năm, chỉ giảm khoảng 20% trong mùa mưa. Số giờ nắng trong năm ở miền Bắc là vào khoảng 1.700 giờ, ở miền Trung và miền Nam là vào khoảng 2. Tổng công suất năng lượng mặt trời năm 2014 và công thêm năm 2015[0] Trong năm 2016, ít nhất 75GW năng lượng mặt trời đã được bổ sung trên toàn thế giới tương đương với việc hơn 31.000 tấm pin năng lượng mặt trời được lắp đặt mỗi giờ[1].
Việt Nam là một trong các quốc gia có tiềm năng đáng kể về năng lượng mặt trời, phía Bắc bình quân có khoảng 1.100 giờ nắng/năm, phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) bình quân từ 2. Như chúng ta thấy được thì ở miền Nam quanh năm nắng dồi dào. 1 Luan van Vùng Giờ nắng trong Cường độ BXMT Ứng dụng năm (kWh/m2,ngày) Đông Bắc 1600 - 1750 3,3 – 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt Tây Nguyên và 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Nam Trung Bộ Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình cả nước 1700 - 2500 4,6 Tốt Bảng 1. Giá trị trung bình cường độ bức xạ mặt trời ngày trong năm và số giờ nắng của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam.
[2] Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người có thể tận dụng được: đó là nguồn năng lượng sạch, gần như vô tận, dễ dàng ứng dụng ở nhiều nơi. Năng lượng mặt trời (bức xạ mặt trời) là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng tại Việt Nam. Trung bình, tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam vào khoảng 5kWh/m2 /ngày ở các tỉnh miền Trung và miền Nam và vào khoảng 4kWh/m2 /ngày ở các tỉnh miền Bắc. Hiện tại, ở Việt Nam có hai dạng ứng dụng NLMT là: - Nhiệt mặt trời: Chuyển bức xạ mặt trời thành nhiệt năng, sử dụng ở các hệ thống chưng cất nước, hệ thống sấy, bếp đun NLMT và hệ thống đun nước mặt trời,.
- Điện mặt trời (ĐMT): Đối với Việt Nam, hệ thống điện mặt trời là sử dụng công nghệ quang điện SPV (Solar Photovoltaic hay PV). Một số mô hình ứng dụng phổ biến nhất hiện nay là: + Hệ thống phát điện mặt trời độc lập: quy mô hộ gia đình, hệ thống đèn đường và hệ thống điện nối lưới điện cục bộ. + Hệ thống phát điện bằng NLMT nối lưới điện quốc gia Trong khi đó tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La (con số này bao gồm cả gió trên biển, gió ở thềm lục địa và gió trên đất liền). 2 Luan van Năng lượng gió là nguồn năng lượng tự nhiên dồi dào và phong phú , được ưu tiên được đầu tư và phát triển ở Việt Nam.
Ngày nay công nghệ điện gió phát triển mạnh và có sự cạnh tranh lớn, với tốc độ phát triển như hiện nay thì không bao lâu nữa năng lượng điện sẽ chiếm phần lớn trong thị trường năng lượng của thế giới. Năm 2007, EVN cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió, xác định các vùng thích hợp cho phát triển điện gió trên toàn lãnh thổ với công suất kỹ thuật 1. Trong đó miền Trung Bộ được xem là có tiềm năng gió lớn nhất cả nước với khoảng 880 MW tập trung ở hai tỉnh Quảng Bình và Bình Định, tiếp đến vùng có tiềm năng thứ hai là miền Nam Trung Bộ với công suất khoảng 855 MW, tập trung ở hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận [3]. Ngoài ra, Bộ Công thương và Ngân hàng Thế giới (2010)[4] đã tiến hành cập nhật thêm số liệu quan trắc (đo gió ở 3 điểm) vào bản đồ tiềm năng gió ở độ cao 80 m cho Việt Nam.
Kết quả cho thấy tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 80 m so với bề mặt đất là trên 2. Tốc độ gió <4m/s 4-5m/s 5-6m/s 6-7m/s 7-8m/s 8-9m/s 9m/s trung bình Diện tích 95. Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80 m so với bề mặt đất Ở tỉnh Bình thuận dự án đầu tiên là Dự án Nhà máy điện gió Tuy Phong, đặt tại xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận do Công ty cổ phần Năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) đầu tư được triển khai đầu tiên và đi vào hoạt động từ ngày 18/4/2012. Theo kế hoạch, giai đoạn 2 của dự án xây dựng và lắp đặt 60 trụ 3 Luan van điện gió (hay tuabin), sẽ nâng tổng công suất của toàn bộ Nhà máy Phong điện Tuy Phong lên 120 MW.
Sau Dự án Tuy Phong, dự án điện gió ở đảo Phú Quý với 3 tuabin, tổng công suất 6 MW đã lắp đặt xong và thử vận hành an toàn, góp phần giải quyết tình trạng thiếu điện sinh hoạt và sản xuất cho 33.000 dân trên đảo và giảm chi phí sản xuất điện do giảm thời gian vận hành của nhà máy điện Diesel. Cùng với nhà máy điện gió ở Bình Thuận, nhà máy ở Bạc Liêu có thể xem là điểm đột phá mở đường xây dựng nền công nghiệp phong điện non trẻ, nhưng được kỳ vọng là một nguồn điện trụ cột trong tương lai ở Việt Nam. Ngày 29 - 5 - 2013, 10 tua bin điện gió đầu tiên có công suất 16 MW, sản lượng điện năng khoảng 56 triệu kWh/năm của nhà máy điện gió Bạc Liêu đã hòa lưới điện quốc gia.Nhà máy điện gió Bạc Liêu được đặt dọc theo đê Biển Đông, kéo dài từ phường Nhà Mát đến ranh giới tỉnh Sóc Trăng và chiểm tổng diện tích gần 500 ha. Khi hoàn thành toàn bộ, nhà máy sẽ có tổng công suất là 99,2 MW, dự kiến mỗi năm phát lên lưới điện quốc gia khoảng 320 triệu kWh.
Như vậy, sự xuất hiện của các nhà máy năng lượng mặt trời và nhà máy năng lượng gió hòa lưới hệ thống điện có thể xem như là một xu thế cho nhu cầu sử dụng điện hiện nay. Tổng quan tình hình nghiên cứu. Việc tích hợp nguồn năng lượng gió và năng lượng mặt trời với lưới điện đang là xu hướng phát triển hiện nay của các quốc gia trên thế giới nhằm khai thác triệt để nguồn năng lượng sạch, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phá hủy môi trường sinh thái. Tuy nhiên, các hệ thống tích hợp này thường được áp dụng trong các hệ thống nhỏ, công suất vài chục mvar [5-8].
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, các hệ thống tích hợp này đã được triển khai trong các ứng dụng có công suất lớn, khoảng vài trăm mvar [9-10]. Hơn nữa, việc hòa lưới và kết hợp với các nguồn năng lượng có công suất lớn từ các nhà máy máy thủy điện, nhiệt điện là xu hướng tất yếu. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống tích trữ năng lượng nhiệt mặt trời [11] và năng lượng điện gió [12-13] trong hệ thống điện đã được triển khai. Tuy nhiên, dù tiềm năng rất lớn nhưng việc khai thác các 4 Luan van nguồn năng lượng này ở Việt Nam còn chưa đáng kể.
Hầu hết các dự án điện mặt trời chỉ ở quy mô nhỏ. Hiện tại, ở Việt Nam mô hình này vẫn ở quy mô nhỏ, trạm điện mặt trời lớn nhất phát điện lên lưới điện quốc gia công suất từ 100kWp đến 154kWp. Đơn cử, dự án điện mặt trời được nối lưới đầu tiên là Nhà máy quang năng An Hội (Côn Đảo, Bà Rịa - Vũng Tàu), đây là dự án được triển khai từ năm 2014 và hoàn thành việc xây dựng lắp đặt và đấu nối vào lưới điện của Điện lực Côn Đảo vào đầu tháng 12/2014 nhưng công suất chỉ đạt 36 kWp, điện lượng hơn 50 MWh. Ngày 29/8/2015, dự án Nhà máy quang điện mặt trời Thiên Tân do Công ty Cổ phần Đầu tư và Xây dựng Thiên Tân làm chủ đầu tư đã chính thức được khởi công xây dựng, nhà máy có công suất 19,2 MW với tổng mức đầu tư 800 tỉ đồng, được xây dựng trên diện tích 24 ha tại thôn Đạm Thủy, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi bằng nguồn vốn vay trong nước và nước ngoài.
Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng gió và năng lượng mặt trời thì yêu cầu đánh giá sự ổn định của hệ thống điện khi tích hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió là vô cùng cần thiết. Sự ổn định hệ thống điện được xem như là một vấn đề quan trọng đối với vận hành an toàn hệ thống điện từ những năm 1920 [14]. Nhiều sự cố mất điện lớn có nguyên nhân do sự không ổn định của hệ thống điện đã mô tả sự quan trọng của vấn đề này [15]. Trong lịch sử, sự không ổn định do quá độ đã trở thành vấn đề ổn định chiếm ưu thế lớn của hầu hết các hệ thống điện.
Khi các hệ thống điện đã phát triển tiến hóa thông qua một sự phát triển liên tục, từ các liên kết về điện, việc sử dụng các công nghệ mới, việc điều khiển và vận hành gia tăng trong các điều kiện sự cố, nên có rất nhiều dạng bất ổn định hệ thống khác nhau đã xuất hiện. Ví dụ như, sự ổn định điện áp, sự ổn định tần số và các dao động ở nhiều khu vực đã trở thành những vấn đề lớn hơn so với trong quá khứ. Điều khiển ổn định hệ thống điện là một nhiệm vụ quan trọng trong vận hành hệ thống điện [16]. Từ những yêu cầu nêu trên, luận văn đề xuất đánh giá ổn định một hệ thống điện có tích hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió có công suất lớn nhằm mục tiêu có 5 Luan van cái nhìn tổng quan hơn về tình hình khai thác năng lượng gió và năng lượng mặt trời hiện nay.
Mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu.