Đặt vấn đề: Điện năng đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất sản phẩm hàng hóa và cải thiện đời sống của con ngƣời. Chính vì vậy, nhà nƣớc luôn quan tâm tới sự phát triển của ngành điện, tạo điều kiện cho ngành điện trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nƣớc. Xu hƣớng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc sang thị trƣờng điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nƣớc trên thế giới. Thị trƣờng điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả ở các nƣớc và cho thấy những ƣu điểm vƣợt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền thống.
Hệ thống điện không ngừng phát triển cả về số lƣợng, chất lƣợng và độ tin cậy. Các nguồn năng lƣợng điện đƣợc sử dụng ngày càng nhiều và phong phú : gió, năng lƣợng mặt trời, sóng biển. Năng lƣợng gió đƣợc sử dụng cách đây 3000 năm. Đến đầu thế kỉ 20, năng lƣợng gió đƣợc dùng để cung cấp năng lƣợng cơ học nhƣ bơm nƣớc hay xay ngũ cốc.
Vào đầu kỉ nguyên công nghiệp hiện đại, nguồn năng lƣợng gió đƣợc sử dụng để thay thế năng lƣợng hóa thạch hay hệ thống điện nhằm cung cấp nguồn năng lƣợng thích hợp hơn. Đầu những năm 1970, do khủng hoảng giá dầu, việc nghiên cứu năng lƣợng gió đƣợc quan tâm. Vào thời điểm này, mục tiêu chính là dùng năng lƣợng gió cung cấp năng lƣợng điện thay thế cho năng lƣợng cơ học. Việc này đã làm cho năng lƣợng gió trở thành nguồn năng lƣợng đáng tin cậy và thích hợp nhờ sử dụng nhiều kĩ thuật năng lƣợng khác – thông qua mạng lƣới điện dùng nhƣ nguồn năng lƣợng dự phòng.
Turbine gió đầu tiên dùng để phát điện đƣợc phát triển vào đầu thế kỉ 20. Kĩ thuật này đƣợc phát triển từng bƣớc một từ đầu những năm 1970. Cuối những năm 1990, năng lƣợng gió trở thành một trong những nguồn năng lƣợng quan trọng nhất. Trong những thập kỉ cuối của thế kỉ 20, tổng năng lƣợng gió trên toàn thế giới tăng xấp xỉ gấp đôi sau mỗi 3 năm.
Chi phí điện từ năng lƣợng gió giảm xuống còn 1/6 so với chi phí của đầu những năm 1980. Và xu hƣớng giảm này vẫn tiếp tục. Các chuyên NGUYỄN BẢO QUỐC Trang 1 gia dự đoán rằng tổng năng lƣợng tích lũy trên toàn thế giới hằng năm sẽ tăng khoảng 25% một năm và chi phí sẽ giảm khoảng 20% - 40%. Kĩ thuật năng lƣợng gió phát triển rất nhanh vể mọi mặt.
Cuối năm 1989, việc chế tạo một turbine gió công suất 300 kW có đƣờng kính rotor 30 m đòi hỏi kĩ thuật tối tân. Nhƣng chỉ trong 10 năm sau đó, một turbine gió công suất 2000 kW có đƣờng kính rotor vào khoảng 80 m đã đƣợc sản xuất đại trà. Tiếp theo đó dự án dùng turbine gió công suất 3 MW có đƣờng kính rotor 90 m đƣợc lắp đặt vào cuối thế kỉ 20. Hiện tại, turbine gió công suất 3 – 3.6 MW đã đƣợc thƣơng mại hóa.
Bên cạnh đó, turbine gió công suất 4 – 5 MW đã đƣợc phát triển hay chuẩn bị kiểm tra trong một số dự án, và turbine gió công suất 6 – 7 MW đang đƣợc phát triển trong tƣơng lai gần. Bảng 1 cho ta cái nhìn về sự phát triển của turbine gió từ năm 1985 đến năm 2004. Năm Công suất (kW) Đƣờng kính rotor (m) 1985 50 15 1989 300 30 1992 500 37 1994 600 46 1998 1500 70 2003 3000 – 3600 90 – 104 2004 4500 – 5000 112 – 128 Bảng 1.1: Sự phát triển của turbine gió trong 1985 – 2004. Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trƣớc đây về sự phát triển của năng lƣợng gió đã đạt đƣợc, đề tài đề xuất tên “Nghiên cứu ảnh hưởng đấu nối các nhà máy phát gió trên lưới điện Bình Thuận” nhằm nghiên cứu các ảnh hƣởng khi đấu nối các nhà máy phát gió đến lƣới điện truyền tải về công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp nút khi vận hành ở chế độ bình thƣờng và chế độ sự cố để đánh giá khả năng và hiệu quả của việc đấu nối các nhà máy phát gió từ đó giảm đƣợc chi phí sản xuất điện năng , nâng cao hiệu quả truyền tải và hạn chế nhƣợc điểm của các công trình nghiên cứu trƣớc đây.
Các kết quả trong và ngoài nƣớc đã công bố: Hệ thống lƣới điện truyền tải quốc gia cơ bản đáp ứng đƣợc các yêu cầu truyền tải điện năng từ các nhà máy điện cho các phụ tải, đảm bảo cung cấp điện phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội và nhằm giảm tổn thất điện năng do truyền tải. Tuy NGUYỄN BẢO QUỐC Trang 2 nhiên, hệ thống vẫn chƣa có khả năng cung ứng dự phòng, việc nghiên cứu đƣa vào sử dụng các nguồn năng lƣợng mới là vấn đề cấp thiết đáp ứng nhu cầu điện cũng nhƣ năng lƣợng quốc gia. Chính vì điều đó, việc nghiên cứu tính toán và thiết kế hệ thống nhà máy điện gió đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hệ thống điện quốc gia. Hiện nay, nhà nƣớc ta có nhiều công trình ủng hộ nghiên cứu phát triển điện gió, cụ thể là : Chƣơng trình dự án năng lƣợng gió GIZ “Tình hình phát triển điện gió và khả năng cung ứng tài chính cho các dự án ở Việt Nam”, Phan Thanh Tùng, Vũ Chi Mai , Angelika Wasielke 2012 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nƣớc , đề tài mã số : 59A.12 “Máy điện dị bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo đảm phân ly giữa mômen và hệ số công suất “ , Nguyễn Phùng Quang , 1998 Dự án hợp tác Quỹ bảo vệ môi trƣờng Việt Nam và Hội đồng kỹ thuật điện quốc tế ( IEC ) “European Wind Energy Association – EWEA “, Viện KHCN Môi Trƣờng , 02 / 2012 Hiện tại, tại các quốc gia phát triển và các trƣờng Đại học lớn trên thế giới cũng bắt tay vào nghiên cứu đấu nối vận hành các nhà máy phát gió lên lƣới điện truyền tải, tối ƣu hóa các luồn phân bố công suất nâng cao hiệu quả truyền tải, giảm chi phí, sử dụng nhƣ nguồn năng lƣợng dự phòng sạch.
Cụ thể là: Transient Analysis of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG After an External Short-Circuit Fault, Tao Sun, Z Chen, Frede Blaabjerg, NORDIC WIND POWER CONFERENCE, 1-2 MARCH, 2004, CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters, Stanford University; Wiley. Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator Toufik Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex, France Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application : Final Report; Erickson, Al-Naseem, University of Colorado NGUYỄN BẢO QUỐC Trang 3 Bằng phƣơng pháp đo đạc, chúng ta đã lập đƣợc biểu đồ quang khí hậu tại nhiều vùng của Việt Nam.
Bản đồ quang khí hậu mà cụ thể là tốc độ gió sẽ cho cái nhìn chính xác hơn về điều kiện phát điện bằng năng lƣợng gió. Với sự trợ giúp ngày càng nhiều và càng mạnh của máy tính, các chƣơng trình tính toán đƣợc viết để mô hình hóa và mô phỏng công trình với các điều kiện địa lý, tự nhiên, khí hậu, vật liệu và kỹ thuật thiết bị. Nhờ đó, càng có thể đƣa thêm nhiều ràng buộc đầu vào trong bài toán năng lƣợng gió, nhờ đó có thể đƣa ra đƣợc những dự báo chính xác hơn. Các vấn đề nghiên cứu của đề tài : Tính cấp thiết của đề tài Trong thực tiễn, hệ thống điện gió của Việt Nam đƣợc thiết kế và xây dựng dựa trên Quy định tiêu chuẩn Việt Nam về hệ thống điện gió nhƣ sau: Quyết định 1208/2011/QĐ-TTg ban hành ngày 21 tháng 7 năm 2011 về phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030.
Quyết định của Thủ tƣớng Chính phủ số 26/2006/QĐ-TTg3 ban hành 26 tháng 01 năm 2006, phê duyệt lộ trình, các điều kiện hình thành và phát triển các cấp độ thị trƣờng điện lực Quyết định 24/2011/QĐ-TTg của Thủ tƣớng Chính phủ về điều chỉnh giá bán điện theo cơ chế thị trƣờng. Quyết định 37/2011/QĐ-TTg về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện gió tại Việt Nam. Quyết định 18/2008/QĐ-BCT về biểu giá chi phí tránh đƣợc và Hợp đồng mua bán điện mẫu áp dụng cho các nhà máy điện nhỏ sử dụng năng lƣợng tái tạo Do đặc thù tính không ổn định của gió tự nhiên nên khi tính toán thiết kế hệ thống điện gió, ngƣời ta phải tận dụng một số thiết bị điện tử công suất trong hệ thống NGUYỄN BẢO QUỐC Trang 4. Tuy nhiên, gió tự nhiên có những ƣu điểm nhƣ tính kinh tế cao nên thƣờng đƣợc yêu cầu xem xét trong thiết kế hệ thống cung cấp điện cho khu vực nhỏ không nối lƣới.
Mặc dù cơ cấu điện năng sản xuất từ gió cung cấp cho hệ thống điện chỉ chiếm từ 2% đến 5% tổng nhu cầu điện năng của hệ thống điện. Tuy nhiên, việc tận dụng năng lƣợng điện gió đƣợc dự tính có thể thay thế lƣới điện quốc gia để cung cấp điện cho các khu vực nhƣ đảo, vung đồng bằng cửa sông hoặc gần biển. Điều này sẽ đem lại một tiềm năng tiết kiệm năng lƣợng lớn trong hệ thống điện so với giải pháp sử dụng các nguồn năng lƣợng hóa thạch. Việc dự đoán một mạng điện gió tối ƣu đem lại kết quả thực tiễn cho các giải pháp về cung cấp điện cũng nhƣ hệ thống truyền tải và phân phối điện năng.
Kết quả của việc nghiên cứu này giúp thiết kế những hệ thống điện gió nối lƣới phù hợp thực tế dễ vận hành mang lai hiệu quả về cả tính kỹ thuật và kinh tế. Ý nghĩa luận Việc đƣa thêm vào sủ dụng nguồn năng lƣợng điện gió giúp ta từng bƣớc cân bằng lại nguồn năng lƣợng cung ứng cho hệ thống điện. Rõ ràng năng lƣợng gió là nguồn năng lƣợng tự nhiên và vô tận việc tận dụng một cách hiệu quả nguồn năng lƣợng này vào hệ thống điện quốc gia sẽ mang lai rất nhiếu lợi ích kinh tế đi kém là các giải pháp tiết kiệm năng lƣợng. Nếu biết rõ đặc tính của năng lƣợng gió và các thiết bị phát điện bằng năng lƣợng gió khi đƣa vào đấu nối các nhà máy điện gió sẽ giúp việc vận hành dễ dàng hơn và hiệu quả sẽ tăng cao.
Tuy nhiên, chúng ta cần có những tính toán cụ thể, những thí nghiệm gần với thực tế để vửa đảm bảo chất lƣợng điện năng cũng nhƣ hiệu quả kinh tế khi đấu nối các nhà máy phát gió.