Chương 1-Giới thiệu đề tài và mục tiêu nghiên cứu Trần Việt Tính-1870078 3 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU VÀ CÁC MÔ HÌNH ĐÃ ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG THỰC TẾ 2. Khảo sát nhu cầu sử dụng điện tại Việt Nam Nhu cầu về điện ở Việt Nam đang tăng khoảng 8% -10% mỗi năm. Theo dự báo của ngành điện, từ 2021 mỗi năm Việt Nam sẽ thiếu hàng tỉ kWh điện.
Với tốc độ tăng trưởng bình quân 8,6%/năm theo quy hoạch điện VII (điều chỉnh), mỗi năm sản lượng điện sản xuất cần bổ sung bình quân 26,5 tỉ kWh. Theo tính toán của Cục Điện lực và năng lượng tái tạo (Bộ Công thương), sản lượng thiếu hụt năm 2021 khoảng 6,6 tỉ kWh, đến năm 2022 tăng lên khoảng 11,8 tỉ kWh, năm 2023 có thể lên đến 15 tỉ kWh (tương ứng 5% nhu cầu). Dự báo của EVN về sản lượng điện thiếu hụt trong 5 năm tiếp theo. [1] Để giải quyết vấn đề này, Bộ Công Thương đã đề xuất, trong các giải pháp tổng thể, cần đặc biệt quan tâm tới tăng cường phát triển các nguồn điện năng lượng tái tạo.
Năm 2019, số lượng các dự án điện mặt trời tăng vọt, đạt công suất khoảng 4. Trước đó vào cuối tháng 10 và giữa tháng 11 năm 2019, liên tiếp các dự án năng lượng tái tạo tại tỉnh Ninh Thuận đã được Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc Chương 2-Tổng quan về nhu cầu và các mô hình thực tế Trần Việt Tính-1870078 4 gia giải phóng công suất lên lưới điện quốc gia nhờ vào việc đầu tư nhanh và đưa vào vận hành các trạm biến áp, đường dây truyền tải 220KV và 500KV. Đây là 2 trong 8 dự án nằm trong kế hoạch huy động vốn đầu tư nâng công suất. Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia cũng khẳng định sẵn sàng đáp ứng giải tỏa công suất cho 4500MW điện mặt trời.
Tuy nhiên nhu cầu điện dự báo sẽ tiếp tục tăng cao trong những năm tới trong bối cảnh Việt Nam liên tục thu hút dòng vốn FDI chảy vào lĩnh vực sản xuất và xây dựng. Điều này đặt ra những thách thức cho ngành điện Việt Nam trong việc đáp ứng nhu cầu sử dụng điện. Tình hình cung – cầu điện trên thế giới Năm 2017, sản xuất điện từ các nước không thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế OECD (non-OECD) chiếm 57% sản lượng điện sản xuất trên thế giới, tăng hơn 2 lần so với con số 28% vào năm 1974. Sản lượng điện sản xuất từ các nước non-OECD vượt sản lượng điện của các nước thuộc OECD từ 2011 và liên tục tăng cao sau đó.
Trong đó, điện được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu dễ cháy như khí, than, dầu… chiếm 66.8% tổng sản lượng điện sản xuất toàn cầu – số liệu năm 2017. Thống kê tổng sản lượng điện sản xuất trên thế giới. [2] Chương 2-Tổng quan về nhu cầu và các mô hình thực tế Trần Việt Tính-1870078 5 Nhóm các nước thuộc OECD đang chứng kiến sự chuyển dịch về cơ cấu nguồn điện. Các nguồn điện truyền thống như dầu, than và thủy điện đang có xu hướng giảm dần, trong khi đó điện hạt nhân, nhiệt điện khí và nguồn năng lượng tái tạo bắt đầu tăng mạnh trong 10 năm trở lại đây.
Đặc biệt, trong năm 2018, lần đầu tiên nhiệt điện khí đã vượt nhiệt điện than trở thành nguồn điện chiếm phần lớn trong nhóm các nước OECD. Tổng thị phần sản lượng điện theo sản xuất tại các nước thuộc OECD. [2] Ngược lại, trong nhóm các nước không thuộc OECD lại chứng kiến sự tăng mạnh mẽ của nguồn nhiệt điện than và tiếp tục là nguồn điện chủ yếu tại các nước này. Nguồn điện năng lượng tái tạo cũng có sự tăng trưởng đột biến, tuy vậy vẫn chỉ chiếm một phần nhỏ trong cơ cấu nguồn điện.
Tổng thị phần sản lượng điện theo sản xuất tại các nước không thuộc OECD. [2] Chương 2-Tổng quan về nhu cầu và các mô hình thực tế Trần Việt Tính-1870078 6 Như vậy trong những năm trở lại đây, nguồn điện được phát triển đa dạng và xu hướng tập trung vào các nguồn năng lượng tái tạo và nhiệt điện khí. Đánh giá tiềm năng của năng lượng tái tạo và hướng đi trong tương lai Theo các số liệu đã thu thập, nhu cầu về năng lượng điện ngày càng tăng tại Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới. Sản lượng tiêu thụ điện tập trung chủ yếu ở các ngành công nghiệp và xây dựng.
Trong bối cảnh các nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn dần và gây ô nhiễm khi hoạt động, thủy điện bị hạn chế do các tác động dây chuyền lên môi trường và hệ sinh thái dọc nguồn nước, điện hạt nhân còn nhiều hạn chế về công nghệ xử lý chất thải phóng xạ và các rào cản chính trị, năng lượng tái tạo đang là một hướng đi giàu tiềm năng trên thế giới. Tại Việt Nam, theo Quy hoạch điện 7 (điều chỉnh) - QHĐ7-ĐC, dự kiến đến năm 2020 chúng ta sẽ có tổng gần 6.000 MW nguồn điện tái tạo (800 MW điện gió, 850 MW ĐMT, 540 MW điện sinh khối, 3.800 MW thủy điện nhỏ) đạt khoảng 7% tổng sản lượng điện cả nước, nhưng trên thực tế con số năm 2019 của công suất ĐMT đã vượt xa Quy hoạch. Theo thống kê đến hết tháng 6 năm 2019, theo Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), đã có 89 nhà máy điện gió và điện mặt trời hòa lưới với tổng công suất đặt 5.038 MW, chiếm 9,5% tổng công suất đặt của hệ thống điện quốc gia. Một số nghiên cứu cho thấy Việt Nam có tiềm năng gió và bức xạ mặt trời để phát triển các dự án điện quy mô lớn.
Dữ liệu từ tập đoàn The World Bank Group năm 2020, lượng bức xạ Mặt Trời trung bình hàng năm tại Việt Nam có thể sản sinh ra 4.42 kWh/m2, vùng có bức xạ cao nhất đạt 5. Cũng theo tập đoàn này, tiềm năng điện gió tại độ cao 80m của Việt Nam trung bình đạt 137 W/m2, cao nhất trong bốn nước Việt Nam, Lào, Cam-pu-chia và Thái Lan. Tuy nhiên, năng lượng tái tạo còn nhiều hạn chế do sự non trẻ và phụ thuộc nhiều vào thời tiết và điều kiện khí hậu. Đa số các nguồn năng lượng tái tạo sản sinh ra điện một chiều và cần đường truyền tải điện đặc thù cung cấp điện cho các tải điện một chiều.
Các lưới điện siêu nhỏ một chiều bắt đầu trở nên phổ biến nhờ vào sự hiệu quả, chi phí thấp và hệ thống quản lý có thể loại bỏ các pha biến đổi giữa điện dc/ac Chương 2-Tổng quan về nhu cầu và các mô hình thực tế Trần Việt Tính-1870078 7 cùng với các tổn thất của chúng [3]. Tuy nhiên, phần lớn các hệ thống điện hiện hữu lại là điện xoay chiều, lưới điện siêu nhỏ xoay chiều vẫn chiếm ưu thế. Do đó không thể mong đợi hệ thống điện vận hành hoàn toàn bằng điện một chiều. Dưới sự ràng buộc của cơ sở hạ tầng, việc liên kết giữa các lưới điện siêu nhỏ một chiều và xoay chiều nhằm tận dụng các lợi ích của cả hai loại lưới điện đã thu hút nhiều nghiên cứu.
Ý tưởng được đưa ra nhắm đến mục tiêu hợp nhất hai loại lưới điện thông qua một bộ biến đổi hai chiều giúp biến đổi điện một chiều sang xoay chiều và ngược lại. Trong lưới điện xoay chiều hay một chiều, điện năng truyền tải một cách linh hoạt và công suất được trao đổi hài hòa giữa các lưới điện siêu nhỏ. Trên các cơ sở đó, việc liên kết giữa nguồn năng lượng mới và các nguồn năng lượng truyền thống là hướng đi tất yếu trong tương lai, trong bối cảnh các hệ thống điện truyền tải và nguồn điện trở nên ngày càng phong phú và đa dạng. Các mô hình đã được nghiên cứu 2.
Hoạt động của lưới điện siêu nhỏ hỗn hợp AC-DC (AC-DC hybrid microgrid) với bộ biến đổi công suất liên kết [4] Rema V K, R Dhanalakshmi (2014) mô phỏng hoạt động của lưới điện siêu nhỏ hỗn hợp AC-DC sử dụng bộ biến đổi công suất liên kết. Bài báo khảo sát hoạt động này dựa trên ý tưởng điều khiển rơi. Trong đó kỹ thuật chuẩn hóa thích hợp được áp dụng để đồng bộ các lưới điện phụ với lưới điện chính. Bài báo hướng đến mô hình nguồn công suất phân tán (distributed generation: DG) thay thế cho nguồn công suất tập trung nhằm giải quyết các vấn đề về môi trường, kỹ thuật và kinh tế của hệ thống điện hiện thời.
Lưới điện siêu nhỏ được miêu tả như phiên bản hệ thống điện rời rạc bao gồm các nguồn công suất phân Hình 2. Công suất thực và công suất phản tán và các phụ tải có khả năng hoạt động kháng trong lưới điện AC phụ [4]. song song hoặc độc lập với lưới điện chính. Lưới điện siêu nhỏ hỗn hợp được cấu Chương 2-Tổng quan về nhu cầu và các mô hình thực tế Trần Việt Tính-1870078 8 thành dựa trên việc kết nối lưới điện phụ AC (AC subgrid) và lưới điện phụ DC (DC subgrid) thông qua một bộ biến đổi liên kết (IC).
Cấu hình lắp đặt cho phép một hoặc nhiều bộ biến đổi liên kết được kết nối giữa các lưới điện phụ, cung cấp phương thức truyền tải hai chiều nguồn năng lượng giữa các lưới điện phụ vốn phụ thuộc vào điều kiện cung cầu năng lượng. Hệ thống điều độ thông minh đảm nhận vai trò kết nối các lưới điện hỗn hợp vào lưới điện chính. Nếu bất kỳ sự cố được phát hiện từ lưới điện chính, hệ thống điều độ thông minh sẽ tách các lưới điện hỗn hợp ra khỏi lưới điện chính tạo thành một dạng lưới điện độc lập. Thông tin được chia sẻ trên hệ thống thông qua kênh giao tiếp có thể được đánh giá như sự cố một điểm.
Hoạt động đồng bộ các lưới điện phụ với lưới điện chính dựa vào điều khiển rơi theo đó buộc phải dừng lại. Do đó mỗi nguồn điện cần phải có khả năng đánh giá phụ tải đầu cuối và chia sẻ giá trị biên độ điện áp, tần số và góc pha. Công suất DC trong lưới điện DC phụ khi tải AC thay đổi [4]. Đối với các nguồn phụ điện xoay chiều, phương pháp điều khiển rơi được áp dụng cho từng bộ nguồn công suất để xác định tần số và điện áp tham khảo bằng cách đo công suất và công suất phản kháng.
Khi công suất tăng, tần số sẽ giảm. Tại thời điểm xác lập, chỉ duy nhất một giá trị tần số được xác định, tổng công suất từ tất cả nguồn công suất sẽ bằng tổng công suất tiêu thụ.