MỞ ĐẦU 1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Hiện nay, cùng với sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số dẫn đến tốc độ sử dụng năng lượng ngày càng tăng, làm cho các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng trở nên khan hiếm. Một trong những vấn đề về năng lượng là sự thiếu hụt điện do việc sử dụng điện ngày càng gia tăng nhằm phục vụ cho các nhu cầu như sản xuất, sinh hoạt và các mục đích khác. Vì vậy, việc đầu tư nghiên cứu khai thác, phát triển sử dụng năng lượng mới và sạch là việc làm cần thiết cấp bách hiện nay và trong các năm tới.
Năng lượng tái tạo được cho là giải pháp khá toàn diện, được hầu hết các quốc gia trên thế giới lựa chọn. Trong đó, năng lượng gió thường là lựa chọn hấp dẫn nhất nhìn từ góc độ kinh tế do không tiêu tốn nhiên liệu, an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường và đây là một trong số các nguồn năng lượng vô tận, đã và đang được nhiều nước khai thác thành công. Trong năng lượng gió, việc khai thác trên đất liền đã được triển khai sớm với nhiều trang trại gió có công suất hàng trăm MW ở nhiều nước, nhưng trên biển tuy chỉ mới được phát triển vài thập kỷ gần đây, song do tiềm năng lớn nên đã được phát triển khá nhanh ở nhiều nước như Vương Quốc Anh, Đức, Đan Mạch, Mỹ, Trung Quốc… Tại Việt Nam, trên cả đất liền và vùng biển ven bờ nhiều trang trại gió đã được xây dựng trong những năm gần đây. Tuy nhiên, hiện nay các dự án điện gió ở Việt Nam vẫn chưa thu hút được các nhà đầu tư trong và ngoài nước, điện gió vẫn chưa phát huy được hết tiềm năng của mình.
Nhận thấy việc cần thiết nhằm phát triển điện gió ở nước ta, Bộ Công Thương đã ban hành thông tư 02/2019/TT-BCT “Quy định thực hiện phát triển dự án điện gió và hợp đồng mua bán điện mẫu cho các dự án điện gió” và ngày 18/03/2016 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt quyết định số 428/QĐ-TTg Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030, theo đó đến năm 2020 nước ta sẽ có 800 MW điện gió, 2.000 MW vào năm 2025 và đến năm 2030 là 6.000 MW công suất nguồn điện gió. Điện năng sản HVTH: BÙI QUANG TÚ 1 Luan van LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN xuất từ nguồn điện gió chiếm tỷ trọng khoảng 0,8% vào năm 2020, khoảng 1% vào năm 2025 và khoảng 2,1% vào năm 2030 [1,2]. Bên cạnh các nhà máy phát điện gió cở lớn thì các nhà máy phát điện phân tán cở nhỏ dùng cho hộ gia đình, các cụm dân cư cũng đang được áp dụng rất thành công trên thế giới.
Các máy phát điện cở nhỏ có ưu điểm so với cở lớn là có thể vận hành trong điều kiện gió thấp, gió quần, gió có chiều thay đổi liên tục,.Các máy phát điện công suất nhỏ cung cấp nguồn năng lượng tái sinh, năng lượng sạch, chủ động cho các hộ gia đình, nông trại, hải đảo, tàu thuyền, các vùng sâu, vùng xa, .cũng như việc làm giảm áp lực lên lưới điện. Tuy nhiên, bất kỳ nguồn năng lượng công suất nhỏ nào khi tích hợp vào lưới điện, đặc biệt lưới điện hạ thế cũng gây ra một số ảnh hưởng nhất định. Đó là lý do tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện công suất nhỏ vào lưới điện hạ thế” 1. Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước.
Nghiên cứu ở trong nước: Liên quan đến vấn đề nghiên cứu những ảnh hưởng của nguồn điện phân tán lên lưới điện phân phối, đặc biệt là điện gió nhằm đánh giá tiềm năng năng lượng gió ở địa phương, qua đó đề xuất các giải pháp tích hợp nguồn điện gió vào lưới thì có một số công trình nghiên cứu trong nước đã được công bố, điển hình như các công trình sau: Luận văn thạc sĩ mô phỏng ảnh hưởng của nhà máy phát điện chạy bằng sức gió ở Bình Định đến lưới điện quốc gia sử dụng phần mềm Matlab – Simulink. Tác giả Bùi Đình Tiếu, Trần Văn Thịnh - Đại học Bách Khoa Hà Nội, và Nguyễn Duy Khiêm - Đại học Quy Nhơn [5] Ưu điểm: Luận văn đã đánh giá được các ảnh hưởng của nhà máy điện gió Phương Mai 3- Bình Định gồm 14 tua-bin công suất 1,5MW sử dụng máy phát DIFG rotor dây quấn thông qua độ méo hài khi tốc độ gió thay đổi từ 3 m/s đến 25 m/s. Từ đó xây dựng được đường cong độ méo hài và đường cong công suất phát thực của nhà máy theo tốc độ gió. HVTH: BÙI QUANG TÚ 2 Luan van LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.
TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Nhược điểm: chỉ đưa ra các kết quả mô phỏng ảnh hưởng của lưới điện khi tốc độ gió thay đổi, chưa khảo sát các trường hợp khác chẳng hạn các sự cố ngắn mạch 1 pha, 3 pha,…Và chưa đưa ra hướng đề xuất khắc phục cũng như nghiên cứu này đối với điện gió công suất lớn. Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng đấu nối các nhà máy phát điện gió lên lưới điện Bình Thuận. Tác giả Nguyễn Quốc Bảo – Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng [6] Ưu điểm: Luận văn đã đánh giá được các ảnh hưởng của các nhà máy điện gió sử dụng máy phát DIFG rotor lồng sóc lên lưới điện Bình Thuận có xét đến trường hợp bình thường và khi xảy ra sự cố Nhược điểm: chỉ xét đến hướng vận hành các nhà máy điện gió trên lưới điện truyền tải, không xét đến cấu tạo và nguyên lý điều khiển các nhà máy điện gió và nghiên cứu này đối với điện gió công suất lớn. Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nguồn điện gió và phân tích ảnh hưởng của nguồn điện gió đến lưới điện phân phối.
Tác giả Nguyễn Thục Uyên - Đại Học Bách Khoa Hà Nội [7] Ưu điểm: Luận văn đã phân tích được các ảnh hưởng của các nhà máy điện gió (sử dụng máy phát DIFG) khi đấu nối vào lưới trung áp về chất lượng điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tính toán tổn thất bằng phương pháp Newton Raphson để lựa chọn điểm đấu nối tối ưu. Nhược điểm: chỉ khảo sát các ảnh hưởng của các tua-bin gió tại điểm đấu nối với lưới, chưa đo các thông số các nút khác, và nghiên cứu này đối với điện gió công suất lớn. Và nhiều công trình nghiên cứu khác. Nghiên cứu ở nước ngoài: Bên cạnh các nghiên cứu trong nước thì cũng đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu ngoài nước về vấn đề liên quan đến nội dung của luận văn như: HVTH: BÙI QUANG TÚ 3 Luan van LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.
TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Research on the effects of wind power grid to the distribution network of Henan province. Nhóm tác giả Yunfeng Liu, Jian Zhang, Đại học Trịnh Châu, Trung Quốc [10] Ưu điểm: Bài báo đã phân tích cũng như chỉ ra được nguyên nhân gây ra các ảnh hưởng của các nhà máy điện gió khi đấu nối vào lưới tỉnh Hà Nam, Trung Quốc như: sự dao động điện áp, nhấp nháy điện áp, độ lệch tần số, sóng hài, chất lượng điện năng. Ngoài ra bài báo còn phân tích khả năng ứng dụng của công nghệ lưu trữ, tối ưu hóa các tác động của công nghệ lưu trữ đến lưới điện. Nhược điểm: Bài báo chưa đề cập đến các phương pháp khác để giảm thiểu các tác động của điện gió đến lưới điện phân phối và nghiên cứu này đối với điện gió công suất lớn.
Influences of Wind Energy Integration into the Distribution Network.ShawkatAli – Khoa Khoa học Kỹ thuật và Môi trường Xây dựng, Đại học DeaKin, và Alex Stojcevski - trường Kỹ thuật và công nghệ, trung tâm Đại học Queensland, Úc [11] Ưu điểm: Tác giả đã nghiên cứu được mô hình kiểm tra các tác động của điện gió quy mô lớn đến lưới cao áp và hạ áp Thành phố Rockhampton – Úc, đặc biệt là hạ áp sử dụng PSS SINCAL. Các tác động bao gồm: dao động điện áp, bù công suất phản kháng, hoạt động chuyển mạch, đồng bộ hóa, hệ số công suất thấp, sóng hài. Kết quả mô phỏng cho thấy việc tích hợp điện gió quy mô càng lớn thì mức độ xâm nhập của sóng hài càng nhiều. Tuy nhiên tác động ở lưới hạ áp cao hơn trên lưới cao áp.
Nhược điểm: Bài báo chưa mô phỏng ảnh hưởng của điện gió trên lưới khi xãy ra các trường hợp sự cố nghiêm trọng. HVTH: BÙI QUANG TÚ 4 Luan van LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Impact of Wind Power Plants on Voltage and Transient Stability of Power Systems. Nhóm tác giả Tony B.
Nguyen – phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, Thành phố Richland, tiểu bang Washington, Hoa Kỳ, M. Pai, Đại học Illinois Urbana, tiểu bang Illinois, Hoa Kỳ và Eduard Muljadi- phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Golden, Colorado tiểu bang Colorado, Hoa Kỳ [12] Ưu điểm: Hệ thống điện nghiên cứu gồm 12 tua-bin gió tích hợp vào lưới gồm 9 bus. Bài báo đã trình bày được 2 vấn đề: nghiên cứu sự ổn định thoáng qua của một máy phát đồng bộ kết nối tại bus 13 (không có tua-bin gió). Và nghiên cứu tác động (cả ổn định điện áp tĩnh và ổn định thoáng qua) của tua-bin gió sử dụng máy phát DIFG khi kết nối với bus 13.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng phản ứng với sự cố của bộ chuyển đổi năng lượng trong máy phát DIFG làm cho nhà máy điện gió trở về trạng thái ổn định nhanh hơn máy phát điện đồng bộ thông thường. Nhược điểm: Bài báo chưa nghiên cứu đáp ứng của tua-bin gió đối với hệ thống tại các bus khác mà chỉ mới nghiên cứu gần bus 10 và bus 5 khi công suất phát là 31.5 MW và 50 MW, và nghiên cứu này đối với điện gió công suất lớn. Mục đích của đề tài - Tìm hiểu về năng lượng gió - Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý làm việc các loại tua-bin gió công suất nhỏ - Tìm hiểu về tình hình năng lượng gió ở Tp.HCM và các tỉnh lân cận - Mô phỏng hệ thống điện gió công suất nhỏ kết nối lưới điện hạ thế - Nghiên cứu các ảnh hưởng của tua-bin gió công suất nhỏ vào lưới điện hạ thế và đề xuất một số giải pháp. HVTH: BÙI QUANG TÚ 5 Luan van LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.
TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN 1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống điện gió công suất nhỏ - Hệ thống điện hạ thế khu du lịch 30/4, xã Long Hòa, huyện Cần Giờ, Tp.