Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam, đặc biệt là khu vực miền Trung và miền Nam, sở hữu tiềm năng năng lượng mặt trời rất lớn với cường độ bức xạ trung bình khoảng 5 kWh/m²/ngày và số ngày nắng trung bình lên đến 300 ngày/năm. Tính đến tháng 6 năm 2019, tổng công suất lắp đặt các dự án điện mặt trời, điện gió và sinh khối tại Việt Nam đạt khoảng 2,5 GW, trong đó điện mặt trời chiếm tỷ trọng ngày càng tăng. Nhà máy điện mặt trời Hòa Hội tại tỉnh Phú Yên với công suất lắp đặt 215 MWp là một trong những dự án năng lượng tái tạo lớn nhất khu vực, đóng góp quan trọng vào lưới điện quốc gia.

Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng công suất điện mặt trời nối lưới cũng đặt ra nhiều thách thức về kỹ thuật như ảnh hưởng đến điện áp, tổn thất công suất, trào lưu công suất và ổn định động của hệ thống điện. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời Hòa Hội đến lưới điện 110kV tỉnh Phú Yên, nhằm đánh giá các thông số kỹ thuật quan trọng và đề xuất giải pháp vận hành hiệu quả.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích ảnh hưởng đến điện áp, công suất truyền tải, tổn thất điện áp và công suất, cũng như đánh giá ổn định động khi xảy ra sự cố trên lưới điện. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực tế của hệ thống điện tỉnh Phú Yên và mô phỏng bằng phần mềm PSS/E 33.4, cung cấp cơ sở khoa học cho việc vận hành và phát triển các dự án điện mặt trời trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về hệ thống điện và năng lượng tái tạo, bao gồm:

  • Lý thuyết trào lưu công suất trong lưới điện: Phân tích dòng điện, công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống điện ba pha, sử dụng ma trận tổng dẫn nút (YNut) để mô hình hóa mạng điện.
  • Phương pháp Gauss-Seidel và Newton: Các thuật toán giải tích phi tuyến để tính toán dòng công suất và điện áp tại các nút trong hệ thống điện, đảm bảo độ chính xác và hội tụ nhanh trong mô phỏng.
  • Khái niệm về tổn thất điện áp và công suất: Đánh giá sự suy giảm điện áp và tổn thất công suất trên đường dây truyền tải khi có sự tham gia của nguồn điện mặt trời.
  • Ổn định động của hệ thống điện: Phân tích dao động điện áp và tần số khi xảy ra sự cố ngắn mạch hoặc sự thay đổi tải, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định.
  • Chất lượng điện năng và sóng hài: Đánh giá ảnh hưởng của biến tần điện mặt trời đến sóng hài và chất lượng điện áp trong lưới điện.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực trạng và quy hoạch hệ thống điện tỉnh Phú Yên, bao gồm thông số kỹ thuật các trạm biến áp, đường dây truyền tải và phụ tải cực đại. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ hệ thống lưới điện 110kV của tỉnh, với các nút và đường dây được mô phỏng chi tiết.

Phương pháp chọn mẫu là lấy toàn bộ hệ thống điện tỉnh Phú Yên làm đối tượng nghiên cứu để đảm bảo tính toàn diện và chính xác. Phân tích được thực hiện bằng phần mềm mô phỏng PSS/E 33.4, một công cụ chuyên dụng trong ngành kỹ thuật điện, giúp mô phỏng các chế độ vận hành, tính toán dòng công suất, điện áp, tổn thất và ổn định động.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2019-2020, bao gồm thu thập số liệu, xây dựng mô hình, chạy mô phỏng và phân tích kết quả. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực tế để đánh giá độ tin cậy và hiệu quả của mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng đến khả năng mang tải của đường dây: Khi nhà máy điện mặt trời Hòa Hội hòa lưới, khả năng mang tải của các đường dây 110kV tại Phú Yên được cải thiện rõ rệt. Mức tăng công suất truyền tải trung bình đạt khoảng 10-15% so với trước khi có nhà máy, giúp giảm tải cho các trạm biến áp và đường dây truyền tải.

  2. Tổn thất điện áp và công suất: Mô phỏng cho thấy tổn thất điện áp trên các đường dây giảm khoảng 2-3% khi có sự tham gia của nhà máy điện mặt trời, nhờ nguồn điện phân tán gần phụ tải. Tổn thất công suất tác dụng cũng giảm tương ứng, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống.

  3. Ổn định động khi xảy ra sự cố: Phân tích dao động tần số và điện áp tại các nút lân cận cho thấy hệ thống vẫn duy trì ổn định khi xảy ra sự cố ngắn mạch hoặc sự cố đường dây. Biểu đồ dao động tần số và điện áp thể hiện sự phục hồi nhanh chóng trong vòng vài giây, đảm bảo an toàn vận hành.

  4. Ảnh hưởng đến công suất phản kháng và chất lượng điện năng: Nhà máy điện mặt trời vận hành với hệ số công suất gần bằng 1, do đó không gây ra hiện tượng tăng công suất phản kháng đáng kể. Sóng hài do biến tần tạo ra nằm trong giới hạn cho phép, không ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện áp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các phát hiện trên là do nhà máy điện mặt trời Hòa Hội cung cấp nguồn điện phân tán gần phụ tải, giúp giảm áp lực truyền tải từ các nguồn điện truyền thống. Việc giảm tổn thất điện áp và công suất phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về tác động tích cực của nguồn điện tái tạo phân tán.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy kết quả tương đồng, đặc biệt về khả năng cải thiện ổn định động và giảm tổn thất. Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng còn phụ thuộc vào vị trí đấu nối và công suất của nhà máy, do đó cần có các giải pháp kỹ thuật phù hợp để tối ưu hóa vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ điện áp tại các nút, biểu đồ công suất truyền tải trên đường dây, và biểu đồ dao động tần số khi sự cố xảy ra, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời đến hệ thống điện tỉnh Phú Yên.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường giám sát và điều khiển điện áp: Áp dụng các thiết bị điều chỉnh điện áp tự động (AVR) và hệ thống quản lý năng lượng thông minh để kiểm soát điện áp tại các nút đấu nối, đảm bảo điện áp luôn nằm trong giới hạn cho phép, giảm thiểu hiện tượng quá điện áp.

  2. Tối ưu hóa công suất phản kháng: Khuyến khích vận hành biến tần với khả năng điều chỉnh công suất phản kháng linh hoạt, nhằm giảm tổn thất máy biến áp và nâng cao hiệu suất hệ thống. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do các công ty điện lực và nhà đầu tư phối hợp thực hiện.

  3. Nâng cao chất lượng điện năng: Triển khai các giải pháp lọc sóng hài và bảo vệ thiết bị biến tần để giảm thiểu ảnh hưởng sóng hài lên lưới điện, đảm bảo chất lượng điện áp ổn định. Chủ thể thực hiện là các nhà sản xuất thiết bị và đơn vị vận hành lưới điện.

  4. Phát triển hệ thống dự báo và mô phỏng: Xây dựng hệ thống dự báo công suất điện mặt trời và mô phỏng vận hành lưới điện theo thời gian thực, giúp điều độ hệ thống linh hoạt và hiệu quả hơn. Thời gian triển khai dự kiến 2-3 năm, do các cơ quan quản lý và viện nghiên cứu phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý ngành điện: Giúp hiểu rõ tác động của nguồn điện mặt trời đến lưới điện, từ đó xây dựng chính sách phát triển năng lượng tái tạo phù hợp và đảm bảo an toàn vận hành.

  2. Các kỹ sư vận hành lưới điện: Cung cấp kiến thức về mô phỏng, phân tích ảnh hưởng và các giải pháp kỹ thuật để vận hành hệ thống điện có nguồn điện mặt trời hiệu quả.

  3. Nhà đầu tư và chủ đầu tư dự án năng lượng tái tạo: Hỗ trợ đánh giá tác động kỹ thuật của dự án đến hệ thống điện địa phương, từ đó tối ưu thiết kế và vận hành nhà máy.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo khoa học về mô hình hóa, phân tích và đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện mặt trời đến hệ thống điện, phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nhà máy điện mặt trời Hòa Hội có công suất bao nhiêu?
    Nhà máy có công suất lắp đặt 215 MWp, cung cấp điện lên lưới 220kV tỉnh Phú Yên, đóng góp đáng kể vào nguồn điện tái tạo khu vực.

  2. Ảnh hưởng chính của nhà máy đến lưới điện là gì?
    Nhà máy giúp giảm tổn thất điện áp và công suất, cải thiện khả năng mang tải của đường dây, đồng thời duy trì ổn định động khi xảy ra sự cố.

  3. Phần mềm nào được sử dụng để mô phỏng hệ thống điện?
    Phần mềm PSS/E 33.4 được sử dụng để mô phỏng và phân tích các thông số kỹ thuật của hệ thống điện tỉnh Phú Yên.

  4. Nhà máy có ảnh hưởng đến chất lượng điện năng không?
    Biến tần vận hành với hệ số công suất gần 1 và sóng hài nằm trong giới hạn cho phép, do đó không gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện năng.

  5. Giải pháp nào được đề xuất để tối ưu vận hành lưới điện có điện mặt trời?
    Bao gồm tăng cường điều khiển điện áp tự động, tối ưu công suất phản kháng, nâng cao chất lượng điện năng và phát triển hệ thống dự báo công suất.

Kết luận

  • Nhà máy điện mặt trời Hòa Hội với công suất 215 MWp đã hòa lưới thành công, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện tỉnh Phú Yên.
  • Mô phỏng cho thấy giảm tổn thất điện áp và công suất, cải thiện khả năng mang tải của các đường dây truyền tải.
  • Hệ thống duy trì ổn định động tốt khi xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn vận hành.
  • Các giải pháp kỹ thuật được đề xuất nhằm tối ưu hóa vận hành và nâng cao chất lượng điện năng.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc phát triển và vận hành các dự án điện mặt trời trong tương lai.

Để tiếp tục phát triển bền vững nguồn năng lượng tái tạo, các cơ quan quản lý, nhà đầu tư và kỹ sư vận hành cần phối hợp triển khai các giải pháp kỹ thuật và chính sách phù hợp. Hành động ngay hôm nay sẽ góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.