Đặt vấn đề Phát triển kinh tế biển đảo, an ninh quốc phòng, kết hợp các phương án bảo vệ môi trường là một trong những chủ trương, nhiệm vụ lâu dài của Đảng và Nhà nước Việt Nam, với mục tiêu thúc đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế. Đồng thời, điều đó như một lời cam kết của Việt Nam với thế giới về phát triển năng lượng xanh, sạch. Để có thể thực hiện tốt nhiệm vụ này, việc cung cấp năng lượng điện cho các huyện đảo xa đất liền và cô lập với lưới điện quốc gia cần có quy hoạch phát triển cụ thể, nhanh chóng. Hiện nay, chi phí nhiên liệu truyền thống (than, khí,…) ngày càng tăng cao, chủ yếu do việc nguồn nguyên liệu hóa thạch, khí đốt sắp cạn kiệt, những bất ổn giữa các quốc gia và nhu cầu sử dụng năng lượng tăng.
Trong khi đó, chi phí đầu tư các hệ thống nguồn NLTT (ĐG, ĐMT, …) lại giảm xuống cũng như các yêu cầu nghiêm khắc về bảo vệ môi trường đã thúc đẩy việc xây dựng và phát triển một hệ thống cung cấp điện hỗn hợp (nguồn Diesel, ĐG, ĐMT, …) cho những huyện đảo cô lập tại Việt Nam. Đảo Phú Quý là một trong những đảo sớm triển khai mô hình HTĐ sử dụng nguồn điện hỗn hợp nói trên. HTĐ đảo Phú Quý chủ yếu gồm: nguồn Diesel kết hợp các nguồn NLTT, các trạm biến áp, đường dây tải điện và các hộ tiêu thụ điện. Điểm đặc biệt của HTĐ đảo Phú Quý là hoàn toàn tách biệt với HTĐ quốc gia.
Đặc điểm cơ bản của HTĐ là công suất phát từ các nguồn điện sẽ cân bằng với công suất tiêu thụ cộng với công suất tổn hao trên thiết bị và đường dây. Tuy nhiên, để đảm bảo cung cấp điện liên tục, ổn định và bền vững, cần thực hiện thêm công tác nghiên cứu lưới điện khu vực đảo Phú Quý. Mục tiêu của đề tài Trong vận hành, việc đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định luôn được đặt lên hàng đầu. Vì vậy, công tác tính toán, mô phỏng các quá trình quá độ, xác lập và ổn định của HTĐ, cụ thể là HTĐ đảo Phú Quý, vô cùng cần thiết.
Đề tài luận văn sẽ tập trung vào các mục tiêu sau: - Xây dựng dữ liệu mô phỏng HTĐ đảo Phú Quý. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải MỞ ĐẦU HVTH: Võ Hồ Thy Hàn 2 - Khảo sát mô phỏng lưới điện đảo Phú Quý ở chế độ xác lập: tính toán phân bố công suất, điện áp, dòng điện trên các nhánh. - Khảo sát mô phỏng lưới điện đảo Phú Quý ở chế độ quá độ: khi có các dao động lớn trong hệ thống: sự cố ngắn mạch, sự cố mất tổ máy, sự cố cắt đường dây.
- Khảo sát sự ổn định về tần số và điện áp. Dựa trên những mục tiêu đề ra, đề tài luận văn sẽ nghiên cứu sâu theo hướng ứng dụng, về tính ổn định HTĐ của đảo Phú Quý bằng chương trình PSS/E. Sau đó, từ các kết quả mô phỏng, sẽ đưa ra những kết luận, các hướng phát triển trong tương lai nhằm nâng cao chất lượng điện năng của HTĐ trên đảo Phú Quý. Phương pháp thực hiện - Thu thập các dữ liệu về lưới điện đảo Phú Quý: công suất nguồn phát (Diesel, Mặt trời, Gió), phụ tải, kết lưới đường dây.
- Tiến hành mô phỏng HTĐ đảo Phú Quý sử dụng phần mềm PSS/E của hãng PTI (Siemens). • Bài toán phân bố công suất khi vận hành bình thường và khi sự cố. • Bài toán ngắn mạch • Bài toán ổn định về tần số, điện áp - Đánh giá khả năng ổn định của HTĐ đảo Phú Quý. - Đề xuất hướng phát triển lưới điện trong tương lai.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là HTĐ trên đảo Phú Quý. Phạm vị nghiên cứu: - Quá trình xác lập và quá độ của lưới điện đảo Phú Quý - Ổn định tần số và điện áp 5. Ý nghĩa đề tài Ý nghĩa thực tiễn: - Áp dụng vào công tác vận hành và bảo đưỡng. - Dự báo các khả năng xảy ra trong chế độ vận hành bình thường và sự cố.
- Cải tạo và nâng cao chất lượng lưới điện đảo Phú Quý. Ý nghĩa khoa học: LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải MỞ ĐẦU HVTH: Võ Hồ Thy Hàn 3 - Kiểm nghiệm những vấn đề còn tồn tại trên lưới điện. - Tìm ra những phương hướng cải tiến, công nghệ mới có thể áp dụng vào lưới điện trên đảo.
LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải MỞ ĐẦU HVTH: Võ Hồ Thy Hàn 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Vị trí địa lý của đảo Phú Quý Phú Quý [10] là một huyện đảo thuộc tỉnh Bình Thuận, Duyên hải Nam Trung Bộ, Việt Nam và là một quần đảo gồm 12 đảo lớn nhỏ, nằm ngoài cùng hệ thống đảo ở cực Nam Trung Bộ. Phú Quý nằm ở tọa độ 108o55' đến 108o58' kinh Đông và từ 10o29' đến 10o33' vĩ Bắc, khoảng cách tới các vùng lân cận như sau: - Cách thành phố Phan Thiết 56 hải lý (khoảng 104 km) về phía Đông Nam. - Cách quần đảo Trường Sa 540 km về hướng Tây Nam.
- Cách thành phố Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa 150 km về phía Nam. - Cách Côn Đảo 330 km về phía Đông Bắc. - Cách thành phố Vũng Tàu 200 km về phía Đông.1: Bản đồ đảo Phú Quý 1.2 Đặc điểm khí hậu thủy văn Đảo Phú Quý có khí hậu gió mùa với hai mùa rõ rệt: - Mùa gió Nam: từ tháng 5 đến tháng 8 - Mùa gió Bấc: từ tháng 9 đến tháng 4 năm sau LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải CHƯƠNG 1 HVTH: Võ Hồ Thy Hàn 5 Lượng mưa trung bình hàng năm vào khoảng 1.
Nhiệt độ không khí trung bình 22oC đến 28oC. Độ ẩm không khí từ 72% đến 88%. Khí hậu tương đối ôn hòa, mát mẻ quanh năm. Tốc độ gió ở Phú Quý khá lớn, trung bình năm khoảng 6m/giây (cấp 4).
Vùng đảo ít có bão, tần suất là 0,66 lần/năm, nhưng thường xuyên chịu ảnh hưởng trực tiếp các đợt áp thấp nhiệt đới gây mưa to, gió lớn, biển động mạnh. Trên đảo chỉ có những dòng chảy tạm thời vào mùa mưa. Thủy triều ở vùng này thuộc thủy triều hỗn hợp, độ lớn triều trung bình 1,6m (lớn nhất tầm 2,2m và nhỏ nhất khoảng 0,3m). Độ mặn của nước biển khoảng 34,2%.3 Địa hình – địa chất Địa hình trên đảo tương đối bằng phẳng, thuộc dạng gò đồi, có tính phân bậc khá rõ ràng.
Ngoài ba ngọn núi cao lần lượt là 108m, 86m và 46 m, ở trung tâm đảo, có những dãy đồi cao 15 đến 30m, còn ven đảo thường cao khoảng 5m đến 8m, thấp nhất khoảng 2m. Thềm biển có độ cao dao động trong khoảng 2 đến 4m, có nhiều bãi cát, đồi cát, là các bãi tắm đẹp. Đảo Phú Quý được tạo thành chủ yếu bởi khối đá basalt olivin. Trên đảo và trong phạm vi khu vực xung quanh đảo, hiện nay còn nhìn thấy dấu tích của 4 miệng núi lửa dưới nước và 2 chóp núi lửa ở trên đảo là núi Cấm và núi Ông Đụn.
Núi Cao Cát là phần sót lại của chùy núi lửa, còn được bảo tồn tốt, ở sườn phía Đông tạo thành vách dốc đứng tạo thế đứng hùng vĩ, còn trên đỉnh có những khối đá trầm tích-phun trào núi lửa với những hình dáng kỳ vĩ do thiên nhiên ngàn năm tạo lập mà ít nơi có được.4 Hành chính Huyện đảo Phú Quý có 3 đơn vị hành chính cấp xã: Ngũ Phụng (huyện lỵ), Tam Thanh và Long Hải. Hiện nay, trung tâm huyện lỵ Phú Quý đạt chuẩn đô thị loại V.5 Hiện trạng về lưới và tình hình vận hành điện 1.1 Hiện trạng về lưới HTĐ đảo Phú Quý là một mô hình thu nhỏ của HTĐ Quốc Gia, vận hành độc lập trên địa bàn huyện đảo Phú Quý. Hệ thống nguồn điện sử dụng lưới 22kV để phân phối điện trên đảo gồm: - Hệ thống hỗn hợp 13 máy Diesel với tổng công suất 10MW: LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải CHƯƠNG 1 HVTH: Võ Hồ Thy Hàn 6 • 06 máy Cummins 500 KW • 02 máy Perkins 1000 KW • 05 máy Caterpillar 1000 KW - Hệ thống ĐG: 03 Turbine gió (2 MW/turbine) với tổng công suất 6 MW.
- Hệ thống ĐMT 806 kWp Các máy Diesel, Turbine gió hòa chung vào thanh cái 22kV, vận hành theo nguyên tắc các Turbine gió chạy nền và các máy Diesel chạy phủ đỉnh phụ theo để ổn định tần số, điện áp cho hệ thống. Thống kê sản lượng điện thu thập được năm 2020: 22,7 triệu KWh tăng 107% so với 2019 (trong đó, gió 7,9 triệu kWh giảm 15% so với 2019, Diesel 14,6 triệu kWH tăng 125% so với 2019).2 Tình hình vận hành Năm 2020, tổng công suất phụ tải trên đảo: Pmax = 4,1 MW, Pmin = 1,9 MW. Khi vận hành Turbine gió, bắt buộc phải luôn có tối thiểu một máy Diesel chạy kèm theo để điều áp, điều tần số nhằm ổn định hệ thống. Số liệu thống kê qua các năm ghi nhận: - Vào các tháng 1, 2, 3, 7, 8, 11, 12 (dương lịch): thời tiết tại Phú Quý có gió cao, sản lượng turbine gió phát cao hơn 50% so với sản lượng Diesel, trong các tháng này có thời điểm gió cao ổn định tỉ lệ thâm nhập gió/Diesel lên đến 80%/20%, trong trường hợp vận hành bình thường lâu dài tỉ lệ gió/Diesel là 75%/25%.
- Các tháng 4, 5, 6, 9, 10 (dương lịch): gió thấp, sản lượng turbine gió phát trung bình nhỏ hơn 35% so với sản lượng Diesel và tỉ lệ thâm nhập gió cũng thấp. Mặc dù, Điện lực Phú Quý đã có phương án vận hành nâng cao tỉ lệ thâm nhập gió lên đến 80% nhưng chỉ áp dụng trong trường hợp khi gió cao ổn định. Trong trường hợp gió không ổn định, công suất Turbine gió thường bị dao động công suất lớn, buộc phải chạy nhiều máy Diesel để đảm bảo công suất dự phòng nóng nhằm ổn định hệ thống, làm giảm tỉ lệ thâm nhập của Turbine gió. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.
Nguyễn Phúc Khải CHƯƠNG 1 HVTH: Võ Hồ Thy Hàn 7 Khi vận hành hỗn hợp giữa Diesel và gió, tỉ lệ thâm nhập gió bị hạn chế. Nguyên nhân để gió thâm nhập càng cao, công suất các máy Diesel phải càng thấp. Tuy nhiên, công suất các máy Diesel chỉ giảm thấp nhất đến mức 30%Pđm Diesel theo quy định nhà sản xuất. Như vậy, máy Cummins chạy thấp nhất là 150 KW, máy Caterpillar và máy Perkins chạy thấp nhất là 300 kW, làm công suất phát turbine gió bị hạn chế, trong khi công suất phát cực đại của turbine gió không sử dụng hết.
