Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Chương 2: TỔNG QUAN VỀ MICROGRID Chương 3: SA THẢI PHỤ TẢI TRONG MICROGRID Chương 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HOẠCH ĐỊNH SA THẢI PHỤ TẢI TRONG MICROGRID Chương 5: VÍ DỤ ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH SA THẢI TRONG MICROGRID Ở CHẾ ĐỘ TÁCH LƯỚI Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO HVTH: Phạm Minh Pha 4 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phan Thị Thanh Bình Chương 2 TỔNG QUAN VỀ MICROGRID 2. Microgrid là gì? [2] Hình 2.1: Tổng quan microgrid Microgrid là một nhóm các bộ lưu trữ năng lượng phân tán dưới dạng các máy phát phân tán và các phụ tải liên kết với nhau qua hệ thống phân phối. Microgrid là những lưới điện độc lập, có thể hoặc không liên kết với lưới điện quốc gia, điện áp làm việc thấp, công suất vận chuyển nhỏ, cung cấp cho một nhóm hộ tiêu thụ nhỏ, chủ yếu sử dụng các nguồn phát tại chỗ.
Microgrid chủ yếu liên kết các cụm nguồn phát công suất phân tán có công suất nhỏ từ nguồn năng lượng tái tạo như: Gió, mặt trời, sinh khối … cung cấp trực tiếp cho khách hàng. Microgrid được sử dụng nhiều ở các vùng sâu, vùng xa, hải đảo chưa có lưới điện quốc gia hay để chủ động nguồn điện sinh hoạt trong một khu vực nhỏ HVTH: Phạm Minh Pha 5 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phan Thị Thanh Bình không phụ thuộc vào điện lưới quốc gia, hoặc những nơi thường xuyên chịu ảnh hưởng mất điện khi lưới điện gặp sự cố. Cấu trúc microgrid Hình 2.2: Cấu trúc microgrid 2.1 Máy phát phân tán (Distributed Generator – DG) DG là các máy phát có công suất từ vài KW đến vài chục MW có thể cung cấp trực tiếp điện năng cho lưới điện phân phối và có vị trí gần tải tiêu thụ.
Những máy phát này chủ yếu sản xuất năng lượng điện cho người sử dụng cuối cùng. Một DG có thể liên kết trực tiếp với khách hàng, với hệ thống truyền tải và phân phối [1]. HVTH: Phạm Minh Pha 6 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phan Thị Thanh Bình 2.2 Một số nguồn phát phân tán 2.1 Pin mặt trời (Solar Power) Hình 2.3: Pin mặt trời Tấm pin mặt trời có tác dụng biến đổi quang năng thành điện năng.
Người ta có thể ghép nối nhiều tấm pin mặt trời thành một hệ thống pin mặt trời. Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ, có thể lắp đặt bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là nguồn năng lượng vô tận, sạch, thân thiện với môi trường so với các loại nhà máy khác, làm giảm đáng kể hiệu ứng nhà kính và khắc phục tình trạng làm cho trái đất ngày càng nóng dần lên. Năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển, pin mặt trời hiện mới chỉ có khả năng cung cấp năng lượng điện sử dụng cho các vùng sâu, vùng xa, núi cao, hải đảo,.
nơi mà đường điện quốc gia chưa đến được. HVTH: Phạm Minh Pha 7 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phan Thị Thanh Bình 2.2 Pin nhiên liệu (Fuel Cell) Hình 2. Pin nhiên liệu Pin nhiên liệu là một thiết bị có thể chuyển đổi trực tiếp biến hóa năng của nhiên liệu thành điện năng nhờ vào các quá trình điện hóa.
Quá trình biến đổi năng lượng trong pin nhiên liệu được thực hiện theo phản ứng hóa học. Hiệu suất trung bình của pin nhiên liệu trong khoảng 30% đến 50%. Nguyên tắc hoạt động của pin nhiên liệu cũng giống như pin acquy nhưng khác ở chỗ là không lưu trữ được. Pin nhiên liệu được xem là một trong những giải pháp tốt nhất thay thế cho các dạng nhiên liệu hóa thạch, nó có khả năng tái tạo lại mà không gây ảnh hưởng đến môi trường vì thế nó được xem là nguồn năng lượng thay thế trong tương lai.
Pin nhiên liệu phát ra lượng dioxide cacbon và nitrogen oxide trên một KW thấp hơn nhiều so với các thiết bị phát điện khác. Tiếng ồn và độ rung của pin nhiên liệu rất thấp thuận lợi cho việc sử dụng ở những nơi đông dân cư. Các bộ phận tạo nên pin nhiên liệu không thể tháo rời giúp tăng cao độ tin cậy và chi phí thấp trong việc bảo trì. HVTH: Phạm Minh Pha 8 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phan Thị Thanh Bình Không giống như các turbine khí, quạt và máy nén, pin nhiên liệu có hiệu suất gia tăng tại các điều kiện mang tải khác nhau. Pin nhiên liệu có thể sử dụng được các nguồn nhiên liệu đa dạng như khí tự nhiên, khí propan, khí hiếm, dầu diesel, naphan, metal và H2, đó là điều kiện đảm bảo rằng pin nhiên liệu sẽ không bị lỗi thời [1]. Microturbine Ban đầu microturbine được phát triển cho ngành vận tải, nhưng gần đây nó đã được sử dụng trong công nghiệp điện lực. Công nghệ nầy có một phạm vi sử dụng nhiên liệu rất rộng như: khí tự nhiên, hydrogen, propan và dầu diesel.
Các microturbine có thể chạy ở tải nền, công suất dự phòng, phụ tải đỉnh hoặc dưới hình thức co-gen. Dung lượng của microturbine trong phạm vi từ 25 – 500 kW, hiệu suất khoảng 15% đối với loại bình thường và 20 – 30% đới với loại có thiết bị hồi nhiệt. Khi sử dụng chu trình nhiệt – điện kết hợp, hiệu suất có thể đạt mức 85%. Chi phí lắp đặt đối với công nghệ này vào khoảng 700 – 1000 USD/kW và chi phí bảo trì từ 0,005 - 0,016 USD/kW.
Các ưu điểm của microturbine là tiếng ồn nhỏ, kích thước gọn nhẹ, ít chi tiết, chu kỳ bảo trì dài và có thể sử dụng được nhiên HVTH: Phạm Minh Pha 9 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phan Thị Thanh Bình liệu rác thải. Microturbine có thể vận hành độc lập hoặc kết nối với mạng phân phối [1].4 Thủy điện nhỏ (Hydro power) Hình 2.6: Thủy điện nhỏ Thủy điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước. Đa số năng lượng có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một turbine và máy phát điện.
Thủy điện là nguồn năng lượng có thể phục hồi. Năng lượng lấy được từ nước phụ thuộc không chỉ thể tích mà cả vào sự khác biệt về độ cao giữa nguồn và dòng chảy ra. Sự khác biệt về độ cao được gọi lá áp suất. Lượng năng lượng tiềm tàng trong nước tỷ lệ với áp suất.
Để có được áp suất cao nhất, nước cung cấp cho một turbine nước có thể được cho chảy qua một ống lớn gọi là ống dẫn nước có áp. Ngoài mục đích phục vụ cho các mạng lưới điện công cộng, một số dự án thủy điện được xây dựng cho những mục đích thương mại tư nhân có công suất nhỏ (DG). Thủy điện sử dụng động lực hay năng lượng dòng chảy của các con sông hiện nay chiếm khoảng 20% lượng điện thế giới. HVTH: Phạm Minh Pha 10 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phan Thị Thanh Bình Lợi ích lớn nhất của thủy điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu, các nhà máy thủy điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như: dầu mỏ, khí gas tự nhiên hay than đá và không cần phải nhập nhiên liệu, đồng thời các nhà máy thủy điện cũng có tuổi thọ cao. Chi phí nhân công thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hóa cao và có ít người làm việc tại thời điểm vận hành thông thường. Tuy nhiên, vào những thời điểm hạn hán có thể gây ra các vấn đề rắc rối bởi vì mức bổ sung nước không đáp ứng kịp thời với mức yêu cầu sử dụng. Tại Việt Nam những thủy điện có công suất nhỏ hơn 30MW được gọi là thủy điện nhỏ.
Loại có công suất 100 – 10.000 kW mỗi trạm: 500 trạm thuỷ điện nhỏ với tổng công suất là 1.800 MW, chiếm 82% – 97% tổng các trạm thuỷ điện nhỏ. Loại có công suất 5 – 100 kW mỗi trạm: 2.500 trạm thuỷ điện nhỏ với tổng công suất là 100 – 150 MW, chiếm 5 – 7,5 % tổng các trạm thuỷ điện nhỏ. Ngoài ra còn có các trạm thủy điện siêu nhỏ có công suất 0,1 – 5 kW mỗi trạm với tổng công suất là 50 – 100 MW, chiếm 2,5 – 5 % tổng công suất các trạm thuỷ điện nhỏ.5 Máy phát điện gió (wind power) Hình 2.7: Turbine gió HVTH: Phạm Minh Pha 11 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phan Thị Thanh Bình Năng lượng gió là nguồn năng lượng rất lớn nhưng là nguồn năng lượng phân tán và khó có phương tiện để tập trung sức gió lớn như tập trung năng lượng của dòng nước.
Đặc điểm thứ hai của năng lượng gió là rất khó sủ dụng rộng rãi vì sức gió luôn thay đổi theo thời gian. Công suất của các thiết bị gió phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ gió. Tốc độ gió thay đổi trong phạm vi rộng và liên tục. Không thể điều chỉnh khối lượng gió đi vào các động cơ gió,….
Khó khăn của nhà máy điện gió là vấn đề điều chỉnh tần số và điện áp [1]. Công nghệ sản xuất điện năng từ năng lượng gió làm quay turbine phát ra điện. Công suất tuabin gió thuận lợi từ 50 kW tới công suất lớn hơn cỡ vài MW. Để có dãy công suất tuabin gió lớn hơn thì tập hợp thành một nhóm nhưng tuabin với nhau trong một trại gió và nó sẽ cung cấp năng lượng lớn hơn cho lưới điện.
Ưu điểm: nguồn nhiên liệu sạch và không gây ô nhiễm môi trường; Nguồn năng lượng gió rất phong phú; không tốn nhiên liệu; Ít tốn diện tích xây dựng; Tiết kiệm chi phí truyền tải. Nhược điểm: Phải có trình độ kỹ thuật cao khi thiết kế và vận hành hệ thống; Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết; Chi phí lắp đặt và bảo dưỡng cao; Hiệu suất thấp.3 Phụ tải điện Phụ tải điện là những nơi tiêu thụ điện, biến đổi năng lượng điện thành những năng lượng khác phục vụ nhu cầu của con người. Ví dụ: bệnh viện, trường học, khu công nghiệp, sân bay, trung tâm hội nghị, …. Phân loại hộ tiêu thụ phụ thuộc vào tầm quan trọng của phụ tải trong xã hội [2]: - Chính trị, quân sự, an ninh quốc phòng.
- Ảnh hưởng lớn đến kinh tế quốc dân và xã hội. - Y tế, công nghiệp luyện cán thép, thủy tinh. HVTH: Phạm Minh Pha 12 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phan Thị Thanh Bình Phân loại hộ tiêu thụ để có các phương án cung cấp điện, có 3 phân cấp [2]: - Hộ loại 1: Cực kỳ quan trọng, 2 nguồn và nguồn dự phòng.
- Hộ loại 2: Ảnh hưởng lớn đến kinh tế khi mất điện.