Chương 1: Giới thiệu. Chương 2: Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu. Chương 3: Khảo sát và tính toán. Chương 4: Mô hình hóa và mô phỏng.
Chương 5: Kết quả mô phỏng. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Hệ thống Microgrid là gì? Lưới điện siêu nhỏ (Microgrid - MG) là một hệ thống bao gồm các nguồn năng lượng có công suất nhỏ và phát điện phân tán (Distributed Energy Resources – DER) như: nguồn pin mặt trời, pin nhiên liệu, turbine gió, microturbine. Ngoài ra còn có các hệ thống đo lường và các phụ tải.
Công nghệ điều khiển cho lưới điện siêu nhỏ có thể hoạt động độc lập hoặc tích hợp chúng vào lưới điện phân phối, thông qua hệ thống điều khiển và giám sát như (hình 2.1), nhằm hướng đến phát triển lưới điện thông minh và điều khiển nối lưới linh hoạt.1: Mô hình hệ thống Microgrid 5 2.2 Khái niệm hệ thống microgrid: Việc hình thành microgrid được dựa trên khả năng kiểm soát các hoạt động của hệ thống, gồm các máy phát điện của turbine gió, pin năng lượng mặt trời, cùng với các thiết bị lưu trữ,. Khả năng kiểm soát cho phép mạng lưới phân phối vẫn hoạt động khi bị tách khỏi lưới điện chính, trong trường hợp có sự cố, do sự cố, hoặc là ưu tiên cho các nguồn cung cấp từ năng lượng tái tạo để bảo vệ môi trường, từ đó tăng độ tin cậy cho hệ thống. Hệ thống microgrid có thể vận hành ở cả hai trạng thái: trạng thái bình thường (nối lưới) và trạng thái cách li (cô lập). + Thông thường các microgrid vận hành trong trạng thái kết nối lưới trừ trường hợp tại các đảo.
Vì vậy lợi ích của các microgrids sinh ra chủ yếu trong trạng thái này. + Để có thể vận hành lâu dài trong chế độ cách li, microgrid phải thỏa mãn các yêu cầu cao về dung lượng lưu trữ và công suất phát của các nguồn phân bố để đảm bảo cấp điện liên tục hoặc phải thực hiện các biện pháp giảm tải phù hợp. Khác nhau giữa microgrid và một lưới điện thụ động chủ yếu là việc quản lý và vận hành các nguồn, tài nguyên. + Việc vận hành Microgrid bao gồm điều khiển các nguồn phát, quản lý hệ thống dịch vụ, điều khiển tải, giảm thải ra môi trường.
Các yếu tố này ảnh hưởng tất cả các mặt: kinh tế, kỹ thuật, môi trường. + Ưu điểm nổi bật khác của Microgrid còn là khả năng tối ưu hóa, mang lại lợi ích tốt nhất cho tất cả các bên. Hệ thống điện không có tổ chức của Microgrid nếu thiếu đi một trong những nhân tố thiết yếu sau: + Phụ tải: Do người sử dụng là nhân tố vừa là nơi tiêu thụ năng lượng và cũng là cung cấp năng lượng (thông qua các nguồn năng lượng phân bố), để 6 từ đó đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Hệ thống có thể vận hành ở trạng thái kết nối lưới hoặc cô lập (islanded modes).
+ Nguồn năng lượng phân bố (Microsource): năng lượng mặt trời, gió, fuel cell và cả hệ thống tích trữ năng lượng. + Hệ thống giám sát và điều khiển: Điều khiển microgrid sẽ buộc người tiêu dùng phải thay đổi nhu cầu của họ, tùy thuộc vào năng lượng tái tạo sẵn có. Theo ý tưởng của Microgrid, việc vận hành sẽ được tái cấu trúc với việc thêm vào các tính năng: bộ đo đếm điện năng, truyền thông và các thiết bị điều khiển để chuyển từ tình trạng “thụ động” ở lưới điện truyền thống chuyển sang tình trạng “tích cực” ở lưới điện Microgrid. + Giảm thiểu ô nhiễm môi trường: đây là một trong những yêu cầu thiết yếu hình thành Microgrid ban đầu là giảm ô nhiễm môi trường.
Các nhân tố tham gia vào hệ thống Microgrid: + Nguồn năng lượng phân bố (DER): mặt trời, giò, fuel cell. + Hệ thống tích trữ năng lượng (Energy storage): pin, siêu tụ, bánh đà (flywheels)… + Hệ thống lưới truyền tải bao gồm cả hệ thống truyền thông để thực hiện giao tiếp và giám sát như: MGCC, MC, hệ thống quản lý DMS.2 : Mô phỏng hệ thống microgrid công suất 500 KW 7 2.3 Cấu trúc và hoạt động của hệ thống Microgrid Hệ thống Microgrid có khả năng kết nối lưới hoặc cô lập với lưới khi lưới điện có sự cố.3: Sơ đồ kết nối hệ thống Microgrid với lưới Cơ cấu gồm các nguồn năng lượng phân bố DGs như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, microturbin, nguồn năng lượng nhiệt lấy từ năng lượng tái tạo, và hệ thống tích trữ năng lượng (DS). Lưới điện của Microgrid sẽ liên kết với một thanh cái chung PCC để liên kết giữa các nguồn phái DGs, DS với các phụ tải như khu dân cư, các tòa nhà, trường học, cụm công nghiệp. Hệ thống điện tử công suất sẽ được sử dụng trong hệ thống để chuyển đổi các nguồn năng lượng tái tạo cung cấp cho các phụ tải tiêu thụ.
Như chuyển đổi 8 DC/AC hay AC/AC, AC/DC/AC tùy thuộc vào lưới Microgrid có cấu trúc: DC Microgrid hay AC Microgrid.1 Chế độ kết nối lưới: Chế độ này hoạt động như sau, chuyển đổi kết nối các nguồn điện song song với các nguồn khác để cung cấp tải cục bộ và có thể sử dụng hoặc cung cấp điện từ lưới điện chính. Kết nối song song của máy phát điện được quản lý bởi các tiêu chuẩn quốc gia. Các tiêu chuẩn yêu cầu là việc kết nối phải đảm bảo điện áp kết nối tại điểm kết nối chung PCC, cũng như đảm bảo chất lượng điện năng như giới hạn độ méo dạng sóng hài THD là nhỏ nhất.2 Chế độ cô lập với lưới: Ở chế độ này các bộ biến đổi công suất sẽ vẫn tiếp tục cung cấp năng lượng từ các nguồn năng lượng phân bố cho các phụ tải thuộc hệ thống Microgrid khi lưới điện chính bị ngắt kết nối. Trong chế độ này các bộ biến đổi công suất sẽ đảm nhiệm vai trò duy trì điện áp và tần số, trong điều kiện có sự mất cân bằng về phụ tải và chất lượng điện năng suy giảm.
Do sự suy giảm công suất từ nguồn cung cấp, nên trong trường hợp này lưới Microgrid có thể sẽ sa thải một số phụ tải không quan trọng để đảm bảo sự ổn định và chất lượng cung cấp điện cho lưới.3 Chế độ sử dụng nguồn năng lượng tích trữ: Trong một microgrid, pin lưu trữ, hoặc các thiết bị lưu trữ năng lượng khác là cần thiết để xử lý nhiễu về điện áp và tần số và sự thay đổi đột ngột của phụ tải. Nói cách khác, lưu trữ năng lượng là cần thiết để thích ứng với các thay đổi giữa cung và cầu, do đó cải thiện độ tin cậy của các Microgrid. Bộ biến đổi công suất sau đó có thể được sử dụng như một bộ sạc pin.4 Tổng quan về năng lượng gió Việt Nam và tiềm năng phát triển Việt Nam nằm trong vùng khí hậu gió mùa và được định hình bởi đường bờ biển dài hơn 3.260km, Việt Nam có tiềm năng lớn trong phát triển điện gió, với công suất ước tính vào khoảng 24GW. Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với đường bờ biển trải dài, Việt Nam có nhiều thuận lợi để phát triển năng lượng điện gió.
Cùng với nguồn năng lượng tái tạo từ mặt trời thì năng lượng điện gió được kỳ vọng là một giải pháp giúp nâng cao sản lượng điện của Việt Nam trong những năm tới.4: Bản đồ phân bố tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 80 m 10 Một nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới (WB) cũng cho thấy 8,6% diện tích đất liền của Việt Nam rất giàu tiềm năng, thuận lợi cho việc lắp đặt các tua-bin gió lớn. Đặc biệt, theo số liệu khảo sát năng lượng gió gần đây của Tổ chức Hợp tác Phát triển Đức (GIZ), tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long những vùng ven biển, ngoài khơi thuộc các tỉnh Bạc Liêu, Cà Mau, Sóc Trăng, Trà Vinh, Bến Tre. có tiềm năng gió rất cao, dễ khai thác và rất thuận lợi cho việc đầu tư các dự án điện gió. Với thuận lợi về mặt địa hình như vậy và điều kiện gió biển ven bờ mạnh khoảng 6-7 mét/giây ở độ cao 80 mét (chiều cao các cột điện gió hiện đã lắp đặt ở Bạc Liêu) thì tiềm năng khai thác năng lượng điện gió ven bờ biển tại khu vực này có thể đạt từ 1.
Bên cạnh đó, cũng theo các nghiên cứu khảo sát, việc đầu tư xây dựng các dự án điện gió ở các tỉnh ven biển khu vực Đồng bằng sông Cửu Long có nhiều lợi thế như: - Khu vực ven biển các vùng trên có tốc độ gió rất cao, trung bình từ 6,5 đến 7m/s. Những tháng cao điểm lên tới 11m/s và đón được các hướng gió chính (theo biểu đồ dữ liệu đo gió của GIZ). - Về đất đai, các địa phương trên có chiều dài bờ biển, vùng đất bãi bồi, không dân cư sinh sống thuận lợi cho vận chuyển tập kết vật tư, thiết bị để xây dựng nhà máy hiện tại và mở rộng trong tương lai. - Về hạ tầng, có các đường điện 110kV hiện hữu rất thuận lợi cho việc đấu nối điện của dự án vào lưới điện quốc gia.
- Về nguồn lao động dồi dào, thuận lợi cho việc sử dụng để thực hiện dự án.1 Thực trạng sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam Cho đến nay, có khoảng 48 dự án điện gió đã đăng ký trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền Trung và Nam bộ, với tổng công suất đăng ký gần 5.000 MW, quy mô công suất của các dự án từ 6 MW đến 250 MW. Tuy nhiên, hiện nay do suất đầu tư của dự án điện gió vẫn còn khá cao, trong khi giá mua điện gió là khá thấp 1.614 đồng/ kWh (tương đương khoảng 7,8 UScents/ kWh), cao hơn 310 đồng/ kWh so với mức giá điện bình quân hiện nay là 11 1.304 đồng/ kWh, được xem là chưa hấp dẫn các nhà đầu tư điện gió trong và ngoài nước. Do vậy, cho đến nay mới chỉ duy nhất một dự án điện gió ở Xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận là hoàn thiện giai đoạn 1 (dự kiến nâng tổng công suất lên 120 MW trong giai đoạn 2 từ 2011 đến 2015), với công suất lắp đặt 30 MW (20 tuabin gió x 1,5 MW mỗi tua bin). Tổng mức đầu tư của dự án lên đến 1.500 tỷ đồng (tương đương khoảng 75 triệu USD), các thiết bị tuabin gió sử dụng của Công ty Fuhrlaender Đức.
Dự án chính thức được nối lên lưới điện quốc gia vào tháng 3 năm 2011. Sản lượng điện gió năm 2011 đạt khoảng 79.