Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành các nguồn năng lượng tái tạo và đường dây t...

Tài liệu Giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành các nguồn năng lượng tái tạo và đường dây truyền tải điện (luận văn thạc sĩ)

.PDF
118
1
78

Mô tả:

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN TRỌNG HIẾU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO VÀ ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 Công trình đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh. Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Lê Văn Đại Luận văn Thạc s đƣợc ảo vệ tại Hội đồng chấm ảo vệ Luận văn Thạc s Trƣờng Đại học Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh ngày 29 tháng 10 năm 2022 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn Thạc s gồm: 1. TS. Trần Thanh Ngọc - Chủ tịch Hội đồng 2. PGS. TS. Võ Ngọc Điều - Phản biện 1 3. PGS. TS. Nguyễn Hùng - Phản biện 2 4. TS. Nguyễn Nhật Nam - Ủy viên 5. TS. Nguyễn Thanh Thuận - Thƣ ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN BỘ CÔNG THƢƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN TRỌNG HIẾU MSHV: 20000071 Ngày, tháng, năm sinh: 01/07/1979 Nơi sinh: Tây Ninh Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 8520201 I. TÊN ĐỀ TÀI: Giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành các nguồn năng lƣợng tái tạo và đƣờng dây truyền tải điện NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: i) Tìm hiểu tổng quan về việc sử dụng năng lƣợng tái tạo. ii) Tìm hiểu tổng quan về việc dự áo công suất cho các nhà máy điện gió và điện mặt trời. iii) Nghiên cứu về công nghệ BESS và ứng dụng trong hệ thống điện. iv) Tìm hiểu lƣới điện truyền tải khu vực Tây Nguyên và các nguồn phát công suất. v) Phân tích và đánh giá hiện trạng khi có sự tham gia của các nguồn phát điện gió và mặt trời. vi) Đề xuất giải pháp xử lý vấn đề, tính toán mô phỏng và đánh giá giải pháp. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số: 880/ĐHCN ngày13 tháng 04 năm 2022 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày10 tháng 10 năm 2022 IV. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Lê Văn Đại Tp. Hồ Chí Minh, ngày 7 tháng 11 năm 2022 NGƢỜI HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƢỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy, TS. Lê Văn Đại, ngƣời hƣớng dẫn và chỉ ảo tận tình cho tôi trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ thực hiện luận văn này. Tôi cũng xin cảm ơn quý Thầy, Cô giảng viên đã chỉ ảo trong suốt quá trình học tập tại Trƣờng Đại học Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh. Cảm ơn các ạn cùng lớp đã đồng hành và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ đóng góp ý kiến cho các vấn đề liên quan đến chuyên môn đƣợc trình ày trong luận văn này. Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình, những ngƣời đã hết sức ủng hộ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua. Học viên Nguyễn Trọng Hiếu i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn này trình ày về tình hình sử dụng năng lƣợng tái tạo (NLTT) trong phát điện của thế giới và ở Việt Nam. Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ ổn định của nguồn phát do ảnh hƣởng ởi môi trƣờng và tác động của chúng lên hệ thống điện khi có nhiều nguồn năng lƣợng dạng này tham gia. Bên cạnh đó, luận văn cũng trình ày các mô hình dự áo công suất phát cho các nhà máy sử dụng năng lƣợng gió và mặt trời. Đây là một yêu cầu quan trọng trong vận hành hệ hống điện khi tỷ trọng thâm nhập của các nguồn NLTT ngày càng lớn trong hệ thống điện ên cạnh các nguồn năng lƣợng truyền thống, vốn có thể điều chỉnh đƣợc công suất ổn định. Một trong những giải pháp vận hành lƣới điện khi các nguồn NLTT phát công suất lớn vào các khoảng thời gian trong ngày gây quá tải đƣờng dây hoặc các trạm iến áp cắt giảm công suất phát của các nhà máy này để đảm ảo cho hệ thống. Điều này là cần thiết nhƣng lại gây thiệt hại về kinh tế khi cắt giảm sản lƣợng điện, gây thiệt hại và ảnh hƣởng các chỉ tiêu kinh tế của dự án. Luận văn cũng trình ày một giải pháp đƣợc nhiều nƣớc đang áp dụng để ổn định hệ thống điện trong trƣờng hợp này là ổ sung các pin lƣu trữ điện năng (BESS) vào hệ thống điện, giúp hấp thụ phần công suất dƣ thừa lúc công suất phát ở đỉnh và phát lại vào lƣới vào các thời điểm nguồn điện NLTT không thể phát điện (ví dụ nhƣ nhà máy điện mặt trời vào lúc đêm). Các công nghệ đƣợc sử dụng trong BESS hiện nay và mô hình điều khiển BESS cũng đƣợc trình ày vì đây không chỉ đơn giản là một nguồn dự trữ năng lƣợng mà còn góp phần ổn định lƣới điện khi xảy ra các dao động trong hệ thống. Lƣới điện truyền tải khu vực Tây Nguyên đƣợc chọn khảo sát và thử nghiệm đề xuất trong luận văn này vì đây là khu vực có nhiều nhà máy điện gió và điện mặt trời theo Quy hoạch hệ thống điện Quốc gia giai đoạn 2021 - 2030. Qua phân tích đánh giá hiện trạng lƣới điện truyền tải khu vực Tây Nguyên và áp dụng giải pháp ổ sung BESS vào hệ thống với sự hỗ trợ của phần mềm DIgSILENT - Power Factory đã cho thấy đƣợc hiệu quả của giải pháp đề xuất. ii ABSTRACT This thesis presents the situation of using renewable energy (RE) in electricity generation in the world and in Vietnam. Factors affecting the stability of the generation source due to the influence of the environment and their impact on the power system when there are many energy sources of this type involved. Besides, the thesis also presents models to predict generating capacity for plants using wind and solar energy. This is an important requirement in power system operation when the penetration rate of renewable energy sources is increasing in the power system besides traditional energy sources, which can be adjusted to stable capacity. One of the solutions to operate the grid when renewable energy sources generate large capacity at certain times of the day, causing an overload of lines or substations, is to cut the generating capacity of these plants to ensure the safety of the system. This is necessary, but it also causes economic losses when cutting the power energy, causing damage and affecting the economic indicators of many projects. The thesis also presents a solution that many countries are applying to stabilize the power system in this case, which is to add battery energy storage systems (BESS) to the power system, helping to absorb the excess power when the generating power is at the peak and generating electricity. Back to the grid at times when the renewable energy source cannot generate electricity (e.g. a PV solar power plant at night). The technologies used in BESS today and the BESS control model are also presented as it is not simply a source of energy storage but also contribute to the stability of the grid when fluctuations in the system occur. The transmission grid in the Central Highlands was selected to survey and test the proposal in this thesis because this is an area with many wind and solar power plants, which will be added in the near future, according to the National electricity development planning period 2021 - 2030. By analyzing and evaluating the current status of the transmission grid in the Central Highlands region and applying the additional solution of BESS to the system with the support of DIgSILENT - Power Factory software, the effectiveness of the proposed solution has been shown. iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của ản thân tôi. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ ất kỳ một nguồn nào và dƣới ất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Học viên Nguyễn Trọng Hiếu iv MỤC LỤC MỤC LỤC ..................................................................................................................... i DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................... vii MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề.................................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................3 2.1 Nghiên cứu trong nƣớc .............................................................................................3 2.2 Nghiên cứu quốc tế ..................................................................................................4 3. Hƣớng giải quyết ......................................................................................................6 3.1 Đƣa ra giải pháp vận hành Battery energy storage system (BESS) để nâng cao hiệu quả vận hành lƣới TTĐ ....................................................................................6 3.2 Phƣơng pháp giải quyết ...........................................................................................8 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................8 4.1 Đối tƣợng .................................................................................................................8 4.2 Phạm vi .....................................................................................................................8 5. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ..............................................................8 6. Ý ngh a thực tiễn của đề tài ......................................................................................8 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO ........................................10 1.1 Tình hình phát triển NLTT trên thế giới ................................................................10 1.2 Tình hình phát triển NLTT ở Việt Nam .................................................................14 1.3 Định hƣớng phát triển ền vững NLTT ở Việt Nam .............................................16 CHƢƠNG 2 CÁC MÔ HÌNH DỰ BÁO CÔNG SUẤT CỦA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VÀ MẶT TRỜI .................................................................................18 2.1 Giới thiệu các phƣơng pháp dự áo nguồn NLTT .................................................18 2.2 Mô hình dự áo công suất nhà máy điện mặt trời ..................................................19 2.3 Mô hình dự áo công suất nhà máy điện gió .........................................................25 CHƢƠNG 3 3.1 MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BESS .............................................30 Giới thiệu mô hình BESS .......................................................................................30 3.1.1 Bộ iến đổi công suất .............................................................................................33 i 3.1.2 Kiến trúc ộ iến đổi công suất..............................................................................33 3.1.3 Công nghệ BESS ....................................................................................................36 3.2 Mô hình điều khiển BESS ......................................................................................45 CHƢƠNG 4 PHÂN TÍCH VẬN HÀNH HIỆU QUẢ LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI KHU VỰC TÂY NGUYÊN ...............................................................................48 4.1 Thông số lƣới điện truyền tải khu vực Tây Nguyên năm 2025 .............................48 4.1.1 Kế hoạch xây dựng lƣới điện tỉnh Gia Lai .............................................................48 4.1.2 Kế hoạch xây dựng lƣới điện tỉnh Đăk Lăk ...........................................................52 4.1.3 Kế hoạch xây dựng lƣới điện tỉnh Đăk Nông ........................................................54 4.2 Thông số nguồn NLTT khu vực Tây Nguyên năm 2025 .......................................56 4.2.1 Kế hoạch xây dựng nguồn điện tỉnh Gia Lai .........................................................56 4.2.2 Kế hoạch xây dựng nguồn NLTT tỉnh Đăk Lăk ....................................................61 4.2.3 Kế hoạch xây dựng nguồn NLTT tỉnh Đăk Nông..................................................63 4.3 Mô hình hóa các phần tử ........................................................................................65 4.4 Đánh giá tình trạng vận hành lƣới điện Tây Nguyên năm 2025 ............................74 4.5 Đề xuất giải pháp BESS – vận hành theo chu trình dự áo NLTT ........................85 4.6 Nhận xét về hiện trạng lƣới điện và đề xuất giải pháp ...........................................92 4.7 Kịch ản vận hành xây dựng đƣợc đề xuất nhƣ sau: .............................................92 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................98 1. Kết luận ..................................................................................................................98 2. Hƣớng phát triển ....................................................................................................98 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN ..................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................101 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN ...............................................................104 ii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Tổng quát về các phƣơng pháp dự áo NLMT dựa theo Chân trời thời gian mà chúng cho thấy giá trị ......................................................................................20 Hình 2.2 Cấu tạo của một “máy ảnh ầu trời” và vị trí lắp đặt của máy trên trang trại ĐMT ................................................................................................................21 Hình 2.3 Cấu trúc của một “Triangulation” ......................................................................22 Hình 2.4 Các hình ảnh đám mây đƣợc chụp từ vệ tinh và đƣa vào dự áo ức xạ mặt trời .........................................................................................................................23 Hình 2.5 Mô hình tiêu iểu của NWP ...............................................................................24 Hình 2.6 Biểu đồ thể hiện sự không chắc chắn đƣợc ghi lại trong tập hợp dự áo ..........25 Hình 2.7 Các phƣơng pháp dự áo năng lƣợng gió ..........................................................26 Hình 2.8 Các ƣớc dự áo năng lƣợng gió với NWP .......................................................27 Hình 3.1 Cấu trúc BESS điển hình ...................................................................................33 Hình 3.2 Bộ iến đổi công suất một tầng chỉ với 01 ộ iến đổi DC/ AC .......................34 Hình 3.3 Bộ iến đổi công suất một tầng với các ộ iến đổi DC/ AC mắc song song ...35 Hình 3.4 Bộ iến đổi công suất hai tầng với ộ iến đổi DC/ DC và DC/ AC ................35 Hình 3.5 Bộ iến đổi công suất hai tầng mắc song song phía DC ....................................36 Hình 3.6 Bộ iến đổi công suất hai tầng mắc song song phía AC ....................................36 Hình 3.7 Xếp hạng những nhà sản xuất pin Lithium - ion................................................39 Hình 3.8 Pin dòng chảy .....................................................................................................43 Hình 3.9 Sơ đồ khối của một ộ điều khiển điển hình cho BESS ....................................45 Hình 4.1 Mô hình điều khiển PV nối lƣới ........................................................................65 Hình 4.2 Mô hình tƣơng đƣơng của một thiết ị PV ........................................................67 Hình 4.3 Mô hình mô phỏng động nhà máy điện mặt trời ................................................68 Hình 4.4 Mô hình gió kết nối giữa các khối điều khiển đƣợc đƣa vào mô phỏng ............69 Hình 4.5 Mô hình chi tiết 1 tua in máy phát GE. .............................................................70 Hình 4.6 Khối máy phát GEWTGCU1 .............................................................................71 Hình 4.7 Điều khiển công suất tác dụng−Khối điều khiển điện GEWTECU1 ................71 Hình 4.8 Điều khiển công suất phản kháng−Khối điều khiển điện GEWTECU1 ...........72 Hình 4.9 Khối điều khiển góc xoay pitch GEWTPTU1 ...................................................72 Hình 4.10 Khối điều khiển động lực học GEWTARU1 ...................................................73 Hình 4.11 Mô hình của trục tua in 2 khối GEWT2MU1 .................................................73 Hình 4.12 Biểu đồ tốc độ gió khu vực tỉnh Gia Lai ..........................................................75 Hình 4.13 Biểu đồ tốc độ gió khu vực tỉnh Đăk Lăk ........................................................76 Hình 4.14 Biểu đồ tốc độ gió khu vực tỉnh Đăk Nông .....................................................76 Hình 4.15 Biểu đồ cƣờng độ ức xạ khu vực tỉnh Gia Lai ...............................................77 Hình 4.16 Biểu đồ cƣờng độ ức xạ khu vực tỉnh Đăk Lăk .............................................77 Hình 4.17 Biểu đồ cƣờng độ ức xạ khu vực tỉnh Đăk Nông ..........................................78 Hình 4.18 Sơ đồ lƣới điện khu vực Tây Nguyên Việt Nam 2025 ....................................79 iii Hình 4.19 Biều đồ phát các công suất tác dụng các NMĐG Buôn Hồ, Easin, Nhơn Hoà, EaNam .............................................................................................................80 Hình 4.20 Biều đồ phát các công suất tác dụng các NMĐMT Srepok 3 Floating, Srepor 3 PV, Xuân Thiện ...............................................................................................81 Hình 4.21 Biểu đồ mang tải 24 giờ các MBA 500 kV của TBA 500 kV Đăk Nông .......81 Hình 4.22 Biểu đồ mang tải 24 giờ các MBA 500 kV của TBA 500 kV Pleiku ..............82 Hình 4.23 Biểu đồ mang tải 24 giờ các MBA 500 kV của TBA 500 kV Pleiku 2 (quá tải khoảng 13,9 %) ................................................................................................82 Hình 4.24 Biểu đồ mang tải 24 giờ của các đƣờng dây 500 kV khu vực Tây Nguyên ....83 Hình 4.25 Biểu đồ mang tải 24h của các tụ ù dọc 500 kV của các trạm 500 kV khu vực Tây Nguyên .....................................................................................................83 Hình 4.26 Biều đồ điện áp vận hành các TBA 500 kV khu vực Tây Nguyên ..................84 Hình 4.27 Biểu đồ sản lƣợng điện ị cắt giảm của các nhà máy NLTT trên địa àn khu vực các tỉnh Tây Nguyên theo tính toán ..........................................................86 Hình 4.28 Lắp thêm BESS: (a) tại trạm Đăk Nông, ( ) tại trạm EaNam .........................87 Hình 4.29 Tổng quan phƣơng hƣớng vận hành lƣới điện có BESS .................................88 Hình 4.30 Mô hình điều khiển BESS qua AGC ...............................................................89 Hình 4.31 Quy trình vận hành BESS tối ƣu ......................................................................90 Hình 4.32 Chu kỳ nạp/xả của BESS đấu nối vào tại 500 kV EaNam...............................93 Hình 4.33 Chu kỳ nạp/xả của BESS đấu nối vào tại 500 kV Đăk Nông ..........................93 Hình 4.34 Chu kỳ sạc/xả của BESS (Dispatch) theo công suất ........................................94 Hình 4.35 Biểu đồ mang tải 24 giờ các MBA 500 kV của TBA 500 kV Đăk Nông .......94 Hình 4.36 Biểu đồ mang tải 24 giờ các MBA 500 kV của TBA 500 kV Pleiku ..............95 Hình 4.37 Biểu đồ mang tải 24 giờ các MBA 500 kV của TBA 500 kV Pleiku 2 ...........95 Hình 4.38 Biểu đồ mang tải 24 giờ các đƣờng dây truyền tải điện ..................................96 Hình 4.39 Biều đồ điện áp vận hành các TBA 500 kV khu vực Tây Nguyên ..................96 Hình 4.40 Biểu đồ mang tải 24 giờ của các tụ ù dọc 500 kV của các trạm 500 kV khu vực Tây Nguyên ..............................................................................................97 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các loại pin Lithium-ion ................................................................................38 Bảng 3.2 Ƣu và nhƣợc điểm pin Lithium-ion ...............................................................38 Bảng 3.3 Danh sách các dự án BESS sử dụng pin Lithium-ion .....................................39 Bảng 3.4 Các loại pin Axit-chì .......................................................................................40 Bảng 3.5 Ƣu và nhƣợc điểm pin Axit – chì ....................................................................41 Bảng 3.6 Các loại pin Nickel và ƣu nhƣợc điểm ............................................................42 Bảng 3.7 Ƣu và nhƣợc điểm của pin Natri nhiệt độ cao (Na - S) ..................................43 Bảng 3.8 Các loại pin dòng chảy ....................................................................................44 Bảng 3.9 Ƣu và nhƣợc điểm của pin dòng chảy (VRB) .................................................44 Bảng 3.10 Các dự án BESS sử dụng pin dòng chảy.........................................................45 Bảng 4.1 Danh mục các TBA 220 kV dự kiến xây dựng giai đoạn đến 2025 ...............48 Bảng 4.2 Danh mục các đƣờng dây 220 kV dự kiến xây dựng giai đoạn đến 2022 ......48 Bảng 4.3 Danh mục các đƣờng dây 220 kV dự kiến xây dựng giai đoạn đến 2025 ......49 Bảng 4.4 Danh mục trạm iến áp 110 kV dự kiến xây dựng giai đoạn đến 2025..........49 Bảng 4.5 Danh mục đƣờng dây 110 kV tại tỉnh Gia Lai dự kiến xây dựng giai đoạn đến 2022 .................................................................................................................50 Bảng 4.6 Danh mục đƣờng dây 110kV tại tỉnh Gia Lai dự kiến xây dựng giai đoạn đến 2025 .................................................................................................................51 Bảng 4.7 Khối lƣợng và thời điểm đƣa vào vận hành các đƣờng dây 220 kV -110 kV tỉnh Đăk Lăk giai đoạn 2021 – 2025 ...............................................................52 Bảng 4.8 Danh mục trạm iến áp 220 kV – 110 kV dự kiến xây dựng giai đoạn đến 2025 .................................................................................................................54 Bảng 4.9 Danh mục đƣờng dây 220 kV – 110 kV dự kiến xây dựng giai đoạn đến 2025. .........................................................................................................................55 Bảng 4.10 Các nhà máy thủy điện hiện có và dự kiến vận hành trong giai đoạn tới trên địa àn tỉnh Gia Lai .........................................................................................56 Bảng 4.11 Các nhà máy điện gió đã đƣợc phê duyệt ổ sung quy hoạch trên địa àn tỉnh Gia Lai .............................................................................................................59 Bảng 4.12 Các nhà máy điện mặt trời đã đƣợc phê duyệt ổ sung quy hoạch trên địa àn tỉnh Gia Lai .....................................................................................................59 v Bảng 4.13 Các nhà máy điện gió đang trình ổ sung quy hoạch trên địa àn tỉnh Gia Lai . .........................................................................................................................60 Bảng 4.14 Danh mục các NMĐMT trên địa àn tỉnh Đăk Lăk .......................................62 Bảng 4.15 Danh mục các nhà máy điện gió trên địa àn tỉnh Đăk Lăk đã đƣợc BSQH .62 Bảng 4.16 Danh mục các nhà máy điện gió trên địa àn tỉnh Đăk Lăk đang trình phê duyệt BSQH do Sở Công Thƣơng cung cấp và theo VB số: 7201/BCT-ĐL ngày 25/9/2020 của Bộ Công thƣơng .............................................................63 Bảng 4.17 Tiến độ vận hành dự kiến các công trình nguồn điện trên địa àn tỉnh Đăk Nông ................................................................................................................64 Bảng 4.18 Các nhà máy điện gió đã đƣợc phê duyệt BSQH trên địa àn tỉnh Đăk Nông ... .........................................................................................................................64 Bảng 4.19 Các nhà máy ĐMT đã đƣợc phê duyệt BSQH trên địa àn tỉnh Đăk Nông ...64 Bảng 4.20 Các nhà máy điện gió đang trình BSQH trên địa àn tỉnh Đăk Nông ............65 Bảng 4.21 Các nhà máy ĐMT đang trình BSQH trên địa àn tỉnh Đăk Nông ................65 Bảng 4.22 Các khối chức năng chi tiết của một tua in máy phát của GE ........................69 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AGC Automatic generation control BESS Battery Energy Storage System BSQH Bổ sung quy hoạch BTM Behind the meter CAES Compressed Air Energy Storage CĐBX Cƣờng độ bức xạ ĐD Đƣờng dây ĐMT Điện mặt trời GOES Geostationary Operational Environmental Satellite HTĐ Hệ thống điện MOS Model Output Statistics MPPT Maximum Power Point Tracker NLMT Năng lƣợng mặt trời NLTT Năng lƣợng tái tạo NMĐG Nhà máy điện gió NMĐMT Nhà máy điện mặt trời NWP Numerical Weather Prediction PCS Power Conditioning/ Conversion System PV Photovoltaic RE Renewable Energy SOC State of Charge TBA Trạm biến áp TTĐ Truyền tải điện VRE Variable Renewable Energy VRLA Valve Regulated Lead Acid WF Wind Farm vii MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Nguồn năng lƣợng tái tạo (NLTT) là một trong những nguồn năng lƣợng đƣợc nhiều quốc gia quan tâm và Việt Nam là một trong số đó, vì nguồn năng lƣợng này phát triển ền vững và ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng. Điều này nhằm đảm ảo nguồn năng lƣợng điện lâu dài, ổn định, dần thay thế các nguồn năng lƣợng truyền thống và nguồn nhiên liệu hoá thạch. Nguồn NLTT (NL mặt trời, NL gió, NL sóng iển, v.v.) hiện nay đang đƣợc các nƣớc quan tâm và phát triển vì tiềm năng khai thác vô tận của chúng. Sử dụng NLTT để phát điện với sự tiến ộ không ngừng về công nghệ chế tạo là một ngành công nghiệp rất phát triển, để đáp ứng nhu cầu sử dụng cho con ngƣời. Ngành công nghiệp này tạo ra hàng triệu việc làm mới từ việc chế xuất, đáp ứng vật tƣ vật liệu cũng nhƣ vận hành các hệ thống NLTT. Trong năm 2021, Việt Nam có thêm 36.122 MW nguồn điện gió đƣợc đƣa vào vận hành làm tăng tỷ trọng nguồn NLTT vào khoảng 33 % công suất đặt của toàn hệ thống. Với tỷ trọng các nguồn điện NLTT đã tăng tƣơng đối cao, điều này dẫn đến việc điều phối hệ thống điện (HTĐ), truyền tải điện (TTĐ) gặp khó khăn, xử lý thừa nguồn thấp điểm, quán tính hệ thống thấp, vấn đề khởi động và ngừng máy của các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) sử dụng than, tuabin khí [1]. Cùng với sự phát triển nhanh chóng trong việc ổ sung nguồn NLTT vào HTĐ nhƣ nêu trên đã gây ra rất nhiều vấn đề khó khăn trong vận hành cũng nhƣ có các tác động đến vấn đề ổn định HTĐ trong các năm qua, có thể minh họa qua một vài ví dụ nhƣ sau [1, 2].  Ngày thứ Hai 16/11/2020, do các nguồn thủy điện miền Trung phát cao do xả lũ dẫn đến cung đoạn đƣờng dây 500 kV Nho Quan – Hà T nh phải vận hành ở mức 1.800 MW (ngƣỡng giới hạn an toàn của lƣới 500 kV – giới hạn truyền tải) dẫn đến phải điều chỉnh công suất các nguồn NLTT miền Trung + Nam (công suất phát của 1 các nhà máy này ị cắt giảm). Mức công suất cắt, giảm lớn nhất là khoảng 745 MW ghi nhận vào khoảng thời gian lúc 11 giờ 24 phút.  Trong các ngày 12 - 14/11/2020, do các nguồn thủy điện miền Trung phát cao xả lũ, truyền tải 500 kV theo chiều Trung - Bắc và Trung - Nam đều ở mức cao tới ngƣỡng giới hạn truyền tải (trong đó truyền tải 500 kV Trung - Nam chỉ còn 2/4 mạch do phục công tác đấu nối T500 Xuân Thiện EaSup), các nguồn NLTT ở miền Trung đều phải cắt giảm công suất để đảm ảo an toàn cho hệ thống.  Từ 8 giờ 30 phút - 14 giờ 15 phút ngày Chủ nhật 18/10/2020, phụ tải hệ thống giảm thấp (~21.000 MW), dẫn đến rất nhiều các nhà máy NLTT phải cắt giảm để ổn định tần số. Tổng công suất NLTT cắt giảm lớn nhất ghi nhận vào lúc 12 giờ 30 phút là ~1.500 MW.  Từ 10 giờ 20 phút - 12 giờ 20 phút ngày 11/10 xảy ra sự kiện tần số cao liên tục do thừa nguồn, tần số cao nhất đạt 50,5 Hz duy trì trong 1s. Xác định đƣợc nguyên nhân là do các nguồn NLTT phát cao gây nguy cơ mất cân ằng nguồn và phụ tải, làm tiềm ẩn nguy cơ mất ổn định rất lớn, nếu xảy ra sự cố trên lƣới.  Chênh lệch phụ tải lớn giữa 2 thời điểm thấp điểm trƣa chủ nhật và cao điểm chiều thứ 2 làm cho công tác vận hành HTĐ gặp nhiều khó khăn. Để có thể khai thác cao các nguồn NLTT cũng nhƣ các nhà máy thuỷ điện đang xả và có nguy cơ xả vào các ngày có phụ tải thấp (cuối tuần, ngày lễ), Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia đã phải ngừng dự phòng nhiều tổ máy nhiệt điện than (NĐT) và tuabin khí (TBK).  Do áp lực khai thác cao thủy điện và NLTT trong khi phụ tải giảm thấp, các nguồn NLTT lại tập trung chủ yếu ở miền Trung và miền Nam, nên thƣờng xuyên xuất hiện hiện tƣợng nghẽn mạch trên các đƣờng dây liên kết miền và nội vùng, nhiều thời điểm để không vận hành vƣợt quá giới hạn truyền tải hệ thống đã không hấp thụ đƣợc hết nguồn NLTT khu vực miền Trung, Nam uộc phải cắt giảm các nguồn phát. 2  Quán tính hệ thống điện giảm thấp, gây nguy cơ làm mất ổn định HTĐ do phụ tải giảm quá thấp vào ngày lễ, Tết, đặc iệt trong thời gian tách đôi hệ thống, nhiều nhà máy phát điện truyền thống (nhiệt điện than, tua in khí, thủy điện,..) ngừng dự phòng. Từ những sự việc kể trên, việc đầu tƣ và phát triển các NMĐ sử dụng nguồn NLTT nối lƣới với tỷ trọng lớn nhƣng không có sự chuẩn ị, tính toán đón đầu các tình huống sự cố sẽ có thể dẫn đến mất ổn định HTĐ, nghiêm trọng nhất là rã lƣới. Với mục tiêu là vận hành một cách hiệu quả lƣới điện và các nguồn NLTT, đề tài sẽ nghiên cứu giải quyết các tình huống của HTĐ liên quan đến giải pháp đảm ảo và nâng cao sự ổn định cho HTĐ Việt Nam. Do đó, nghiên cứu “Giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành các nguồn năng lƣợng tái tạo và đƣờng dây truyền tải điện” sẽ đƣa ra giải pháp vận hành hiệu quả là tính cấp thiết hiện tại. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Nghiên cứu trong nƣớc Hiện nay, những đề tài khoa học nghiên cứu về nâng cao hiệu quả khi có ảnh hƣởng từ các nguồn NLTT ở Việt Nam còn rất hạn chế, đa phần các đề tài này chỉ tập trung vào mục đích nghiên cứu tổng quan hay ài toán quy hoạch hoặc là phƣơng án giải tỏa đƣợc hết công suất cho các nguồn NLTT. Trong công trình [3] các tác giả đã đánh giá ảnh hƣởng đại lƣợng tần số, điện áp của lƣới điện phân phối khi có sự tích hợp của nguồn điện mặt trời (ĐMT). Nghiên cứu và tính toán phƣơng án tìm giải pháp tổng thể nhằm mục đích giải tỏa công suất các nguồn điện cho toàn vùng Nam Trung Bộ [4] của Công ty CP TVXD Điện 4 (2020) cũng chỉ đƣa ra các phƣơng pháp đấu nối hợp lý của các nhà máy nhiệt điện, lƣới điện nhằm giải phóng công suất nguồn NLTT trong khu vực nhƣ các NMNĐ khí hoá lỏng (LNG) và nhà máy điện gió (NMĐG) ngoài khơi trên cơ sở giảm hành lang lƣới TTĐ. Trong một số nghiên cứu khác về ổn định nhƣ [5, 6] liên quan đến ảnh hƣởng cũng nhƣ tác động của việc tích hợp các nguồn NLTT cũng nhƣ ảnh hƣởng của các nguồn điện này đến tần số, điện áp của lƣới điện và các giải pháp để nâng cao sự ổn định của 3 HTĐ, các tác giả phân tích rằng đến năm 2025 cần phải đƣa giải pháp ổ sung các hệ thống tích trữ điện năng ằng Acquy và cần tiếp tục tăng công suất của BESS lên trong giai đoạn 2025 - 2030 nhằm có thể đảm ảo đƣợc các yêu cầu về kỹ thuật khi có sự thâm nhập ngày càng cao của các nguồn NLTT, đặc iệt là nguồn ĐMT công suất lớn, giải pháp trình ày khả năng và phƣơng pháp điều khiển quá trình nạp/ xả năng lƣợng của thiết ị BESS khi cần thiết nên BESS rất phù hợp trong việc hỗ trợ NMĐMT công suất lớn cũng nhƣ toàn HTĐ, BESS không những hỗ trợ về việc chạy phủ đỉnh (BESS xả trong các trƣờng hợp nguồn điện không cung cấp đủ cho phụ tải) mà còn đƣợc điều khiển để thể hấp thụ phần công suất phát thừa của hệ thống, giảm áp lực truyền tải, giảm các tổn thất trong quá trình truyền tải điện năng, tăng khả năng về công suất dự phòng quay. Tại [7, 8] các tác giả đã đƣa ra các giải pháp vận hành để tối ƣu hệ thống và hiệu quả nguồn NLTT kết hợp với hệ thống BESS cho lƣới điện nhỏ, các giải pháp đề xuất đƣợc các tác giả đƣa ra thật sự rất hiệu quả cho lƣới điện nhỏ, tuy nhiên vẫn chƣa đƣa ra đƣợc giải pháp vận hành hiệu quả cũng nhƣ các kế hoạch vận hành phù hợp cho lƣới điện truyền tải có tích hợp nguồn NLTT. Từ các phân tích và nhận định nhƣ trên, chúng ta có thể nhận thấy rằng hiện nay tại Việt Nam việc nghiên cứu nâng cao tính hiệu quả trong vận hành lƣới TTĐ khi có sự tham gia ngày càng lớn của các nguồn NLTT vẫn còn khá ít so với thế giới. 2.2 Nghiên cứu quốc tế Trên thế giới, việc ứng dụng nguồn NLTT trong hệ thống điện để nâng cao hiệu quả vận hành khi HTĐ có sự tham gia của các nguồn NLTT. Thì [9] các tác giả trình bày giải pháp điều khiển của hạng mục phụ trợ nhằm cải thiện chất lƣợng điện áp và tần số khi tích hợp các nguồn NLTT lớn xảy ra các kích động lớn trên hệ thống điện trong nghiên cứu của mình. Còn trong [10], giải pháp sử dụng thiết ị BESS với hệ điều khiển “PI-lead and lead-lag regulated BESS” cải thiện so với hệ điều khiển “PI” đã đƣợc đề xuất, tuy nhiên nghiên cứu này chỉ tập trung giải pháp nhằm cải tiến thiết ị và chƣa đi sâu vào các ảnh hƣởng chính đến ổn định của HTĐ. Trong công trình [11], các tác giả đã trình bày mô hình điều khiển cho thiết ị tích trữ điện 4 năng BESS loại Vanadium Redox Battery (VRB) khi có tích hợp nguồn NLTT vào HTĐ, nhóm tác giả đã tập trung vào cấu trúc của loại VRB, mô hình điều khiển thiết ị khi có yêu cầu hỗ trợ công suất tác dụng (P) hay công suất phản kháng (Q) theo lịch trình của đơn vị điều độ chuẩn ị sẵn, lên các kịch ản nạp/ xả pin trong các chế độ vận hành ình thƣờng theo phƣơng pháp giám sát điện áp đầu cực, nhƣng mô hình điều khiển cho BESS cũng chỉ đƣợc xây dựng ở mức độ vận hành ình thƣờng theo lịch trình và kịch ản chạy phủ đỉnh do đơn vị điều độ yêu cầu. Do đó, trên thực tế nghiên cứu vẫn chƣa có giải pháp phù hợp cho ài toán về vấn đề ổn định HTĐ một cách tổng quát với những tình huống ngoài kịch ản có sẵn. Ngoài ra, ở các vấn đề đƣợc trình ày trong [12-15], các tác giả đã cho ra các kết quả chuyên sâu về hệ thống điều khiển BESS ứng dụng vào HTĐ, các kết quả này nghiên cứu vận hành HTĐ hiệu quả hơn, tuy nhiên trong phần trình ày kết quả vẫn chƣa đƣa ra đƣợc vấn đề sẽ ứng dụng vào thực tế điều khiển hệ thống BESS để đáp ứng các sự cố khi vận hành của HTĐ. Từ đó có thể nhận thấy, hiện nay vẫn cần nhiều hơn các nghiên cứu về những vấn đề nảy sinh khi sự đóng góp công suất của các nguồn NLTT với tốc độ nhanh chóng, chiếm tỷ trọng ngày càng lớn trong HTĐ, đặc iệt là vấn đề điều khiển các thiết ị hỗ trợ ổn định HTĐ. 2.3 Đánh giá về tình hình nghiên cứu chung Với sự phát triển của nguồn NLTT ngày càng tăng thì việc phân tích và đánh giá cho thấy việc vận hành hiệu quả của các nguồn năng lƣợng này hết sức cần thiết. Bản thân các nguồn NLTT là các nguồn phát điện phụ thuộc mạnh vào các yếu tố ngẫu nhiên hoặc không thể kiểm soát đƣợc nhƣ: thời tiết, môi trƣờng vận hành, dẫn đến có rất nhiều vấn đề về điều khiển, kiểm soát trong quá trình đảm ảo vận hành an toàn các nguồn điện này cần quan tâm. Khi tỷ trọng công suất đóng góp của các nguồn NLTT trong hệ thống điện mới ở mức độ thấp thì điều độ viên vẫn có thể chủ động vận hành hiệu quả và ổn định hệ thống. Tuy nhiên, với mục tiêu và xu hƣớng tăng công suất đặt của các nguồn 5 NLTT lên rất cao so với công suất đặt của các nguồn điện truyền thống thì vấn đề vận hành ổn định, hiệu quả là một ài toán khó với đơn vị vận hành HTĐ. Để giải quyết ài toán vận hành các nguồn NLTT các nghiên cứu trƣớc đề giải pháp vận hành hiệu quả ằng cách đƣa ra ài toán và các phƣơng án giải quyết để vận hành khi có sự tích hợp các nguồn NLTT ở mức độ cao trong hệ thống. 3. Hƣớng giải quyết 3.1 Đƣa ra giải pháp vận hành Battery energy storage system (BESS) để nâng cao hiệu quả vận hành lƣới TTĐ Căn cứ vào tình hình phát triển các nguồn NLTT của khu vực Tây Nguyên đến năm 2025, ở đây sẽ tập trung rất nhiều NMĐMT và NMĐG. Theo quy hoạch công suất tại khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên lên đến khoảng 5.260 MW điện gió và khoảng 10.253 MWp điện mặt trời. Ngoài ra tại các khu vực ở Tây Nguyên còn tập trung rất nhiều nhà máy thuỷ điện và các trung tâm điện lực lớn nhƣ Vân Phong, V nh Tân và giai đoạn đến năm 2025 dự kiến có thêm nhà máy TBKHH Cà Ná đi vào vận hành. Với vị trí địa dƣ các dự án nguồn điện đấu nối phân ố giữa trục đƣờng dây liên kết trục Bắc-Nam, khi các nhà máy NLTT đi vào vận hành sẽ gây nên những điểm tắc nghẽn truyền tải trên HTĐ. Ngoài ra hiện nay, Bộ Công Thƣơng đang trình Thủ tƣớng Chính phủ với đề xuất ổ sung thêm danh mục các NMĐG nằm tại khu vực có tiềm năng lớn về NLTT. Trong đó các khu vực Tây Nguyên là nơi tập trung nhiều nguồn công suất điện gió kiến nghị BSQH thì vấn đề tắc nghẽn, quá tải nội vùng lƣới Tây Nguyên và cả trên cung đoạn liên kết Trung Nam, Bắc - Trung là điều tất yếu. Đặc iệt là các dàn tụ ù dọc 500 kV trên các trục đƣờng dây truyền tải liên kết Trung - Nam, do công suất định mức hiện hữu các dàn tụ ù dọc khoảng 2.000 A (do công nghệ chế tạo) so với các đƣờng dây lên đến 3.000 A. Để xử lý vấn đề về quá tải - tắc nghẽn các dàn tụ ù dọc, ở Việt Nam hiện nay đã áp dụng một số giải pháp nhƣ sau: 6
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan