Tài liệu Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió trong lưới điện cô lặp

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẶNG NGỌC THÀNH GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRẠM PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TRONG LƯỚI ĐIỆN CÔ LẬP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN THÁI NGUYÊN – 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẶNG NGỌC THÀNH GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRẠM PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TRONG LƯỚI ĐIỆN CÔ LẬP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8 52 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Lại Khắc Lãi THÁI NGUYÊN – 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Đặng Ngọc Thành Đề tài luận văn: Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió trong lưới điện cô lập. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 04/10/2020 với các nội dung sau: - Sửa sai sót về thuật ngữ, lỗi chính tả, format, in ấn. - Sắp xếp các mục của luận văn và soạn thảo đúng theo quy trình. Thái Nguyên, ngày 18 tháng 10 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Lại Khắc Lãi Tác giả luận văn Đặng Ngọc Thành CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS. Nguyễn Hữu Công Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn THÔNG TIN CHUNG Họ và tên: Đặng Ngọc Thành Sinh ngày: 08/10/1988 Điện thoại: 0917332322 Email: [email protected] Đơn vị công tác: Công Ty Điện lực Lạng Sơn Ngành đào tạo: Kỹ thuật điện Lớp: K21 KTĐ Khóa học: 2018 - 2020 Mã ngành: 8.52.02.01 Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Lại Khắc Lãi Điện thoại: 0913507464 Email: [email protected] Tên đề tài: “Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió trong lưới điện cô lập” Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Đặng Ngọc Thành Sinh ngày: 08/10/1985 Học viên lớp cao học khóa 21 - Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại: Công Ty Điện lực Lạng Sơn Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió trong lưới điện cô lập” do PGS.TS Lại Khắc Lãi hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Thái Nguyên, Ngày …. tháng …. năm 2020 Tác giả luận văn Đặng Ngọc Thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi, luận văn với đề tài “Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió trong lưới điện cô lập” đã hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PSG. TS Lại Khắc Lãi đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Phòng quản lý đào tạo sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình nghiên cứu đề tài. Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Thái Nguyên, Ngày ..... tháng ..... năm 2020 Tác giả luận văn Đặng Ngọc Thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ......................................................ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................xi DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... xiii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết............................................................................................................1 2. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu ................................................................................2 3. Dự kiến các kết quả đạt được ...................................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................2 5. Bố cục luận văn ........................................................................................................2 CHƯƠNG 1 .....................................................................................................................4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ ...................................................................4 1.1. GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG GIÓ .............................................................................4 1.1.1. Sự hình thành gió ............................................................................................4 1.1.2. Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam ..........................................................4 1.1.3. Điện gió...........................................................................................................8 1.1.4. Ưu, nhược điểm của hệ thống điện gió ...........................................................8 a) Ưu điểm ................................................................................................................8 b) Nhược điểm ..........................................................................................................9 1.1.5. Tính linh hoạt của hệ thống điện gió ..............................................................9 1.2. HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ Ở VÙNG CÔ LẬP ......................................................11 1.2.1. Hệ thống điện gió làm việc độc lập ..............................................................11 1.2.2. Hệ thống điện gió kết hợp với máy phát điện diesel ....................................12 1.2.3. Hệ thống điện gió + điện mặt trời .................................................................12 1.3. TURBINE GIÓ ...................................................................................................13 1.3.1. Cấu trúc chung của turbine gió .....................................................................13 1.3.2. Đặc tính làm việc của turbine gió .................................................................13 1.3.3. Cơ sở năng lượng gió....................................................................................14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1.4. VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ..............................................16 1.4.1. Điều khiển tốc độ .........................................................................................16 1.4.2. Điều khiển mô men .......................................................................................16 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ...................................................................................17 CHƯƠNG 2 ...................................................................................................................18 THEO DÕI ĐIỂM LÀM VIỆC TỐI ƯU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ.....................18 2.1. GIỚI THIỆU .......................................................................................................18 2.1.1. Tổng quan .....................................................................................................18 2.1.2. Phương pháp điều khiển TSR .......................................................................18 2.1.3. Phương pháp điều khiển PSF........................................................................19 2.1.4. Phương pháp điều khiển leo đồi ...................................................................19 2.2. CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG TURBINE GIÓ .............20 2.2.1. Turbin gió sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu .................20 2.2.2. Turbine gió sử dụng máy phát điện cảm ứng (SCIG) ..................................22 2.2.3. Turbine gió sử dụng máy phát điện nguồn kép ............................................22 2.3. MPPT CHO TURBINE GIÓ VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU ................................................................................................................23 2.3.1. Sơ đồ .............................................................................................................23 2.3.2. Kết quả mô phỏng thuật toán MPPT ............................................................25 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ...................................................................................27 CHƯƠNG 3 ...................................................................................................................28 HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ TRONG LƯỚI CÔ LẬP CÓ BỘ PHẬN LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG .........................................................................................................................28 3.1. MỞ ĐẦU .............................................................................................................28 3.2. BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG ............................................................28 3.2.1. Tổng quan .....................................................................................................28 3.2.2. Cấu tạo của bánh đà lưu trữ năng lượng .......................................................29 3.2.3. Nguyên lý hoạt động của bánh đà lưu trữ năng lượng .................................30 3.2.4. Đặc điểm của bánh đà lưu trữ năng lượng ....................................................31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.3. HOẠT ĐỘNG CỦA BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ ...................................................................................................31 3.3.1. Cấu trúc của hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng ......................................31 3.3.3. Nguyên lý điều khiển hoạt động của FESS trong hệ thống ..........................32 3.4. HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ CÔ LẬP ...............................................................33 3.4.1. Nguyên tắc hoạt động của FESS trong hệ thống điện gió cô lập .................33 3.4.2. Mô hình toán của bánh đà .............................................................................34 3.4.3. Mô hình toán của động cơ-máy phát ............................................................35 Điều khiển ...............................................................................................................36 3.4.4. Mô hình toán học bộ biến đổi .......................................................................37 3.4.5. Điều chế véc tơ không gian ..........................................................................38 3.5. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA FESS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ ....40 3.5.1. Sơ đồ mô phỏng ............................................................................................40 3.5.2. Số liệu và kịch bản mô phỏng.......................................................................42 3.5.3. Kết quả mô phỏng .........................................................................................43 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ...................................................................................45 KẾT LUẬN CHUNG ....................................................................................................46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu 1 WECS Chú thích Wind Energy Conversion System - Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió 2 MPPT Maximum Power Point Traking - Theo dõi điểm công suất cực đại 3 PMSG Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 4 SCIG Máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc 5 DFIG Máy phát điện cảm ứng nguồn kép 6 DC-AC Bộ biến đổi một chiều- xoay chiều 7 PV 8 ANN Nơ ron nhân tạo 9 PWM Pules- With- Modulation - Điều chế độ rộng xung 10 CB- PWM Carrier Based Pulse With Modulation - Điều chế Tế bào quang điện độ rộng xung dựa trên sóng mang 11 FESS Flywheel Energy Srorage System - Hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng 12 SVM Space vector Modulation - Điều chế véc tơ không gian 13 TRS Tip Speed Ratio – Tốc độ đầu cánh 14 PSF Power Signal Feedback -Phản hồi tín hiệu công suất Hill-Climb Seach - Tìm kiếm leo đồi 15 HCS 16 DC bus 17 idc Dòng điện DC đường một chiều (A) 18 vdc Điện áp đường một chiều (V) 19 AC-DC Bộ chuyển đổi xoay chiều sang một chiều 20 DC-AC Bộ biến chuyển một chiều sang xoay chiều đường một chiều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn STT Ký hiệu 21 AC↔DC Chú thích Bộ chuyển đổi 2 phía (Từ xoay chiều sang một chiều và ngược lại) 22 IM 23 Converter Máy điện cảm ứng Bộ chuyển đổi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1: Hệ thống điện gió làm việc độc lập .............................................................11 Hình 1. 2: Hệ thống điện gió - diesel.............................................................................12 Hình 1. 3: Hệ thống lai điện gió và mặt trời ..................................................................12 Hình 1. 4: Các thành phần của một turbine gió .............................................................13 Hình 1. 5: Quan hệ giữa công suất của turbin theo vận tốc gió ....................................14 Hình 1. 6: đường cong công suất cơ của turbine theo tốc độ rotor với các tốc độ gió khác nhau. ..............................................................................................................................15 Hình 2. 1: Điều khiển tốc độ đầu cánh của WECS .......................................................19 Hình 2. 2: Phương pháp PSF .........................................................................................19 Hình 2. 3: Nguyên tắc điều khiển HCS .........................................................................20 Hình 2. 4: WECS với thuật toán leo đồi ........................................................................20 Hình 2. 5: Hệ thống turbine gió sử dụng PMSG ...........................................................21 Hình 2. 6: Hệ thống turbine gió sử dụng máy phát điện KĐB ......................................22 Hình 2. 7. Tuarbine gió sử dụng máy phát điện nguồn kép ..........................................23 Hình 2. 8: PMSG Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió ...............................................28 Hình 2. 8.1: Lưu đồ thuật toán bộ điều khiển MPPT ....................................................25 Hình 2. 9: Sơ đồ mô phỏng............................................................................................26 Hình 2. 10: Tốc độ gió ...................................................................................................26 Hình 2. 11: Tốc độ góc của turbinr................................................................................27 Hình 2. 12: Đáp ứng công suất tác dụng .......................................................................27 Hình 3. 1: Cấu tạo của bánh đà lưu trữ năng lượng ......................................................29 Hình 3. 2: Cấu trúc của FESS 1 cấp ..............................................................................32 Hình 3. 3: Cấu trúc của hệ thống FESS 2 cấp ...............................................................32 Hình 3. 4: Hệ thống điện mặt trời và điện gió có tích hợp FESS ..................................33 Hình 3. 5: Đường cong công suất tức thời của FESS trong hệ thống lai ......................33 Hình 3. 6: Sơ đồ mạch lực hệ thống FESS ....................................................................34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3. 7: Các véc tơ không gian của SVM ..................................................................39 Hình 3. 8: Sơ đồ điều khiển FESS .................................................................................41 Hình 3. 9: Công suất tức thời của P1, P2 và P3 ..............................................................43 Hình 3. 10: Đáp ứng tốc độ của mát điện trong FESS ..................................................43 Hình 3. 11: Công suất đặt và công suất thực của FESS ................................................44 Hình 3. 12: Đáp ứng công suất của FESS và công suất hệ tổng cấp cho tải ................44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độc cao 65m ................................................5 Bảng 1. 2: Tiềm năng kỹ thuật năng lượng gió tại Việt Nam tính tại các địa điểm có vận tốc trung bình hằng năm tương đương hoặc lớn hon 6m/s ở độ cáo 60m so với mặt đất .........................................................................................................................................6 Bảng 1. 3: Tóm lược tiềm năng năng lượng gió tại độ cao 80m theo Atlas gió mới ........7 Bảng 3. 1: Chu kỳ đóng/cắt các van trong mỗi sector ...................................................40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Tên đề tài: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRẠM PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TRONG LƯỚI CÔ LẬP 1. Tính cấp thiết Hiện nay nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, đồng thời ô nhiễm môi trường do đốt nhiên liệu hóa thạch càng trở nên trầm trọng. Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng sạch và vô tận mà thiên nhiên ban tặng cho con người, là sự thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống trong tương lai. Các nguồn năng lượng tái tạo đang được quan tâm là năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều… Năng lượng tái tạo góp phần rất lớn vào việc cải tạo cuộc sống nhân loại và cải thiện môi trường. Theo khảo sát của Ngân hàng thế giới, Việt Nam có tiềm năng về năng lượng gió lớn nhất Đông Nam Á với tổng công suất điện gió ước đạt 513.360 MW, nhiều hơn 200 lần công suất của Thuỷ điện Sơn La, hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Trước những thách thức về tình trạng thiếu điện và ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu, trong những năm tiếp theo thì kế hoạch phát triển “điện xanh” từ các nguồn năng lượng tái tạo là một giải pháp khả thi nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Từ hàng trăm năm trước con người đã biết sử dụng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió. Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu, nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi khoa học về cơ học dòng chảy phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh cũng được chế tạo đặc biệt hơn cho phù hợp. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu mỏ trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất điện từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các turbine gió. Quá trình phát triển của việc sử dụng năng lượng gió nhằm sản xuất điện năng có thể coi như bắt đầu vào những năm 1970 với những thí nghiệm bước đầu và bùng nổ vào những năm 1980. Theo xu hướng đó, các hệ thống Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn phát điện hỗn hợp gió - diesel cũng được ứng dụng rất phù hợp với vùng sâu, vùng xa, biến giới, hải đảo, những nơi mà việc phát triển lưới điện quốc gia không khả thi về mặt kinh tế. Trong đề tài này tập trung nghiên cứu phát triển hệ thống phát điện sức gió kết hợp với hệ thống bánh đà tích trữ năng lượng ứng dụng cho các vùng cô lập và có khả năng tiềm tàng về nguồn năng lượng gió. 2. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu + Mục tiêu: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu qủa khai thác và chất lượng điện gió trong lưới điện cô lập + Nội dung nghiên cứu: 1) Nghiên cứu tổng quan về năng lượng tái tạo. 2) Xây dựng mô hình hệ thống tích hợp điện gió trong lưới cô lập 3) Nghiên cứu tính ổn định của hệ thống điện gió 4) Giải pháp nâng cao hiệu quả và hất lượng vận hành hệ thống điện gió trong lưới điện cô lập 3. Dự kiến các kết quả đạt được Đề xuất một số giải pháp nâng cao độ ổn định hệ thống điện gió được kiểm chứng thông qua mô phỏng 4. Phương pháp nghiên cứu + Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các công trình nghiên cứu được công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chuyên ngành, … từ đó đề xuất giải pháp cho vấn bài toán cụ thể của đề tài + Mô phỏng kiểm nghiệm giải pháp đề xuất 5. Bố cục luận văn Luận văn gồm 3 chương phần mở đầu và kết luận Chương 1: trình bày tổng quan về sự hình thành gió, tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam, điện gió, ưu, nhược điểm, tính linh hoạt của hệ thống điện gió ; cấu trúc cơ bản của một số hệ thống điện gió có thể triển khai ở các vùng cô lập; cấu tạo, nguyên lý làm việc của turbine gió, các phương trình mô tả quan hệ của hệ thống chuyển đổi năng lượng gió; nguyên tắc và các phương pháp điều khiển điện gió. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Chương 2: Khai thác công suất tối đa có thể từ năng lượng gió có sẵn là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong đó kiểm soát MPPT không cảm biến tốc độ gió là một lĩnh vực nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm. Trong chương này, đưa ra một số đánh giá ngắn gọn về các phương pháp điều khiển tìm điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống turbine gió với việc sử dụng các máy phát điện khác nhau. Đồng thời tiến hành mô phỏng để đánh hoạt động của turbin gió sử dụng máy phát điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu. Chương 3: trình bày cấu trúc hệ thống điện gió cô lạp có tích hợp hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng; mô tả hoạt động của FESS, xây dựng mô hình toán học hệ thống FESS và nguyên tắc điều khiển chúng. Đồng thời đã tiến hành mô phỏng cho một kịch bản cụ thể để minh chứng vai trò của hệ thống FESS trong việc ổn định công suất của hệ thống điện gió + mặt trời làm việc độc lập. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 1.1. GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.1.1. Sự hình thành gió Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất quay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa. Bản đồ vận tốc gió theo mùa do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại. Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên, gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại. 1.1.2. Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam Trong năm 2001, Ngân hàng thế giới tài trợ xây dựng bản đồ gió cho 4 nước (Campuchia, Lào, Thái Lan và Việt Nam), nhằm hỗ trợ phát triển năng lượng gió cho khu vực. Bản nghiên cứu này, với dữ liệu gió lấy từ trạm khí tượng thủy văn cùng với dữ liệu lấy từ mô hình MesoMap, đưa ra ước tính sơ bộ về tiềm năng gió ở Việt Nam tại độ cao 65m và 30m cách mặt đất, tương ứng với độ cao trục của các turbine gió nối lưới cỡ lớn và turbin gió nhỏ được lắp đặt ở những vùng có lưới mini độc lập. Dữ liệu 4 khí tượng thủy văn do Viện Khí tượng và Thủy văn quốc gia Việt Nam (VNHM) và Cục quản lý Hải dương học và Khí tượng quốc gia Mỹ (NOAA) cung cấp. NOAA, từ năm 1994 đã có kết nối với 24 trạm khí tượng thủy văn ở Việt Nam để thu nhập dữ liệu thủy văn. Nghiên cứu của Ngân hàng thế giới chỉ ra rằng, Việt Nam là nước có tiềm năng gió lớn nhất trong 4 nước trong khu vực: hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với tổng công suất 512GW. Đặc biệt, hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt. Bảng 1. 1: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độc cao 65m (Nguồn: TrueWind Solutions, 2000. Bản đồ tài nguyên gió Đông Nam Á) Tốc độ gió Thấp Trung bình Tương đối cao Cao Rất cao trung bình <6m/s 6-7m/s 7-8m/s 8-9m/s >9m/s 197.242 100.367 25.679 2.178 111 60,60% 30,80% 7.90% 0,70% >0% 401.444 102.716 8.748 452 Diện tích (km2) Diện tích (%) Tiềm năng (MW) Tuy nhiên, bản đồ gió của Ngân hàng thế giới được nhiều chuyên gia đánh giá là quá lạc quan và có thể mắc một số lỗi trầm trọng do tiềm năng gió được đánh giá dựa trên chương trình mô phỏng. Thực vậy, so sánh các số liệu đo gió thực tế do Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) thực hiện nhìn chung thấp hơn nhiều so với số liệu tương ứng từ bản đồ gió của Ngân hàng Thế giới. Nghiên cứu của EVN về “Đánh giá tài nguyên gió cho sản xuất điện” là nghiên cứu chính thức đầu tiên về tài nguyên năng lượng gió của Việt Nam. Theo đó, dữ liệu gió sẽ được đo đạc cho một số điểm lựa chọn. Sau đó sẽ ngoại suy lên thành dữ liệu gió mang tính đại diện khu vực, bằng cách lược bỏ tác động của độ nhám bề mặt, sự che khuất do các vật thể như toàn nhà và sự ảnh hưởng do địa hình. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Dữ liệu gió mang tính khu vực này sau đó được sử dụng để tính toán dữ liệu gió tại điểm khác bằng cách áp dụng quy trình tương tự, nhưng theo chiều ngược lại. Trên cơ sở dữ liệu đó, đề án còn xem xét đến các yếu tố ảnh hưởng (khoảng cách đấu nối với hệ thống điện, địa hình, khả năng vận chuyển thiết bị, sự chấp nhận của cộng đồng và các vấn đề liên quan đến sử dụng đất và môi trường…). Bằng các làm như vậy, nghiên cứu đã xác định được các điểm thích hợp cho sản xuất điện gió, tương đương với công suất 1.785MW. Miền Trung có tiềm năng gió lớn nhất, với 880MW tập trung chủ yếu tại tỉnh Quảng Bình và Bình Định, tiếp đến là miền Nam, với 2 tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận. Bảng 1. 2: Tiềm năng kỹ thuật năng lượng gió tại Việt Nam tính tại các địa điểm có vận tốc trung bình hằng năm tương đương hoặc lớn hon 6m/s ở độ cáo 60m so với mặt đất (Nguồn: EVN) STT Khu vực Tiềm năng kỹ thuật (MW) 1 Miền Bắc 50 2 Miền Trung 880 3 Miền Nam 855 Tổng cộng 1.785 Tuy nhiên, việc tính toán của EVN chưa được hoàn thành do quy mô của dự án cũng như nguyên tắc tập trung vào các tỉnh duyên hải miền Trung. Như vậy, hoàn toàn có khẳ năng là nhiều vị trí có tiềm năng gió tốt, chưa được phát hiện và do vậy cần phải có các nghiên cứu sâu rộng hơn để có được bức tranh đầy đủ hơn về tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam. Năm 2007, Bộ Công Thương với sự hỗ trợ của Ngân hàng thế giới đã tiến hành đo gió tại 3 điểm, góp phần vào xác định tiềm năng gió của Việt Nam. Chương trình được từ vấn quốc tế AWS TruePower và GPCo phối hợp với công ty Tư vấn Điện 3 (PECC3) tiến hành trong 2 năm. Kết quả đo đạc này và các số liệu khác đã được Bộ Công Thương sử dụng để cập nhật Atlas gió cho Việt Nam, đơn vụ thực hiện là AWS TruePower-tiền thân là TrueWind Solutions - cũng là đơn vị xây dựng Atlas gió cho 4 quốc gia, trong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn