Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện gió hải ninh đến lưới điện 110 kv tỉnh quảng bình

MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH AN MỤC C C IỆ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH C CC IẾ Ắ MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ..............................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................1 4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................2 5. nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..........................................................2 6. Cấu trúc của luận văn .......................................................................................2 C ƯƠNG 1: ỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ, ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌN À N À M Y ĐIỆN GIÓ HẢI NINH .......................................................................................................................4 1.1. Tổng quan tình hình phát triển điện gió ở Việt Nam và trên Thế giới .....................4 1.1.1. Tình hình phát triển năng lượng gió trên Thế giới .....................................4 1.1.2. Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam .....................................6 1.2. Tổng quan về lưới điện khu vực tỉnh Quảng Bình .................................................10 1.2.1. Nhu cầu phụ tải khu vực ...........................................................................10 1.2.2. Khả năng đáp ứng nhu cầu phụ tải của lưới điện tỉnh Quảng Bình .........11 1.2.3. Các nguồn cung cấp điện năng tại tỉnh Quảng Bình ................................11 1.3. Tổng quan về nhà máy điện gió Hải Ninh..............................................................17 1.3.1. Tiềm năng điện gió trên địa bàn tỉnh Quảng Bình ...................................17 1.3.2. Địa điểm xây dựng nhà máy .....................................................................20 1.3.3. Quy mô dự án ...........................................................................................20 1.3.4. Phương án lựa chọn tuabin và kết lưới nhà máy ......................................20 C ƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ N À M Y ĐIỆN GIÓ.................................21 2.1. Máy phát điện gió ...................................................................................................21 2.1.1. Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi .................................21 2.1.2. Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi ....................................22 2.1.3. Máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi FIG.......................................23 2.2. Tiêu chuẩn kết nối nhà máy điện gió với lưới điện ................................................29 2.2.1. Các chế độ phát.........................................................................................29 2.2.2. Tần số phát................................................................................................29 2.2.3. Công suất phát ..........................................................................................30 2.2.4. Điện áp phát ..............................................................................................31 2.2.5. Các tiêu chuẩn khác ..................................................................................31 2.3. Mô hình kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện ...................................................32 2.3.1. Mô hình kết nối trực tiếp máy phát với lưới điện .....................................32 2.3.2. Mô hình máy phát kết nối trực tiếp với lưới điện sử dụng phương thức thay đổi điện trở mạch rotor ..................................................................................33 2.3.3. Mô hình kết nối máy phát điện cảm ứng nguồn kép với lưới điện ..........33 2.3.4. Mô hình máy phát kết nối lưới điện thông qua bộ biến đổi toàn diện .....34 2.4. Kết luận ...............................................................................................................35 C ƯƠNG 3: ÍN O N À Đ N GI ẢN ƯỞNG CỦA N À M Y ĐIỆN GIÓ HẢI NIN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG BÌNH .............................37 3.1. Chế độ vận hành .....................................................................................................37 3.1.1. Nhu cầu phụ tải khu vực và nguồn cấp ....................................................37 3.1.2. Đặc điểm phụ tải lưới điện khu vực .........................................................37 3.2. Chế độ vận hành của lưới điện 110kV khu vực khi chưa kết nối nhà máy điện gió.. ...............................................................................................................40 3.2.1. Chế độ lưới điện vận hành tải cực đại ......................................................40 3.2.2. Chế độ lưới điện vận hành tải cực tiểu .....................................................43 3.2.3. So sánh 2 chế độ vận khi chưa kết nối nhà máy điện gió .........................45 3.3. Đánh giá các chế độ phát của nhà máy điện gió Hải Ninh ứng với từng chế độ tải của lưới điện Quảng Bình ..............................................................................................47 3.3.1. rường hợp khi nhà máy điện gió Hải Ninh phát cực đại ........................47 3.3.2. rường hợp khi nhà máy điện gió Hải Ninh phát cực tiểu .......................51 3.3.3. Phân tích tổn thất công suất điện áp các nút 110kV ứng với các chế độ mô phỏng ............................................................................................................54 3.4. Phân tích các trường hợp sự cố trong lưới điện khi có nhà máy điện gió Hải Ninh .. ...............................................................................................................56 3.4.1. Xét trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 22k NMĐG ải Ninh khi kết nối lưới điện .....................................................................................................56 3.4.2. Xét trường hợp sự cố ngắn mạch một mạch đường dây 110kV khi kết nối NMĐG ải Ninh với lưới điện .............................................................................61 3.4.3. Xét trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực máy phát điện của NMĐG ải Ninh khi kết nối với lưới điện ...............................................................................67 3.4.4. Xét trường hợp sự cố ngắn tại thanh cái 110k Ba Đồn .........................73 3.5. Kết luận ...............................................................................................................75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................76 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................77 QUYẾ ĐỊN GIAO ĐỀ TÀI LUẬN ĂN ẠC SĨ (BẢN SAO) PHỤ LỤC BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH ĐẾN LƯỚI ĐIỆN 110 KV TỈNH QUẢNG BÌNH Học viên: Hoàng Minh Thái Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 - Khóa: 34. Đ.QB rường Đại học Bách khoa - Đ ĐN Tóm tắt: Năng lượng tái tạo luôn là vấn đề được đặc biệt quan tâm trên toàn thế giới. Việt nam là quốc gia có nhiều tiềm năng vế năng lượng gió đặc biệt là khu vực ven biển miền Trung. Đầu tiên, luận văn này trình bày về xu hướng phát triển điện gió trên thế giới và tại Việt Nam, đặc điểm lưới điện tỉnh Quảng Bình và tiềm năng lượng gió của nhà máy điện gió Hải Ninh. Sau đó, luận văn đưa ra một số lý thuyết về nhà máy điện gió. Cuối cùng, luận văn này sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng, phân tích, tính toán các chế độ vận hành khi kết nối Nhà máy điện gió Hải Ninh vào lưới điện 110 kV tỉnh Quảng Bình từ đó phân tích vai trò của nhà máy trong việc ổn định lưới điện khu vực. Từ khóa: Năng lượng gió, tiềm năng gió tỉnh Quảng Bình, yêu cầu kết nối lưới của nhà máy điện gió, máy phát nguồn đôi. RESEARCH ON THE IMPACT OF HAI NINH WIND POWER PLANT ON 110 KV POWER GRID OF QUANG BINH PROVINCE Abstract: Renewable energy is always a matter of particular concern on over the world. Vietnam has a great potential for wind energy, especially in the Central Coastal region. At first, this thesis presents the develoment trend of wind power on over the world and in Viet Nam, the feature of Quang Binh power grid and the wind power potential of the Hai Ninh wind power plant. Then, it shows some theory of wind power plant. Finally, this thesis uses ETAP software to simulate, analyze and calculate operating modes when connecting Hai Ninh wind power plant to Quang Binh 110 kV power grid then analyzes the role of the plant in stabilizing the power grid in this area. Keywords: Wind power, wind potential in Quang Binh province, grid connection requirements of wind power plants, Doubly Fed Induction Gennerrator. DANH MỤC CÁC K HIỆ Ký hiệu CÁC CH Giải thích F Tần số của dòng điện và điện áp (Hz) U điện áp (V) I òng điện (A) P Công suất tác dụng (W) Q Công suất phản kháng (VAr) MBA VIẾT TẮT Transformer- Máy biến áp DC Direct Curent - òng điện một chiều AC Alternating Current – òng điện xoay chiều DFIG NMĐG Doubly Fed Induction Gennerrator - Máy phát cảm ứng nguồn kép Nhà máy điện gió Pu Per Unit - Đơn vị tương đối PF Power Factor - Hệ số công suất Uđm Grid Normal Voltage - Điện áp lưới định mức F Grid frequency - Tần số lưới DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Bảng công suất lắp đặt của các nước trên thế giới từ 2013-2017 ...................6 Bảng 1.2: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m so với mặt đất ...........................7 Bảng 1.3: Tiềm năng kỹ thuật của năng lượng gió tại Việt Nam ....................................7 Bảng 1.4: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80m so với mặt đất ...........................8 Bảng 1.5: Thống kê lưới điện tỉnh Quảng Bình ............................................................11 Bảng 1.6: Thống kê mang tải trạm 220kV tỉnh Quảng Bình ........................................12 Bảng 1.7: Thống kê mang tải đường dây 500kV ..........................................................12 Bảng 1.8: Thống kê mang tải đường dây 220kV ..........................................................13 Bảng 1.9: Thống kê khối lượng lưới điện 110kV .........................................................13 Bảng 1.10: Thống kê mang tải các trạm biến áp 110kV ...............................................15 Bảng 1.11: Thống kê mang tải các đường dây 110kV [1] ............................................17 Bảng 1.12: Tốc độ gió trung bình tháng ........................................................................19 Bảng 2.1: Thời gian tối thiểu duy trì vận hành phát điện tương ứng với các dải tần số của hệ thống điện .......................................................................................30 Bảng 2.2: Mức nhấp nháy cho phép ..............................................................................31 Bảng 3.1: Phụ tải các trạm 110kV tỉnh Quảng Bình .....................................................38 Bảng 3.2: Nguồn cung cấp cho lưới điện Quảng Bình..................................................38 Bảng 3.3: Thông số đường dây 110kV..........................................................................38 Bảng 3.4: Thống kê điện áp tại các nút và chưa kết nối NMĐG ..................................41 Bảng 3.5: Phân bố tải trên các đường dây khi tải cực đại và chưa kết nối NMĐG ......42 Bảng 3.6: Thông số các nguồn khi tải cực đại và chưa kết nối NMĐG........................42 Bảng 3.7: Thống kê điện áp tại các nút ở chế độ cực tiểu và chưa kết nối NMĐG ......43 Bảng 3.8: Phân bố tải trên các đường dây khi tải cực tiểu chưa kết nối NMĐG ..........44 Bảng 3.9: Thông số các nguồn khi tải cực tiểu và chưa kết nối NMĐG ải Ninh .......44 Bảng 3.10: So sánh tổn thất công suất ...........................................................................45 Bảng 3.11: So sánh điện áp tại các nút ..........................................................................46 Bảng 3.12: Các tình huống mô phỏng ...........................................................................47 Bảng 3.13: So sánh phân bố công suất ..........................................................................49 Bảng 3.14: Điện áp tại các nút.......................................................................................50 Bảng 3.15: Số liệu tổng quan ........................................................................................50 Bảng 3.16: So sánh phân bố công suất các chế độ ........................................................52 Bảng 3.17: Điện áp tại các nút ở các chế độ phát..........................................................53 Bảng 3.18: Số liệu tổng quan ở các chế độ phát ...........................................................53 Bảng 3.19: So sánh tổn thất công suất tại các chế độ phát ............................................54 Bảng 3.20: So sánh điện áp các nút giữa các chế độ phát .............................................54 Bảng 3.21: Kịch bản sự cố khi ngắn mạch thanh cái 22k NMĐG ải Ninh .............56 Bảng 3.22: số liệu trong trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 22k NMĐG Hải Ninh .....................................................................................................61 Bảng 3.23: Kịch bản sự cố ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG ải Ninh ...62 Bảng 3.24: Số liệu trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG .............67 Bảng 3.25: Kịch bản trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG .............68 Bảng 3.26: Bảng số liệu trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG .......71 Bảng 3.27: Kịch bản trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 110k Ba Đồn .........73 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sự phát triển năng lượng điện gió (đơn vị: GW) ............................................4 Hình 1.2. Tổng công suất lắp đặt tuabin gió trên toàn thế giới từ 2013 đến 2017 ..........5 Hình 1.3. Công suất điện gió dự đoán trên thế giới đến năm 2020 .................................5 Hình 1.4. Các dự án điện gió được phát triển trong thời gian qua [2] ............................9 Hình 1.5. Tiềm năng phát triển điện gió tại các địa phương [2] ...................................10 Hình 1.6. oa gió hướng chính trong năm ở độ cao 80m .............................................19 Hình 2.1. Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi ......................................22 Hình 2.2. Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi .........................................23 ình 2.3. Máy phát không đồng bộ nguồn đôi FIG ...................................................23 ình 2.4. ướng công suất của DFIG ...........................................................................24 ình 2.5. Lưu lượng công suất DFIG............................................................................25 Hình 2.6. Đường đặc tính công suất-tốc độ ...................................................................26 Hình 2.7. Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor....................................................27 Hình 2.8. Đường đặc trưng -I .....................................................................................27 Hình 2.9. Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới .....................................................28 Hình 2.10. Sơ đồ điều khiển góc xoay cánh quạt gió ....................................................29 Hình 2.11. Mô hình kết nối trực tiếp máy phát với lưới điện........................................32 Hình 2.12. Mô hình máy phát kết nối trực tiếp với lưới điện sử dụng phương thức thay đổi điện trở mạch rotor ..........................................................................33 Hình 2.13. Mô hình kết nối máy phát điện cảm ứng nguồn kép với lưới điện .............34 Hình 2.14. Mô hình máy phát kết nối lưới điện thông qua bộ biến đổi toàn diện ........35 Hình 3.1. Cơ cấu phụ tải tỉnh Quảng Bình ....................................................................37 Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý lưới điện 110kV tỉnh Quảng Bình ......................................39 Hình 3.3. Sơ đồ mô phỏng lưới điện 110kV Quảng Bình .............................................40 Hình 3.4. Phân bố công suất ở chế độ phụ tải cực đại chưa kết nối NMĐG ................41 Hình 3.5. Phân bố công suất lưới điện khi tải cực tiểu chưa kết nối NMĐG ...............43 Hình 3.6. So sánh điện áp các nút ở các chế độ vận hành .............................................46 Hình 3.7. NMĐG phát cực đại và phụ tải lưới ở chế độ cực đại ...................................48 Hình 3.8. NMĐG phát cực đại và phụ tải lưới ở chế độ cực tiểu..................................49 Hình 3.9. NMĐG phát cực tiểu và phụ tải lưới ở chế độ cực đại..................................51 Hình 3.10. NMĐG phát cực tiểu và phụ tải lưới ở chế độ cực tiểu ..............................52 Hình 3.11. Điện áp các nút ở các chế độ phát ...............................................................55 Hình 3.12. Biểu đồ điện áp trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh ...............56 Hình 3.13. Biểu đồ CSP trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh .................57 Hình 3.14. Biểu đồ CS trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh .................58 Hình 3.15. Biểu đồ CS trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh .................58 Hình 3.16. Tốc độ tuabin trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh...................59 Hình 3.17. Quá độ điện áp tại các nút trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh ...............................................................................................................60 Hình 3.18. Quá độ tần số tại các nút trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh .60 Hình 3.19. Biểu đồ điện áp tại M1 trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG ải Ninh ...................................................................................62 Hình 3.20. Biểu đồ CSPK tại M1 trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG ải Ninh ...................................................................................63 Hình 3.21. Biểu đồ CSTD tại M1 trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG ải Ninh ...................................................................................63 Hình 3.22. Biểu đồ dòng điện tại M1 trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG ải Ninh .............................................................................64 Hình 3.23. Tốc độ tuabin trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG ải Ninh .......................................................................................................65 Hình 3.24. Quá độ điện áp trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG Hải Ninh ................................................................................................66 Hình 3.25. Quá trình quá độ tần số trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG ải Ninh ...................................................................................66 Hình 3.26. Biểu đồ điện áp trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG ...68 Hình 3.27. Biểu đồ CSP trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG ....69 Hình 3.28. Biểu đồ CS trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG ....70 Hình 3.29. Biểu đồ dòng điện trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG ...............................................................................................................70 Hình 3.30. Tốc độ tuabin trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG ......71 Hình 3.31. Quá độ điện áp trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG ...72 Hình 3.32. Quá độ tần số trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG ......73 Hình 3.33. Quá trình quá độ điện áp tại các nút khi chưa có NMĐG ải Ninh ...........74 Hình 3.34. Quá trình quá độ điện áp tại các nút khi có sự tham gia NMĐG ải Ninh 75 1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hệ thống điện Việt Nam gồm có các nhà máy điện các lưới điện, các hộ tiêu thụ được liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện 4 quá trình gồm sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng. rong những năm gần đây việc khuyến khích đầu tư vào khâu sản xuất điện được Nhà nước hết sức quan tâm đặc biệt là tập trung vào nguồn năng lượng tái tạo trong đó có năng lượng gió. Năng lượng gió ở nước ta lại có tiềm năng cao so với các nước trong khu vực do có lợi thế đường bờ biển trải dài cùng địa hình thuận lợi. Tiềm năng năng lượng gió là 513.360 MW với trên 8,6% diện tích đất liền của Việt Nam có khả năng lắp đặt các tuabin gió lớn. Là một tỉnh ven biển miền Trung với nhiều tiềm năng về đất đai tốc độ gió… Để phát triển các dự án điện gió, Quảng Bình đã quy hoạch diện tích gần 1.620 ha với tổng công suất trên 500 MW tại các vùng đất cát ven biển thuộc xã Gia Ninh, Hải Ninh huyện Quảng Ninh xã Ngư hủy Bắc Ngư hủy Nam ưng hủy, Sen Thủy Huyện Lệ Thủy. Việc phát triển nguồn điện gió có rất nhiều ưu điểm như không gây ô nhiễm trên diện rộng như các loại nhiên liệu hóa thạch, không chiếm nhiều diện tích đất đai… tuy nhiên có thể thấy rằng nhà máy điện gió là một loại nguồn có công suất phát phụ thuộc vào tốc độ gió và biến thiên rất không ổn định. Nhiều địa phương trong đó có Quảng Bình có chế độ gió biến đổi theo thời gian trong một giới hạn rất rộng, nhiều thời điểm gió rất lớn nhưng ngay sau vài phút có thể tốc độ gió gần như bằng không. Ngoài ra lượng gió và thời gian tồn tại gió theo hướng cũng luôn thay đổi. o đó cần phải nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió khi đấu nối vào lưới điện của khu vực. Vì vậy việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện gió Hải Ninh đến lưới điện 110kV tỉnh Quảng Bình” vừa là giải pháp mang tính thực tiễn, vừa mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất trong vận hành nhằm nâng cao sản lượng điện đóng góp vào hệ thống điện. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng của nhà máy điện gió Hải Ninh đến lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Bình. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Nhà máy điện gió Hải Ninh; Hệ thống lưới điện tỉnh Quảng Bình (khu vực có nhà máy đấu nối vào) và các vấn đề liên quan khi vận hành nhà máy điện gió trong lưới điện. Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về nhà máy điện gió trên cơ sở lý thuyết và số liệu thực tế, sử dụng công cụ thích hợp (phần mềm) để phân tích đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió Hải Ninh đến lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Bình. 2 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và tìm hiểu, áp dụng thực tế: nghiên cứu lý thuyết về nhà máy điện gió; các vấn đề liên quan khi kết nối nhà máy điện gió với lưới điện; thu thập số liệu thực tế về nhà máy điện gió Hải Ninh và lưới điện 110 kV khu vực tỉnh Quảng Bình; phân tích đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió Hải Ninh đến lưới điện khu vực tỉnh Quảng Bình. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài đưa ra cơ sở phân tích đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió đến lưới điện, sau khi hoàn thiện có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài. Đề tài có thể áp dụng thực tế cho nhà máy điện gió Hải Ninh và các nhà máy điện gió khác. 6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌNH VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH 1.1 Tổng quan tình hình phát triển điện gió ở Việt Nam và trên Thế giới 1.1.1 Tình hình phát triển năng lượng gió trên Thế giới 1.1.2 Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam 1.2 Tổng quan về lưới điện khu vực tỉnh Quảng Bình 1.2.1 Nhu cầu phụ tải khu vực 1.2.2 Khả năng đáp ứng nhu cầu phụ tải của lưới điện tỉnh Quảng Bình 1.2.3 Các nguồn cung cấp điện năng tại tỉnh Quảng Bình 1.3 Tổng quan về nhà máy điện gió Hải Ninh 1.3.1 Tiềm năng điện gió trên địa bàn tỉnh Quảng Bình 1.3.2 Địa điểm xây dựng nhà máy 1.3.3 Quy mô dự án 1.3.4 Phương án kết lưới nhà máy CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ 2.1 Máy phát điện gió 2.1.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 2.1.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 2.1.3 Máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi FIG 2.2 Tiêu chuẩn kết nối nhà máy điện gió với lưới điện 2.2.1 Các chế độ phát 2.2.2 Tần số phát 2.2.3 Công suất phát 2.2.4 Điện áp phát 3 2.2.5 Các tiêu chuẩn khác 2.3 Mô hình kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện 2.3.1 Mô hình kết nối trực tiếp máy phát với lưới điện 2.3.2 Mô hình máy phát kết nối trực tiếp với lưới điện sử dụng phương thức thay đổi điện trở mạch rotor 2.3.3 Mô hình kết nối máy phát điện cảm ứng nguồn kép với lưới điện 2.3.4 Mô hình máy phát kết nối lưới điện thông qua bộ biến đổi toàn diện 2.4 Kết luận CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH ĐẾN LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG BÌNH 2.1 Chế độ vận hành 3.1.1 Nhu cầu phụ tải khu vực và nguồn cấp 3.1.2 Đặc điểm phụ tải lưới điện khu vực 3.2 Chế độ vận hành của lưới điện 110kV khu vực khi chưa kết nối nhà máy điện gió 3.2.1 Chế độ vận hành tải cực đại 3.2.2 Chế độ vận hành tải cực tiểu 3.2.3 So sánh 2 chế độ vận hành khi chưa kết nối nhà máy điện gió 3.3 Đánh giá các chế độ phát của nhà máy điện gió Hải Ninh ứng với từng chế độ tải của lưới điện Quảng Bình 3.3.1 rường hợp nhà máy điện gió Hải Ninh phát cực đại 3.3.2 rường hợp nhà máy điện gió Hải Ninh phát cực tiểu 3.3.3 Phân tích tổn thất công suất điện áp các nút 110kV ứng với các chế độ mô phỏng 3.4 Phân tích các trường hợp sự cố trong lưới điện khi có nhà máy điện gió Hải Ninh 3.4.1 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 22k NMĐG ải Ninh khi kết nối với lưới điện 3.4.2 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch một mạch đường dây 110kV khi kết nối NMĐG ải Ninh khi kết nối với lưới điện 3.4.3 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực máy phát điện của NMĐG Hải Ninh khi kết nối với lưới điện 3.4.4 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 110k Ba Đồn 3.5 Kết luận KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ, ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌNH VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH 1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1.1. Tình hình phát triển năng lượng gió trên Thế giới Sau thảm họa điện hạt nhân tại nhà máy Fukushima (Nhật Bản) năm 2011 thì ngành công nghiệp điện gió đã được xác định là như một trong những ngành công nghệ mũi nhọn và chủ lực nhằm thay thế điện hạt nhân. Hình 1.1 thể hiện thống kê của Hiệp hội Điện gió toàn cầu WWEA (World Wind Energy ssociation) cho những dự án điện gió được xây dựng trên đất liền và cả những trang trại điện gió trên biển ở trên toàn thế giới trong khoảng thời gian từ năm 1997 đến 2012. Hình 1.1: Sự phát triển năng lượng điện gió (đơn vị: GW) Dựa vào biểu đồ ta thấy công suất đặt của các tuabin gió tăng dần và đến năm 2012 đạt gần 283 GW. Trong những năm từ 2013 đến nay, tốc độ phát triển điện gió ngày càng mạnh mẽ với những thay đổi đáng kể về công nghệ. ính đến cuối năm 2017 tổng công suất của tất cả các tuabin gió được lắp đặt trên toàn thế giới đạt xấp xỉ trên 539 GW (Hình 1.2). 5 Hình 1.2: Tổng công suất lắp đặt tuabin gió trên toàn thế giới từ 2013 đến 2017 Theo dự đoán của Viện Năng lượng quốc tế IEA (International Energy Agency: http://www.iea.org) thì tổng sản lượng điện gió trên toàn thế giới hàng năm sẽ tăng khoảng 100 GW và đến năm 2020 thì điện gió sẽ có thế đạt khoảng trên 1000 GW Hình 1.3. Sản lượng này chiếm khoảng 15,6% sản lượng điện toàn cầu và lúc này thủy điện cũng chiếm khoảng 16 7%. Nghĩa là vào khoảng những năm sau 2020 thì điện gió hoàn toàn có thể thay thế công nghiệp thủy điện. Hình 1.3: Công suất điện gió dự đoán trên thế giới đến năm 2020 Tuy nhiên, thực tế thì theo số liệu thống kê sơ bộ do WWEA công bố là có 52,6 GW đã được lắp đặt thêm vào trong năm 2017 nhiều hơn một chút so với năm 2016 khi 51 4 GW được đưa vào sử dụng. Đây là con số lớn thứ ba được lắp đặt trong vòng một năm sau những năm kỷ lục trong các năm 2015 và 2014. Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng hàng năm chỉ 10,8% là mức tăng trưởng thấp nhất kể từ khi việc triển khai công nghiệp tuabin gió bắt đầu từ cuối thế kỷ 20 và không như dự đoán ban đầu của IEA. Tất cả các tuabin gió được lắp đặt vào cuối năm 2017 có thể chiếm hơn 5% nhu cầu điện toàn cầu. Đối với nhiều nước năng lượng gió đã trở thành một ngành trụ cột 6 trong chiến lược của họ để loại bỏ năng lượng hóa thạch và hạt nhân. Năm 2017 Đan Mạch đã lập kỷ lục thế giới mới với 43% năng lượng từ gió. Một số lượng ngày càng tăng của các quốc gia đã đạt đến một đến hai con số năng lượng từ điện gió, bao gồm Đức, Ireland, Bồ Đào Nha ây Ban Nha hụy Điển hoặc Uruguay. Thị trường năng lượng gió lớn là Trung Quốc với công suất lắp đặt thêm là 19 GW, thấp hơn một chút so với năm 2016 và tiếp tục vị trí dẫn đầu về năng lượng gió trên thế giới, với công suất gió tích lũy là 188 GW. Trong số các quốc gia hàng đầu, Mỹ (6,8 GW tăng thêm trong năm 2017 đạt tổng cộng 89 GW) Đức (6,1 GW tăng thêm trong năm 2017, tổng cộng 56 GW), Ấn Độ (4,6 GW tăng thêm trong năm 2017, 32,9 GW tổng công suất) ương quốc Anh (3,3 GW tăng thêm trong năm 2017, tổng cộng 17,9 GW), Brazil (2 GW tăng thêm trong năm 2017, tổng cộng 12,8 GW) và Pháp (1,7 GW tăng thêm trong năm 2017, tổng cộng 13,8 GW). Hình 1.4 cho thấy các nước dẫn đầu và mức tăng trưởng hằng năm của các nước hàng đầu và phần còn lại của thế giới trong các năm từ 2013 đến 2017. [1] Bảng 1.1: Bảng công suất lắp đặt của các nước trên thế giới từ 2013-2017 1.1.2. Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam Theo bản đồ gió do ngân hàng thế giới xây dựng từ năm 2001 cho các nước bao gồm Việt Nam Lào Campuchia hái Lan được lấy số liệu gió từ trạm khí tượng thủy văn cùng với dữ liệu từ mô hình MesoMap, tính toán dự đoán tiềm năng năng lượng gió Việt Nam ở độ cao 65m và 80m tương ứng với độ cao của tuabin gió nối lưới cỡ lớn và tuabin gió nhỏ được lắp đặt ở những vùng có lưới điện mini độc lập. Dữ liệu khí tượng thủy văn do iện khí tượng và Thủy văn quốc gia Việt nam (VNIHM) và Cục 7 Quản lý Hải dương học và khí tượng quốc gia Mỹ (NOOA), từ năm 1994 đã có kết nối với 24 trạm khí tượng thủy văn ở Việt Nam để thu thập dữ liệu thủy văn. [7] 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 hằng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m tương dương với tổng công suất 512GW. Đặc biệt hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt. Bảng 1.2: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m so với mặt đất Tốc độ gió trung bình Diện tích (km2) Diện tích (%) Tiềm năng (MW) ương đối cao Cao Rất cao 6-7 m/s 7-8 m/s 8-9 m/s > 9 m/s 100.367 30,80% 401.444 25.679 7,90% 102.716 Thấp Trung bình <6 m/s 197.242 60,60% 2.178 0,70% 8.748 111 > 0% 452 Nguồn: TrueWind Solutions, 2000. Bản đồ tài nguyên gió Đông Nam . Nghiên cứu của Tập đoàn điện lực Việt Nam 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. heo đó dữ liệu gió sẽ được đo đạc cho một số điểm lựa chọn (tại các điểm trên bảng 1.2) sau đó sẽ được ngoại suy 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 tòa nhà và sự ảnh hưởng của địa hình. Bảng 1.3: Tiềm năng kỹ thuật của năng lượng gió tại Việt Nam STT 1 2 3 Khu vực Miền Bắc Miền Trung Miền Nam Tổng cộng Tiềm năng kỹ thuật (MW) 50 880 885 1.785 Bộ Công hương với sự hỗ trợ của Ngân hàng thế giới Năm 2007 đã tiến hành đo gió tại 3 diểm góp phần vào xác định tiềm năng gió tại Việt Nam. Chương trình được tư vấn quốc tế AWS TruePower và GPCo phối hợp với Công ty tư vấn điện 3 (PECC3) tiến hành trong 2 năm. ết quả đo đạt lần này và các số liệu khác đã được Bộ Công hương sử dụng để cập nhật atlas gió cho Việt nam đơn vị thực hiện là AWS TruePower – Tiền thân của TrueWind Solutions – cũng là đơn vị xây dựng atlas cho 4 quốc gia trong đó có iệt Nam năm 2001. Bản đồ tài nguyên gió và bảng tổng hợp kết quả đánh giá cho độ cao 80m được thực hiện. [3] 8 Bảng 1.4: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80m so với mặt đất Tốc độ gió trung bình Diện tích (km2) Diện tích (%) Tiềm năng (MW) <4 m/s 4-5 m/s 5-6 m/s 6-7 m/s 7-8 m/s 8-9 m/s > 9 m/s 197.242 100.367 25.679 2.178 111 2.178 111 60,60% 30,80% 7,90% 0,70% > 0% 0,70% > 0% 401.444 102.716 8.748 452 8.748 452 Việt Nam có lợi thế rất lớn về gió, với bờ biển dài hơn 3000km và nhiều hải đảo với vận tốc gió thổi trung bình quanh năm từ 5m/s trở lên. Tuy nhiên, sự phát triển công nghệ để khai thác điện gió vẫn chưa tương xứng với tiềm năng này. iện nay trên cả nước có khoảng trên khá nhiều các dự án về điện gió. Các dự án tiêu biểu có thể kể đến như: + Trang trại gió Phú Lạc được xây dựng để tận dụng tốc độ gió trung bình khoảng 6,8 m/s tại Phú Lạc (tỉnh Bình Thuận). Trang trại gió đang hoạt động từ năm 2016 và có tổng công suất 50 MW, bao gồm 12 chiếc Vestas, tuabin V100 - 2MW. Nhà phát triển dự án là Công ty Cổ phần Năng lượng gió Thuận Bình. Tổng mức đầu tư ước tính là 52 triệu USD. Tài trợ dự án được hỗ trợ với khoản vay hỗ trợ phát triển chính thức do Ngân hàng Phát triển KfW cung cấp. + Dự án điện gió Tuy Phong - Bình Thuận: Công ty Cổ phần năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) phát triển với tổng mức đầu tư khoảng 1.450 tỷ đồng và công suất 120MW bao gồm 80 tuabin điện gió 1 5MW. Giai đọan 1 đã hoàn thành vào năm 2011 với 20 tuabin hiện đang hoạt động khá tốt. + Dự án điện gió Phú Quý - Bình Thuận: Tổng công ty Điện lực dầu khí Việt Nam đầu tư với công suất 6MW sử dụng tuabin loại 2,0MW. + Dự án điện gió Bạc Liêu: Công ty TNHH Xây Dựng – hương mại & Du Lịch Công Lý phát triển với tổng mức đầu tư khoảng 5.300 tỷ đồng và công suất 99,2MW. Hiện nay đã hoàn thành giai đoạn 1 của dự án với 10 tuabin gió, công suất mỗi tuabin là 1,6MW. Giai đoạn 2 đã bắt đầu khởi công vào tháng 8/2013 với tổng cộng 52 tuabin gió. + Dự án điện gió Phương Mai: Công ty cổ phần Phong điện Phương Mai đầu tư đã được chính thức khởi công tại Bình Định vào đầu tháng 4 năm 2012. Công suất giai đoạn 1 là 30MW gồm 12 tuabin điện gió loại 2,5MW, công suất giai đoạn 2 là 75MW và công suất giai đoạn 3 là 100 MW. + Dự án điện gió An Phong: Công ty Thuận Phong Energy Development JSC đầu tư với tổng công suất 180MW. + Dự án điện gió ướng Hóa 2 – tỉnh Quảng Trị. Công ty Tân Hoàn Cầu đầu tư với tổng công suất 30 MW gồm 15 tuabin điện gió loại 2 MW đã đi vào hoạt động cuối năm 2017. 9 Một số dự án điện gió đã được đưa vào hoạt động trong thời gian vừa qua: Hình 1.4: Các dự án điện gió được phát triển trong thời gian qua [2] Được đánh giá là một khu vực có nhiều tiềm năng phát triển công nghiệp điện gió, Việt Nam đang đặt một số mục tiêu dài hơi trong ngành kỹ nghệ này. Một số địa phương có tiềm năng phát triển điện gió như Ninh huận, Bình Thuận, Bạc Liêu Cà Mau… Sau đây là bản đồ phân bố tiềm năng gió được đo ở chiều cao 100m đồng thời thể hiện được các địa phương có nhiều tiềm năng trong nước cũng như các dự án đã và đang tiến hành trong thời gian qua. Có thể thấy rằng các dự án điện gió đang thực hiện ở Việt Nam chủ yếu tập trung ở các tỉnh miền Trung và Nam bộ như hình 1.5. Điện gió là một trong những nguồn năng lượng tái tạo sạch trong tự nhiên và hiện đang được phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới. Theo thời gian thì điện gió sẽ đủ khả năng để dần thay thế các nguồn năng lượng truyền thống như hạt nhân, thủy điện, nhiệt điện… vốn đã tồn tại nhiều bất cập và rủi ro cho môi trường cũng như xã hội. Tiềm năng về nguồn năng lượng điện gió tại Việt Nam là rất lớn và theo dự báo sẽ còn tăng trưởng khá mạnh trong thời gian sắp tới. Tuy nhiên, hiện vẫn còn tồn tại khá nhiều khó khăn cho một dự án điện gió phát triển thành công. Điều này phụ thuộc rất nhiều vào sự quan tâm, hỗ trợ của Chính phủ và ý thức của người dân Việt Nam trong việc phát triển nguồn năng lượng bền vững này. 10 Hình 1.5: Tiềm năng phát triển điện gió tại các địa phương [2] 1.2. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC TỈNH QUẢNG BÌNH 1.2.1. Nhu cầu phụ tải khu vực Theo qui hoạch phát triển điện lực tỉnh Quảng Bình giai đoạn 2016-2025, có xét đến năm 2035 đã được phệ duyệt, dự báo tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm hàng năm của tỉnh Quảng Bình là 804,1 triệu kWh, tốc độ tăng trưởng bình quân giai đoạn 2011 - 2015 là 14 3%/năm. heo số liệu thống kê, công suất cực đại (Pmax) toàn tỉnh đạt 163MW vào mùa khô (tháng 07/2015). 11 1.2.2. Khả năng đáp ứng nhu cầu phụ tải của lưới điện tỉnh Quảng Bình Trạm nguồn cung cấp điện: Quảng Bình chưa có trạm 500kV, tỉnh nhận điện từ hệ thống điện quốc gia thông qua 02 trạm 220k Ba Đồn và Đồng Hới, với tổng dung lượng 375MVA. Trạm 220k Ba Đồn vừa mới được đóng điện và đưa vào khai thác vận hành tháng 12/2015, hiện đã hoàn thành việc đấu nối phía ngăn lộ 110kV, giảm tải cho trạm 220k Đồng Hới. Ngoài ra, tỉnh còn được hỗ trợ cấp điện từ trạm 220kV Đông à (2x125M A) thông qua đường dây mạch kép 110k Đông à - Đồng Hới. Lưới điện: lưới điện tỉnh Quảng Bình gồm lưới điện cao áp 110k và lưới điện phân phối trung, hạ áp 35 22 0 4k . ính đến tháng 8/2015 trên địa bàn tỉnh có 249 9km đường dây 500k 181 7km đường dây 220k 278 8km đường dây 110kV, 2.036km đường dây trung áp và 3.358km đường dây hạ áp. Tổng công suất đặt các máy biến áp 110kV là 300.000kVA và các trạm phân phối hạ áp 35,22/0,4kV là 386.232kVA. Bảng 1.5: Thống kê lưới điện tỉnh Quảng Bình STT Hạng mục 1 2 3 Chiều dài đường dây Số lượng MBA ung lượng MBA Đơn vị km Máy kVA 500kV 249,9 220kV 110kV 181,7 3 375.000 283,5 13 325.000 Trung áp Hạ áp 2.036 1.879 386.232 3.358 1.2.3. Các nguồn cung cấp điện năng tại tỉnh Quảng Bình Trạm nguồn 220kV: Trạm 220k Đồng Hới: trạm có quy mô công suất 2x125M A điện áp 220/110/10 5k đặt tại P Đồng Hới. rước tháng 12/2015, cả hai máy biến áp của trạm sắp đầy tải, mỗi máy đều mang tải Pmax = 82,7MW, hệ số mang tải 68,8%. Sau khi trạm 220k Ba Đồn vào vận hành, các máy biến áp của trạm mang tải ở mức bình thường Pmax = 62,7- 64,2 MW, hệ số mang tải 52,8 - 54,1%. Hiện tại, phía 110kV của trạm gồm 5 ngăn lộ 2 ngăn lộ xuất tuyến cấp điện cho 2 trạm 110kV khu vực phía Nam của tỉnh 2 ngăn lộ xuất tuyến liên lạc cấp điện với trạm 220k Ba Đồn và 1 ngăn lộ cấp điện riêng cho trạm 110k Đồng Hới. Trạm 220k Ba Đồn: trạm 220k Ba Đồn có quy mô công suất 125MVA220/110/22k đặt tại thị xã Ba Đồn. Trạm có quy mô 2 máy, hiện tại đã lắp máy AT2, vừa được đóng điện và đưa vào khai thác vận hành tháng 12/2015. Trạm chủ yếu cấp điện cho các phụ tải khu vực phía Bắc của tỉnh, mang tải hiện tại của trạm Pmax = 67,2MW, hệ số mang tải 56,6%. Trạm gồm 6 ngăn lộ 110kV, hiện đã khai thác 05 ngăn lộ còn 1 ngăn lộ dự phòng.